造纸现场总线的抗干扰问题探讨

引言：

在纸机控制系统的设计!安装!调试中,要特别注意现场总线的抗干扰问题,只有正确地采取抗干扰措施,才能使总线正常运转为生产提供有利的保证。

根据国际电工委员会IEC1158定义,安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。当今全球最流行的现总线有FF总线(FieldbusFoundation）、Profibus、Modbus等,在造纸行业,ABB公司AF100应用也很多。但是无论哪一种现场总线,都是数字信号,当在介质上传输时,由于干扰噪音的原因,使得“1”变成了“0”,“0”变成了“1”,从而影响现场总线性能,以至于不能正常工作。因此研究现场总线的抗干扰问题并提高现场总线的抗干扰能力非常重要。

1 纸机车间存在的干扰源

(1)纸机传动系统是纸机车间最大的干扰源。纸机传动系统的总负荷约占造纸车间总负荷的1/3以上,在系统的整流和逆变中,大功率电力电子元器件(IGBT等)高速开和关转换,产生大量的高频电磁波,污染整个车间,并且产生大量高次谐波,污染工频电网。

(2)变压器、MCC柜、电力电缆和动力设备。这些设备均为工频,频率较低,干扰一般发生在近场,而近场中随着干扰源的特性不同,电场分量和磁场分量有很大差别。特别是动力设备启动时,瞬间电流能够达到额定电流的6~1倍,会产生大电流冲击的暂态干扰。

(3)来自工频电源的干扰。工频电源波形畸变和高次谐波若未加隔离或滤波,便会通过向纸机控制系统供电而进入控制系统,影响现场总线的信号。

(4)导线接触不良产生的火花、电弧等。

(5)三相供电不平衡产生的地电流、屏蔽层不共地产生的接地环流。

2 干扰的传播途径

(1)由导线传输,称为传导干扰。在现场总线中,主要表现为地线阻抗干扰和来自工频电源的干扰。

(2)通过空间以辐射的形式传输,称为辐射干扰。

3 现场总线的抗干扰措施

(1)远离干扰源 动力设备和电力电缆对现场总线的干扰,与距离的平方成反比,即随距离的增大,干扰衰减非常快。所以,现场总线设备远离用电设备,现场总线电缆与动力缆分层桥架布置,都能起到很好的防干扰作用。远离干扰源,是防止辐射干扰的重要措施。

(2)现场总线设备和电缆的屏蔽 现场总线屏蔽的机理,一是外来电磁波在金属表面产生涡流,从而抵消原来的磁场;二是电磁波在金属表面产生反射损耗,另一部分透射波在金属屏蔽层内传播过程中,衰减产生吸收损耗。现场总线的屏蔽是利用由导电材料制成的屏蔽并结合接地,来切断干扰源。

(3)采用UPS电源或隔离变压器 可防止来自工频电源的干扰。

(4)采用光缆传输信号 在现场总线传输速度高!传输距离远干扰大的情况下,尽可能地采用光缆。采用光缆后,有效解决了辐射扰和传导干扰的众多问题。若在不共地两点之间,或者在接地状况很不好的情况下,采用光缆传输现场总线信号,可有效防止接地环流等干扰。特别是纸机控制系统与纸机传动!MCC之间,容易存在接地电位差,或接地环流,要特别注意,选用光缆优于选用双绞线。

(5)正确选择和安装纸机传动系统 整流部分采用12脉冲整流可有效消除5次和7次谐波。传动柜与电机之间的动力电缆,一定要采用良好屏蔽且三芯对称的电力电缆。