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变频器对西门子PLC模拟量输入通道干扰故障解决实例

发布日期:2019-05-15   来源:《变频器世界》19-03期   作者:刘伟杰(Liu Weijie)   浏览次数:740
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【摘   要】:基于西门子PLC300模拟量模块接收现场仪表4~20mA信号,受到变频器MM420运行中存在的干扰问题,现场仪表进行校验台效验成标准的压力变送器送到现场进行安装调试,给PLC模拟量模块提供4-20mA信号反馈,变频器未启动的情况下根据五点效验0%、25%、50%、75%、100%液位均在正常测量范围,无明显大幅度波动。启动变频器运行后,现场仪表出现4-20mA电流不稳定、满量程漂移、液位出现大幅度波动。根据变频器出现的干扰问题,我们做出一系列的抵抗干扰和一些合理的解决措施。

关键字:变频器;模拟量;干扰

1 系统介绍

1.1 实验装置介绍

A5300型过控仪表实验系统侧重于掌握各类工业传感器原理、安装和应用以及各类仪表的使用。单容下水箱液位PID控制流程图如图1所示,测点清单如附表所示。

 

1 单容下水箱液位变频器PID单回路控制

附表 单容下水箱液位变频器PID单回路控制测点清单

序号

位号或代号

设备名称

用途

原始信号类型

工程量

1

U1

变频器MM420

水泵控制

420mA

AO

050Hz

2

LT1

压力变送器

下水箱液位

420mA

AI

050cm

水介质由泵P1从水箱V3中加压获得压头,经由调节阀FV1或电磁阀XV1进入水箱V1,通过手阀JV16回流至水箱V3而形成水循环;其中,水箱V1的液位由LT1测得,用变频器U1频率的大小控制泵供水的多少来改变V1液位。在实验过程中,操作步骤和调试如下:

1)编写控制器算法程序,下装调试;编写测试组态工程,连接控制器,进行联合调试。

2)在现场对象上,选择管路,打开或关闭相应手阀、电磁阀或电动调节阀。

3)在控制柜上,将下水箱液位输出连接到BT-AI,变频器控制端连到BT-AO。(连线时注意正负)

4)打开设备电源。设置变频器为模拟量控制。启动变频器。

1.2 液位/压力变送器介绍

系统采用FB0803系列扩散硅压力变送器,FB0803系列扩散硅压力变送器由传感器和信号处理电路组成。其中传感器压面设有惠斯顿电桥,当增加压力时,电桥各桥臂电阻值发生变化,通过信号处理电路,转换成电压变化,最终将其转换成标准(4~20mA信号输出。其原理见图2所示。

 

2 FB0803系列扩散硅压力变送器原理图

2 故障现象

在进行单容下水箱液位变频器PID单回路控制实验时,水箱水位尚未达到液位值现场水箱液位如图3所示

根据现场水箱液位监控梯形图画面当中看到,变频器启动后监控液位变送器根本无法正常工作,与实际水位不符,PLC无法正常运行4所示。

其中,现场水箱液位监控梯形图模块,采用西门子PLC300模拟量检测输入模块FC105FC105块为压力变送器液位测量模块PIW288为压力变送器液位测量模块为电流信号INHI-LIM为测量上限,LO-LIM为测量下限BIPOLAR为传感器极性M0.0传感器单极性RET-VAL为块的程序判断错误OUT输出DB1.DBD0转换后的液位值。从图4中可以看出当变频器启动后FC105模块的OUT输出值为13.7153cm液位值一直在13cm14cm浮动,水箱水位尚未达到液位值。

   

                                                      图3 现场水箱液位                                                          4 梯形图监控画面

3 故障分析

3.1 电源干扰

电源干扰是变频器运行时,产生的谐波电源短路或者在电网中形成脉冲冲击。A5300系统中,PLC与现场仪表的电源均由主电源供电,因此会影响PLC等现场仪表运行,严重影响现场仪表工作。由于电网受到电磁干扰,持续的高频谐波干扰足以破坏PLC或者现场仪表的半导体元件。大量的谐波通过半导体的线路中分布的电容、绝缘电阻,侵入PLC或者现场仪表,引发错误信号传递,造成难以估计的损失。

3.2 来自信号传输线上的干扰

除了传输有效的信息外,PLC系统连接各类信号传输线总会有外来干扰侵入,此干扰主要有2途径:(1)通过PLC供给变送器24V电源或公用仪表电源,串入电网干扰;(2)信号线上的外部感应干扰,其中的静电放电,脉冲电场及切换频率电压为主要干扰源。由于信号线引入的干扰会引起I/O测点测量信号能力精准度大大降低,严重的情况下将引起PLC模拟量模块或现场仪表损坏。若隔离效果非常差劲的话,有可能导致信号与信号互相干扰,引发总接地共同回流,造成PLC或现场仪表运算错误,轻则造成停车,重则会造成严重的生产损失。

3.3 变频器干扰

变频器具有节能、稳定牢靠,适应到各类企业生产工艺当中,随之带来的很多关于变频器产生的干扰问题。设备运转对变频器产生影响,变频器设备运行时产生高次谐波,是主要的电磁干扰信号,通常通过导线和辐射的方式进行传递。变频器的整流部分对电网来讲是非线性的负载,所产生的谐波对同一线槽内的信号线,现场仪表设备产生干扰,变频器逆变装置采用PWM技术,变频器运行情况下,会造成大量的噪声和电磁波干扰,变频器对附近的设备来说是一种干扰源,对24V弱电设备仪表变送器造成无法正常测量及工作。

4 故障处理

4.1 接地方式

具有良好的接地是保证PLC、现场仪表的重中之重,可避免偶然发生的电压、电流冲击危害。工作接地一般用在380V/220V电力系统当中,由变压器引出4条线,即3根相线一根中性线,根据要求可接动力电源或照明。动力如电机水泵等用380V,照明仪表电源等用220V。仪表接地、仪表屏蔽接地就隔离掉大气环境的各种电磁波和谐波干扰,避免对仪表信号造成干扰。准确的接地就是单端接地,即一根信号线的屏蔽网有一端是接地的,另一端必须与地绝缘。除了热电阻、热电偶是现场接地的,其他仪表都是控制室集中接地。这是因为热电阻、热电偶本身外壳就是接地的,在控制室就不需要再接地。如果屏蔽网有两个或多个接地,那么它就会行程一个一端接地的电容,不仅起不到对杂波信号的屏蔽作用,而且会加强将外界杂波信号对信号线的传入,这是非常有害的。对于接地的接地桩,屏蔽接地的接地桩和保护性接地的接地桩必须分开,这是两种不同类型的接地,千万不可混接。

4.2 现场仪表的信号抗击干扰

信号的干扰是输入线之间的差模干扰,可以利用PLC300里面的硬件组态干扰频率,利用最大的干扰频率400Hz进行滤波处理,能有效的防止差模干扰对系统造成的错误判断,如图5所示。而信号线与大地间的共模干扰,可以通过数显仪表的接地来抵制。输入端有感性负载时,为了防止感应电势的影响,可采用更好的硬件措施处理如信号隔离器。

 

5 模拟输入通道干扰频率设置

5 实验效果

经过整改变频器现场仪表后,PLC300梯形图模拟量FC105功能块,液位如图4所示,水箱液位达到满液位与实际液位。

通过对现场整改我们可以从图6和图7看出,变送器测量液位已经按照要求达到实验目的。变频器干扰得以隔绝。变频器启停不会再对现场仪表进行干扰。

          

                                     图6 现场水箱液位                                                                        7 梯形图监控画面

6 结束语

通过研究实验得出现场仪表和仪表信号采集设备利用屏蔽线、信号隔离器进行阻隔变频器对仪表灯设备进行干扰处理,已经达到良好的效果。(1)现场仪表和PLC电源与变频器电源单独供电,避免谐波干扰影响现场仪表及PLC。(2)现场仪表压力变送器信号线采用屏蔽线单独接地,并在PLC输入端添加信号隔离器进行屏蔽,避免信号线上感应干扰。(3)现场仪表接地与变频器接地独立接地。动力线、电源线与仪表线分开安装。信号线与接地与动力电源线接地分开独立接地,让仪表运行环境良好,且稳定运行达到实验目的。

 
  











 
 
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