浅谈自动化控制系统中屏蔽接地的应用自动化专家.doc

浅谈自动化控制系统中屏蔽接地的应用---自动化专家一 、 概 述卷 烟 行 业 的 自 动 化 控 制 系 统 主 要 是 采 用 PLC 现 场 总 线 构 建 的 系 统 中 各 主 机 设备 使 用 的 温 度 参 数 、 水 分 参 数 、 阀 门 控 制 数 据 等 多 采 用 模 拟 量 4～ 20mA 电 流 方式 进 行 传 输 同 时 控 制 系 统 中 还 大 量 使 用 了 变 频 器 、 软 启 动 器 等 具 有 强 烈 电 磁 干 扰 的 电 器设 备 ， 而 且 工 业 现 场 动 力 线 路 密 布 ， 设 备 启 停 运 转 繁 忙 ， 因 此 存 在 严 重 的 电 场 和 磁 场 干 扰 模 拟 量 信 号 等 控 制 电 缆 和 现 场 总 线 的 网 络 电 缆 运 行 在 干 扰 环 境 中 ， 其 屏 蔽 接 地 若 不 能得 到 较 好 的 处 理 ， 将 对 整 个 系 统 的 稳 定 性 和 系 统 的 正 常 工 作 造 成 严 重 影 响 屏 蔽 接 地 的 目 的 是 为 防 止 电 气 设 备 因 受 电 磁 干 扰 ， 而 影 响 其 工 作 或 对 其 它 设 备 造 成 电磁 干 扰 。

二 、 屏 蔽 接 地 方 式在 卷 烟 行 业 的 工 业 控 制 系 统 中 ， 屏 蔽 接 地 通 常 采 用 两 种 方 式 来 处 理 ： 屏 蔽 层 单 端 接 地和 屏 蔽 层 双 端 接 地 ① 屏 蔽 层 单 端 接 地 是 在 屏 蔽 电 缆 的 一 端 将 金 属 屏 蔽 层 直 接 接 地 ， 另 一 端 不 接 地 或 通过 保 护 接 地 如 下 图 ：图 1在 屏 蔽 层 单 端 接 地 情 况 下 ， 非 接 地 端 的 金 属 屏 蔽 层 对 地 之 间 有 感 应 电 压 存 在 ， 感 应 电压 与 电 缆 的 长 度 成 正 比 ， 但 屏 蔽 层 无 电 势 环 流 通 过 单 端 接 地 就 是 利 用 抑 制 电 势 电 位 差 达到 消 除 电 磁 干 扰 的 目 的 这 种 接 地 方 式 适 合 长 度 较 短 的 线 路 ， 电 缆 长 度 所 对 应 的 感 应 电 压 不 能 超 过 安 全 电 压 静 电 感 应 电 压 的 存 在 将 影 响 电 路 信 号 的 稳 定 ， 有 时 可 能 会 形 成 天 线 效 应 。

② 双 端 接 地 是 将 屏 蔽 电 缆 的 金 属 屏 蔽 层 的 两 端 均 连 接 接 地 ， 如 下 图 ：　 　图 2在 屏 蔽 层 双 端 接 地 情 况 下 ， 金 属 屏 蔽 层 不 会 产 生 感 应 电 压 ， 但 金 属 屏 蔽 层 受 干 扰 磁 通影 响 将 产 生 屏 蔽 环 流 通 过 ， 如 果 地 点 A 和 地 点 B 的 电 势 不 相 等 ， 将 形 成 很 大 的 电 势环 流 ， 环 流 会 对 信 号 产 生 抵 消 衰 减 效 果 在 实 际 的 应 用 中 ， 采 用 何 种 方 式 的 接 地 处 理 ， 需 要 根 据 具 体 的 现 场 情 况 来 分 析 和 选 用 三 、 控 制 系 统 的 屏 蔽 接 地 选 用卷 烟 行 业 的 控 制 系 统 中 ， 因 PLC 控 制 系 统 的 集 中 性 特 点 决 定 ， 现 场 动 力 线 路 分 布相 对 集 中 ， 加 上 输 入 输 出 的 数 字 量 通 道 ， 导 线 之 间 形 成 相 互 耦 合 是 信 号 干 扰 的 重 要 原 因 另 外 ， 控 制 系 统 使 用 的 变 频 器 、 软 启 动 器 ， 也 对 环 境 形 成 了 严 重 的 电 磁 辐 射 干 扰 。

根 据 屏 蔽 接 法 的 方 式 和 特 点 ， 在 处 理 控 制 系 统 的 屏 蔽 时 ， 需 要 考 虑 多 个 方 面 的 因 素 ① 减 少 导 线 间 的 串 扰 主 要 采 用 远 离 技 术 ： 弱 信 号 的 模 拟 数 据 线 要 远 离 强 信 号 线 敷 设 ，尤 其 是 远 离 动 力 线 路 要 避 免 平 行 走 线 ， 实 际 的 操 作 中 可 以 采 用 敷 设 不 同 桥 架 的 方 式 进 行隔 离 ② 抑 制 磁 场 耦 合 干 扰 ， 尽 量 屏 蔽 干 扰 源 ： 对 于 变 频 器 、 热 启 动 器 等 强 干 扰 源 设 备 最好 能 将 其 用 导 磁 材 料 屏 蔽 ， 但 在 工 程 中 较 难 实 现 ， 不 过 应 该 杜 绝 的 是 将 它 们 同 控 制 系 统 的输 入 输 出 通 道 设 计 在 同 一 个 控 制 箱 内 建 议 采 用 相 对 独 立 的 电 控 箱 安 装 变 频 器 的 动 力 输出 电 源 最 好 使 用 屏 蔽 电 缆 ， 采 用 单 端 接 地 的 连 接 方 式 ， 即 在 控 制 柜 变 频 器 端 的 屏 蔽 接 地 ，电 机 端 的 屏 蔽 层 悬 浮 。

(需 要 注 意 的 是 ， 电 机 侧 屏 蔽 悬 浮 但 正 常 的 保 护 接 地 线 仍 然 要 正确 安 装 和 连 接 )③ 模 拟 信 号 的 传 输 选 用 双 绞 屏 蔽 线 较 好 双 绞 屏 蔽 线 的 信 号 线 与 其 返 回 线 绞 合 能 减少 感 性 耦 合 引 起 的 干 扰 绞 合 的 两 条 线 阻 抗 一 样 ， 自 身 产 生 的 磁 场 干 扰 或 外 部 磁 场 干 扰 都可 以 较 好 的 抵 消 同 时 ， 平 衡 式 传 输 又 独 具 很 强 的 抗 共 模 干 扰 能 力 　 　 ④ 区 分 处 理 低 频 信 号 和 高 频 信 号 的 屏 蔽 接 地 对 于 低 频 信 号 一 般 采 用 屏 蔽 电 缆 的 屏蔽 层 单 端 接 地 方 式 ， 能 较 好 的 抑 制 电 位 差 达 到 消 除 电 磁 干 扰 目 的 (4～ 20mA 的 模拟 量 信 号 多 属 于 此 类 );对 于 高 频 信 号 ， 应 该 采 用 双 端 接 地 的 方 式 ， 包 括 PLC 控制 系 统 的 总 线 网 络 (例 如 ProfiBus 网 络 、 DeviceNet 网 络 等 )、 同 轴 网 络(ControlNet 等 )。

同 轴 网 络 更 是 需 要 有 良 好 的 双 端 屏 蔽 接 地 ， 因 为 同 轴 网 络 的 屏 蔽 层 除担 当 屏 蔽 的 作 用 外 ， 还 是 高 频 通 道 的 回 程 导 线 ⑤ 屏 蔽 接 地 要 遵 循 一 点 接 地 的 原 则 ， 系 统 的 控 制 柜 和 子 控 制 箱 尽 可 能 做 到 等 电 势 ，减 少 静 电 干 扰 可 以 在 柜 间 安 装 直 径 6㎜ 以 上 连 接 地 线 用 于 平 衡 电 势 在 安 装 连 接 屏 蔽 电 缆 时 ， 要 特 别 保 持 屏 蔽 的 完 整 性 ， 拆 断 或 分 开 屏 蔽 将 极 大 地 降 低 屏蔽 效 率 四 、 结 论控 制 系 统 现 场 的 干 扰 来 源 是 多 方 面 的 ， 各 种 输 入 输 出 信 号 之 间 接 地 是 否 合 理 ， 不 只 是形 成 相 互 耦 合 干 扰 的 问 题 ， 有 时 还 危 及 计 算 机 系 统 的 安 全 针 对 不 同 的 项 目 和 不 同 的 现 场 ， 屏 蔽 接 地 需 要 有 不 同 的 处 理 方 法 ， 正 确 的 设 计 和 利 用它 们 、 良 好 地 抑 制 干 扰 ， 关 系 到 控 制 系 统 安 全 稳 定 地 运 行 。