การวิเคราะห์และการจัดการแหล่งสัญญาณรบกวนในระบบ DCS/PLC

ด้วยการพัฒนาของสังคมและความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี DCS/PLC และอุปกรณ์อัตโนมัติอื่นๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมทางอุตสาหกรรมมากขึ้นเรื่อยๆ ความน่าเชื่อถือของระบบควบคุมดังกล่าวส่งผลโดยตรงต่อการผลิตที่ปลอดภัยและการดำเนินการทางเศรษฐกิจขององค์กรอุตสาหกรรม ดังนั้น ความสามารถในการป้องกัน-การรบกวนของระบบจึงเป็นกุญแจสำคัญในการดำเนินงานที่เชื่อถือได้ของทั้งระบบ ในปัจจุบัน ด้วยการพัฒนาความหลากหลายของอุปกรณ์ ปัญหาการรบกวนเริ่มโดดเด่นมากขึ้นเรื่อยๆ เราจะกำจัดและต้านทานการรบกวนในการควบคุมอัตโนมัติได้อย่างมีประสิทธิภาพได้อย่างไรและได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ บทความนี้จะวิเคราะห์ปัญหาการรบกวนทั่วไปในระบบควบคุมอัตโนมัติเพียงสั้นๆ เท่านั้น และหวังว่าจะสามารถช่วยคุณได้

ระบบอัตโนมัติที่ใช้ใน DCS/PLC และอุปกรณ์อัตโนมัติอื่นๆ ประเภทต่างๆ บางส่วนติดตั้งจากส่วนกลางในห้องควบคุม บางส่วนติดตั้งในไซต์การผลิต และอุปกรณ์มอเตอร์หลากหลายชนิด ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรงซึ่งเกิดจากวงจรไฟฟ้าแรงสูงและอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบควบคุมประเภทนี้ จำเป็นต้องกำจัดการรบกวนทุกประเภทเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่เชื่อถือได้ของระบบอย่างมีประสิทธิภาพ

ระบบควบคุม PLC / DCS ในแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าหลัก

1. การรบกวนรังสีจากอวกาศ

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจากการแผ่รังสีอวกาศ (EMI) ส่วนใหญ่มาจากเครือข่ายพลังงาน อุปกรณ์ไฟฟ้า กระบวนการชั่วคราว ฟ้าผ่า วิทยุกระจายเสียง โทรทัศน์ เรดาร์ อุปกรณ์ทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง- ฯลฯ ซึ่งมักเรียกว่าการรบกวนของรังสี การกระจายตัวของสนามมีความซับซ้อนมาก หากวางระบบ PLC / DCS ไว้ในสนามความถี่วิทยุ ระบบจะได้รับการรบกวนจากรังสี โดยผลกระทบส่วนใหญ่จะผ่านสองเส้นทาง หนึ่งคือโดยตรงกับรังสีภายใน DCS / PLC โดยการเหนี่ยวนำวงจรของการรบกวน; ประการที่สองคือการแผ่รังสีเครือข่ายการสื่อสาร DCS / PLC โดยการเหนี่ยวนำของสายการสื่อสารที่แนะนำโดยการรบกวน การรบกวนทางรังสีและการจัดวางอุปกรณ์ภาคสนามและอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นตามขนาดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะความถี่ โดยทั่วไปผ่านการตั้งค่าสายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้ม และระบบป้องกันเฉพาะที่ของระบบ และส่วนประกอบลดแรงดันไฟฟ้าสูง-สำหรับการป้องกัน

2. เกิดการรบกวนจากสายนำภายนอกระบบ

ส่วนใหญ่ผ่านการแนะนำสายไฟและสายสัญญาณ มักเรียกว่าการรบกวนการนำไฟฟ้า การรบกวนประเภทนี้จะรุนแรงมากขึ้นในพื้นที่อุตสาหกรรมของเรา

ก. การรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟ

การปฏิบัติได้แสดงให้เห็นว่าการรบกวนของแหล่งจ่ายไฟเกิดจากการนำระบบควบคุม PLC/DCS มาใช้ล้มเหลวในหลายกรณี ระบบ PLC/DCS ของแหล่งจ่ายไฟปกติจากแหล่งจ่ายไฟของโครงข่ายไฟฟ้า เนื่องจากความครอบคลุมที่กว้างของโครงข่ายไฟฟ้า จะมีการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในพื้นที่ทั้งหมด และในแรงดันไฟฟ้าและกระแสเหนี่ยวนำของสาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายในการเปลี่ยนแปลงของกริด การกระชากของการสลับการทำงาน การสตาร์ทและหยุดอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ อุปกรณ์หมุน AC และ DC ที่เกิดจากฮาร์โมนิก การช็อตชั่วคราวของกริดลัดวงจร ฯลฯ จะถูกส่งผ่านสายส่งไปยังด้านแหล่งจ่ายไฟ แหล่งจ่ายไฟของระบบมักจะใช้แหล่งจ่ายไฟแยก แต่กลไกและปัจจัยกระบวนการผลิตทำให้การแยกออกจากกันไม่เหมาะ ในความเป็นจริง เนื่องจากการมีอยู่ของพารามิเตอร์แบบกระจาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งความจุแบบกระจาย การแยกแบบสัมบูรณ์จึงเป็นไปไม่ได้

B. การรบกวนจากการแนะนำสายสัญญาณ

ด้วยระบบควบคุม PLC/DCS ที่เชื่อมต่อกับสายส่งสัญญาณประเภทต่างๆ นอกเหนือจากการส่งสัญญาณที่มีประสิทธิภาพแล้ว ก็จะมีการบุกรุกสัญญาณรบกวนจากภายนอกอยู่เสมอ การรบกวนนี้ส่วนใหญ่มีสองวิธี: วิธีหนึ่งคือผ่านตัวส่งสัญญาณหรือสตริงแหล่งจ่ายไฟเครื่องมือวัดสัญญาณทั่วไปเข้าไปในการรบกวนตารางซึ่งมักจะถูกละเลย; ประการที่สองคือสายสัญญาณโดยการรบกวนการเหนี่ยวนำรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในพื้นที่นั่นคือสายสัญญาณของการรบกวนการเหนี่ยวนำภายนอกซึ่งเป็นสิ่งที่ร้ายแรงมาก การรบกวนที่เกิดจากสัญญาณส่งสัญญาณจะทำให้การทำงานของสัญญาณ I / O ผิดปกติ และความแม่นยำในการวัดลดลงอย่างมาก และในกรณีร้ายแรงจะทำให้ส่วนประกอบเสียหาย สำหรับประสิทธิภาพการแยกของระบบที่ไม่ดี ยังนำไปสู่การรบกวนซึ่งกันและกันระหว่างสัญญาณ ส่งผลให้เกิดการไหลย้อนกลับของบัสระบบกราวด์ทั่วไป ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในข้อมูลลอจิก ข้อผิดพลาด และความล้มเหลว ระบบควบคุม PLC / DCS เนื่องจากการรบกวนสัญญาณที่เกิดจากจำนวนโมดูล I / O เสียหายค่อนข้างร้ายแรงซึ่งทำให้ระบบล้มเหลวมาก

3. จากความสับสนของระบบสายดินเมื่อมีการรบกวน

การต่อลงดินเป็นวิธีหนึ่งที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (EMC) การต่อสายดินที่ถูกต้องทั้งเพื่อยับยั้งผลกระทบของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ยังเพื่อยับยั้งอุปกรณ์ไปยังโลกภายนอกเพื่อส่งการรบกวน และการต่อสายดินผิดแต่จะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนร้ายแรงทำให้ระบบ PLC/DCS ไม่สามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง กราวด์ระบบควบคุม DCS / PLC รวมถึงกราวด์ของระบบ, กราวด์ป้องกัน, กราวด์ AC และกราวด์ป้องกันและอื่น ๆ ความสับสนของระบบกราวด์ต่อการรบกวนของระบบ DCS / PLC ส่วนใหญ่คือการกระจายศักย์ไฟฟ้าของแต่ละจุดกราวด์อย่างไม่สม่ำเสมอ ความต่างศักย์กราวด์ระหว่างจุดกราวด์ที่ต่างกัน ส่งผลให้เกิดกระแสกราวด์กราวด์ ส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของระบบ ตัวอย่างเช่น ชีลด์สายเคเบิลจะต้องเป็นจุดต่อกราวด์ หากชีลด์สายเคเบิลสิ้นสุด A, B ถูกต่อสายดิน มีความต่างศักย์ไฟฟ้าของกราวด์ มีกระแสไหลผ่านชีลด์ เมื่อมีความผิดปกติเกิดขึ้นบวกกับฟ้าผ่า กระแสกราวด์จะมากขึ้น

นอกจากนี้ ชั้นชีลด์ สายดิน และดินอาจประกอบเป็นวงปิด ภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง จะมีกระแสเหนี่ยวนำในชั้นชีลด์ ผ่านชั้นชีลด์และสายแกนระหว่างการบรรจบกัน การรบกวนกับลูปสัญญาณ หากกราวด์ของระบบและการประมวลผลกราวด์อื่นๆ เกิดความสับสน ผลกราวด์กราวด์ที่เกิดขึ้นอาจทำให้เกิดการกระจายศักย์ไฟฟ้าไม่เท่ากันในกราวด์ ซึ่งส่งผลต่อการทำงานปกติของวงจรลอจิกและวงจรแอนะล็อกภายใน PLC ความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าของลอจิก PLC ต่ำ ลอจิกของการรบกวนการกระจายที่อาจเกิดขึ้นของกราวด์มีแนวโน้มที่จะส่งผลกระทบต่อตรรกะของการคำนวณ DCS / PLC และการจัดเก็บข้อมูล ส่งผลให้ข้อมูลหยุดชะงัก โปรแกรมทำงานหรือเสียหาย การกระจายศักย์กราวด์กราวด์แบบอะนาล็อกจะส่งผลให้ความแม่นยำในการวัดลดลง ทำให้เกิดการบิดเบือนอย่างรุนแรงของการวัดและการควบคุมสัญญาณ และการกระทำที่ผิดพลาด

4. จากระบบ DCS/PLC ภายในสัญญาณรบกวน

โดยหลักแล้วส่วนประกอบของระบบและวงจรภายในการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งกันและกันที่เกิดขึ้น เช่น วงจรลอจิกแผ่รังสีซึ่งกันและกันและผลกระทบต่อวงจรแอนะล็อก กราวด์แอนะล็อกและกราวด์ลอจิก และอิทธิพลร่วมกันของส่วนประกอบและการใช้ความไม่ตรงกันซึ่งกันและกัน ทั้งหมดนี้เป็นของผู้ผลิตระบบ DCS / PLC ภายในเนื้อหาการออกแบบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ซับซ้อนมากขึ้น เนื่องจากแอปพลิเคชันของแผนกไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ไม่สามารถพิจารณาได้มากเกินไป แต่ต้องเลือกระบบที่มีการฝึกปฏิบัติแอปพลิเคชันมากขึ้นหรือหลังการทดสอบ

ปรากฏการณ์การรบกวนทั่วไปและวิธีการตัดสิน

ปรากฏการณ์:

A. เมื่อระบบส่งคำสั่ง มอเตอร์จะหมุนไม่สม่ำเสมอ

B. เมื่อสัญญาณเท่ากับศูนย์ ค่าของตารางแสดงผลดิจิทัลจะกระโดดอย่างวุ่นวาย

C. งานเซ็นเซอร์ สัญญาณที่รวบรวม DCS/PLC และพารามิเตอร์จริงที่สอดคล้องกับค่าสัญญาณไม่ตรงกัน และค่าข้อผิดพลาดเป็นแบบสุ่ม ไม่สม่ำเสมอ D และระบบเซอร์โว AC ใช้แหล่งจ่ายไฟเดียวกัน (แหล่งจ่ายไฟเดียวกัน) แหล่งจ่ายไฟเดียวกัน (แหล่งจ่ายไฟเดียวกัน) แหล่งจ่ายไฟเดียวกัน (แหล่งจ่ายไฟเดียวกัน)

D. และระบบเซอร์โว AC ใช้แหล่งจ่ายไฟร่วมกัน (เช่น จอภาพ ฯลฯ) ทำงานไม่ถูกต้อง

ขั้นตอนการตัดสินมีดังนี้:

ก. ด้วยมัลติมิเตอร์ การตรวจจับเกียร์ AC ของพอร์ตรับสัญญาณ เช่น การรบกวน จะสร้างสัญญาณ AC หากสัญญาณนี้ไม่ใหญ่ การรับสัญญาณจะมีน้อยมากจนแทบจะไม่มีผลกระทบใดๆ หากสัญญาณ AC นี้มีขนาดใหญ่จะส่งผลต่อค่าจึงต้องหาวิธีแก้ไข

ข.ดูว่าท่าเรือปลายภาคพื้นดินหรือไม่? หากต่อสายดินไม่ว่าจะมีสายดินห้อยหรือสายดินไม่ดี ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อวัดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างพอร์ตและกราวด์ (อาจเป็นกราวด์ของระบบ หรือกราวด์สัญญาณก็ได้) หากมีแรงดันไฟฟ้า AC แสดงว่ามีการรบกวน หากไม่มีแรงดันไฟฟ้า AC จะมีความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า DC ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้านี้มีมากส่งผลต่อระบบ ความแตกต่างมีขนาดเล็ก ผลกระทบมีขนาดเล็กและไม่มีนัยสำคัญ

C. แล้วดูว่าชั้นป้องกันมีการต่อสายดินหรือไม่ มีการต่อสายดินจุดเดียวหรือสองจุด? โดยทั่วไปการต่อสายดินจุดเดียว-

วิธีแก้ปัญหาที่ดีกว่าและง่ายกว่าสำหรับการรบกวนระบบ

(1) การรบกวนทางไฟฟ้าที่รุนแรง:

สัญญาณเครื่องมือวัด สัญญาณควบคุม DCS/PLC อ่อน และเสี่ยงต่อการรบกวนทางไฟฟ้าที่รุนแรง ดังนั้นข้อกำหนดของการเดินสายไฟตู้ (ในร่องสายเคเบิล ถาดสายเคเบิล ผ่านท่อและวิธีการวางอื่น ๆ ) สายสื่อสาร สายสัญญาณ สายควบคุม และสัญญาณไฟฟ้าอ่อนอื่น ๆ ห่างจากกำลังแรง ระยะห่างต้องไม่น้อยกว่า 20 ซม. ร่องสายเคเบิลหลายชั้น- ซึ่งเป็นข้อกำหนดของสายเคเบิลอ่อนที่วางอยู่ในสายเคเบิลที่แข็งแรงด้านล่าง

(2) การรบกวนของตู้:

ไม่สามารถติดตั้งระบบ DCS/PLC กับเครื่องใช้ไฟฟ้าแรงดันสูง-ในสวิตช์เดียวกันที่ถูกปฏิเสธ เอาต์พุต PLC โดยใช้รีเลย์กลางเพื่อให้เกิดการแยกสัญญาณสวิตช์ภายนอก หากสภาพไซต์ไม่สามารถแยกสัญญาณอินพุตออกจากสายเคเบิลที่แรงได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีรีเลย์ขนาดเล็กเพื่อแยกสัญญาณสวิตช์อินพุต แน่นอนว่า สัญญาณอินพุต DCS/PLC จากตู้ควบคุมและสัญญาณอินพุตที่อยู่ไม่ไกลจากตู้ควบคุม โดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องแยกออกจากกันด้วยรีเลย์

ตู้ควบคุมมีสายสัญญาณหลายเส้น หากการเดินสายไม่เป็นระเบียบจะทำให้อุปกรณ์ทำงานผิดปกติ แต่การตรวจสอบค่อนข้างลำบาก ดังนั้นในการออกแบบตู้ควบคุมควรคำนึงถึงสถานการณ์นี้ด้วยอุปกรณ์ถูกจัดเรียงเป็นชั้น ๆ มีการจัดตำแหน่งที่ชัดเจน ตั้งค่า สายแยกสายไฟเก่าและสูง-ของ PLC เช่น ต้องอยู่ในช่องเดียวกัน แยกมัดสายไฟ AC สาย DC เช่นเงื่อนไขที่อนุญาต การจัดตำแหน่งช่องที่ดีที่สุด และทำให้ระยะห่างเชิงพื้นที่มีขนาดใหญ่ที่สุด และพยายามลดการรบกวนให้เหลือน้อยที่สุด สายสัญญาณที่แตกต่างกันจะดีที่สุดที่จะไม่ใช้อะแดปเตอร์ปลั๊กเดียวกัน เช่น ต้องใช้ปลั๊กเดียวกัน เพื่อใช้ขั้วต่อสำรองหรือขั้วต่อกราวด์เพื่อแยกออกจากกันเพื่อลดการรบกวนซึ่งกันและกัน

ไม่สามารถติดตั้ง PLC ในตู้สวิตช์เกียร์เดียวกันกับเครื่องใช้ไฟฟ้าแรงสูง-ได้ โดยในตู้ PLC ควรอยู่ห่างจากสายไฟ (ระยะห่างระหว่างทั้งสองควรมากกว่า 200 มม.) เมื่อติดตั้ง PLC ไว้ในตู้เดียวกัน โหลดอุปนัย เช่น รีเลย์ คอยล์คอนแทคเตอร์ ควรเชื่อมต่อแบบขนานกับวงจรตัดอาร์ค RC-

(3) การป้องกันสายสัญญาณ-การรบกวน

สายสัญญาณมีหน้าที่ตรวจจับสัญญาณและควบคุมการส่งสัญญาณ คุณภาพการส่งสัญญาณส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำ ความเสถียร และความน่าเชื่อถือของระบบควบคุมทั้งหมด การรบกวนสายสัญญาณส่วนใหญ่มาจากพื้นที่ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า การรบกวนโหมดดิฟเฟอเรนเชียล และการรบกวนโหมดทั่วไป

การรบกวนโหมดดิฟเฟอเรนเชียลหมายถึงการวัดเส้นสัญญาณที่ซ้อนทับบนสัญญาณรบกวน การรบกวนนี้ส่วนใหญ่เป็นสัญญาณสลับความถี่ที่สูงกว่า โดยทั่วไปแหล่งกำเนิดจะมีการรบกวนควบคู่กัน วิธีการระงับการรบกวนในโหมดปกติคือ:

ก. ในวงจรอินพุตที่เชื่อมต่อกับตัวกรอง RC หรือตัวกรอง T คู่

B. พยายามใช้ตัวแปลง A/D แบบอินทิกรัลคู่ เนื่องจากคุณลักษณะของงานผู้รวมระบบนี้ มีบทบาทบางอย่างในการกำจัดการรบกวนความถี่สูง-:

C. สัญญาณแรงดันไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นสัญญาณกระแสแล้วส่งสัญญาณ

การรบกวนโหมดทั่วไป-เป็นสัญญาณรบกวนทั่วไปบนสายสัญญาณ โดยทั่วไปเกิดจากเทอร์มินัลกราวด์สัญญาณที่วัดได้และเทอร์มินัลกราวด์ของระบบควบคุม มีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นบางประการที่เกิดจากการรบกวนนี้ในสายสัญญาณทั้งสองในวงจร แอมพลิจูดโดยทั่วไปจะเท่ากับกรณี การใช้วิธีการข้างต้นไม่สามารถกำจัดหรือระงับได้ วิธีการมีดังนี้:

A. การใช้เครื่องขยายสัญญาณอินพุตแบบดิฟเฟอเรนเชียลแบบคู่ แอมพลิฟายเออร์นี้มีอัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไปที่สูงมาก;.

B. สายอินพุตโดยใช้ลวดตีเกลียว ลวดตีเกลียวสามารถลดการรบกวนโหมดทั่วไป และการเหนี่ยวนำจะยกเลิกซึ่งกันและกัน

C. การใช้วิธีแยกออปโตอิเล็กทรอนิกส์สามารถขจัดสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไป

D. การใช้สายไฟหุ้มฉนวน และการต่อสายดิน-ด้านเดียว

เพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบือนสัญญาณ ให้ใส่ใจกับการจับคู่อิมพีแดนซ์สำหรับสัญญาณที่ส่งในระยะทางที่ไกลกว่า

สัญญาณการสลับ (เช่นปุ่ม ลิมิตสวิตช์ สวิตช์ความใกล้เคียง และสัญญาณอื่นๆ ที่มีให้) โดยทั่วไปไม่มีข้อกำหนดพิเศษสำหรับสายเคเบิล คุณสามารถใช้สายเคเบิลทั่วไป ระยะการส่งสัญญาณ คุณสามารถใช้สายเคเบิลหุ้มฉนวนได้

สัญญาณแอนะล็อกและสายสัญญาณความเร็วสูง- (เช่น เซ็นเซอร์พัลส์ ดิสก์ดิจิตอลนับ และสัญญาณอื่นๆ ที่มีให้) ควรเลือกใช้สายเคเบิลหุ้มฉนวน

สายเคเบิลสื่อสารต้องมีความน่าเชื่อถือสูง ความถี่สัญญาณของสายเคเบิลสื่อสารบางประเภทสูงมาก โดยทั่วไปควรเลือกผู้ผลิต PLC เพื่อให้มีสายเคเบิลพิเศษ ในข้อกำหนดที่ไม่ความถี่สัญญาณสูงหรือต่ำ คุณสามารถเลือกสายคู่บิดเกลียวที่มีฉนวนหุ้มได้ แต่คุณภาพควรจะดี