如何解决电气控制设备干扰
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【摘要】随着电力电子、微电子和计算机技术的广泛应用，控制设备已发展成以电力电子和微电子器件为核心、强弱电结合、功能齐全的电子控制设备。电子控制设备对电磁场、电网波动及噪声较敏感，同时也向外发出电磁干扰、对电网产生脉冲噪声。了解电磁、噪声干扰的原理，掌握选件及接地技术，是正确设计、安装、制造电子控制设备之根本。解决抗干扰，降低设备运行故障，提高生产效益。
【关键词】干扰；接地；隔离屏蔽；保护
一、供电系统地设计
1.接地方式，设备内部有各种不同目的的接地，他们之间不允许简单的相互连接，以免通过接地回路发生干扰影响。常见的接地有三种：
（1）保护接地
设备金属外壳等的接地，以免危及操作人员的安全。相应的接地线为保护地线PE。
（2）系统接地
其接地目的是为系统各部分提供稳定的基准电位，要求接地回路的公共阻抗尽可能小。相应的接地线为系统接地线SE。
（3）屏蔽保护及防静电接地。
电缆、变压器等屏蔽层的接地，目的是抑制电磁场干扰。相应的地线称为屏蔽及防静电地线FE。
2.增加屏蔽保护及防静电接地
原有低压配电系统即TT、TN和IT三类系统中的专用保护线PE是设备保护地线，就TN-S方式供电系统，它是把工作零线N和专用保护线PE在变配电室总等电位铜排一点分开的供电系统，在工厂专用保护线PE常常与设备及控制盘外壳相连接，在设备与控制盘外壳带电时专用保护线PE有大电流流过，易干扰设备控制系统，工业计算机控制的变频装置、直流装置、伺服装置、机器人装置及数据保护装置等系统地不能接入专用保护线PE，所以要再增加屏蔽保护及防静电接地线FE，原有供电系统改为为三相六线制即L1，L2，L3，N，PE，FE。PE和FE在变配电室总等电位铜排有电气联系，FE单独敷设电缆线至控制柜、盘、箱。
二、系统控制盘内布置设计
1.设计原则
在设计制作系统控制盘中，在控制功能完善的基础上，加强抗干扰性能，保障设备正常运行。抗干扰设计中做到使系统或装置既不因外界电磁干扰的影响而误动作或丧失功能；也不向外界发送过大的噪声干扰，以免影响其他系统或装置正常工作。
2.干扰来源
对控制盘分析，干扰有几种情况：
（1）器件之间电磁干扰，接触器、变频器等发出电磁干扰；
（2）线间电磁干扰，中高频输出线等发出电磁干扰；
（3）供电电源，受干扰的不纯洁的交流工频电源。
3.盘面布置
首先对图纸有着详尽了解，对元器件进行分类：
（1）强电器件是一类，包括接触器、断路器、电压转换变压器等。
（2）弱电控制器件是一类，包括变频器、直流装置、伺服装置、机器人控制模块等。
（3）计算机系统是一类，包括PLC控制模块，微电压供电电源，输入输出转换接口等。
根据分类器件定制控制盘，原则上一类器件一种盘，这样控制盘之间通过箱体能屏蔽一些电气干扰，再为布线防干扰做了前期工作。
器件布置，有电气联系相邻的器件安装距离越近越好；行线槽选用宽度小、高度大的线槽，多利用空间位置；既要敷设高电压电线又要穿过微电压信号线采用双行线槽分开布线；器件和行线槽纵横错落有序，大电流器件周围布置大型线槽，尽量减少电线电缆交叉。
控制盘内除敷设三相铜排还要敷设N铜排、PE铜排、FE铜排，三排布置在盘面下部或柜体底部，三排要绝缘支架。
4.盘内布线
器件布置安装好后，下步进行布线连接。严格按图施工，分类布线，左进右出，上进下出。电机功率出线在一起，大电流输出线在一起，传感器引入线在一起，到就地控制箱出线在一起，去各盘之间对接线在一起。对于传感器引入线及微信号输出线，采用双绞屏蔽计算机线从器件端子到器件端子，屏蔽层单端接在盘内FE地排，能有效过滤高频、大电流及空中电磁波的干扰。
5.电源隔离及防护.
每个工厂都有自己变配电室，用电来至电厂配电后一条供电母线上。
各工厂启停设备（切换感性或容性负载）会造成供电母线电压的波动和脉冲噪声；
雷电对供电母线电压冲击更大，其电压高达5X106V，雷击至使工厂供电系统、控制系统、计算机系统瘫痪或损坏。
变频器、逆变电源、无功补偿装置等电力电子设备对电网谐波污染。
为阻止供电线路电压波动和脉冲噪声以及谐波电压对生产线或设备控制系统的干扰，加装抗干扰设备。变频器、逆变电源、无功补偿装置等前后加装电抗器和电子滤波器，它既可以过滤电网供电中脉冲和谐波，又可以抑制噪声对电网输入。加装稳压器，将电网电压较大波动控制在±10%以内，稳压器采用磁饱和稳压器。
给PLC控制器和仪表供电加装隔离变压器，带多重屏蔽的隔离变压器能有效地抑制浪涌噪声和中频噪声。现在多采用三重屏蔽变压器、一次侧屏蔽层接地，可有效消除共模噪声；二次侧屏蔽层接系统地或逻辑公共地；二次侧最外层屏蔽亦接系统地。这样可以使电网中的脉冲浪涌和高频噪声降低到原来的60%～70%。
瞬变噪声的抑制，在切换感性负载或容性负载时，负载中电流急剧变化，在电网中形成很高的脉冲瞬变噪声，这类噪声频谱宽，能量大，范围广，对PLC控制器及交直流装置危害很大。对感性负载如交直流接触器、继电器采用RC、RD、RCD、稳压管、压敏电阻等吸收网络；对容性负载加装限流装置如电阻、放电开关等。
三、系统控制盘与设备连线
1.连线原则
在连线布置上，应使主要的连接线与干扰源保持适当的物理距离；其次使微电压信号电缆与大动力电缆在其布线之间保持一定的物理距离。
2.具体措施
一般可采用以下措施：
（1）信号电缆和动力电缆垂直交叉或分槽布线；
（2）信号电缆与噪声电缆及动力电缆在控制盘端子板分两端安装；
（3）在所规定的电流、引线阻抗及布线长度下，尽量减少所用导线的截面尺寸；
（4）不要采用不同金属的导线相互连接；
（5）尽量减少或不设中间端子板或连接点；
（6）满足设备对环境温度、湿度及清洁度的要求；
（7）控制盘外壳、电缆管道、电缆桥架、被控制设备外壳之间用扁铁可靠连接，最后一点接入盘内PE（保护接地线），以防产生接地回路。
（8）信号电缆中使用双绞屏蔽计算机电缆，屏蔽层接入FE铜排。
四、结语
干扰源来自空间及电网，隔离、屏蔽、滤波、接地是抗干扰的主要手段，不同生产厂家的控制设备可靠性相差甚远，其原因在于产品设计和制造工艺的不同，通过完善的设计，合理的结构布置，科学的器件筛选，规范的配线工艺，以及严格的出厂检验和调试，才能提高产品的可靠性、抗干扰能力，达到控制设备稳定运行，以获得最大化的经济效益。
参考文献
[1]天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册[S].
[2]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册[S].