关于DCS系统与变频器电磁兼容性相关问题的探讨

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  引 言:在我国科学技术迅猛发展的今天,人们工作、生活的各个领域也都离不开对先进技术的应用。作为能够为人们提供极大便利的变频器来讲,可谓有着广阔的应用前途,在平时的一些家用电器、工业方面的设施等都会用到。在具体的应用过程中,DCS控制系统还容易与变频器发生电磁不兼容的现象,针对此问题,本文以延安炼油厂对变频调速技术的改造为例子来具体分析了电磁不兼容的因素,并提出了相关的解决措施。
  延安炼油厂在日常的工作过程中通过采用变频器能够为其带来许多有利条件。比如,通过变频调速技术可以确保锅炉内部蒸汽压力的相对稳定。这一原理主要是通过此技术来控制鼓风机转速的风量;另外,变频调速技术还能够大幅度降低鼓风机的功率,这样一来,磨损的现象也就减少了,从而可以降低维修机器的费用,降低成本。
  一、以延安炼油厂为例对DCS系统与变频器的电磁兼容性分析
  由于变频器的主要构件包括集成电路、计算机芯片、电子元器件。这就使得它极为容易受到周围环境中的电磁波的影响,本厂在使用变频器时要考虑到变频器的高次谐波对一些电子设备所产生的干扰影响,而且,还要及时解决变频器周围的一些电子设备对它所产生的干扰影响。这两者产生的影响也就是电磁兼容问题。
  在延安炼油厂使用变频器的过程中,有一个较为突出的问题,那就是DCS系统与变频器之间的电磁兼容性难题。具体的表现有,DCS控制系统的数据出现严重错误,究其原因是受到了变频器的电磁干扰。数据的不精准将会对本场厂的工作开展带来巨大的损失。在安装变频器的时候,技术人员没有考虑到变频器干扰这一现象,再后来的具体使用过程中,发现变频器干扰DCS系统,因此本厂也对变频器做出了一些改动。比如加入了输出与输入电抗器、过滤掉变频器产生的高次谐波等,这些解决措施的作用不是太显著,为了能够彻底解决DCS系统与变频器的电磁兼容性,本厂技术人员重点探究了变频器干扰的主要传播途径,通过了解传播途径来具体解决电磁兼容性问题。
  如下图所示:
  这幅图主要说明了变频器电磁干扰的传播途径,由图可以看出,传播途径主要包括:传导干扰、磁耦合、辐射波干扰。变频器所产生的干扰电流会影响到周围其他电子设备的正常工作,影响无线电接收机对信号的接收情况。
  针对此问题,本厂也分析了原因产生的途径,主要还是变频器产生的高频谐波所造成的影响。首先,变频器地线连接的不合理造成电源走线的线槽受到干扰;其次,原布线系统的不合理也容易使得变频器对电子设备的工作产生较大的干扰性。另外,本厂的变频传动的核心控制系统采用的是DCS系统,为避免变频器所产生的电磁波对DCS系统产生干扰影响,本厂对变频调速技术进行了改造。
  二、DCS系统与变频器电磁兼容性的有效解决措施探究
  (一)避免布线系统受到电磁干扰
  要解决布线系统免遭干扰首先就要对信号传输线做改动,可以使用双绞线,另外,要注意对一些起关键作用的信号传输线进行屏蔽处理,以避免电磁波的干扰;倘若电磁太强,屏蔽只能起到一点作用的话,还要应用穿线线管和屏蔽槽来对布线系统进行进一步的屏蔽处理。还有一些需要重点注意的地方:1.要将各种信号线区分开来,自成一条线,避免各个线路混合在一起的情况,努力实现独立布线,这样也能够在一定程度上减少电磁的强烈干扰;2.DCS控制系统的信号线在布线的时候一定要与变频器的控制线分开进行布线、信号线的布线与电源线的布线也要分开进行,而且最好留有较大的距离,并且还要将DCS控制系统远离有强烈电磁干扰的区域。
  (二)避免输出与输入通道受电磁干扰的措施
  1.通过使用光耦设备来设置成隔离电路,以此来达到与电磁的隔离。这一原理主要是将功率地、模拟地、数字地、信号地进行隔离,从而使得共模干扰系统无法形成电路;2.通过在模拟量的检测输入通道加入RC滤波器在避免电磁干扰;3.还要注意在检测电路当中应用差动放大器。
  (三)对变频调速系统方面的解决措施
  首先,对于变频器自身来讲,为了有效避免电磁的外漏就要采用铁壳来进行屏蔽处理;其次,为避免电磁、电源对电子设备的工作所带来的影响,可分别在变频器上设置输出滤波器和输入滤波器,通过滤波器来减少干扰情况;另外,变频器的输出线路也要采用钢管进行屏蔽,避免泄漏情况。而且,在一些敏感电子设备区域内部要根据实际情况设置防干扰的电路,通过这些措施方能够解决DCS系统与变频器的电磁兼容性,从而使得它们能够实现正常运转和工作。
  (四)解决微机系统受干扰的措施
  作为变频传动系统核心控制单元的微机系统,也容易遭受到干扰,这些干扰来源于工厂交流电源进行供电所产生的大量电磁干扰,电磁的干扰力量将会影响微机系统的正常工作。因此,我们就必须采取措施来避免这一干扰。就此,本厂主要采取了电源之间分组供电的模式,另外,在DCS控制系统与供电电源之间添加专用隔离变压器或者设置交流电源滤波器。而且,为了保证微机系统的正常工作,减少电源的干扰,还可以使用稳压性能好、纹波系数小的整流稳压电源来作为微机的最小系统板以及仿真器,采用或者应用二次稳压电源。
  通过以上分析我们可以看出,在延安炼油厂使用变频器工作的过程中,变频器的高效、环保、节能的特点给炼油厂的发展带来了极大的促进影响,减少了机器的磨损、降低了成本,而且能够提高速度。但是,在使用变频器的过程中还要注意控制它对其他电子设备所造成的干扰影响。本文重点探究了DCS控制系统与变频器的电磁兼容性问题,变频器对DCS系统所造成的干扰会使得DCS系统的工作数据出现差错,严重影响了本厂日常的工作。因此,我们就要重点解决两者之间的兼容性问题,笔者分析了电磁干扰现象产生的主要原因,然后有针对性地提出了一些解决措施,主要包括解决布线系统遭受干扰的情况、输入、输出通道受电磁干扰以及解决微机系统受干扰等等现象。以此来进一步解决DCS控制系统与变频器之间的电磁兼容性问题,同时也促进延安炼油厂自身的不断发展、促进其经济效益的增长。
  参考文献
  [1]唐宏宝.变频器用高性能开关电源的设计[D].南京理工大学.2013.
  [2]韩丰阳.变频器低速性能死区补偿技术研究[D].中北大学.2013.
  [3]唐宏科.DCS工业控制系统中电涌保护器的开发及应用[D].南京信息工程大学.2011.
  (作者单位:陕西延长石油(集团)有限责任公司延安炼油厂)
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