信號抗干擾解決辦法

1、.解決現(xiàn)場的信號干擾問題時(shí)間:2010-04-24 22:30來源: 作者: 點(diǎn)擊: 17次生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制中要用到多種自動化儀表、計(jì)算機(jī)及相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),過程中的信號既有微弱到毫伏級的小信號,又有數(shù)十伏的大信號,而且還有高達(dá)數(shù)千伏、數(shù)百安培的信號要處理。從頻率上講，有直流低頻范圍的，也有高頻/脈沖尖峰。設(shè)備、儀表間互擾成為系統(tǒng)調(diào)試中必須要解決的問題。除了電磁屏蔽之外，解決各種設(shè)備、儀表的“地”，也即信號參考點(diǎn)的電位差，將成為重要課題。因?yàn)椴煌O(shè)備、儀表的信號要互傳互送，那就存在信號參考點(diǎn)問題。換句話說，要使信號完整傳送，理想化的情況是所有設(shè)備、儀表中的信號有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，也即共有一個(gè)“地

2、”。進(jìn)一步講，所有設(shè)備、儀表的信號的參考點(diǎn)之間電位為“零”。但是在實(shí)際環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可及的，這里面除了各個(gè)設(shè)備、儀表“地”之間連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種設(shè)備、儀表在不同環(huán)境受到干擾不同，以及導(dǎo)線接點(diǎn)經(jīng)受風(fēng)吹雨淋，導(dǎo)致接點(diǎn)質(zhì)量下降等諸多因素。致使各個(gè)“地”之間有差別。以示意圖一為例. 圖一 PLC與外接儀表示意圖 圖一中標(biāo)明有兩個(gè)現(xiàn)場設(shè)備儀表向PLC傳送信號以及PLC向兩臺現(xiàn)場設(shè)備儀表發(fā)出信號。假定傳送的均為0-10VDC信號。理想情況，PLC及兩個(gè)現(xiàn)場設(shè)備“地”電位完全相等。傳送過程中又沒有干擾，這樣從PLC輸入來看，接收正確。但正如前所述，兩個(gè)現(xiàn)場設(shè)備通常有“地”電位差，舉例

3、來講，1#設(shè)備“地”與PLC“地”同電位，2#設(shè)備比它們的“地”電位高0.1V，這樣1#設(shè)備給PLC的信號為0-10V，而2#設(shè)備給PLC的為0.1V-10.1V,誤差就產(chǎn)生了,同時(shí)1#,2#設(shè)備的“地”線在PLC匯合聯(lián)接。將0.1V電壓施加在PLC地線條上，有可能損壞PLC局部“地”線，同時(shí)在顯示錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，由此引起的問題在現(xiàn)場調(diào)試中屢有出現(xiàn)。例如某大型建材公司的生產(chǎn)線調(diào)試中，使用美國AB-PLC接國內(nèi)某廠家手操器。AB-PLC的數(shù)據(jù)采集板有每八個(gè)通道，八個(gè)通道共用一個(gè)12位A/D，經(jīng)過變換后，由12個(gè)光耦實(shí)現(xiàn)與主機(jī)隔離。它的八個(gè)通道輸入之間并沒有隔離，致使八個(gè)通道輸入信號每個(gè)單獨(dú)接入采集板均

4、正常，接入兩個(gè)或多于兩個(gè)外部信號時(shí)，顯示數(shù)字亂跳，故障無法排除。又如航天某部門測試發(fā)動機(jī)各點(diǎn)溫度，使用K型偶作為傳感器，同上述相似，僅測試一點(diǎn)一切正常，但是向主機(jī)接入兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上溫度時(shí)，顯示的溫度明顯錯(cuò)誤。這兩種情況在接入隔離器后，均正常。 隔離器之所以能起到這個(gè)作用，就是它具有使輸入/輸出在電氣上完全隔離的特點(diǎn)。換句話講，輸入/輸出之間沒有共同“地”，外來信號不管是0-10V，或帶著+10V干擾的10V-20V經(jīng)隔離后均為0-10V，也即隔離后新建立的PLC“地”與外部設(shè)備、儀表“地”沒關(guān)系。正是由于這個(gè)原因，也實(shí)現(xiàn)輸入到PLC主機(jī)的多個(gè)外接設(shè)備儀表信號之間隔離，也即它們之間沒有“地”的關(guān)

5、系。 上面談了輸入到PLC信號的隔離，同樣在PLC向外部信號設(shè)備傳出信號也有類似現(xiàn)象問題。顯然采用隔離器亦能達(dá)到解決問題的目的。 談到PLC向外部設(shè)備、儀表發(fā)送信號，有一種情況經(jīng)常遇到：要求PLC的輸出即能給顯示儀表，又能傳送給變頻器一類的設(shè)備。欲徹底解決干擾問題，推薦使用隔離式信號分配器。這種隔離器即實(shí)現(xiàn)PLC輸出信號與外設(shè)隔離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)外設(shè)之間隔離。如圖二. 圖二 隔離式信號分配器典型應(yīng)用 有時(shí)現(xiàn)場儀表在配套時(shí)，由于協(xié)調(diào)不利，產(chǎn)生了如下情況，接收信號設(shè)備(例如接收4-20mA)接口連接為兩線制方式，也即接收口為一個(gè)24V電源與一個(gè)250相串聯(lián).接口兩根線：一個(gè)為24V正極，一個(gè)為250一端

6、，適于連接現(xiàn)場兩線制變送器。假如現(xiàn)場設(shè)備為四線制變送器，輸出4-20mA。這樣進(jìn)行直接連接將造成電源沖突。解決方法是采用隔離器將現(xiàn)場來的4-20mA接收并隔離，在隔離器的輸出部份接入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的兩線制變送器，以應(yīng)對接收設(shè)備的接口。如圖三. 圖三 解決電源沖突的方案 隔離器要保證輸入/輸出兩個(gè)部分隔離，外加工作電源24V在為輸入、輸出部份供電同時(shí)，必須確保在電氣上與兩個(gè)部分隔離。這種輸入/輸出/外加工作電源之間全部相互隔離的器件常稱為三隔離或全隔離器件. 從理論上講這種供電方式,不管隔離器數(shù)量多少，均可用一臺24V電源供電，不會產(chǎn)生干擾。 如果處理4-20mA到4-20mA電流信號的隔離，這里推薦

7、一種不用另外再加電源的隔離器WS1562。如圖四. 圖四 省去外接電源的電流隔離器 顯然省去外接電源，使接線更簡捷，且功耗低、自身熱量低、可靠性高。 WS1562的最大特點(diǎn)在于不需要外接電源,它帶來了簡捷可靠的優(yōu)點(diǎn),但也帶來了使用上的局限性.WS1562對于4-20mA信號進(jìn)行的隔離傳送,從另一個(gè)意義上講是功率傳送,內(nèi)部的功率損耗必不可少.損耗表現(xiàn)在輸入端和輸出端電流/電壓乘積的差值上。以負(fù)載電阻RL=250為例，當(dāng)輸出為20mA時(shí)，輸出端250上的電壓為5.0V,而輸入端的兩端間電壓測試為8.8V。簡單計(jì)算表明，內(nèi)部損耗等于20mA（8.8V-5.0V）=76(mW),也即內(nèi)部損耗為76毫瓦

8、.從使用者角度來看，假若輸出端負(fù)載電阻RL等于250，那么從輸入端看進(jìn)去的等效電阻最大值為8.8V/20mA=440（）。換言之，在這種情況下輸入的4-20mA電流源必須具有驅(qū)動440負(fù)載的能力，才能使WS1562無源隔離器在輸出端負(fù)載電阻RL等于250條件下正常工作。不過,從經(jīng)驗(yàn)來看大部分現(xiàn)場儀表能滿足這些條件. 從隔離角度看二線制變送器（含壓力、溫度、流量），分為隔離式及非隔離式。采用隔離式二線制變送器的主要目的是提高抗干擾能力. 二線制變送器的隔離有兩種方式.一種方式傳感器和變送器一體而又必須放置在現(xiàn)場指定地點(diǎn)，對于這種情況一般把隔離器安置在中央控制室機(jī)柜中.對現(xiàn)場二線制變送器的電源配送

9、有二種接口形式，要根據(jù)現(xiàn)場具體情況來定.圖五給出了針對PLC與二線制變送器兩種接口的連線圖。 圖五PLC兩種接口與隔離配電連接示意圖 另一種方式是傳感器和變送器分成二個(gè)部分，傳感器放置在現(xiàn)場指定地點(diǎn),變送器制造成隔離式放置在控制室中。面對PLC兩種接口方式，圖六給出了以Pt100為傳感器的隔離變送器使用連線圖。附帶說一點(diǎn)，處理Pt100這類溫度變送器都考慮到了Pt100的長線補(bǔ)償及線性化處理。 圖六 二種隔離溫度變送器 隔離端子品種繁多,接口處也不盡相同,如何正確選擇是設(shè)計(jì)中的重要問題。圖七標(biāo)示出兩個(gè)端子排與外部儀表相連接圖。用以說明選擇方法。圖七 隔離器選型示意圖之一 A、B表示向PLC輸送

10、信號的外部儀表C、D表示PLC、DCS及顯示儀表等接收信號設(shè)備如果外部儀表為A方式，接收信號儀表為C方式，可以選用WS1522、WS1562信號隔離器。如果外部儀表為A方式，接收信號儀表為D方式，可以選用能避免電源沖突的WS9030信號隔離器為宜。如果外部儀表為B方式，接收信號儀表為C方式，選用隔離式配電器為宜。例如WS1525,它即可以為B供電，又解決了隔離問題。如果外部儀表為B方式，接收信號儀表為D方式，未見有在市場上銷售的產(chǎn)品。不過經(jīng)過和生產(chǎn)廠家進(jìn)行技術(shù)協(xié)商，一般能夠解決。圖八 隔離器選型示意圖之二 圖八所示選擇相對簡單。例如輸入為Pt100或K偶接受設(shè)備為C方式，選用三隔離式WS9050,WS9060為宜。若接收設(shè)備為D方式，選用兩線制隔離的WS2050、WS2060為宜?？傊?，只要外部設(shè)備及接收設(shè)備方式確定了，選用就很簡單。 隔離器外型采用導(dǎo)軌安裝，接線采用接線式，這種方式亦稱隔離端子，適用安裝在機(jī)柜中。 在隔離端子電路前部安裝進(jìn)口名牌IC(集成電路)公司的專用電路,實(shí)現(xiàn)溫度隔離變送,雖然比零件組裝式(諸如用廉價(jià)OPA)成本高，但在長期性能穩(wěn)定性、可靠性方面是零件組裝無法比擬的。引入優(yōu)質(zhì)元器件是隔離端子穩(wěn)定可靠的基本保證，同時(shí)專用IC在功能上諸如長線補(bǔ)償、恒流驅(qū)