某特殊钢厂电磁干扰故障分析及改进方案胡建国 (山东钢铁股份有限公司莱芜分公司 特钢事业部，山东 莱芜 271104) 摘 要：随着钢铁厂大功率的生产及通信设备的使用，导致电磁干扰问题越来越严重。若不及时得到有效的控制，会造成通信中断，严重损失有效的作业时间。通过对环境及干扰源分析研究，采用接地方式与屏蔽电磁干扰时分闸信号相结合的有效方案，解决了电磁干扰引起的设备故障，保证了设备顺利运行。 关键词：电磁干扰；故障；分闸 在新时代的工业领域中，大功率的生产及通信设备的引进与投放生产使用，造成了电磁干扰源数量的飞速增加。电磁对弱电信号所产生的影响越来越强，若不及时进行有效的控制，可能会造成通信中断，产品大量堆积在各个架轧机中，严重损失有效的作业时间。 1 电磁干扰的定义及产生电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)定义为干扰电缆信号并且降低信号完整性的电子噪声，其一直都是造成设备不明故障的主要因素。EMI通常是由于电磁辐射发生源(如马达与机器)产生的。EMI包括传导干扰和辐射干扰。 传导干扰是指通过导电介质把一个独立电网络上的信号耦合到另外一个独立电网络上。辐射干扰是指干扰源通过空间把其他的信号耦合到另外一个电网络上。变频装置本身及现场信号电缆、模块是主要的接收源。在高速的PCB及整个系统设计当中，集成电路的引脚、高频信号线和各种原插件等，都有可能成为具有一定天线特性的辐射干扰源，其可以发射足够强度的电磁波，并且直接影响其他系统或者其他系统中的子系统的正常运转。 2 电磁干扰故障分析本文以山东钢铁股份有限公司莱芜分公司特钢事业部(以下简称特钢厂)为例进行电磁干扰故障分析。 2.1 环境分析 特钢厂设备接地如图1所示。特钢厂工建接地位置共有3个，每一个接地位置都临近1个主电室供电区，3个主电室相隔距离为230 m。将变频装置PLC模块分别安装在电器柜内，形成的柜内屏蔽环境，并且每个主电室拥有3到5个PLC电器柜以紧靠方式安装在一起。15至35个变频装置并排紧靠安装在直线上形成一个变频组，每一个主电室应拥有3到6个变频组，组与组之间的距离>2 m。每一组变频柜中有一根接地铜排贯穿开始点与结束点，组与组之间使用95 m立方铜制电缆线连接后接入同一接地点[1]。虽然以上设备组成设置从排列及组成上尽量保持接地系统的完整性与可靠性，但实际工作当中依然存在很多不确定因素造成的信号传输不稳定，经常出现设备故障的现象。  图1 设备接地方案 2.2 干扰源的形成 特钢厂所使用的传动系列产品为西门子6SE70。当装置起动时，在逆变桥上工作的IGBT会遵循一定顺序的高频开通与断开，电压与电流瞬间产生较大的改变，从而形成电磁干扰。另外，装置带动电动机运转的同时，电流通过电缆流过转子与定子，交流电动机与电缆之间也将产生严重的电磁干扰。 2.3 电磁干扰的表现形式 电磁干扰的具体表现形式如下。 1)当DP网线受到电磁干拢时，在数据传输的过程当中，DP网线数据包将出现丢失现象或者产生变化，此时变频装置发出警报F082，造成设备停机故障；PLC程序的异常报警错误信息也将造成PLC模块信号变化及停机故障；电磁干扰也将导致接触器线圈信号丢失，造成停机故障。 2)当变频装置T400现场位置较接近开关电缆时，将形成电磁干扰和电压不足，传动装置的错误判断使得设备无法正常运转。当干扰信号入位传感器电缆时，造成传感器读取数据错误，导致设备无法正常工作[2]。 3 电磁干扰的解决方案3.1 有效减少电磁干扰的实际方法 有效减少电磁干扰及干扰源发射的方案如图2所示。  图2 增加抗干扰能力的接线方案 从图2可以看出，如果高频的干扰电流有一个正确的通道，高频干扰的发射就可以得到有效控制。如果使用非屏蔽电缆，干扰电流以随机性路线回到变频器中，通过基础的框架接地器、柜框架或电缆管道，干扰电流会造成电压降。如果使用屏蔽电缆，则可以使干扰电流通过屏蔽层回到变频器，从根本上降低电磁干扰，阻止干扰源有效发射，这是建立于处理现场电磁干扰的有效方案，位移传感器受到干扰就可采用该方法解决。 3.2 屏蔽干扰的实际操作 当变频装置检测到实际的电磁干扰时，变频装置则会发出报警故障F082，然后装置会发出分闸命令，电动机停止工作。在一般情况下，传动装置不会激活此故障，当出现F082故障代码时，首先检查P722的参数是否为0，如果不是，则需要手动更改为0，这种设置可有效地屏蔽部分干扰信号；如果存在线路或者是硬件损坏的情况时，警报信号则会显示F082，直到有效的故障排除后，才可复位故障警报。特钢厂采用的信号采集器为ET200，当干扰信号造成网络故障时，采集器传输到PL400站的信号会部分丢失，PLC将执行错误的动作，通过网络传输错误信息给传动装置，最终产生一个停机信号。通过PLC可确保网络自动检测功能OB86来实现保持转机信号，做到确保电动机始终正常运转[3]。 3.3 执行中重点注意事项 增加延时继电器元件可以有效地排除直接作用于输出模块的故障现象。在输出电缆上若加入延时继电器，可有效保证设备在运转了一定的时间后才会停止工作；但如果正常停车电动机也延时工作，则对安全方面会造成很大的影响，使用时应格外注意。 3.4 解决网络干扰的实际方案 当DP网络受到干扰时，降低波特率是有效方法之一。当网络连接不通时，进入PLC硬件组态，打开DP属性，选择降低波特率。然而，当网络处于高速运转与传输的时候，采用该方法会导致整个程序的紊乱，出现计算不准确和指令错误的情况，最终造成设备执行动作错误或无法执行动作指令[4]。 在电磁干扰的实际定义中明确信号干扰为电信号，在已经按照要求使用屏蔽电缆进行屏蔽，但依然无法完全避免干扰的情况下，建议使用光电转化的模式来进行干扰屏蔽。当DP网线受到强烈干扰时，使用西门子OBT模块进行稳定网络，可有效地稳定网络排除干扰，然而每个站点都需要使用一个模块进行工作，模块在数量增加的同时也大大提高了机器损坏的程度，因而建议选择性使用，使其彰显出最佳效果[5]。 4 结语电磁干扰的形成是多样化的，仅仅依靠一种电磁干扰的解决方法是远远不够的，结合多种抗干扰策略，可有效控制由电磁干扰所造成的影响。 参考文献： [1] 朱会杰,王新晴,芮挺，等.基于正交匹配追踪的强脉冲电磁干扰滤波新方法[J].振动与冲击,2015,31(15):33-37. [2] 戴幻尧,周波,莫翠琼，等.对雷达导引头的极化域电磁干扰机理与仿真[J].强激光与粒子束,2015,27(10):204-209. [3] 张晓,余占清,罗兵，等.雷电脉冲电磁场对电站敏感设备的电磁干扰[J].高电压技术,2014,40(6):1696-1702. [4] 刘素贞,李丽滨,蔡智超，等.电磁超声检测系统中消除电磁干扰电路的设计[J].电工技术学报,2016,31(1):80-84. [5] 王远,江孝国,陈思富，等.电磁干扰下时间分辨测量系统信号外触发技术[J].强激光与粒子束,2014,26(4):36-40. 责任编辑 马彤 Fault Analysis and Improvement of Electromagnetic Interference in Special Steel Plant HU Jianguo (Shandong Iron and Steel Limited by Share Ltd. Laiwu Branch Special Steel Division, Laiwu 271104, China) Abstract：With the use of high power production and communication equipment, the electromagnetic interference is becoming more and more serious. If we do not get effective control in time, it will cause communication interruption, serious loss of effective working hours. In this paper, through the analysis of environment and interference source, effective scheme by combining grounding and shielding of electromagnetic interference at the gate signal phase, solve the equipment fault caused by electromagnetic interference, ensure the equipment operation. Key words：electromagnetic interference, fault, split gate 中图分类号：TN 972；TH 165.3 文献标志码：B 作者简介：胡建国(1977-)，男，工程师，主要从事冶金设备等方面的研究。 收稿日期：2016-10-26 |
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