电气自动化设备应用中干扰和屏蔽研究

2020-05-12李明

中国设备工程 2020年6期

李明

（惠阳航空螺旋桨有限责任公司，河北保定 071000）

电气自动化设备，有着高精度、高效率、高准确度的特点，在企业的生产中应用十分广泛。为了确保生产的顺利进行，作为设备维修部门，及时维修维护设备，使故障设备尽快恢复正常，是每个维修人员都向往的美好愿望，这就对维修人员的技能水平有着很高的要求。设备的抗干扰问题，具有偶发、隐蔽、无规律等特点，经常困扰着我们，也严重影响了设备的稳定性，必须引起重视。

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1 维修案例分析

案例1：产品试验部门的非标疲劳试验设备，通道闭环控制由伺服控制器通道、力传感器、位移传感器、伺服阀组成，连接线缆均采用屏蔽双绞线，这是为了更好的信号传输而设计的。某大型疲劳试验设备，曾出现信号扰乱，加载力无规律瞬间脉冲式放大，这就无法保证试验数据的真实性，另外，严重时会毁坏设备。由于不定时的特性，给维修工作带来了巨大麻烦。通过对伺服通道、传感器、试验的加载方式等的变换比较，最终发现是干扰造成的，通过查找发现，部分铺设在地沟下的信号线缆，由于长期浸油导致橡胶老化，屏蔽层破损，屏蔽效果变差（未妥善做好更好伺服阀时溢油回收工作，致液压油流入地沟），另外，缺乏维护机制，并未发现线缆的老化状态。

案例2：机加车间某台数控车，在加工时尺寸忽大忽小，最大的能超差2mm左右，且无故障信息。经过排查、机械、电气并未找到问题，考虑到设备现场环境、西门子系统的抗干扰能力较差等特点，怀疑是干扰造成的，于是，检查相关部分，发现设备外壳和电气柜的接地屏蔽线存在破损，重新做好接地，故障排除。

案例3：一台立式加工中心，在执行程序加工过程中，出现了“X轴过电流”报警停机。检查X轴机械，手盘丝杠负载很小；监测设备外部供电，情况也正常；用同型号伺服驱动器替换，发现故障依然存在。经仔细检查发现，是X轴的信号绝缘老化，导致同一线槽内的强电线路对其产生了干扰。更换信号线，故障消除。进一步优化，将强电和信号线分开铺设，并增加定期检查。

案例4：一台进口的热压成型设备，在未执行加热程序时，计算机显示热油温度剧烈波动（比如，常温20℃，偶尔会跳变到100℃左右）。发生此现象时，检查热油站，热油温度数显表数值稳定，监测热电偶输出信号也正常。更换热油站到控制柜的信号线缆，并无改善。因此，怀疑电柜的接收端PLC模块抗干扰能力下降，更换同品牌型号的模块后，问题依然存在。经过深入分析及观察各部分状态，确认这是干扰造成的，检查设备接地良好，最终确认是热油站的I/O模块老化，尝试根据信号大小增设滤波电容，最终问题解决。

以上的维修案例，其共同点是“干扰”，造成了设备疑似损坏，以至于有的造成了产品废品。实例表明，干扰是影响设备运行的“隐形杀手”，它的存在使得设备显现许多不可理解、毫无规律的故障，那么，排除干扰隐患，就能挽救设备。

2 造成干扰的原因

（1）信号传输被干扰：当信号电缆绝缘层老化，屏蔽材质破损，就会被其他强磁干扰，造成信号被无端扭曲，严重时毁坏设备。

（2）施工不规范：设备的布线，不能因节约成本而牺牲稳定性，对于信号种类、用途不同，强电会对弱电信号产生影响，如果信号线缆的屏蔽效果变差，隐患就会发生，另外，不能将两者共地。

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（3）元件及线缆老化。设备使用过程中，某些元器件或线缆，由于设计布局、频繁使用、选型品质、散热不好等多因素造成其加剧老化，引起干扰。

3 屏蔽干扰的措施

加强对信号线的检查。在信号线的布置过程中，要杜绝多条信号线纠缠在一起的情形。同时，定期对信号线的绝缘情况进行检查，对有绝缘橡胶破损的信号线进行更换，以保证信号的正确传输，避免发生漏电干扰传输信号。

将电缆分层敷设。在设备设计方案阶段，针对传递不同信号的电缆，应分别隔离，采用分层铺设的方式对电缆进行一定的调控，从而保证电缆信号之间不会相互干涉。对于传递相同信号的电缆而言（如检测温度的电流信号），也应当尽可能避免线路密集的纠缠，选择开阔的线槽布置，由于控制器端口在对信号进行处理时，对信号可以进行一定程度的精密分析，所以，如果有较为类似的信号发生互扰时，会影响控制器的判断，从而导致控制器产生误动作、误指令。

供电系统隔离。由于一些现场常常会对大功率电机进行开关，开关过程中会产生高频信号，为了防止高频电磁对系统产生干扰，可以通过在供电线路上安装变压器，可以对大功率电机开关产生的高频电磁进行约束，避免对整体控制系统产生影响。

扭绞与屏蔽。信号导线的扭绞即“屏蔽双绞线”，扭绞替代平行，可达到抑制磁场干扰的效果。屏蔽即采取金属导体隔绝元件、组合件以及信号线。屏蔽可以很好得抑制多线缆分布电容性耦合噪声干扰。常用的方法是通过屏蔽双绞线连接模拟信号。通常情况下，不但电噪声会干扰信号，而且强交变磁场也会干扰信号。因此，不但需要考虑电屏蔽，而且需要考虑磁屏蔽，可以采取导磁性能优越（如铁、镍等）的导体实现屏蔽措施。

做好设备接地。对于设备接地，其主要包括两方面作用：一方面，在信号、供电电源进入设备后或其自身发生故障时，可以将超负荷的电流导入大地；另一方面，接地系统可以提供屏蔽层给设备，进而隔绝电子噪声干扰，同时，可以提供参考零电位给全部系统。