造紙現場總線的抗干擾問題探討

4 現場總線的接地

良好的接地是現場總線防干擾的重要措施。所謂/地0,一般定義為電路或系統的零電位參考點;接地就是在兩點之間建立傳導通路其目的一是保護操作人員和設備的安全即保護地0;二是為了抑制電磁干擾,提供電子測量中的電位基準,即/工作地0。圖1是工作地的接地方法:

單點接地是指系統中所有電子設備或元件都并聯連接到一個接地參考點。這種接地方式的優點是各電子設備或元件的地電位只與本電子設備或元件的地線阻抗有關,不受其他回路的影響;缺點是需要多根地線,增加地線長度,增加了地線間的干擾耦合,在高頻情況下地線阻抗大大增加。多點接地是指系統中各個需要接地的點都直接連接到距它最近的接地點上,以使接地線的長度最短。由于接地線很短,適用于高頻情況;缺點是易構成各種地回路,造成低頻地回路干擾。工作頻率在1MHz以下,可采用單點接地方式;工作頻率在10MHz以上,可采用多點接地方式;當然,亦可單點接地和多點接地混合使用。接地線太長時,亦應采用多點接地,以防止接地線阻抗太大,干擾噪聲電壓太高。在眾多現場總線中,Profibu現場總線的發展尤為迅速,在造紙行業應用很廣,現以Profibus2DP為例說明。Profibus2DP的通訊速率有9.6、19.2、87.5kbit/s和0.5、1.5、3、6、12Mbit/s,其中最常用的通訊速率為1.5Mbit/s,此時,Profibus雙絞電纜的長度可達200m(使用中繼器可延長)。當Profibus2DP通訊速率為1.5Mbit/s時,可認為通訊頻率為7.5MHz,頻率較高,接近10MHz,宜采用多點接地,應最大可能減小接地阻抗。

Profibus2DP電纜采用RS248雙絞屏蔽電纜,由于通訊頻率較高,干擾所產生的噪聲電流只在屏蔽層外表流過(集膚效應),屏蔽層通常采用多點接地,一般在電纜屏蔽層兩端接地,即始端和末端同時接地。若一端接地(始端或末端),僅僅有利于消除低頻干擾。但在整個車間沒有放置等電位接地板,不能實現等電位接地時,一端接地優于兩端接地,并可防止形成地回路。

5 現場總線在造紙控制中的抗干擾應用

華泰集團PM、0紙機,設計車速1800m/min,卷紙幅寬635mm,年生產能力20萬t,于200年7月20日投產,DCS系統由國際知名公司提供,控制器采用AC450,MCC使用INSUM系統DCS與MCC之間采用Profibus2D通訊連接,通訊速率115Mbit/s。由于INSUM內部通訊使用LONbus,必須通過Gateway網關將LONbus轉換為Profibus,控制器側連接至CI541卡。調試初期采用Profibus雙絞屏蔽電纜,總長約150m,連接采用9針D型插頭,電纜兩端通過D型插頭接地很快發現,Profibus站點不能全部找到,有時甚至一個站點也找不到,做過許多實驗,排除了其他方面的所有原因。最后發現,DC側電纜屏蔽不接地時,所有站點都能找到,于是采用了MCC側單端接地。雖然已經能夠正常運行但出現了一個新情況,每隔一段時間,突然出現某個Gateway運行中死機,復位后正常。分析原因Gateway位于MCC柜內,大量電力設備存在,電磁干擾大。此部分MCC靠近傳動,紙機傳動產生的干擾影響。DCS與MCC之間存在接地電位差,以至于電纜屏蔽兩端接地時,形成回路,干擾總線信號。控制器側工程師站亦出現大量CI541卡錯誤信息懷疑大量誤碼存在。

鑒于以上原因,決定將Profibus屏蔽電纜換為光纜。換后情況改善,Gateway不再死機。

6 結 語

在紙機控制系統的設計!安裝!調試中,要特別注意現場總線的抗干擾問題,只有正確地采取抗干擾措施,才能使總線正常運轉為生產提供有利的保證。