蘇州珈途傳感技術(shù)有限公司
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變送器的安裝和設(shè)計(jì)均具有嚴(yán)格要求：隨著通用變送器市場的日益繁榮，不包括OEM進(jìn)口變送器，國通用變送器年消耗量超過25億元。變送器及其輔助設(shè)備的安裝、調(diào)試、日常維護(hù)工作量急劇增加，給用戶造成了重大的直接和間接損失。本文從應(yīng)用環(huán)境、電磁干擾和抗干擾、電網(wǎng)質(zhì)量、電機(jī)絕緣等方面分析了上述問題的原因，并提出了一些改進(jìn)建議。
2工作環(huán)境問題。
為了降低成本，大多數(shù)國內(nèi)客戶直接在工業(yè)現(xiàn)場安裝變送器。一般工作場所灰塵大，溫度高，南方濕度高。電纜行業(yè)有金屬粉塵、陶瓷、印染等腐蝕性氣體和粉塵，煤礦等場合有防爆要求。因此，必須根據(jù)現(xiàn)場情況做出相應(yīng)的對策。
2.1變送器安裝設(shè)計(jì)的基本要求。
(1)應(yīng)安裝在控制柜內(nèi)。
(2)變送器安裝在控制柜中間；變送器應(yīng)垂直安裝，可能阻擋排氣和進(jìn)氣的大部件應(yīng)安裝在正上方和正下方。
(3)變送器上下邊緣距離控制柜頂、底、隔板或必須安裝的大間距應(yīng)大于300mm。
柜內(nèi)變送器安裝的基本要求。
(4)如果特殊用戶在使用中需要取下鍵盤，變送器面板的鍵盤孔必須用膠帶或假面板嚴(yán)格密封，防止大量灰塵進(jìn)入變送器。
(5)定期維護(hù)變送器，及時(shí)清理內(nèi)部灰塵。
（6）其他基本安裝和使用要求必須遵守用戶手冊中的相關(guān)說明；如有疑問，請及時(shí)聯(lián)系相應(yīng)廠家的技術(shù)支持人員。
2.2防塵控制柜的設(shè)計(jì)要求。
在多粉塵場所，特別是在多金屬粉塵和絮凝場所，需要采取正確合理的保護(hù)措施。適當(dāng)?shù)姆缐m措施對保證變送器的正常運(yùn)行非常重要。控制柜應(yīng)密封，通過專門設(shè)計(jì)的進(jìn)出口通風(fēng)；控制柜頂部應(yīng)有防護(hù)網(wǎng)和防護(hù)頂蓋出風(fēng)口；控制柜底部應(yīng)有底板、進(jìn)氣口和進(jìn)氣口，并安裝防塵網(wǎng)。
(1)控制柜風(fēng)道設(shè)計(jì)合理，排氣順暢，避免在柜內(nèi)形成渦流，在固定位置形成灰塵堆積。
(2)控制柜頂蓋安裝防護(hù)頂蓋，防止雜物直接落入；防護(hù)頂蓋高度合理，不影響排氣。防護(hù)網(wǎng)應(yīng)安裝在防護(hù)頂蓋側(cè)出風(fēng)口，防止絮狀雜物直接落入。
(3)如果控制柜頂排氣，出風(fēng)口必須安裝防護(hù)網(wǎng)。
(4)確?？刂乒耥敳枯S流風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向正確，向外吸風(fēng)。如果風(fēng)扇安裝在控制柜頂部的外部，必須確保頂蓋與風(fēng)扇之間有足夠的高度；如果風(fēng)扇安裝在控制柜頂部，必須使用所需的螺釘，防止風(fēng)扇脫落，損壞柜內(nèi)的部件和設(shè)備。建議在風(fēng)扇和櫥柜之間安裝塑料或橡膠減振墊圈，可以大大降低風(fēng)扇振動(dòng)引起的噪音。
(5)控制柜前后門等接縫應(yīng)用密封墊片或密封膠密封，防止灰塵進(jìn)入。
(6)必須安裝防塵網(wǎng)，以控制柜底和側(cè)板的所有進(jìn)風(fēng)口和進(jìn)線孔。防止絮狀雜物進(jìn)入。防塵網(wǎng)應(yīng)設(shè)計(jì)為可拆卸式，便于清潔和維護(hù)。防塵網(wǎng)小，能有效阻擋小絮狀物(類似普通家用防蚊蠅紗窗的網(wǎng)格)；或根據(jù)具體情況確定合適的網(wǎng)格尺寸。嚴(yán)格處理防塵網(wǎng)與控制柜的結(jié)合。
(7)控制柜必須定期維護(hù)，及時(shí)清理內(nèi)外灰塵、絮毛等雜物。維護(hù)周期可根據(jù)具體情況確定，但應(yīng)小于2~3個(gè)月；對于嚴(yán)重粉塵，建議維護(hù)周期約為1個(gè)月。
防塵控制柜的安裝要求。
2.3防潮防霉控制柜的設(shè)計(jì)要求。
大多數(shù)變送器制造商的內(nèi)部印刷板和金屬結(jié)構(gòu)部件沒有經(jīng)過特殊處理，以防止潮濕和霉菌。如果變送器長期處于這種狀態(tài)，金屬結(jié)構(gòu)部件容易生銹，導(dǎo)電銅在高溫下運(yùn)行，加劇腐蝕過程。對于微機(jī)控制板和驅(qū)動(dòng)電源板上的小銅線，由于腐蝕會(huì)損壞，變送器內(nèi)部設(shè)計(jì)必須對潮濕腐蝕性氣體的應(yīng)用有基本要求。例如，印刷電路板必須噴涂三種防漆，結(jié)構(gòu)件必須采用鎳鉻處理工藝。此外，還需要采取其他積極、有效、合理的防潮防腐措施。
(1)控制柜可安裝在使用空調(diào)的單獨(dú)封閉機(jī)房內(nèi)。該方法適用于控制設(shè)備較多的場合。建造機(jī)房的成本低于單獨(dú)關(guān)閉機(jī)柜的成本。此時(shí)，控制柜可采用上述防塵或一般環(huán)境設(shè)計(jì)。
(2)采用獨(dú)立進(jìn)風(fēng)口?？刂乒竦撞靠稍O(shè)置單獨(dú)的進(jìn)氣口，通過獨(dú)立的封閉溝與外部清潔環(huán)境相連。該方法需要在進(jìn)氣口安裝防塵網(wǎng)。如果溝超過5m，可以考慮安裝鼓風(fēng)機(jī)。
(3)吸濕干燥劑或吸附有毒氣體的活性材料可安裝在封閉控制柜內(nèi)，并在不久的將來更換。
干擾問題。
3.1變送器對微機(jī)控制板的干擾。
微機(jī)或PLC主要用于控制注塑機(jī)和電梯的控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)或改造過程中，必須注意變送器對微機(jī)控制板的干擾。由于用戶設(shè)計(jì)的微機(jī)控制板一般工藝水平較差，不符合EMC的國際標(biāo)準(zhǔn)，使用變送器后產(chǎn)生的傳導(dǎo)和輻射干擾往往導(dǎo)致控制系統(tǒng)工作異常，需要采取必要措施。
(1)接地良好。電機(jī)等強(qiáng)電控制系統(tǒng)的接地線必須通過接地匯流排可靠接地，單獨(dú)接地微機(jī)控制板的屏蔽地。建議將傳感器、I/O合，建議將傳感器、I/O接口屏蔽層與控制板的控制連接[3]。
(2)輸入EMI濾波器、共模電感、高頻磁環(huán)等微機(jī)控制板電源，成本低。能有效抑制傳導(dǎo)干擾。另外，在輻射干擾嚴(yán)重的情況下，如周圍有GSM或小靈通站，可在微機(jī)控制板上加入金屬網(wǎng)屏蔽。
微機(jī)控制板的電源抗干擾措施。
（3）將EMI濾波器輸入變送器，可有效抑制變送器對電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾，安裝輸入交流和直流電抗器L1、L2，提高功率因數(shù)，減少諧波污染，綜合效果好。當(dāng)某些電機(jī)與變送器之間的距離超過100m時(shí)，需要在變送器側(cè)增加交流輸出電抗器L3，以保護(hù)輸出地點(diǎn)分布參數(shù)引起的泄漏電流，減少外部輻射干擾。一種有效的方法是使用鋼管穿線或屏蔽電纜，并可靠地將鋼管外殼或電纜屏蔽層與地面連接。請注意，如果添加交流輸出電抗器L3，如果采用鋼管穿線或屏蔽電纜的方法，輸出對地分布電容增加，容易過流。當(dāng)然，只有一種或幾種方法。
減少變送器對外部控制設(shè)備的干擾。
(4)電屏蔽和隔離模擬傳感器檢測輸入和模擬控制信號。在變送器組成的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，建議盡量不要使用模擬控制，特別是當(dāng)控制距離大于1安裝跨控制柜時(shí)。由于變送器通常具有多段速設(shè)置和開關(guān)頻率輸入輸出，因此可以滿足要求。建議使用屏蔽電纜，并在傳感器側(cè)或變送器側(cè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端接地。如果干擾仍然嚴(yán)重，需要采取DC/DC隔離措施?？刹捎脴?biāo)準(zhǔn)DC/DC模塊，也可采用V/F轉(zhuǎn)換、光藕隔離、頻率設(shè)置輸入等方法。
3.2變送器本身的抗干擾問題。
當(dāng)焊機(jī)、電鍍電源、電解電源或滑環(huán)附近有高頻沖擊負(fù)載時(shí)，變送器本身很容易受到干擾的保護(hù)。建議用戶采取以下措施：
(1)在變送器輸入側(cè)添加電感和電容，形成LC濾波器。
(2)變送器的電源線直接從變壓器側(cè)供電。
(3)條件允許的變壓器。
(4)使用外開關(guān)量控制端子時(shí)，建議使用屏蔽電纜。當(dāng)控制線和主電路電源埋在溝內(nèi)時(shí)，除控制線外，主電路線必須用鋼管屏蔽，以減少相互干擾，防止變送器誤移動(dòng)。
（5）采用外部模擬量控制終端控制時(shí)，如果連接線小于1m，則采用屏蔽電纜連接，變送器側(cè)可稍接地；如果線路長且現(xiàn)場干擾嚴(yán)重，建議在變送器側(cè)安裝DC/DC隔離模塊，或采用V/F轉(zhuǎn)換后的頻率指令給定模式進(jìn)行控制。
(6)采用外部通信控制端控制時(shí)，建議使用屏蔽雙絞線，并將變送器側(cè)的屏蔽層接地(PE)。若干擾嚴(yán)重，建議將屏蔽層連接到控制電源(GND)。對于RS232通信模式，注意控制線盡量不超過15m。要想加長，必須降低通信波特率。正常通信的波特率在100m左右小于600bps。終端匹配電阻也必須考慮RS485通信。對于采用現(xiàn)場總線的高速控制系統(tǒng)，通信電纜必須采用專用電纜和多點(diǎn)接地，以提高可靠性。
4電網(wǎng)質(zhì)量問題。
在焊機(jī)、電鍍電源、電解電源等高頻沖擊負(fù)載中，電壓經(jīng)常閃爍；車間內(nèi)有數(shù)百個(gè)變送器等容性整流負(fù)載，電網(wǎng)諧波大，嚴(yán)重污染電網(wǎng)質(zhì)量，對設(shè)備本身損壞較大，不能連續(xù)正常運(yùn)行，損壞設(shè)備輸入電路?？刹扇∫韵麓胧?/p>
集中整流供電模式的直流共母線。
(1)建議用戶在焊機(jī)、電鍍電源、電解電源等高頻沖擊載荷下增加無功靜補(bǔ)裝置，提高電網(wǎng)功率因數(shù)和質(zhì)量。
(2)在變送器集中車間，建議采用集中整流和直流共母線供電。建議用戶采用12脈沖整流模式。其優(yōu)點(diǎn)是諧波小、節(jié)能，特別適用于頻繁制動(dòng)、電動(dòng)運(yùn)行和發(fā)電運(yùn)行。
(3)無源LC濾波器安裝在變送器輸入側(cè)，減少輸入諧波，提高功率因數(shù)，成本低，可靠性高，效果好。
(4)變送器輸入側(cè)安裝有源PFC裝置，，但成本較高。
5電機(jī)泄漏、軸電壓和軸承電流。
變送器驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)的電機(jī)模型電容，CSR是定子與轉(zhuǎn)子之間的等效電容，CRF是轉(zhuǎn)子與外殼之間的等效電容，RB是軸承對軸的電阻；CB和ZB是軸承油膜的電容和非線性阻抗。
在高頻PWM脈沖輸入下，電機(jī)內(nèi)分布電容的電壓耦合構(gòu)成系統(tǒng)共模電路，導(dǎo)致地漏電流、軸電壓和軸承電流問題。
變送器驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)的電機(jī)模型。
泄漏電流主要是由SF在PWM三相電源電壓和地球之間的極度瞬時(shí)不平衡電壓。其尺寸與PWM的dv/dt尺寸和開關(guān)頻率有關(guān)，其直接結(jié)果將導(dǎo)致漏電保護(hù)裝置的運(yùn)行。另外，對于舊電機(jī)，由于絕緣材料差，經(jīng)過長期老化，部分變頻改造后造成絕緣損壞。因此，建議在改造前進(jìn)行絕緣試驗(yàn)。新變頻電機(jī)的絕緣要求高于標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)。
軸承電流主要有三種方式:dv/dt電流、EDM電流和環(huán)路電流。軸電壓的大小不僅與電機(jī)各部件的耦合電容參數(shù)有關(guān)，還與脈沖電壓的上升時(shí)間和振幅有關(guān)。dv/dt電流主要與PWM的上升時(shí)間tr有關(guān)。dv/dt電流范圍越小，逆變器載波頻率越高，軸承電流中的dv/dt電流成分越多。EDM電流是偶然的。只有當(dāng)軸承潤滑油層被擊穿或軸承內(nèi)部接觸時(shí)，儲存在電子轉(zhuǎn)子對地電容CRF上的電荷(1/2CRF×URF)才能通過軸承等效電路RB、CB和ZB對地放電，導(dǎo)致軸承光潔度下降，使用壽命縮短，直接損壞嚴(yán)重。電子轉(zhuǎn)子對地電容CRF的軸電壓和存儲主要取決于損壞程度。
電網(wǎng)變壓器地線、變送器地線、電機(jī)地線、電機(jī)負(fù)荷與地線之間的電路(如水泵負(fù)荷)產(chǎn)生環(huán)路電流。環(huán)路電流主要引起傳導(dǎo)干擾和地線干擾，對變送器和電機(jī)影響不大。避免或減少環(huán)流的方法是盡量減少地線電路的阻抗。由于變送器接地線(PE變送器)一般與電機(jī)接地線(PE電機(jī)1)連接在一個(gè)點(diǎn)，因此必須盡可能粗化電機(jī)接地電纜的直徑，降低兩者之間的電阻。同時(shí)，銅母線或?qū)Ｓ媒拥仉娎|用于變送器與電源之間的接地線，以保證良好的接地。對于潛水深井泵的負(fù)載，接地阻抗ZE電機(jī)2可能小于ZE變壓器和ZE變送器之和，容易形成地環(huán)流。建議斷開ZE變送器，抗干擾效果好。
正弦波濾波器是抑制軸電壓和軸承電流的有效途徑。目前，許多制造商可以提供標(biāo)準(zhǔn)濾波器。
本文從變送器的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)出發(fā)，從應(yīng)用環(huán)境、電磁兼容性、電網(wǎng)質(zhì)量、電機(jī)絕緣等方面提出了一些解決問題的方法和改進(jìn)建議，對變送器在實(shí)際工程中的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。
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