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通过一个现场看plc系统接地的重要性

2017-8-9 16:15| 发布者: admin| 查看: 217| 评论: 0|来自: 西门子工业技术论坛

摘要: 在很多场合,我们都提到了现场处理EMC问题时应该进行接地方面的改进,可是由于接地处理相对还是比较复杂,特别是对于现场已经打了接地桩而且已经生产的企业还是比较麻烦的一件事,并且有些用户可能还存在一个疑问: ...
       在很多场合,我们都提到了现场处理EMC问题时应该进行接地方面的改进,可是由于接地处理相对还是比较复杂,特别是对于现场已经打了接地桩而且已经生产的企业还是比较麻烦的一件事,并且有些用户可能还存在一个疑问:处理了接地是否一定能解决问题?因此现场对接地的处理可能会拖延甚至打了折扣,我们也曾经出了一本书,专门介绍plc系统的接地,但接地就真的这么重要吗?这里我介绍一个现场的案例供大家参考。
        某用户使用了我们的S7-200 SMART产品,连接伺服控制器,控制一个传送带和机械手。其中机械手是伺服控制,传送带是直接控制三相电机启动。现场在调试过程中,发现单独测试机械手和单独测试传送带,都没有任何问题,但联动时,如果机械手和传送带同时动作时,就容易出现CPU停机故障,此时CPU报“致命错误,内部固件错误”的信息,必须重新上电才能恢复。
        于是我们到现场进行实地检测。由于怀疑电源的干扰,我们出发前还自己带了一个滤波器和一个电源模块。
        现场我们看到,为了测试,其中一台设备为了查原因已经进行了多次整改,因此线路比较乱,但不影响整体测试。根据用户自己的测试发现,老型号的柜体内,采用的马达保护器模块是一个国产品牌,没有出现过CPU停机故障,而新的柜体内,采用的都是某进口品牌的马达保护器,出现故障的概率很高,因此我们到现场后,发现柜内都是国产马达保护器模块,但我们还是进行了对比测试,发现使用国产马达保护器依然还是会出故障,但故障几率较低,并且随着测试的进行,故障率也开始上升,之前测试几十次才会出现一次故障,后来测试的次数增加了,也逐渐导致两三次动作就会触发CPU停机,因此马达保护器并不是真正的故障原因,不过这倒是给了我们一个提示,很有可能是电源方面的问题导致的CPU停机。因此我们在CPU的电源上增加了一个滤波器(图1)。


图1 柜体内电源进行滤波处理
        但是,现象依然出现。
        然后,我们怀疑是动力电缆影响IO,因此将IO线从线槽内取出,与动力电缆分开布线,但还是不行。之后,我们又检查了输出回路,发现输出都增加了续流回路(图2)。


图2  输出负载都增加了续流回路
        于是我们又将柜内的接地进行了处理,并增加了一根较粗的连接到厂房的“地”的接地线(图3)。


图3 系统接地重新处理
        但还是不行。
        于是我们又将S7-200 SMART PLC的供电总电源与伺服电机的电源隔开,采用另外一路电源单独供电,并换上了我们自己带的电源模块(图4)。


图4 PLC采用电源模块单独供电
        但还是没有效果。
        之后我们又在传送带电机的马达保护器的出线端增加了磁环(图5)。


图5 电机电源线上增加了磁环
        这下有了效果,CPU停机的情况好了很多。
        看来磁环是有作用的,但经过一段时间的测试,发现偶尔还是会出现CPU停机的情况,只是频率降低了很多。
因此,总体判断,应该是电源对系统造成的影响,但该影响是如何传递到PLC的,目前我们没有找到明确的传输路径。
        之后,我们又进行了各种测试,当然,所得到的每一个结论、做的每一个实验都是经过了测试的(图6)。


图6 每一步都是经过测试的
        例如:采用不同品牌的马达保护器时,分别对PLC的24V供电电源进行的检测(图7)。


图7-1 进口品牌的马达保护器


图7-2 国产品牌的马达保护器
        从幅值上看,干扰脉冲的幅值基本相同。
        而同时对地线也进行了测量(图8)。


图8 地线波形
        从波形上看,但就脉冲幅值(62.4V)来讲,地线上检测到的干扰比总电源线(380V)上的干扰小多了。但比24电源线上的干扰要大。不过做为地线,如果有干扰脉冲,也很有可能比电源线上的大。
        这次检查,我们能够想到的方法都试过了,就是找不到具体原因,这让我们也颇为奇怪,由于当时设备马上要发走了,因此我们只能暂时先停止检查,准备等设备发到现场再进行进一步的检测。因此,当时我们只能是暂时建议用户,在马达保护器的电源线上增加磁环,并将地线加粗等等处理措施,然后期望再次进行检测。
        但是,等设备发到现场后,故障竟奇迹般的消失了,最终经过用户自己的检查,应该是由于他们厂房的“地”造成的,后来他们将厂房的“地”重新做了处理,这个问题在厂房内也基本没有再出现过。    
        实际上,这个结果也让我们感到比较意外,因为在现场我们对地线进行了检测,并没有发现明显的非常强的干扰,但现在看来,应该还是内部的干扰并没有通过地线被释放掉从而对PLC造成了影响。因此,通过这个现场的问题处理,我们再一次对“地”加深了印象,也再一次认识到“地”的重要性。对此,希望大家也都能有所借鉴和参考。
        但有一点我们需要再次强调:系统接地,是处于保护人身安全的考虑,并不是出于EMC的考虑;如果系统的“地”是干净的,则系统接地可以提高系统的EMC特性,否则,会对系统产生不利的影响。但一般情况下,我们还是建议大家,在保证系统“地”干净的前提下,尽量能够将PLC等控制系统进行良好的接地处理,提高我们系统的EMC特性。

 

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