风机主控软PLC电源系统电磁兼容及可靠性设计.pdf

第 3期 总第 2 0 2期 2 0 1 7年 6月 机 械 工 程与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG AUTOM ATI ON No．3 J o n ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 7 0 3 0 1 6 4 0 2 风机主控软 P L C电源系统 电磁兼容及可靠性设计 王纪新 ，龙 辛 ，胡茜茜。 ，郭金 泉。 1 ．湘潭大学 ，湖南 湘潭4 1 1 1 O 0 ；2 ． 湘 电风能有 限公 司，湖南 湘潭4 1 1 1 0 0 ；3 ． 湖 南优 利泰 克 自动 化 系统有 限公 司，湖 南 长 沙4 1 0 0 0 0 摘 要 分析 了风 电场 电磁 环境 对风机主控 P I c产生的影响 和潜在 危害 。通过对 电磁 干扰 的来源及 产 生机理 的分析 ，设计 了一种 P I c的供 电电源 ，此 电源 能在 强电磁干扰环境下保证 P I C正常工作 ，满足 P I c供 电要 求 。 关 键 词 P I C； 电磁 干 扰 ； 电源 中图分类号 T P 2 7 3 TK 8 3 文献标识码 A 0 引 言 风 力 发 电 系 统 主 控 制 器 P L C 可 编 程 逻 辑 控 制 器 作为整个系统的核心部件l 1 ] ， 不但承载着整个风机 的安全 运行 ， 而 且具 有控 制精 度 高和 稳定性 强 的特 点 。 电源作 为 P L C系 统 中的重要 部件 ， 其 可靠 性 决 定 了整 个控制系统的可靠性 。变频器、 轮毂 电机、 雷 电、 噪声 产生 的 电磁干 扰对 电源 产 生很 大 的影 响 ， 电 源 中干 扰 成分的增加将影响 P L C与其他用电设备 的正常工作 ， 干扰 中的高次谐波会使 P L C的 C P U频繁重启 ， 控制 输 出不稳 定 、 产 生 误 动 作 。所 以如 何 解 决 电 源设 计 中 的电磁兼容问题 ， 是电子设备整体可靠性设计中的一 个重 要 环节_ 2 ] 。针 对 此 本 文 设 计 了一 种 P L C 的供 电 电源 ， 此 电源 能在 强 电磁干 扰环 境下 保 证 P L C正 常 工 作 ， 满足 P L C供电要求。 1 电源 电磁 干扰 的分 析 1 ． 1 电 网 干 扰 风 机 电源采 用普 通供 电 网络 ， 电 网覆盖 范 围广 ， 电 网上存 在各 种各 样 的用 电设 备 ， 电源 设 备 的停 送 电操 作 浪涌 、 大 型 设 备 的启 停 、 交 直 流 传 动 装 置 引起 的 谐 波 、 电网短路暂态冲击等都会在线路上感应 出电压 ， 并 在 P L C 系统所 处空 间形 成 电磁 干扰 ， 这些 电压 噪声 会 通过电源内阻耦合到 P L C系统的电路 中， 给系统造成 极 大 的危 害。 。 ] 。普通 电网干扰 电源 的途 径有 1 沿 电路 的连 接 线 电 源 线 、 接 地 线 或 信 号 线 形 成 的 电磁 干扰 。这种 干扰 可称 为连 线干 扰或 直 接干 扰 。连 线 干扰 或直 接 干扰 ， 在 电 路设 计 之 初 就 应 加 以 考 虑 ， 因为 它是 不可 避 免 的 ， 一 旦 电路 设 计 定 型 ， 这 种 干 扰就 已经存在 。 2 间接 干扰是 指 空 间周 围辐 射 源 通过 空 间传 播 形成的电磁干扰 。干扰源辐射功率的分贝数如果大于 P I C电气 控制 柜 系统 中 具 有 增 益 功 能 电 路 的增 益 分 贝数 ， 则 这种 电磁 干扰 即形 成 。此 外 电子 设 备 机 箱 还 存在 着 结构 位移 场 、 电磁 场 、 温 度 场 之 间 的 相 互 影 响 、 相互 耦 合 。 1 ． 2 P C B布 局布 线 P C B设计 中产 生 的 干扰 是 不 可避 免 的 5 1 】 ， 其 中元 件布局布线不合理产生的干扰尤为严重。元件本身B 『J 是 干扰 源 ， 电源 芯 片 、 继 电 器 、 电力 电子 器 件 如 果 布 局 未 有一 个统 筹 的规 划 ， 布线 时 电 源线 、 地 线 、 信 号 线 的 线宽设置过窄而无法通过大 电流 ， 线与线之 间的间距 设 置不 合 理 ， 过 窄 或 过 宽 ， 线 路 走 线 过 长 ， 都 会 形 成 一 一 定 的电磁 干扰 。 2 软 P L C 电源 系统硬 件设 计 2 ． 1 2 4 V 电压前 端 的处理 本 系统设 计 中采 用 2 4 V 外 接 电 源作 为 系统 的供 电 电源 ， 电源 经 高频 扼 流 圈 L 4 0 0 A一 1 抑 制 其 中的 高 频成 分 ， 然后 I 电源 正 端 线 和 N 电源 负 端 线 上 的 高压 通过 压 敏 电阻 MOV4 0 1 A_ 1 、 MOV4 0 2 A 1 泄 放 到 P E端 地端 ， 再经 TVS双向二极管 D 4 0 1 A_ 1 形 成大 电流 回路 ， 共 模 电感 L 4 0 1 A一 1 进 行 共 模 干 扰 的 滤 除 ， X安 规 电容 C 4 2 0 A_ 1 和 Y 安 规 电容 C 4 2 1 A 一 1 、 C 4 2 2 Aj 分别 滤除 L与 N 之间 、 L与 P E和 N与 P E 之 间的高次谐 波 。2 4 V 电源前 端的处 理如 图 1所示 。 2 ． 2 2 4 V 电 压 后 端 处 理 本设计 中我们需要将前端处理后 的 2 4 V 电压经 过钽 电容和电解电容进行滤波处理 ， 然后采 用金升 阳 收稿 日期 2 0 1 6 0 9 2 6 ；修订 日期 2 0 1 7 一 O 4 一 l 1 作者简介 王纪新 1 9 9 3 一 ，男 ，河南周 口人 ，在读硕士研究 生 ，研 究方向 新能源发电系统与技术 。 2 1 7年 第 3期 机 械 工 程 与 自 动 化 公 司 的 电 源 模 块 VR B 2 4 0 5 D 一 4 0 W H 进 行 2 4 V 到 5 V 的 电 压 转 换 ， 如 图 2 所 示 。 图 2 中 ， 高 压 电 容 、 1 00 A 一1、 C4 06 A一1 主 要用 于隔 离 和静 电防 护 ， 电源 模 块 V0端 输 出 的 5 V 电 压 同样用 钽 电容 C 4 0 4 A一 1 和瓷 片 I U窬 、 1 0 5 A一1 进 行 滤 波 处 理 ， 高 压 电 容 C 1 1 6 A l 、 、 1 l 7 A 1 做 V 电 输 出的静 电 防护 。 图 1 1 v 电源 前 端 的处 理 磁珠 c 40 3 A 1 O 0 0p F ／ 2 k V 1， M 4 00 A 一1 G N D 5 ■习 T n 0 vV 0 F U 4 O O A 1 F U 1 6 V ／ S A V RB 2 4 05 D 一 40 冒 H C 40 6 A l G NDI 1 0 0 0 p F y 2 k V GR O UD G ND B 1 图 2 纠V 电 压 后 端 处 理 3 实 验 结果 为 J ， 验 证所设 计 【 乜源 的仃 效 性 ， 对 其 进 行 r实 验 验 证 。实 验 中 为 r模 拟 『 x 【 电场 的 电 磁 环 境 ， 采 1f r P r i ma 公 的 E F F 6 l 【 】 O t A 脉 冲群 发 牛 器 。 如 3所 ， J j 。此 没备能 产生 持 续 时 问 3 s 、 频 率 5 k Hz 、 负 2 0 0 0 V 的 1 扰 脉 冲 ． 干 扰 信 【 】 以 通 过 3种 方 式 进 行 il I 放 ① 通 过 I 线 和 N 线 f f} f 放 ； ② 通 过 I 线 和 P E 泄 放 ③ 通 过 线 和 P E t t 放 。 将 _ t扰 源 与 2 4 V 电 倍 一起输 入 到软 P 】 C电 源馍 块 【 l t ． 实验结 果 如【 车 J 4所爪 。 由图 4町以 彳 亍 出 经 过 } 乜 源 模块 后将 2 0 0 0 V 的 电 降 到 J ， 峰 一 峰 值 为 Re l i a b i l i t y De s i g n 0 f EM C S y s t e m 0 f W i n d i ． xi a n g t ； l n U 【 ’ o ．．1 J t d ．．【 ’ l 3 2 V， 基 本满 足设 备要求 。 图 3 EF T6 1 0 0 4 A 脉 冲群 发 生器 图 1 实 验 结 果 参 考 文 献 [ 1 ] 王德毅． I I ’ 抗 干扰分折 及措施[ J ] ． I U 气 传动 ， 2 1 0 ， { 7 8 8 0． [ 2 ] 蒋新 尼． 卜 ． 浅析 P i 大 j x l 发电控 制 系统 r 的 成川r J ] ． 价息 与电I ji ；i 婵论版 ． 2 0 1 1 1 2 2 5 ． [ 3 ] 陈保新． I ’ I ’ 的电磁 T 执 题 及刈 策_ _ J ] ． 仃 包冶金 波 汁 j 研 究 ． 2 0 0 增 刊 1 l 8 5 l 8 7 ． [ 1 胡』 】 卅 ． ， 忠 航． 电磁谏 容 没 汁 I L c控 制 系统 r } i 的 咙川研究[ J ] ．K存 l 人 n然 科 学 版 。 2 0 1 5 3 l 3 6 一 l 3【 ． [ 5 ] 付 ． I I 动电源的 电磁 兼 窬{ i』 f 究 【 Jj 设 汁[ I ] ． K件 吉 林 火 ． 2 l 5 3 6 3 9 ． S o f t PLC f o r Po we r S u p p l y Dr i v e n Ge ne r a t o r WANG J i - x i n 。 ，L ONG X i n ．HU Qi a n q i a n、 ．GI 1 ． 1 i n q u a n Ch i n a2 ． XEM { W i l i { l P o we r 7 o ． ． 1 ． t d ．．Xi Ⅲ] g t a n i 1 1 l 0 0，Ch i n a ；3 H U I 1 i L1 ]Ui t e c h Au t o m a t i o n,S y s t I Ab s t r a c t l he i nf l u e nc e of t ht e l e c t r ma gn e t i c e n vi r onme nt of t he f an wi n d f a r m 0 1 3． n1 a t r PI 、p r ogr a mn mbI { 、l og i c c o n1 r ol l e r w} l s a n al y z e d． I h e or i gi n a nd me c ha ni s n l o f e l e c t r o ma gne t i c i nl c r f t r e n c e wa s s t udi e d．a n d a po we r S L I t pl y f o r PI 、WH S de s i gn e d．whi c h 【 tan wo r k n } r ma l l y i n t r ot 1 g e l e c t r o ma gn e l i c i nt e r f e r en c e e n vi r o i l H l e n l t o n l e e I t t 1 o[ } owe 1 ‘r e q ui r e me nt s of PI 【 、 ． Ke y wo r ds PI ． C；e l e c t r on 1 t1 nc l i i nt m。 f er e nc ep ower s u ppl y 上接 第 1 6 3页 Re s e a r c h o n La r g e F l o w Oi l S o u r c e En e r g y S a v i n g o f Hy d r a u l i c S e r v o S y s t e m I J 1 Ho ng - y u a n S c h o ol f M v c h a n i c a l En gi n e e r i n g．S he n g y a n g P o l y e c h n i {’ Co l l e g e．S h t n y a n g l l j l 5．Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w of l he e ne r gy s a v i n g r e qu i r e me nl s of l ar ge hy dr a ul i c s e r v e s ys t e m ．t hi s p ap e r p r o1 os e s a n o i l s our c e s ys t e F i l whi c h i s e o m t } o s e d o f me t e r i n g pump l i nd o ve r f l o w v al ve ． Tt l e s y s t e m c oul d ma i nt a i n t h e s e r v e s ys l e m a I c on s t a nt p r e s s ur e，a t t he -S a n t e t i mt ．c onl r oi t he hy dr a uI i c o i l s ‘ L l r c e wi t h PI C ac c or di l l g t o t he de ma nd of di f f e r e nt【 ’ o ndi t i on s．whi c h h a s ￡ 【go od e ne r gy S f l Vi n g e f f e c t ． I n a d di t i o n．mode l i n g a nd s i m u l a t i on f o r l a r ge o i l s our c e c on t r o l s ys t e m ha s v e r i f i e d t he f e a s i bi l i t y of t h e s y s t e m b y u s i ng AM ES i m s i mu l a t i o n s o ftwa r e ． Ke y wo r d shy dr au l i c s c r y e s y s t e m ；n1 ct e r i ng l } u mp；e ne r gy s a v i n g；PI C；AM ESi m g ． ⋯ 一