电缆屏蔽层接地方式及PLC信号抗干扰分析.pdf

第3 l 卷2 0 1 3 年第6 期 总第 1 6 8 期 邑雷8雷8曾8雷8s 乜舂％∞邑雷8分8 雷8s 母 6 电雷 8 雷8 譬8 雷8s邑 s毡 问题 研究 电缆屏蔽层接地方式及 P L C信号抗干扰分析 张辅琪 本钢热连轧厂本溪1 1 7 0 0 0 【 摘要1 电缆屏蔽层接地是抑制干扰信号的重要手段 ， 是维持 系统稳定运行的重要措施。其抑制干扰的 能力除与屏蔽层本身质量有关外， 还与屏蔽层接地方法密切相关。良好的屏蔽需选择正确的屏蔽层接地方式、 接 地 点数 及 接 地 位 置 。 【 关键词】 电缆屏蔽层接地P L C 抗干扰 An a l y s i s o f t h e M e t h o d o f Ca b l e S h i e l d Gr o u n d i n g a n d P LC S i g n a l An t i -i nt e r f e r e nc e ZHANG F u q i H o t S t r i p Mi l l o f B e n x i I r o nS t e e l C o ． ， L t d ． ， B e n x i 1 1 7 0 0 0 【 A b s t r a c t 】 T h e c a b l e s h i e l d g r o u n d i n g i s a n i m p o r t a n t m e a n s i n r e s t r a i n i n g s i g n a l d i s t u r b a n c e a n d c r i t i c a l me a s u r e s t o s us t a i n s t a b l e r un n i n g ． Th e a b i l i t y o f r e s t r a i n i n g d i s t u r b a n c e i s c o r r e l a t e d wi t h t h e me t h o d o f s h i e l d g r o u nd i ng e x c e p t t h e qu a l i t y o f c a b l e s h i e l d ．Po i n t o u t t ha t g o o d s h i e l d i n g n e e d s c o r r e c t s h i e l d g r o u n d i n g me t h o d ， g r o u n d i n g p o i n t s a n d p o s i t i o n ． 【 K e y w o r d s ] C a b l e s h i e l d ， g r o u n d i n g ， P L C ， a n t i i n t e r f e r e n c e 0引言 P L C 作为一种 自动化程度高 、 配置灵活的工业 生产过程控制装置， 虽然其本身可靠性很高， 但也 存在薄弱环节 ， 就是 P L C的I ／ 0端 口。由于 P L C的 应 用 环境越 来越 复杂 ， 所 受到 的干 扰也越 来越 多 。如来 自电源波形 的畸变 、 现场设备所产生的 电磁干扰 、 接地 电阻的耦合等各种形式的干扰 ， 这 些干扰可使P L C 系统不能正常工作。屏蔽作为电 磁兼容控制 的重要手段 ， 可以有效地抑制 电磁干 扰 。屏蔽层 接地后 ， 使干扰电流经屏蔽层短路入 地， 从而对电缆传输的信号起到保护作用。 1 电缆屏蔽层接地方式 屏蔽 电缆抗干扰能力与接地方式密切相关 ， 接 地方式不同， 抗干扰效果就不同。采用何种接地方 式 ， 取决于信号的频率、 电缆的长度以及电路对电 磁场的敏感度， 特殊情况下 ， 需采用双屏蔽电缆。 1 ． 1 电缆屏蔽层单点接地 通常现场电磁环境较好、 传输低频信号 一般 不大于 1 M H z 时， 可采用单屏蔽层信号电缆， 屏蔽 层单点接地。但接地点的位置选择仍需做具体分 析确定。图 1 所示为“ 信号源一电缆一放大器” 组 一 5 6一 成的单 点接地 系统 ， 其接地点可 以有 以下两种选 择方式 1 信号源接地， 放大器不接地。当系统中只 有信号源一侧接地时， 电缆的屏蔽层应接在信号 源的公共参考点上 。否则容易出现由于参考点不 同， 参考点之问存在电位差， 从而导致屏蔽层与信 号源参考点之问产生环流 ， 进而干扰信号源。 ， 、 { C 、 ，s ～ } c 一 放 一 詹 ／ 。 } √ 器 一 A 1 3 i I 、 、 、 、 图1 信号源一电缆一放大器 2 放大器接地 ， 信号源不接地 图 1 中 s 为信 号源， 为放大器公共端对地的电位 ； V g 为信号 源公共端与放大器公共端之间的电位差； C ． ， C ， C ， 为电缆线芯与屏蔽层之间、 线芯之间的分布电容。 问题研究 第3 1 卷2 0 1 3 年第6 期 总第 1 6 8 期 电缆屏蔽层可通过A ， B ， c 三条路径接地。如 果屏蔽层经A路径接地 ， 则干扰源 。 ， 经分布 电容 c ， C ， 分压后将一附加 的干扰 电压加在放大 器／ P L C模块的输入端 ； 如果屏蔽层经 B路径接地 ， 则干扰源 经分布 电容 C 。 ， c ， 分压后将附加的 干扰 电压加在放大器／ P L C模块 的输入端 ； 如果屏 蔽层经 c路径接地 ， 则干扰源 ， 在放大器／ P L C 模块的输入端均无响应 。 比较而言 ， 当系统中只有信号接收端单点接 地时 ， 电缆屏蔽层应接在信号接收端的公共参考 点上。只有这样， 才能更有效地屏蔽信号干扰源。 1 ． 2电缆屏蔽层 多点接地 当系统所处环境存在高频信号干扰时， 电缆 屏蔽层应进行多点接地处理 ， 如实施困难 ， 至少应 在两端接地。因为高频信号通过杂散电容极易造 成接地环路 ， 采用多点接地方式可 以解决此问 题。多点接地方式接地点的选择应为工作信号波 长 的 O ． 1 5 倍 间隔进行多点接地 ， 这样可有效抑制 电缆屏蔽层上出现高电平噪声电压。 如系统所处电磁环境非常复杂 ， 既存在高频 信号的严重干扰 ， 同时也存在低频信号的干扰 。 此时可采用双屏蔽层电缆， 外侧屏蔽层采用多点 接地 方式 ， 内侧屏蔽层 采用单 点接地 方式。 由于 高频信号 的集肤效应 ， 高频干扰 电流只在外屏蔽 层的外表面流动， 而信号电流只在导体内层流动， 这样相 互间 的干扰也可减至最低 ， 从 而保证 系统 接收信号的纯净。 2 P L O信号的抗干扰因素分析 2 ． 1 由电源 引入 的干扰 通常只需将 P L C电源与动力设备分开配线 ， 利用 P L C本 身 的抗 干扰 能力就 可抑制 电源 的干 扰 。现在的P L C电源通常利用 U P S 不间断电源供 应 ， U P S 本身经过整流和逆变具有一定的稳压作 用 ， 基本可 以抑制 电源波形畸变 的影响 。如无法 避免配线交叉 ， 则应尽可能使 两线正交 ， 以减少 电 磁干扰 。 2 ． 2由地 引入 的干扰 P L C系统中具有多种形式的地 ， 其中交流地 即交流供电电源的N 线是产生噪声干扰源的主要 地方， 因此P L C 系统应单独设立接地点， 与动力系 统的交流地分开 ， 避免由地引人的干扰。P L C系 统 的接地极应 特殊设立 ， 接地极 的接地 电阻应小 于 4 Q。 2 ． 3 电磁 环境 引入 的电磁 干扰 为减少电磁环境引起的电磁干扰 ， 通常采用 带屏蔽层的信号电缆， 电缆屏蔽层接地。 1 单端接地方式 见图2 假设信号电流 ， 从芯线 流人屏蔽线 ， 流过负载 电阻 R 之后 ， 再通 过屏蔽层返回信号源。因为， 。 与 ， 2 大小相等方向 相反 ， 所以它们产生的磁场干扰相互抵消。这是 一 个很好的抑制磁场干扰的措施。同时它也是一 个很好的抵制磁场耦合干扰的措施。但屏蔽层接 地 点不 同 ， 其抗干扰效果也不一样 ， 如前 面 2 ． 1 中 所介绍， 接地点最后选择在近P L C 侧的P L C 信号 的公共参考点上， 其抗干扰效果最好， 单端接地方 式见图 2 。 图2 单端接地方式 2 两端接地方式 见图 3 由于屏蔽层上流 过 的电流是 ， 2 与地环 电流 ， c 的迭加 ， 所 以它不能 完全抵消信号 电流所产生 的磁场干扰 。因此 ， 它 抑制磁场耦合干扰的能力也比单端接地方式差。 两端接地多用于高频干扰的情况， 此时为减少地 环电流 ， c ， 可采用多点接地， 选择工作信号波长的 0 ． 1 5 倍 间隔进行 多点接地 ， 双端接地方式见 图3 。 单端接地方式与两端接地方式都有屏蔽电场耦合 干扰作用。 图3 两端接地方式 [ 下转第6 0页] 一 57 第3 l 卷2 0 1 3 年第6 期 总第 1 6 8 期 问 题研究 g 暑 辑 静 弯辊力／ 弯曲变形 27 26 2 5 要 2 3 菱 2 2 21 20 弯辊力／ k N 弯辊力／ 接触应力 ／／ ／ ／ ／ ／ 窜辊／ 弯曲变形 J ． 2 一 O ． 2 0 1 5 O ． 1 k _ ． _ _ - _， b D ． 0 5 0 0 l 5 O l 1 0 0 l 2 0 0 Y w 0 ． 2 2 0 8 3 1 0 ． 2 1 0 6 2 1 0 ． 1 9 8 5 3 I O ． 1 9 2 7 4 n 0 ． 1 4 1 6 2 l 0 ． 1 3 3 0 8 l 0 ． 1 1 7 1 1 l 0 ． 0 9 0 9 2 图7 窜辊的弯辊力／ 弯曲变形 3 ． 2弯辊力对工作辊与支撑辊的影响 以1 2 0 0 ra m宽的带钢为例进行三维建模 ， 分析 弯辊力在轧制过程中工作辊与支撑辊的弯曲变形 及应力分布 同一接触点 情况 ， 载荷情况 轧制力 1 3 0 0 0 k N， 无窜辊 略 。 3 ． 3 窜辊量对工作辊与支撑辊的影响 以1 2 0 0 m m的带钢为例进行三维建模， 分析窜 辊在轧制过程中使工作辊与支撑辊的弯曲变形及 应力分 布情况 ， 载荷情况 轧制力 1 3 0 0 0 k N， 弯辊 力 5 0 0 k N， 计算分析得到如图7 和表 1 。 表1 计算结果 4结束语 目前热轧平整轧制 中采用 的四辊轧机 ， 通 过 上面的分析清楚 的看到弯辊 、 带宽、 窜辊在轧制过 程中对辊系弯曲及应力的影响和变化的趋势 ， 因 此辊系 的研究对平整机的性能与平整后钢板 的断 面形状 有重大 的意义 ， 也为今后 的设计工作提供 了方法与参考。 2 0 1 2 -1 1 1 1 收稿 0 、 、 ； 、 石 、 、 e e ＼ ＼ 靠 ＼ 、 、 ＼ 、 ∞＼ 、 、 、 蛤 ＼ 、 s＼ 蝣 ； 菏 ； ； 5 f [ 上接第 5 7页] 3 屏 蔽层悬 浮 只有屏 蔽 电场耦 合干扰 能 力 ， 而无抑制磁场耦合干扰能力。 3 结束语 电缆屏蔽层采用合理的接地措施是保证电子 设备可靠性 的重要手段之一 。每一种接地方式都 有其适用范围。屏蔽层接地方式的选择要根据具 体环境 、 具体条件进行具体分析， 采取相应方式实 施 ， 在一个 良好的接地网中要综合考虑各种接地 的要求 ， 采用均压、 分流等配套措施为有效消除干 扰 ， 提供可靠保证 ， 才能保证整个系统 的安全稳定 运行。 一 6 0一 参考文献 【 1 】 王永利， 张洁． 电缆屏蔽金属网屏蔽效能的工程计算 电子测量与仪器学报， 2 0 0 8 ， 2 2 ． 【 2 1 徐晓莹， 张秀然． 电子信息系统接地抗干扰技术之探 讨 卟 现代 电子技 术 ， 2 0 0 7 5 ． f 3 1 G B 5 0 0 5 7 9 4 建筑物防雷设计规范 第6 ． 3 ． 1 条． 【 4 ] 张斌 ， 秦会斌． 屏蔽电缆的接地 问题 Ⅱ ] ． 科技 资讯 ， 2 0 0 6 7 ． 【 5 ] 刘国通， 李传伟． 屏蔽和接地在数控系统抗干扰中的 应 用 ． 2 0 1 2 -0 9 -1 0 收稿