浅析变频器对DP网络的干扰

浅析变频器对DP网络的干扰

孙鼎

（宝武集团广东韶关钢铁有限公司特轧厂广东韶关512123）

摘要：广东韶关钢铁特轧厂水处理在进行改造的过程中出现的讯号干扰问题，引起ＤＰ网络讯号传输过程不稳定和偶尔出现网络故障进行分析，查找出导致网络讯号不稳定和偶尔出现网络故障的原因，制定出解决问题的方案。使网络信号传输稳定性提高，增加电气控制系统的可靠性。

关键词：ＤＰ网络；变频器；信号干扰；信号传输

一、前言

PROFIBUS-DP是当今工业控制领域中广泛使用的一种现场总线控制系统。它以较快的传输速度和较低的成本，广泛应用于设备及控制系统和分散式I/O之间的通讯。

变频器的输出电缆由于高次谐波电流的存在成为一个显著的干扰源，并且其干扰的强度和运行的频率有关系，频率越高干扰强度越大。

随着工业自动化技术的逐步提高，变频器的使用范围和现场总线技术的应用也越来越广泛，变频器和总线的可靠性直接影响到工业生产的效率和安全。随着工业自动化技术发展两者之间的联系越来越紧密，随之也产生了许多问题。其中电磁干扰是最重要的问题之一，PROFIBUS-DP通讯电缆的抗干扰能力是相当脆弱的，在PROFIBUS-DP应用领域不断扩展的今天，应该密切关注其受到的讯号干扰问题。

二、存在的问题

广东韶关钢铁特轧厂水处理技改后控制系统采用西门子PLCS7-300系统，网络通讯基于Profibus-DP总线技术，变频器采用的是Danfoss变频器。设备全面运行后，现场偶尔出现网络通讯故障，特别是在电脑上反馈的水流量和速度的反馈值变化较大，严重影响了钢材生产过程工艺指标和设备冷却状态的稳定性。

三、原因分析及解决工作

通过检查现场检测设备、查看PLC程序及进行诊断发现造成这种现象是因为DP网络的传输信号受到了干扰，通过查阅相关资料和调试人员的指导后，我们认为变频器是造成DP网络传输不稳定的最大干扰源，于是做了如下的相关工作：

3.1通讯电缆的接线

由于使用的是丹佛斯变频器，没有数据总线插头。为了保证通讯质量，要求所有通讯电缆都处于在同一电压等级上。如果两个站点之间不等电势，则当两个设备分别各自接地时，将会在两个接地点之间产生电势差，此时电流会流过通讯电缆的屏蔽层，从而对通讯产生影响。用等势线连接的方式可以解决此种问题，将各Profibus-DP站点的地线连接起来，并且保证所有Profibus-DP站点的屏蔽层接地[1]。因此我们对每一台变频器的接线进行了仔细检查，确保通讯电缆接线准确，确认通讯电缆的屏蔽层连接在一起且接地牢靠。

3.2电缆的布线

对集中放置变频器的电柜内的动力电缆和通讯电缆走线进行重新布置，分区铺设，要尽量避免出现布线呈平行状态，对于那些通讯电缆太长容易出现干扰的需要将其裁断并重新不要出现电缆呈环形连接，容易导致磁力干扰。对于通讯电缆和其他电缆尽量的远离，确保电磁干扰对讯号的传输减到最小。

3.3接地系统检查

确认控制柜中的所有设备接地良好，使用短、粗的接地线（最好采用扁平导体或金属网，因其在高频时阻抗较低）连接到公共地线上。变频器相连的控制设备要与其共地，避免不规范的接地成为干扰的因素之一[2]。

3.4通讯速率的调整

网络传输速率原来为1.5Mbps，根据技术标准，传输速率越高，其传输距离越短，1.5Mbps速率的传输距离为200米，我们在满足数据交换量和实时性要求的前提下，将传输速率降低到187.5Kbps，降低速率后可达到提高网络的抗干扰能力[3]

3.5问题分析

做了以上的工作后，现象依然存在没有得到改善，最后通过分析认为有一种最大的可能就是通讯电缆布线没有问题，但是在电气室内空间有限，电缆沟内的电缆夹层距离较近，无法避免变频器和动力电缆对通讯电缆的电磁干扰，因此提出要求，要在电缆沟内铺设金属管，金属管进行多点的可靠接地，电缆沟内的通讯电缆必须单独穿管，对柜内的通讯电缆用金属软管，尽量减少通讯电缆裸露在外。通讯电缆重新穿管布线后，网络通讯故障和通讯不稳定现象被消除，通讯系统的抗干扰能力得到了加强，DP网段上其它设备运行正常，整个水处理的流量控制系统也运行正常，水流量的调节和速度的反馈值趋于稳定，问题最终圆满解决。

本次改造是利用原来的水处理电气室，由于改造前水处理的电机是工频运转，水流量的大小是靠阀门调节，没有发生过讯号干扰问题，而电缆沟内是开放的电缆桥架，这就给通讯电缆的铺设带来了隐患。通过参与这次技改，切身的了解到网络干扰问题的严重性和隐蔽性，尤其是变频器的高次谐波带来的电磁干扰和污染问题是相当的严重，使其成为网络通讯最大的干扰源之一。究其原因就是变频器输出侧电流中有很多高次谐波的存在，它们通过电磁感应、空中辐射、线路传导等方式把自已的能量传播出去，对设备形成干扰。在安装设计时，就要考虑如何避免变频器这个干扰源对信号传输的干扰，成为必不可少的问题。

四、结束语

随着技术的发展，变频器的普及程度越来越高，其带来的好处越来越明显。我们在应用的同时也不能忽视随之产生的诸多问题，其中电磁干扰就是无法回避。而PROFIBUS-DP网络越来越广泛的应用于工业生产，变频器成为干扰源和网络干扰问题一直困扰着用户，结合此次故障排除的过程和实际设备运行过程中遇到的问题，我们深刻的体会到，大部分此类故障都是前期设计不完善以及安装过程中忽略了设备安装技术规范造成的，诸如屏蔽层连接及接地不牢靠、线缆混合铺设、通讯电缆布线不符合规范和干扰源设备对通讯的影响等等，在使用过程中发生网络故障，这些因素应该重点进行排查。文中提到的修改DP网络传输速率的方法也可以作为应急恢复生产和补救措施应用，也算是从不同的角度为此类网络故障的解决提供参考。

参考文献：

[1]孙少波，冯俊PROFIBUS-DP现场总线干扰原因分析[J].黑龙江科技讯息，2011（02）：76

[2]徐维雄.变频器使用中的干扰与抑制[J].宁波职业技术学院学报，2006（05）：92-94.

[3]张进鸿.提高ProfibusDp网络稳定性[J].科技讯息，2009（31）：845.