摘要：本文介紹了制藥廠發(fā)酵罐用變頻器干擾DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)例分析及干擾處理方法。通過(guò)在變頻器輸入、輸出端加裝匹配的電源濾波器，有效解決了變頻器工作時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾。經(jīng)過(guò)多次整機(jī)調(diào)試及試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了制藥廠發(fā)酵車間DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)與變頻器的電磁兼容。 關(guān)鍵詞：電磁干擾 抑制措施 電磁兼容 Abstract：This text introduced the pharmaceutical factory of system ferments a solid an analysis and interferences for using the Inverter interference DCS Automatic control systems handles method. Pass to input、output in the Inverter the power filter that carry add to match, solving the EMI that hour of Inverter work produce effectively. Passing by many whole machine adjusts to try and experiment, realizing the pharmaceutical factory of system ferment the car a DCS Automatic control system and Inverter EMC. Keywords: EMI Suppression Method EMC 1引言 變頻器的應(yīng)用日益普及，為各行業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化控制提供了良好的生產(chǎn)及工藝效益。但隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，自動(dòng)化設(shè)備對(duì)電源污染的程度也越來(lái)越深，相應(yīng)的對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的干擾也越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)電源濾波、凈化，取得相對(duì)穩(wěn)定的綠色電源的要求也越來(lái)越高。 國(guó)際上對(duì)電磁兼容（EMC或EMI）的設(shè)計(jì)及應(yīng)用已有比較明確的法律及法規(guī)，對(duì)電子設(shè)備的干擾及被干擾、電源的諧波含量都有明確的規(guī)定。由于我國(guó)電子設(shè)備的自動(dòng)化發(fā)展相對(duì)較慢，對(duì)其諧波含量對(duì)電網(wǎng)的污染還沒(méi)有一定的認(rèn)識(shí)，因此這一方面的認(rèn)知還沒(méi)有發(fā)展到法律化的程度。但是，在一些工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度相對(duì)較高的場(chǎng)合，電磁兼容的意義已相對(duì)明顯，有些電子設(shè)備對(duì)電磁干擾非常的敏感，已至于無(wú)法正常工作。 在河南新鄉(xiāng)華星制藥廠我們安裝變頻器設(shè)備時(shí)就遇到了該類問(wèn)題，我們利用濾波措施，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，已順利解決。這里我們把問(wèn)題解決的方法談一下，供業(yè)界人士共同探討。 2發(fā)酵車間自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 河南新鄉(xiāng)華星制藥廠青霉素發(fā)酵107車間，采用北京康拓生化工程有限公司設(shè)計(jì)制造的全自動(dòng)DCS控制系統(tǒng)，對(duì)每臺(tái)發(fā)酵罐的溫度、壓力、酸堿度（PH值）進(jìn)行全方位監(jiān)控，并對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的補(bǔ)料、出料，包括加糖、苯乙酸、加氨等進(jìn)行全自動(dòng)操作，有三個(gè)傳感器進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)出電信號(hào)至微機(jī)控制系統(tǒng)。由微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)的電壓（或電流）值適時(shí)發(fā)出脈沖信號(hào)（+5V），去控制電磁閥的開(kāi)閉（電磁閥工作電壓為+24V），來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料的補(bǔ)給。這樣每臺(tái)發(fā)酵罐就有三項(xiàng)進(jìn)出料控制的六個(gè)電磁閥，三個(gè)傳感器，兩塊檢測(cè)儀表，在微機(jī)上全部實(shí)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控，并將全部數(shù)據(jù)全面顯示于一面大屏幕墻上。全車間共有18個(gè)發(fā)酵罐。由此可想而知該類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，控制繁雜，布線稠密，安裝時(shí)考慮必須十分周到、細(xì)致。 3電磁干擾問(wèn)題分析及解決方法 由于用戶已試用了一臺(tái)變頻器，根據(jù)更換皮帶輪，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)用變頻器節(jié)能已有一定的認(rèn)識(shí)，因此決定安裝我公司的變頻器，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的目的。 我們?cè)诘谝淮伟惭b變頻器時(shí)，由于未考慮到電磁兼容的嚴(yán)重性，變頻器開(kāi)機(jī)后干擾原控制系統(tǒng)，在微機(jī)上多臺(tái)發(fā)酵罐發(fā)出報(bào)警信號(hào)，后來(lái)加了輸入、輸出電抗器，也沒(méi)能解決問(wèn)題。后來(lái)我們觀察用戶原應(yīng)用的變頻器，他采用了濟(jì)南菲奧特電子設(shè)備有限公司生產(chǎn)的變頻器輸入端及輸出端專用電源濾波器，已正常運(yùn)行一年，于是制藥廠建議我公司購(gòu)買該類同型號(hào)的電源濾波器。 變頻器輸入端電源濾波器是采用高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁心及鐵粉芯，配接一定的電容，構(gòu)成LC濾波器，將變頻器產(chǎn)生的高次諧波（在某一頻帶內(nèi)的）濾掉，而使臨近或同一電網(wǎng)工作的電器設(shè)備不受干擾，能夠正常工作。其原理圖如圖1所示。 圖1 輸入濾波器電路原理圖 變頻器輸出端電源濾波器采用電感（L）濾波，抑制變頻器輸出的傳導(dǎo)干擾和減少輸出線上低頻輻射干擾，使直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)電磁噪聲減小，使電機(jī)的銅損、鐵損大幅減少。其原理圖如圖2所示。 圖2 輸出濾波器電路原理圖 購(gòu)買了該類濾波器后，我們?nèi)ガF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)試。由于對(duì)該類現(xiàn)場(chǎng)接觸較少，技術(shù)人員準(zhǔn)備不太充分，雖然增加了濾波器，但濾波效果仍不理想，在重載時(shí)仍存在干擾，DCS系統(tǒng)不能正常工作，變頻器仍無(wú)法運(yùn)行。于是我們對(duì)問(wèn)題做了具體的分析。 變頻器產(chǎn)生干擾的原因 圖3 變頻器主電路圖 變頻器主電路一般是交流—直流—交流模式見(jiàn)圖3，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓信號(hào)，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開(kāi)關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號(hào)。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形，對(duì)于GTR大功率逆變?cè)?，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變?cè)腜WM最高載頻可達(dá)15kHz。同樣，輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對(duì)負(fù)載直接干擾。另外高次諧波電流還通過(guò)電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。 變頻器干擾的主要傳播途徑 變頻器工作時(shí)，作為一個(gè)強(qiáng)大的干擾源，其干擾途徑一般分為輻射、傳導(dǎo)、電磁耦合、二次輻射和邊傳導(dǎo)邊輻射等。主要途徑如圖4所示： 圖4變頻器干擾的主要傳播途徑 從上圖可以看出，變頻器產(chǎn)生的輻射干擾對(duì)周圍的無(wú)線電接收設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響，傳導(dǎo)干擾使直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲，使得銅損、鐵損大幅增加，同時(shí)傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對(duì)電源輸入端所連接或鄰近的電子敏感設(shè)備有很大的影響。 針對(duì)這兩次調(diào)試情況和變頻器產(chǎn)生干擾及干擾的途徑，我們聯(lián)合電源濾波器生產(chǎn)廠商的工程師進(jìn)行了分析總結(jié)，并與北京康拓生物工程有限公司的工程師多次進(jìn)行了電話溝通，了解了其工作原理、布線情況，分析認(rèn)為主要還是變頻器輸入端產(chǎn)生的高頻諧波造成的干擾。因裝變頻器后，變頻器的輸入線在原動(dòng)力線槽內(nèi)，而輸出線不在線槽內(nèi)，離電機(jī)也比較近。再者，原布線系統(tǒng)不太合理，動(dòng)力線槽與控制線槽距離較近，只有20cm，按規(guī)定應(yīng)不少于５0cm，且兩線槽平行走線，這些都是比較忌諱的。變頻器的地線接的也不太合理，接在了電源線的走線槽上，線槽的作用一是支撐電源線、二是起屏蔽的作用，變頻器的干擾又通過(guò)地線到了線槽上。變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過(guò)變頻器的輸入線和地線輻射到其它設(shè)備的電源線和信號(hào)線上（尤其是比較敏感的傳感器的信號(hào)線。這里強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：我們的變頻器與DCS控制系統(tǒng)不是同一臺(tái)變壓器給電，可以排除直接傳導(dǎo)干擾），干擾了控制系統(tǒng)的正常工作。 分析這些問(wèn)題，由于原布線系統(tǒng)已成定型，再動(dòng)幾乎是不可能，因此改變電源線和信號(hào)線布線的想法應(yīng)予以排除，變頻器地線可以另走，拉一根地線直接接至配電室電控柜的地線上，對(duì)變頻器的輸入端再加強(qiáng)濾波措施，按理論問(wèn)題應(yīng)于解決。 在現(xiàn)場(chǎng)原發(fā)酵罐停車后，我們?cè)谠瓰V波器基礎(chǔ)上又增加了一套共模及差模磁環(huán)，在輸入、輸出每相線上各套二個(gè)差模環(huán)，在輸入的三根相線上套兩個(gè)共模磁環(huán)，并將地線接至配電室的地上。這樣處理后開(kāi)機(jī)運(yùn)行，在電機(jī)空載的情況下運(yùn)行正常，沒(méi)有出現(xiàn)干擾報(bào)警現(xiàn)象。 帶載運(yùn)行時(shí)，３０５、３０７罐出現(xiàn)干擾報(bào)警。將地線改至控制３０７罐（該罐已使用變頻器，線槽內(nèi)走的是該變頻器的輸出線）變壓器的地線上，３０５罐不再干擾報(bào)警，但３０７罐仍間隔幾分鐘出現(xiàn)干擾報(bào)警現(xiàn)象，分析可能是兩臺(tái)變頻器產(chǎn)生的共模干疊加所至，也可能是地線放在動(dòng)力線槽內(nèi)，走線較長(zhǎng)引起的，于是在地線上加裝地線濾波器，但效果也不太好。后來(lái)將地線拆除（經(jīng)測(cè)量變頻器整機(jī)漏電流很小，對(duì)人體不會(huì)造成危害，所以可以將地線拆除），效果好一些，但報(bào)警現(xiàn)象也是間斷出現(xiàn)，這樣分析應(yīng)該不是地線引起的，還是輸入端的濾波措施不夠，沒(méi)有將高頻干擾濾除干凈。因此停機(jī)，在輸入的每相線上再加兩只差模環(huán)，在三條輸入相線上再套三個(gè)共模環(huán)，這樣開(kāi)機(jī)運(yùn)行，工作正常，整個(gè)系統(tǒng)不再出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。系統(tǒng)處理后的框圖如圖5所示。 圖5 系統(tǒng)框圖 4結(jié)束語(yǔ) 這次試驗(yàn)，為發(fā)酵行業(yè)在自動(dòng)控制與變頻器兼容（即電磁兼容）問(wèn)題的解決進(jìn)行了一次嘗試。據(jù)北京康拓生化工程有限公司的工程師講，該類自控系統(tǒng)在制藥行業(yè)應(yīng)用很廣泛。我們付出了努力，同時(shí)也得到了鍛煉，使我們?cè)陔姶偶嫒輪?wèn)題的處理上又向前邁出了一步，變頻器必將在醫(yī)藥制造行業(yè)的應(yīng)用上獲得較大突破。隨著我國(guó)變頻器市場(chǎng)的日益擴(kuò)大，電磁兼容的意義將更廣泛，其應(yīng)用的前景將是十分樂(lè)觀的。 新風(fēng)光公司發(fā)酵罐部可為制藥廠提供完善的變頻節(jié)能方案，菲奧特公司電磁兼容工程部可為廣大變頻器制造廠商提供免費(fèi)的技術(shù)指導(dǎo)與工程整改服務(wù)。