2. 溫室控制系統簡介及遇到的emc問題
2.1 系統的結構
智慧型化溫室控制系統主要由上位機、溫濕度感測器、傳輸光纜、plc、變頻器、風機、攝像頭等組成。上位機是一台帶觸控螢幕的pc機，可用來設定系統引數、顯示實時感測器資料和溫室內的實時影象；plc主要是對採集的資料進行儲存、分析和控制變頻器動作；溫濕度感測器主要是採集溫室內的資料；變頻器主要根據plc發出的指令來控制風機等裝置；攝像頭主要用來拍攝溫室內的實時影象。上位機通過光纜與plc通訊，感測器通過rs485採用modbus協議將資料傳給plc，plc通過4-20ma電流控制變頻器。
智慧型化溫室控制系統結構見圖1。
圖1 智慧型化溫室控制系統結構
2.2 系統的功能
智慧型化溫室控制系統最主要的功能是對溫室內的環境引數進行分布式測量與顯示，並根據分析自動控制相應的裝置。整個系統的功能通過自動控制或者手動控制兩種方式實現，手動控制在某些特殊情況下使用靈活方便，主要是起到替代自動控制的作用。自動控制模式採用plc自動控制，通過感測器對環境引數進行監測，將監測結果與上位機設定的上限值和下限值進行比較，當比較結果超過設定值，便由plc通過4-20ma電流給變頻器發出訊號，自動對風機進行開啟，關閉及調速，從而使溫室環境引數控制在設定的範圍內。
智慧型化溫室控制系統執行成本較低，可大大節約勞動力，降低勞動者的勞動強度。
2.3 遇到的emc問題
在變頻器開啟時，上位機接受到的感測器資料出現錯誤，上位機給plc下達的各種控制指令都無效，上位機顯示的溫室內實時監控影象出現雪花點。在變頻器關閉時，上位機與plc間的資料傳輸正常，上位機顯示的實時監控影象清晰。說明變頻器開啟時，系統受到嚴重的電磁干擾（emi）。
因為變頻器和風機離上位機很遠，且上位機與plc間是通過光纜通訊的，所以受到干擾的不是上位機，應是plc和光端機等。
3. 電磁干擾**的分析
3.1來自plc內部的干擾
主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射、模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬於plc製造廠家對系統內部進行電磁相容設計的內容，比較複雜，作為應用部門無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經過考驗的系統。[6]此智慧型化溫室控制系統中使用的是深圳合信co-trust公司的226m電晶體型plc，這是一款有較高抗干擾能力的產品，所以不考慮plc內部干擾。
3.2 空間輻射干擾
空間輻射電磁場(emi)主要是由電力網路、電氣裝置的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱裝置等產生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為複雜。若plc系統置於其射頻場內，就會受到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對plc內部的輻射，由電路感應產生干擾；二是對plc通訊網路的輻射，由通訊線路感應引入干擾。
輻射干擾與現場裝置布置及裝置所產生的電磁場大小特別是頻率有關，一般通過設定遮蔽電纜和plc區域性遮蔽及高壓洩放元件進行保護。
因為plc與感測器的通訊線及與變頻器的通訊線使用的都是遮蔽電纜線，且plc安裝在乙隻封閉的金屬櫃中，基本做到了區域性遮蔽，所以也排除了空間輻射干擾的可能。
3.3傳導干擾
傳導型干擾就是通過電氣線路進入plc系統的干擾訊號。包括電源干擾、訊號線引入的干擾和地線干擾。[7]
第一類是電源干擾。
plc系統的正常供電電源均由電網供電，由於電網覆蓋範圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而**路上感應電壓和電流，尤其是電網內部的變化、開關操作浪湧、大型電力裝置起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態衝擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。[8]plc電源通常採用隔離電源，但因其機構及製造工藝等因素使其隔離性並不理想。實際上，由於分布引數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。
在此智慧型化溫室控制系統中，有4臺變頻器和28臺1.1kw的風機，當這些裝置同時開啟時，可能對電源產生了影響。另外，光端機的電源隔離效能並不高，可能也受到了此種干擾，導致傳輸的影象雪花點。
第二類是來自訊號線引入的干擾。
與plc控制系統連線的各類訊號傳輸線，除了傳輸有效的各類資訊之外，總會有外部干擾訊號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變頻器供電電源或共用訊號儀表的供電電源串入的電網干擾，[9]這往往被忽視；二是訊號線受空間電磁輻射感應的干擾，即訊號線上的外部感應干擾，這種往往非常嚴重，但根據3.
2的分析，排除了此種可能。
第三類是接地干擾。
接地是提高電子裝置電磁相容性(emc)的有效手段之一，正確的接地既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制裝置向外發出干擾；而錯誤的接地反而會引入嚴重的干擾訊號，使plc系統無法正常工作。
plc控制系統的地線包括系統地、遮蔽地、交流地和保護地等，接地系統混亂對plc系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。例如電纜遮蔽層必須一點接地，如果電纜遮蔽層兩端a、b都接地，就存在地電位差，有電流流過遮蔽層。當發生異常狀態如雷擊時，地線電流將更大。
此外，安裝有plc，光端機的plc櫃和安裝有變頻器的變頻器櫃都沒有做良好接地，且它們都只是用螺絲固定在同一水泥墩子上，這樣遮蔽層和大地可能構成閉合環路，在變頻器和風機工作時，磁場變化，遮蔽層內會出現感應電流，通過遮蔽層與芯線之間的耦合，干擾訊號迴路。若系統地與其它接地處理混亂，所產生的地環流就可能在地線上產生不等電位分布，影響plc內邏輯電路和模擬電路的正常工作。plc工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響plc的邏輯運算和資料存貯，造成資料混亂、程式跑飛或宕機。
根據以上分析，此系統的干擾源可能是電源干擾和接地干擾。
4. 針對以上干擾源所做的措施
4.1採用效能優良的電源，抑制電網引入的干擾
現在對於plc系統供電的電源，一般都採用隔離效能較好的電源，而對於光端機供電電源以及和485轉光纖裝置供電電源，並沒受到足夠的重視。雖然採取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布引數大，抑制干擾能力差，經電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以應選擇分布電容小、抑制帶大(如採用多次隔離和遮蔽及漏感技術)的配電器，以減少plc系統的干擾。
所以，將光端機供電電源以及和485轉光纖裝置供電電源都換成了開關電源。
4.2給plc櫃和變頻器櫃做良好接地
接地的目的通常有兩個，一為了安全，二是為了抑制干擾。完善的接地系統是plc控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。
系統接地有浮地、直接接地和電容接地三種方式。[10]對plc控制系統而言，它屬高速低電平控制裝置，所以採用直接接地方式。
接地線採用截面大約22mm2長度較短的銅導線，裝置外殼用裝置外殼地線和機櫃外殼相連，並做良好電連線。接地極用外直徑大於50mm長度約2.0m的鍍鋅鋼管，埋設時，將接地極打入地表層一定深度，為降低地電阻，要增加接地極的表面積和增加土壤的導電率，在土壤中注入鹽水。
接地極最好埋在距建築物約10m遠處，而且plc系統接地點與強電裝置接地點相距10m以上。
另外，因為系統用三相電源供電時，由於各負載用電量和用電的不同時性，必然導致三相不平衡，造成三相電源中心點電位偏移，為此將電源零線接到安全接地螺栓上，迫使三相電源中心點電位保持零電位，從而防止三相電源中心點電位偏移所產生的干擾 。
4.3整理電纜正確實施鋪設
因為剛開始時對電纜鋪設的重視不夠，將動力電纜和訊號電纜放在了一起，沒有分層鋪設，可能也帶來干擾，所以重新整理了電纜。將不同型別的訊號分別由不同電纜傳輸，訊號電纜按傳輸訊號種類分層敷設，避免訊號線與動力電纜靠近平行敷設，以減少電磁干擾。動力電纜分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾。
5. 本文小結
本文通過對智慧型化溫室控制系統出現的干擾問題進行emc分析，找到干擾源主要是電源干擾和地線干擾。針對各種干擾源提出相應的防干擾措施：正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統；為光端機和485轉光纖裝置更換抗干擾性更好的電源；同時整理電纜，重新規範鋪設。
最終解決了電磁干擾問題，變頻器開啟時，上位機和plc之間的資料通訊正常，**影象清晰。
plc控制系統的干擾是乙個十分複雜的問題，因此在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，對有些干擾情況還需做具體分析，採取對症下藥的方法，才能夠使plc控制系統正常工作，保證工業裝置安全高效執行，在可以預見的將來，plc產業一定會有乙個美好的未來。
參考文獻：
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