علت نویز اینورتر روی PLC و سنسور ها چیست؟ روش کاهش نویز
وقتی اینورتر در یک تابلو برق صنعتی نصب می شود، ممکن است بعد از راه اندازی مشکلاتی ظاهر شود که در نگاه اول ارتباط مستقیمی با خود اینورتر ندارند؛ برای مثال مقدار سنسور ها نوسان می کند، PLC فرمان اشتباه دریافت می کند، ورودی آنالوگ عدد ثابتی نشان نمی دهد یا ارتباط بین تجهیزات گاهی قطع و وصل می شود. در بیشتر این موارد، نویز اینورتر روی PLC و سنسور ها عامل اصلی مشکل است. اینورتر برای کنترل دور الکتروموتور، ولتاژ و فرکانس خروجی را با کلید زنی سریع مدار های قدرت ایجاد می کند. همین فرآیند می تواند نویز الکتریکی تولید کند و اگر کابل کشی، ارت، شیلد و جانمایی تجهیزات به درستی انجام نشده باشد، نویز از مسیر کابل قدرت یا مدار زمین به تجهیزات کنترلی منتقل می شود. نتیجه ممکن است خطای سنسور فشار، پرش مقدار دما، اختلال در سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر، قطع ارتباط PLC یا حتی توقف ناگهانی خط تولید باشد. برای کاهش نویز اینورتر باید فقط یک قطعه اضافه نکرد؛ مسیر ایجاد و انتقال نویز باید مشخص شود.
نویز اینورتر چیست و چرا ایجاد می شود؟
اینورتر برای تغییر سرعت موتور، برق ورودی را ابتدا به جریان مستقیم تبدیل کرده و سپس با کلید زنی سریع، ولتاژ خروجی مورد نیاز موتور را تولید می کند. این کلید زنی با فرکانس بالا انجام می شود و همین موضوع می تواند باعث ایجاد تداخل الکترومغناطیسی در اطراف کابل ها و تجهیزات شود. در یک تابلو استاندارد، این نویز باید تا حد زیادی کنترل شود. مشکل زمانی ایجاد می شود که کابل موتور در کنار کابل سنسور عبور کرده باشد، ارت مناسبی وجود نداشته باشد یا شیلد کابل ها فقط به صورت ظاهری و بدون اتصال صحیح نصب شده باشد. نکته مهم این است که نویز همیشه خودش را به شکل خطای اینورتر نشان نمی دهد. گاهی اینورتر کاملاً عادی کار می کند اما تجهیزات اطراف آن رفتار غیر عادی دارند.
مهم ترین نشانه نویز اینورتر روی PLC و سنسور ها
نویز الکتریکی می تواند علائم مختلفی ایجاد کند. بعضی از رایج ترین نشانه ها عبارت اند از:
- نوسان مقدار سنسور فشار یا دما
- تغییر ناگهانی مقدار ورودی آنالوگ PLC
- قطع و وصل شدن ارتباط با تجهیزات
- فعال شدن ورودی دیجیتال بدون صدور فرمان
- نمایش اعداد غیر واقعی روی سیستم کنترل
- قطع شدن ارتباط شبکه صنعتی
- روشن و خاموش شدن نا منظم خروجی ها
- خطای موقت در تجهیزات اندازهگیری
- ناپایداری سیگنال 4 تا 20 میلیآمپر
- تغییر مقدار فرکانس یا سرعت فرمان داده شده
اگر این مشکلات فقط هنگام روشن شدن اینورتر یا افزایش دور موتور ایجاد می شوند، احتمال وجود نویز بالا است.
علت نویز اینورتر روی PLC و سنسور ها
- عبور کابل قدرت و کابل فرمان در کنار یکدیگر
یکی از اصلی ترین علت های نویز اینورتر، عبور کابل خروجی اینورتر در کنار کابل های کنترلی است. کابل بین اینورتر و الکتروموتور می تواند میدان الکترومغناطیسی قابل توجهی ایجاد کند. اگر کابل سنسور، کابل PLC یا سیم های ورودی آنالوگ در کنار آن عبور داده شوند، بخشی از این نویز می تواند به مدار فرمان منتقل شود. این مشکل در تابلو هایی که سیم کشی فشرده دارند بیشتر دیده می شود. گاهی برای مرتب شدن تابلو، کابل های قدرت و فرمان داخل یک داکت قرار می گیرند؛ در حالی که همین کار می تواند باعث بروز خطا های متناوب شود.
راهکار مناسب، جداسازی مسیر کابل قدرت و کابل کنترل است. بهتر است این دو گروه کابل در داکت های جداگانه حرکت کنند و در صورت تقاطع، مسیر آن ها تا حد امکان عمود بر هم باشد.
- استفاده نکردن از کابل شیلد دار
در محیط هایی که چند اینورتر، موتور و تجهیزات کنترلی وجود دارد، استفاده از کابل شیلد دار اهمیت زیادی دارد. شیلد کابل به کاهش ورود و خروج نویز کمک می کند، اما فقط زمانی مؤثر است که به درستی اجرا شود. استفاده از کابل شیلد دار بدون اتصال صحیح شیلد، تقریباً مزیت اصلی آن را از بین می برد. برای کابل موتور، کابل سنسور و بعضی مدار های ارتباطی باید نوع کابل براساس توصیه سازنده تجهیزات انتخاب شود. در خطوط صنعتی حساس، استفاده از کابل معمولی برای سیگنال آنالوگ می تواند باعث ناپایداری اندازه گیری شود. در عمل، اگر سنسور فشار فاصله زیادی تا تابلو دارد یا کابل آن از کنار تجهیزات قدرت عبور می کند، انتخاب کابل مناسب اهمیت بیشتری پیدا می کند.
- اجرای اشتباه شیلد کابل
یکی از اشتباهات رایج این است که تکنسین از کابل شیلد دار استفاده می کند اما نحوه اتصال شیلد درست نیست. شیلد باید مطابق دستورالعمل سازنده اینورتر و تجهیزات کنترل متصل شود. اتصال ضعیف، سیم بلند برای اتصال شیلد یا اتصال در محل نامناسب می تواند عملکرد حفاظتی آن را کاهش دهد. در بعضی کاربرد ها، شیلد کابل موتور باید با سطح تماس مناسب و کوتاه به بدنه یا صفحه ارت متصل شود. پیچاندن شیلد و تبدیل آن به یک سیم باریک و بلند، از نظر کنترل نویز روش مناسبی نیست. برای کابل های ابزار دقیق نیز روش اتصال شیلد به نوع سیستم و طراحی ارت بستگی دارد. اگر این قسمت بدون نقشه انجام شود، حتی ممکن است حلقه زمین ایجاد شود.
- ارت ضعیف یا غیراصولی
ارت نا مناسب یکی از مهم ترین دلایل نویز اینورتر روی PLC و سنسور ها است. اینورتر، موتور، تابلو و تجهیزات کنترلی باید سیستم زمین مناسب داشته باشند. اگر مسیر ارت مقاومت بالا داشته باشد یا اتصالات شل و زنگ زده باشند، جریان های نویزی می توانند مسیر های دیگری برای برگشت پیدا کنند. گاهی بدنه اینورتر به ارت متصل شده اما سطح اتصال رنگ شده است یا از سیم بسیار بلند و نامناسب استفاده شده است. از نظر ظاهری ارت وجود دارد، اما از نظر عملکردی شرایط مطلوب نیست. بررسی پیوستگی ارت، سطح اتصال، ضخامت هادی و مسیر کوتاه اتصال از کار هایی است که در عیب یابی نویز باید انجام شود.
- نصب PLC و تجهیزات حساس در نزدیکی اینورتر
جانمایی تجهیزات در تابلو فقط مسئله زیبایی یا صرفه جویی در فضا نیست. فاصله فیزیکی بین تجهیزات قدرت و کنترل می تواند روی میزان نویز تأثیر بگذارد. قرار دادن PLC، کارت آنالوگ یا مبدل سیگنال دقیقاً کنار اینورتر، کنتاکتور یا تجهیزات قدرت انتخاب مناسبی نیست. در تابلو هایی که فضای کافی دارند، بهتر است تجهیزات قدرت در یک بخش و تجهیزات کنترل در بخش دیگری نصب شوند. کابل کشی این دو قسمت هم باید تا حد امکان از یکدیگر جدا باشد. اگر چند اینورتر در یک تابلو نصب شده اند، موضوع تهویه و جانمایی صحیح اهمیت بیشتری پیدا می کند.
- مشکل در سیگنال آنالوگ 0 تا 10 ولت و 4 تا 20 میلی آمپر
سنسور های فشار، سطح، دما و دبی معمولاً اطلاعات خود را به صورت سیگنال آنالوگ به PLC یا اینورتر ارسال می کنند. سیگنال های ولتاژی مثل 0 تا 10 ولت نسبت به بعضی انواع نویز حساس تر هستند. در مسیر های طولانی یا محیط های صنعتی پر نویز، انتخاب نوع سیگنال و کابل اهمیت زیادی دارد. اگر مقدار سنسور روی نمایشگر مرتب بالا و پایین می شود، ابتدا خود سنسور را خراب فرض نکنید. کابل سنسور، تغذیه آن، محل عبور سیم و کیفیت ارت باید بررسی شود. در بیشتر پروژه های صنعتی، استفاده درست از حلقه جریان 4 تا 20 میلی آمپر می تواند در شرایط مناسب مقاومت بهتری در برابر نویز ایجاد کند، اما اجرای نادرست سیم کشی و زمین همچنان می تواند مشکل ایجاد کند.
- طول زیاد کابل بین اینورتر و موتور
افزایش فاصله اینورتر تا الکتروموتور می تواند مسئله نویز را تشدید کند. کابل بلند علاوه بر افزایش سطح انتشار تداخل، می تواند روی شکل ولتاژ خروجی و رفتار موتور هم اثر بگذارد. به همین خاطر در پروژه هایی که موتور فاصله زیادی از اینورتر دارد، نباید فقط سطح مقطع کابل محاسبه شود. توصیه های سازنده اینورتر درباره حداکثر طول کابل و نیاز به تجهیزات جانبی هم باید بررسی شود. در بعضی پروژه ها ممکن است استفاده از فیلتر خروجی یا تجهیزات مناسب برای کاهش اثرات کابل بلند ضروری باشد. یکی از اشتباهات رایج این است که همان طراحی مورد استفاده برای موتور نزدیک تابلو، بدون تغییر برای موتور با فاصله زیاد اجرا شود.
- فرکانس کلید زنی نامناسب اینورتر
اینورتر ها معمولاً امکان تنظیم فرکانس کلید زنی را دارند. تغییر این مقدار می تواند روی صدای موتور، حرارت اینورتر و میزان نویز اثر بگذارد. افزایش فرکانس کلیدزنی در بعضی کاربرد ها صدای شنیداری موتور را کاهش می دهد، اما می تواند تلفات و شرایط الکترومغناطیسی سیستم را تغییر دهد. بنابراین بالا بردن این پارامتر صرفاً برای کاهش صدای موتور همیشه تصمیم مناسبی نیست. اگر بعد از تغییر تنظیمات اینورتر، اختلال در سنسور ها یا سیستم کنترل بیشتر شده است، مقدار این پارامتر هم باید براساس دستورالعمل سازنده بررسی شود. تنظیم فرکانس کلید زنی باید با توجه به توان اینورتر، نوع موتور، دمای محیط و شرایط پروژه انجام شود.
- استفاده از فیلتر مناسب برای کاهش نویز
در پروژههایی که نویز شدید است یا تجهیزات کنترلی حساس هستند، ممکن است فقط اصلاح کابلکشی کافی نباشد. در چنین شرایطی میتوان براساس طراحی سیستم از تجهیزات کاهش نویز استفاده کرد. نوع فیلتر باید با توجه به محل ایجاد مشکل انتخاب شود.
قرار دادن هر نوع فیلتر بدون بررسی علت اصلی توصیه نمیشود. ابتدا باید مشخص شود نویز از سمت ورودی برق، خروجی موتور، مسیر ارت یا مدار کنترل منتقل میشود. اگر منشأ مشکل مشخص نشده باشد، ممکن است هزینه زیادی برای تجهیزی پرداخت شود که تأثیر محدودی روی مشکل واقعی دارد.
- حلقه زمین در مدار کنترل
حلقه زمین زمانی ایجاد می شود که تجهیزات از چند مسیر مختلف به زمین متصل شوند و اختلاف پتانسیل بین نقاط اتصال باعث عبور جریان ناخواسته شود. این مسئله در سیستم های اندازه گیری دقیق می تواند باعث نوسان مقدار سنسور شود. برای مثال ممکن است سنسور از یک سمت از طریق بدنه دستگاه و از سمت دیگر از طریق تابلو به زمین متصل شده باشد. در چنین شرایطی جریان ناخواسته می تواند روی سیگنال اندازه گیری تأثیر بگذارد. رفع این مشکل نیازمند بررسی کامل ساختار ارت و اتصال شیلد ها است. قطع تصادفی سیم های ارت برای حذف نویز روش ایمنی نیست و ممکن است خطر برق گرفتگی ایجاد کند.
روش کاهش نویز اینورتر روی PLC و سنسور ها
اگر مشخص شد اختلال تجهیزات کنترلی به عملکرد اینورتر مربوط است، بهتر است اصلاحات به ترتیب منطقی انجام شوند. مهم ترین اقدامات عبارت اند از:
- کابل قدرت اینورتر و کابل سنسور را در مسیر های جداگانه عبور دهید.
- برای مدار های حساس از کابل مناسب و شیلد دار استفاده کنید.
- نحوه اتصال شیلد را طبق دستورالعمل سازنده اجرا کنید.
- ارت اینورتر، موتور و تابلو را بررسی کنید.
- PLC و کارت های آنالوگ را از تجهیزات قدرت فاصله دهید.
- مسیر کابل خروجی اینورتر تا موتور را تا حد امکان کوتاه نگه دارید.
- اتصالات شل و فرسوده تابلو را اصلاح کنید.
- سیگنال های آنالوگ را در زمان روشن و خاموش بودن اینورتر مقایسه کنید.
- تنظیمات فرکانس کلید زنی را بدون بررسی فنی تغییر ندهید.
- در صورت نیاز از فیلتر متناسب با شرایط سیستم استفاده کنید.
این اقدامات باید به صورت مرحله ای انجام شوند تا مشخص شود کدام تغییر بیشترین اثر را روی کاهش نویز داشته است.
روش عملی برای تشخیص نویز اینورتر
در عیب یابی صنعتی یک آزمایش ساده می تواند سرنخ خوبی بدهد. وضعیت سنسور یا PLC را در زمانی که اینورتر خاموش است ثبت کنید. سپس اینورتر را روشن کرده و موتور را در چند فرکانس مختلف راه اندازی کنید. اگر نوسان سنسور دقیقاً با روشن شدن اینورتر شروع شود یا با افزایش فرکانس موتور بیشتر شود، احتمال وجود تداخل الکتریکی افزایش پیدا می کند. مرحله بعد بررسی مسیر کابل است. اگر کابل سنسور و کابل موتور در یک داکت قرار دارند، آنها را موقتاً در مسیر های جدا قرار دهید و دوباره آزمایش کنید. این روش همیشه تشخیص قطعی نمی دهد، اما برای پیدا کردن جهت عیب یابی بسیار مفید است.
اشتباهات رایج هنگام رفع نویز اینورتر
یکی از اشتباهات متداول، تعویض سریع سنسور یا PLC است. وقتی مقدار یک سنسور نوسان دارد، الزاماً خود سنسور خراب نیست. اشتباه دیگر، نصب چند فیلتر بدون اصلاح کابل کشی و ارت است. اگر کابل قدرت و فرمان چند متر در کنار یکدیگر قرار گرفته باشند، بهتر است ابتدا همین مشکل اصلاح شود. تغییر تصادفی پارامتر های اینورتر هم می تواند شرایط را پیچیده تر کند. در یک خط تولید بهتر است قبل از هر تغییر، مقدار اولیه پارامتر ثبت شود تا در صورت نیاز قابل بازگشت باشد. مورد دیگر، حذف اتصال ارت برای کاهش نویز است. این اقدام می تواند خطرناک باشد و نباید به عنوان راهکار عیب یابی استفاده شود.
آیا نویز اینورتر می تواند باعث توقف خط تولید شود؟
بله. در خطوطی که PLC وظیفه کنترل اصلی را بر عهده دارد، اختلال در ورودی سنسور ها یا ارتباط تجهیزات می تواند باعث صدور فرمان اشتباه شود. فرض کنید سنسور فشار در یک بوستر پمپ به دلیل نویز، مقدار کمتر از فشار واقعی ارسال کند. سیستم کنترل ممکن است دور موتور را افزایش دهد. یا اگر سیگنال سنسور سطح ناپایدار باشد، پمپ ممکن است در زمان نامناسب روشن یا خاموش شود. در کاربرد های حساس، این وضعیت فقط مسئله دقت اندازه گیری نیست و می تواند به عملکرد کل فرآیند آسیب بزند. به همین خاطر کنترل نویز باید از مرحله طراحی تابلو و انتخاب کابل در نظر گرفته شود، نه اینکه بعد از بروز مشکل به آن فکر شود.
برای رفع نویز اینورتر از کجا شروع کنیم؟
اگر بعد از نصب اینورتر، PLC دچار خطا شده یا مقدار سنسور ها نوسان می کند، ابتدا ساده ترین موارد را بررسی کنید: مسیر کابل قدرت و فرمان، وضعیت شیلد، ارت تابلو و فاصله اینورتر از تجهیزات کنترل. سپس سیگنال سنسور ها و عملکرد سیستم را در حالت خاموش و روشن بودن اینورتر مقایسه کنید. اگر مشکل همچنان باقی ماند، باید طول کابل موتور، تنظیمات دستگاه و نیاز به فیلتر مناسب بررسی شود. برای کاهش نویز اینورتر روی PLC و سنسور ها نمی توان یک نسخه ثابت برای همه تابلو ها ارائه داد؛ نوع اینورتر، توان موتور، طول کابل، نوع سنسور و ساختار ارت تعیین می کنند که بهترین راهکار چیست.
اگر در یک پروژه صنعتی با نویز اینورتر، نوسان سنسور ها یا اختلال PLC رو به رو هستید، کارشناسان دلکو صنعت می توانند با بررسی مدل اینورتر، توان الکتروموتور، نوع سیگنال کنترلی و آرایش تابلو، در انتخاب اینورتر و تجهیزات جانبی مناسب راهنمایی فنی ارائه دهند. برای بررسی دقیقتر بهتر است تصویر تابلو، مدل اینورتر، طول کابل موتور و نوع سنسور های استفاده شده در دسترس باشد.
مقالات مرتبط
