秦立富

摘要：NicSys?2000是中核控制系統(tǒng)工程有限公司自主研發(fā)，擁有自主產(chǎn)權(quán)的分布式控制系統(tǒng)；根據(jù)GB/T15969.2-2008（IEC61131-2：2007）的標(biāo)準(zhǔn)中的9.9抗高能量浪涌表42要求進(jìn)行試驗(yàn)；通過合理的工裝和EUT設(shè)計(jì)以及選擇合適的試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)等級(jí)和參數(shù)等，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)合理的檢測；保證產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；浪涌試驗(yàn)；標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)；分析

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）11-0216-02

Electromagnetic Compatibility Surge Immunity Test Design and Analysis for the NicSys?2000 Control System

QIN Li-fu

（Technical Engineering Dept.， China Nuclear Control System Engineering Co.， Ltd，Beijing 100176， China）

Abstract： The NicSys?2000 is developed by China Nuclear Control System Engineering Co.， Ltd itself， With self - designed and manufactured distributed control system； The product will be tested by basing the Standard of Electromagnetic compatibility Surge immunity test from GB/T15969.2-2008（IEC.EN61131-2：2007） by reasonable design an scientific test and the reasonable choice of degree and parameter of test， insure the product quality is regular.

Key words： Control system； Surge immunity test； standard； design； analysis

NicSys?2000是中核控制系統(tǒng)工程有限公司自主研發(fā)，擁有自主產(chǎn)權(quán)的分布式控制系統(tǒng)；采用分散控制、集中控制、體現(xiàn)控制權(quán)限下發(fā)、降低控制風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)理念；致力于為用戶實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的大規(guī)模聯(lián)合控制系統(tǒng)，繼承和發(fā)展了過程控制經(jīng)驗(yàn)和核心技術(shù)，融合了全新的大規(guī)模組網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和信息管理技術(shù)。系統(tǒng)硬件包括：控制器、通訊模塊、電源模塊、I/O模塊以及端子模塊、工程師站、操作員站和數(shù)據(jù)庫站等。新產(chǎn)品投放市場前需要通過型式試驗(yàn)，其中高能量浪涌抗擾度試驗(yàn)是比較難通過的試驗(yàn)；浪涌的起因：由于雷擊或主電源系統(tǒng)切換瞬間，在線路上感應(yīng)出電壓和電流，通過公共接地系統(tǒng)時(shí)所引入的干擾。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 EUT設(shè)計(jì)

按照GB/T15969.2-2008IEC（61131：2-2007）中2.1和2.2的要求，并結(jié)合典型的工程應(yīng)用實(shí)際進(jìn)行，主要體現(xiàn)如下：

EUT包含NicSys?2000平臺(tái)系統(tǒng)自主化研制的關(guān)鍵設(shè)備（詳見EUT配置）和外購物項(xiàng)；

EUT電源單元采取冗余的配置方式（EMC試驗(yàn)時(shí)，采用單電源供電配置，以滿足嚴(yán)酷性要求）；

NicSys?2000機(jī)籠卡件進(jìn)行最大量配置，且所有配置的卡件處于工作狀態(tài)；

EMC試驗(yàn)時(shí)，保證對(duì)NicSys?2000每一類型的卡件至少試驗(yàn)一次。

表1 EUT硬件介紹

[序號(hào)＼&模塊名稱＼&功能描述＼&1＼&NP202＼&控制器＼&2＼&AI212＼&8通道模擬量（電流）輸入模塊＼&3＼&AI213＼&8通道模擬量（電壓）輸入模塊＼&4＼&AI221＼&8通道熱電偶輸入模塊＼&5＼&AI231＼&8通道熱電阻輸入模塊＼&6＼&AO211＼&8通道模擬量輸出模塊＼&7＼&AO212＼&8通道模擬量輸出模塊＼&8＼&DI211＼&16通道開關(guān)量輸入模塊＼&9＼&DO211＼&16通道開關(guān)量輸出模塊＼&10＼&PI211＼&8通道脈沖輸入模塊＼&11＼&PM211＼&電源模塊＼&12＼&TB211＼&通用端子模塊＼&13＼&TB221＼&DI 16通道電流型端子模塊＼&14＼&TB222＼&DI 16通道24V查詢電壓端子模塊＼&15＼&TB223＼&DI 16通道48V查詢電壓端子模塊＼&16＼&TB231＼&DO 16通道繼電器端子模塊＼&17＼&TB241＼&AI 8通道電流型系統(tǒng)供電端子模塊＼&18＼&TB242＼&TC 8通道熱電偶端子模塊＼&19＼&CNMC001＼&機(jī)柜（800*900*2100mm）＼&]

表2 EUT硬件的配置

[主控機(jī)籠＼&槽位＼&1＼&2＼&3＼&4＼&5＼&6＼&7＼&8＼&9＼&10＼&11＼&12＼&13＼&14＼&卡件＼&NP202＼&NP202＼&AI212＼&AI213＼&AI221＼&AI231＼&AO211＼&PI211＼&DI211＼&DO211＼& ＼& ＼&PM211＼&PM211＼&端子板＼& ＼& ＼&TB241＼&TB243＼&TB242＼&TB244＼&TB251＼&TB261＼&TB221＼&TB231＼& ＼& ＼& ＼& ＼&轉(zhuǎn)接卡＼&TM211＼&TM211＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM221＼&TM221＼&TM231＼&TM231＼&IO機(jī)籠＼&槽位＼&1＼&2＼&3＼&4＼&5＼&6＼&7＼&8＼&9＼&10＼&11＼&12＼&13＼&14＼&卡件＼&AI212＼&AI213＼&PI211＼&AO211＼&AI221＼&AI231＼&AO212＼&DI211＼&DI211＼&AO212＼& ＼& ＼&PM211＼&PM211＼&端子板＼&TB243＼&TB243＼&TB262＼&TB251＼&TB242＼&TB244＼&TB252＼&TB222＼&TB223＼&TB252＼& ＼& ＼& ＼& ＼&轉(zhuǎn)接卡＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM221＼&TM221＼&TM231＼&TM231＼&]

1.2 試驗(yàn)工裝

試驗(yàn)工裝是作為EUT進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的輔助設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和使用的，主要起到對(duì)EUT受試信號(hào)進(jìn)行測量，并對(duì)EUT受試端口提供信號(hào)源。試驗(yàn)工裝主要包括：工程師站（PC）、24VDC電源、48VDC電源、交換機(jī)、萬用表，示波器、信號(hào)發(fā)生器和繼電器等。

1.3 EUT與試驗(yàn)工裝的連接

試驗(yàn)前，將試驗(yàn)工裝與EUT進(jìn)行連接好，通過試驗(yàn)工裝監(jiān)視EUT輸出的I/O信號(hào)，同時(shí)試驗(yàn)工裝作為信號(hào)源，產(chǎn)生I/O信號(hào)傳輸至EUT。EUT與試驗(yàn)工裝連接如圖1所示。

1.4 試驗(yàn)等級(jí)及試驗(yàn)布置

按照GB/T15969.2-2008（IEC61131-2：2007）的標(biāo)準(zhǔn)中的9.9抗高能量浪涌表42的要求：抗高能量浪涌試驗(yàn)-電源線的試驗(yàn)等級(jí)是共模：0.5kV；差模：0.5kV；信號(hào)線的試驗(yàn)等級(jí)是共模：1kV。

圖1 EUT與工裝連接

執(zhí)行GB/T17626.5-2008（IEC61000-4-5：2005）標(biāo)準(zhǔn)的要求，分別在電源線上和通信線路上進(jìn)行高能量浪涌試驗(yàn)。試驗(yàn)布置圖2如下：

圖2 試驗(yàn)布置

用于電源線路試驗(yàn)的1.2/50μs（電壓波）和8/20μs（電流波）的綜合波發(fā)生器基本性能：

開路電壓波：1.2/50μs；

短路電流波：8/20μs；

開路輸出電壓（峰值）：0.5kV～4kV；

短路輸出電流（峰值）：0.25kA～2kA；

內(nèi)阻：2Ω；

浪涌輸出極性：正/負(fù)。

圖3 高能量浪涌試驗(yàn)（電源線）

用于通信線試驗(yàn)的10/700μs浪涌電壓發(fā)生器的基本性能：

開路峰值輸出電壓（峰值）：0.5kV～4kV；

動(dòng)態(tài)內(nèi)阻：40Ω；

輸出極性：正/負(fù)。

（ 下轉(zhuǎn)第223頁）

（上接第217頁）

圖4 高能量浪涌試驗(yàn)（信號(hào)線）

2 試驗(yàn)中遇到問題及其分析和解決辦法

2.1 試驗(yàn)時(shí)遇到問題

在試驗(yàn)過程中，當(dāng)通過高能量浪涌發(fā)生器給EUT供電準(zhǔn)備試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)I/O板卡指示燈閃爍，電源板卡的輸出電壓變低，EUT不能正常啟動(dòng)，此時(shí)需要認(rèn)真分析問題，找出電源板卡輸出電壓降低的原因，試驗(yàn)才能繼續(xù)進(jìn)行；之前的靜電試驗(yàn)已經(jīng)順利通過，說明在不進(jìn)行高能量浪涌試驗(yàn)的時(shí)候，電源板卡的輸入電壓和輸出電壓都是正常的，只有在進(jìn)行高能量浪涌發(fā)生器的時(shí)候才出現(xiàn)問題的。

2.2 問題分析

經(jīng)過多次試驗(yàn)和認(rèn)真檢查發(fā)現(xiàn)，電源板卡的輸入電壓是24VDC，但是輸出電壓只有14VDC；與研發(fā)人員詳細(xì)討論后，發(fā)現(xiàn)高能量浪涌發(fā)生器里面是采用電容器的耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)，這與電源板卡上的兩個(gè)電容分壓造成的；確定問題出在電源板卡的兩個(gè)電容上面；經(jīng)過與硬件設(shè)計(jì)工程是充分討論，結(jié)合高能量浪涌發(fā)生器的內(nèi)部電路圖分析，電源板卡的兩個(gè)電容容量設(shè)計(jì)過小造成。

2.3 解決辦法

經(jīng)過分析電源板卡的電路設(shè)計(jì)和高能量浪涌發(fā)生器的內(nèi)部電路圖，將原來的兩個(gè)電容更換成容量大6倍的電容后，上電重新試驗(yàn)，電壓輸出達(dá)到正常24VDC，問題解決了。在電源線和信號(hào)線的高能量浪涌試驗(yàn)中，控制器運(yùn)行正常，控制信號(hào)的精度等級(jí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

3 結(jié)束語

通過認(rèn)真仔細(xì)的EUT設(shè)計(jì)、工裝試驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行合理科學(xué)的試驗(yàn)，在高能量浪涌抗擾度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電源板卡的不足之處，按照發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的辦法，及時(shí)進(jìn)行了設(shè)計(jì)修改，并順利通過試驗(yàn)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)GB/T15969.2-2008（IEC61131-2：2007）的標(biāo)準(zhǔn)中的9.9抗高能量浪涌表42的要求，保證了NicSys2000的產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳世鋼，王素英，姚帶月，聶定珍，文芳.GB/T 17626.5-2008（IEC 61000-4-5：2005） 《電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)》

[2] 劉云男，陳思亮，張萌，楊昌焜，李百煌.GB/T 15969.2-2008（IEC 61131-2：2007） 《可編程控制器 第2部分：設(shè)備要求和測試》