NicSys?2000DCS控制系统EMC高能量浪涌抗扰度试验设计与分析

秦立富

摘要：NicSys?2000是中核控制系统工程有限公司自主研发，拥有自主产权的分布式控制系统；根据GB/T15969.2-2008（IEC61131-2：2007）的标准中的9.9抗高能量浪涌表42要求进行试验；通过合理的工装和EUT设计以及选择合适的试验设备、试验等级和参数等，对产品进行科学合理的检测；保证产品质量。

关键词：控制系统；浪涌试验；标准；设计；分析

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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是中核控制系统工程有限公司自主研发，拥有自主产权的分布式控制系统；采用分散控制、集中控制、体现控制权限下发、降低控制风险的设计理念；致力于为用户实现生产过程自动化的大规模联合控制系统，继承和发展了过程控制经验和核心技术，融合了全新的大规模组网技术、现场总线技术和信息管理技术。系统硬件包括：控制器、通讯模块、电源模块、I/O模块以及端子模块、工程师站、操作员站和数据库站等。新产品投放市场前需要通过型式试验，其中高能量浪涌抗扰度试验是比较难通过的试验；浪涌的起因：由于雷击或主电源系统切换瞬间，在线路上感应出电压和电流，通过公共接地系统时所引入的干扰。

1 试验设计

1.1 EUT设计

按照GB/T15969.2-2008IEC（61131：2-2007）中2.1和2.2的要求，并结合典型的工程应用实际进行，主要体现如下：

EUT包含NicSys?2000平台系统自主化研制的关键设备（详见EUT配置）和外购物项；

EUT电源单元采取冗余的配置方式（EMC试验时，采用单电源供电配置，以满足严酷性要求）；

NicSys?2000机笼卡件进行最大量配置，且所有配置的卡件处于工作状态；

EMC试验时，保证对NicSys?2000每一类型的卡件至少试验一次。

表1 EUT硬件介绍

[序号＼&模块名称＼&功能描述＼&1＼&NP202＼&控制器＼&2＼&AI212＼&8通道模拟量（电流）输入模块＼&3＼&AI213＼&8通道模拟量（电压）输入模块＼&4＼&AI221＼&8通道热电偶输入模块＼&5＼&AI231＼&8通道热电阻输入模块＼&6＼&AO211＼&8通道模拟量输出模块＼&7＼&AO212＼&8通道模拟量输出模块＼&8＼&DI211＼&16通道开关量输入模块＼&9＼&DO211＼&16通道开关量输出模块＼&10＼&PI211＼&8通道脉冲输入模块＼&11＼&PM211＼&电源模块＼&12＼&TB211＼&通用端子模块＼&13＼&TB221＼&DI 16通道电流型端子模块＼&14＼&TB222＼&DI 16通道24V查询电压端子模块＼&15＼&TB223＼&DI 16通道48V查询电压端子模块＼&16＼&TB231＼&DO 16通道继电器端子模块＼&17＼&TB241＼&AI 8通道电流型系统供电端子模块＼&18＼&TB242＼&TC 8通道热电偶端子模块＼&19＼&CNMC001＼&机柜（800*900*2100mm）＼&]

表2 EUT硬件的配置

[主控机笼＼&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＼& ＼& ＼& ＼& ＼&转接卡＼&TM211＼&TM211＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM221＼&TM221＼&TM231＼&TM231＼&IO机笼＼&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＼& ＼& ＼& ＼& ＼&转接卡＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM241＼&TM221＼&TM221＼&TM231＼&TM231＼&]

1.2 试验工装

试验工装是作为EUT进行试验时的辅助设备进行设计和使用的，主要起到对EUT受试信号进行测量，并对EUT受试端口提供信号源。试验工装主要包括：工程师站（PC）、24VDC电源、48VDC电源、交换机、万用表，示波器、信号发生器和继电器等。

1.3 EUT与试验工装的连接

试验前，将试验工装与EUT进行连接好，通过试验工装监视EUT输出的I/O信号，同时试验工装作为信号源，产生I/O信号传输至EUT。EUT与试验工装连接如图1所示。

1.4 试验等级及试验布置

按照GB/T15969.2-2008（IEC61131-2：2007）的标准中的9.9抗高能量浪涌表42的要求：抗高能量浪涌试验-电源线的试验等级是共模：0.5kV；差模：0.5kV；信号线的试验等级是共模：1kV。

图1 EUT与工装连接

执行GB/T17626.5-2008（IEC61000-4-5：2005）标准的要求，分别在电源线上和通信线路上进行高能量浪涌试验。试验布置图2如下：

图2 试验布置

用于电源线路试验的1.2/50μs（电压波）和8/20μs（电流波）的综合波发生器基本性能：

开路电压波：1.2/50μs；

短路电流波：8/20μs；

开路输出电压（峰值）：0.5kV～4kV；

短路输出电流（峰值）：0.25kA～2kA；

内阻：2Ω；

浪涌输出极性：正/负。

图3 高能量浪涌试验（电源线）

用于通信线试验的10/700μs浪涌电压发生器的基本性能：

开路峰值输出电压（峰值）：0.5kV～4kV；

动态内阻：40Ω；

输出极性：正/负。

（ 下转第223页）

（上接第217页）

图4 高能量浪涌试验（信号线）

2 试验中遇到问题及其分析和解决办法

2.1 试验时遇到问题

在试验过程中，当通过高能量浪涌发生器给EUT供电准备试验时，发现I/O板卡指示灯闪烁，电源板卡的输出电压变低，EUT不能正常启动，此时需要认真分析问题，找出电源板卡输出电压降低的原因，试验才能继续进行；之前的静电试验已经顺利通过，说明在不进行高能量浪涌试验的时候，电源板卡的输入电压和输出电压都是正常的，只有在进行高能量浪涌发生器的时候才出现问题的。

2.2 问题分析

经过多次试验和认真检查发现，电源板卡的输入电压是24VDC，但是输出电压只有14VDC；与研发人员详细讨论后，发现高能量浪涌发生器里面是采用电容器的耦合/去耦网络，这与电源板卡上的两个电容分压造成的；确定问题出在电源板卡的两个电容上面；经过与硬件设计工程是充分讨论，结合高能量浪涌发生器的内部电路图分析，电源板卡的两个电容容量设计过小造成。

2.3 解决办法

经过分析电源板卡的电路设计和高能量浪涌发生器的内部电路图，将原来的两个电容更换成容量大6倍的电容后，上电重新试验，电压输出达到正常24VDC，问题解决了。在电源线和信号线的高能量浪涌试验中，控制器运行正常，控制信号的精度等级达到标准规定的要求。

3 结束语

通过认真仔细的EUT设计、工装试验设计，进行合理科学的试验，在高能量浪涌抗扰度试验发现了电源板卡的不足之处，按照发现问题、分析问题、解决问题的办法，及时进行了设计修改，并顺利通过试验，达到标准GB/T15969.2-2008（IEC61131-2：2007）的标准中的9.9抗高能量浪涌表42的要求，保证了NicSys2000的产品质量。

参考文献：

[1] 陈世钢，王素英，姚带月，聂定珍，文芳.GB/T 17626.5-2008（IEC 61000-4-5：2005） 《电磁兼容 试验和测量技术 浪涌（冲击）抗扰度试验》

[2] 刘云男，陈思亮，张萌，杨昌焜，李百煌.GB/T 15969.2-2008（IEC 61131-2：2007） 《可编程控制器 第2部分：设备要求和测试》