控制板系统方案开发的抗干扰设计

日期:2018-05-26 / 人气: / 来源:www.gycsjx.com

干扰源类型及对控制板系统的干扰

1. 来自空间的辐射干扰

空间的辐射电磁场主要来自电力网络、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备,其分布极为复杂。若控制板系统置于所射频场内。就会受到辐射干扰,其影响主要通过两条路径:一是对控制板通信网络的辐射,由通信线路的感应引人干扰;二是直接对控制板内部的辐射,由电路感应产生干扰。

2. 来自系统外引线的干扰

a. 来自电源的干扰

控制板系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应出电压和电流。尤其是电网内部的变化,开关操作浪涌、大型电力设备起停、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源。控制板电源通常采用隔离电源,但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。

b. 来自信号线引入的干扰

控制板系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信息之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。由信号引入干扰会引起vo信号工作异常和测量精度的降低,严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动和死机。

c. 来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确地接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使控制板系统将无法正常工作。接地系统混乱对控制板系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端都接地,就存在地电位差,这时就有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。此外,屏蔽层、接地线和地之间有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的祸合,干扰信号形成回路。模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。控制板工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响控制板的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。

控制板抗干扰设计的一般方法

抑制电磁干扰的基本原则是抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径、提高装置和系统的抗干扰能力。

1. 设备选型

在选择设备时,首先要选择有较高抗干扰能力的产品,其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标,如耐压能力、共模抑制比,对最大电场强度和最高频率范围设置。另外考察其在类似工作中的应用实绩。如果选择国外进口产品要注意:我国是采用220v高内阻电网制式,比如日本是110v低内阻电网。由于我国电网内阻大,零点电位漂移大,地电位变化大,工业企业现场的电磁干扰至少要比日本高4倍以上,对系统抗干扰性能要求更高,在国外能正常工作的控制板产品在国内工业就不一定能可靠运行,这就要求在采用国外产品时,按我国的标准((GB/T13926)合理选择。

2. 设计施工中的抗干扰设计

为保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰,必须综合抗干扰设计,在设计阶段采取措施。综合抗干扰设计主要内容包括:对控制板'系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰;对外引线进行隔离、滤波,特别是动力电缆,应该与信号线分层布置,以防通过外引线引入传导电磁干扰;正确设计接地点和接地装置,完善接地系统。

主要抗干扰措施

1. 采用性能优良的电源

在控制板系统中,电源占有十分重要的地位。电网干扰串入控制板系统主要通过控制板系统的供电电源、变送器供电电源和与控制板系统具有直接电气连接的仪表供电电源等藕合进入的。对于控制板系统供电的电源,一般都采用隔离性能较好电源;而对于变送器供电的电源和控制板系统有直接电气连接的仪表的供电电源,选择分布电容小、抑制性强的配电器,抑制电网引入的干扰。

2. 电缆选择和敷设

为了减少动力电缆辐射电磁干扰,不同类型的信号分别由不同电缆传输,信号电缆应按传输信号种类分层敷设,严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号,避免信号线与动力电缆靠近平行敷设.以减少电磁干扰。

3. 硬件滤波及软件抗干扰措施

信号在接入计算机前,在信号线与地间并联电容,以减少共模干扰。由于电磁干扰的复杂性,要根本消除干扰影响是不可能的,困此在控制板系统的软件设计和组态时,还应在软件方面进行抗干扰处理,进一步提高系统的可靠性。

4. 选择正确接地点系统

接地的目的通常有两个,其一为了安全,其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是控制板系统抗电磁干扰的重要措施之一。系统接地方式有:浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对控制板系统而言,它属高速低电平控制装置,应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响,装置之间的信号交换频率一般都低于l MHz,所以控制板系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的控制板系统适于并联一点接地方式,各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大,应采用串联一点接地方式。

5. 控制板输入、输出信号回路采用光电隔离

利用光电祸合器的开关特性实现输人和输出信号的完全隔离,已成为抑制干扰的有效措施之一。光电辐合器把各种模拟负载和数字信息源隔离开来,也就是把“模拟的”和“数字的”断开。光电藕合器能实现良好隔离的原因有三个。

a. 由于光电棍合器输入电阻抗很小而干扰源的内阻则很大,因此分压到光电藕合器输入端的干扰信号较小,输入回路与输出回路之间分布电容极小,而且绝缘电阻较高,因此回路一边的干扰很难通过光电藕合的回馈送到另一边;

b. 光电藕合器在密封条件下实现输入回路与输出回路的光祸合,不会受外界光的影响;

c. 无论是模拟还是数字信号,在输入、输出通道上都采用光电祸合电路,用光线来藕合信号,使输人、输出没有电的直接联系,可以有效地防止漏电、短路、打火、感应引起的过电压串入控制板系统。因此在控制板系统现场uo信号经光电藕合器隔离,与控制板系统本体分开,切断了干扰噪声的通道,解决了输入、输出回路的抗干扰问题,使系统调试方便,运行可靠。

结束语

工程实践表明,采用以上杭干扰设计和措施可以取得很好的效果。但是控制板系统中的干扰是一个十分复杂的问题,还需在实践中不断摸索,综合考虑各方面的因素,进一步完善优化抗干扰设计方法,合理有效地抑制干扰。

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作者:控制板


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