干擾信號之所以能對自動化控制系統(tǒng)和儀表產(chǎn)生影響,必須具備三個條件:干擾源產(chǎn)生干擾信號、有對干擾信號敏感的接收電路和有干擾接收電路之間的耦合通道,這三個因素缺一就不能形成對電子裝置的干擾。在解決干擾問題時,首先要搞清楚干擾源、接收電路的性能以及干擾源與接收電路之間的耦合方式,才能采取相應(yīng)措施,抑制干擾的影響。
抑制干擾的原則
針對上述分析,抑制干擾的原則是:
1、消除或抑制干擾源,如電力線和信號線隔離或遠(yuǎn)離。
2、破壞干擾途徑。對于以“路”的形式侵入的干擾,從自動化控制系統(tǒng)和儀表本身采取措施,如采用隔離變壓器、光電耦合器定切斷某些干擾途徑;對于以“場”的形式侵入的干擾,通常采用屏蔽措施。
3、削弱接受電路(被干擾對象)對干擾的敏感性。如高輸入阻抗的電路比低輸入阻抗的電路易受干擾,模擬電路比數(shù)字電路的抗干擾能力差。
對于安裝來說,抑制干擾源對其他回路的干擾是最有效的措施,但有時由于條件限制或費用過高等原因,很難實現(xiàn)。這時,就應(yīng)該對受干擾的弱點信號回路、自動化控制系統(tǒng)和儀表采取防護措施,以增強器抗干擾能力。
抗干擾措施
1、屏蔽
屏蔽技術(shù)主要是抑制電磁感應(yīng)對自動化系統(tǒng)和儀表的干擾。它是利用銅或者鋁等低阻材料或磁性材料把元件、電路、組合件或傳輸線等包圍起來,以隔離內(nèi)外部電磁的相互干擾。屏蔽包括靜電屏蔽、電磁屏蔽、低頻磁屏蔽、驅(qū)動屏蔽。
1.1 靜電屏蔽
在靜電場作用下,導(dǎo)體內(nèi)部無電力線,即各點等電位。因此采用導(dǎo)電性能良好的金屬做屏蔽盒,并將它接地。是其內(nèi)部的電力線不外傳,同時也不使外部的電力線影響其內(nèi)部。
靜電屏蔽能防止靜電場的影響,可以消除或削弱兩電路之間由于寄生分布電容耦合而產(chǎn)生的干擾。
1.2 電磁屏蔽
電磁屏蔽是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽層,利用高頻干擾電磁場在屏蔽體內(nèi)產(chǎn)生渦流,再利用渦流消耗高頻干擾磁場的能量,從而削弱高頻電磁場的影響。
若將電磁屏蔽層接地,同時兼有靜電屏蔽的作用。也就是說,用導(dǎo)電良好的金屬材料做成接地電磁屏蔽層,可同時起到電磁屏蔽和靜電屏蔽兩種作用。
2、隔離
當(dāng)自動化控制系統(tǒng)和儀表的信號測量電路及信號源在兩端接地時,很容易形成環(huán)路電流,引起干擾。這時就需要采用隔離的方法,特別當(dāng)自動裝置含有模擬與數(shù)字、高壓與低壓混合電路時,必須對電路各環(huán)節(jié)進行隔離,還可以同時起到抑制漂移和安全保護的作用。
3、濾波
濾波是抑制串模干擾或抑制由共模干擾轉(zhuǎn)化成串模交流信號的有效手段。它是根據(jù)信號和噪聲頻率分布范圍,將相應(yīng)頻帶的濾波器接入信號傳輸通道中,濾去或盡可能衰減噪聲,達到提高信噪比、抑制干擾的目的。在前述各種抗干擾措施下,如果仍有殘余交流干擾信號,則可依靠濾波的方法予以消除。
4、浮空
浮空是抗共模干擾的有效措施。把信號導(dǎo)線和自動裝置電路完全用絕緣材料架空起來,不是它們和接地的金屬外殼相碰,這就叫“浮空”。一個完全浮空的電路及時存在共模電壓,也無法形成電流。無論兩根輸入導(dǎo)線對地電阻是否對稱,都不會把共模干擾轉(zhuǎn)化為串模干擾,而純共模信號是不會妨礙自動化控制系統(tǒng)和儀表正常工作的(在一定限度內(nèi))。這是從防止轉(zhuǎn)化方面采取的抗干擾措施。
從本質(zhì)看,浮空和變壓器隔離、光電隔離的出發(fā)點是一樣的,都是設(shè)法切斷共模信號的通路。對于無源電路(如與熱電偶配合的電子電位差計和動圈儀表),只要把測量電路架空起來,不和接地導(dǎo)體接觸,就實現(xiàn)了浮空。但是像放大器等有源電路就比較麻煩,它必須有電源。電源往往來自電網(wǎng),電網(wǎng)又是接地的。解決的辦法是用變壓器隔離,使為放大器供電的副邊繞組浮空。
5、信號導(dǎo)線的抗干擾
熱工過程自動化裝置的電信號都是低電壓小電流,從導(dǎo)線負(fù)荷上考慮,并不需要很大的截面積。但因工業(yè)控制信號傳送的距離較遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣。為使信號線電阻較小,并有足夠機械強度,通常選用截面積不小于1mm2的多股導(dǎo)線。多股導(dǎo)線的好處是柔軟易彎曲。根據(jù)抗干擾的要求。可以用雙絞線、平行線、屏蔽線或同軸電纜。
從減小干擾的角度考慮,最根本的措施是信號線遠(yuǎn)離動力線。萬上下一它們不可避免地在同一條電纜溝內(nèi)敷設(shè),要分別沿溝的兩側(cè)走線,或分兩層布置,并在兩者間加接地金屬板,以資屏蔽。無屏蔽時,兩類導(dǎo)線之間的距離不可小于15cm,最好相距60cm以上。如導(dǎo)線在管中穿過,絕對不允許將信號和動力線穿在同一管里。
要特別注意,金屬管只有接地后才有電場屏蔽作用,只有鐵管才能屏蔽磁場干擾。雙絞線由于兩線形成的線環(huán)極小,又正反方向交替,電磁干擾在每一絞合圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢因方向不同,可以互相抵消。至于同軸電纜的抗干擾能力,特別是對高頻信號的傳遞,與其他導(dǎo)線相比有更明顯的優(yōu)勢
6、晶閘管干擾的抑制
晶閘管在自動化控制中應(yīng)用日益廣泛,然而它是工業(yè)電子器件中很大的干擾源。
晶閘管在觸發(fā)導(dǎo)通或截止時,引起電壓、電流的急劇變化,是供電網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)干擾波,該干擾對于自動化控制系統(tǒng)和儀表有不利影響。為了防止或減少這種有害影響,需在晶閘管的負(fù)載兩端并聯(lián)一個由電阻、電容串接而成的RC電路。
7、電接點干擾的抑制
開關(guān)和繼電器的觸點在斷開感性負(fù)載時,會由于電流的變化率很大而形成反向瞬時高壓,通常在幾微秒的時間內(nèi)此高壓達到電源電壓的10-20倍。它會在繼電器觸點上產(chǎn)生火花,不但會燒蝕觸點表面,而且形成電磁波干擾,是十分有害的。為此,可設(shè)置電接點消弧電路,既保護了接點,延長它的壽命,又抑制了干擾信號。
最常用的消弧電路如下圖所示,RC串聯(lián)電路u電接點并接,當(dāng)電源為直流時,K斷開以后L上無電流,電源電壓對電容器C充電。K接通的瞬間,電阻R使C的放電電流不致過大;K斷開的瞬間,感應(yīng)電壓經(jīng)R對C充電,致使電流減少較慢,也保護了接點免生電弧。
8、接地
接地也是抗干擾的重要手段,但是錯誤的接地不僅起不了干擾作用,反而會使干擾加強。如下圖所示的三個電路,它們各自的地線都接到公共地線上,因公共地線有電阻,在地線電阻r1、r2、r3上有不同的地電流,所以形成的壓降將干擾其他電路,即為公共阻抗提供了干擾途徑。
多個電路錯誤接地
多個電路正確接地方式