張建國(guó) 張 星 聶雅琴 瞿 丹 樊友文

(1.武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所 武漢 430205)(2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所 武漢 430205)

某綜合控制系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)研究

張建國(guó)1張 星1聶雅琴2瞿 丹1樊友文1

(1.武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所 武漢 430205)(2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所 武漢 430205)

針對(duì)高度集成化的綜合控制系統(tǒng),使用多種電磁兼容性控制技術(shù)與措施,在系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)中兼顧電磁兼容性設(shè)計(jì),系統(tǒng)按照GJB151A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了電磁兼容性試驗(yàn),驗(yàn)證了電磁兼容性控制技術(shù)的有效性。

電磁兼容性; 綜合控制系統(tǒng); GJB151A

Class Number TN60

1 引言

某綜合控制系統(tǒng)是某型艦船的作戰(zhàn)系統(tǒng)的重要組成部分,是艦船總體與作戰(zhàn)系統(tǒng)的聯(lián)系紐帶,其主要任務(wù)是提供作戰(zhàn)系統(tǒng)的氣壓、液壓、水壓等保障條件。該系統(tǒng)對(duì)于艦船實(shí)際作戰(zhàn)性能的有效發(fā)揮具有關(guān)鍵性影響,是艦船綜合保障系統(tǒng)的重要組成部分。

隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展,國(guó)防裝備的信息化建設(shè)得到急速增強(qiáng),特別是艦船武備電子領(lǐng)域,信息系統(tǒng)高度集成化。各電子、電氣系統(tǒng)之間的電磁兼容性問(wèn)題得到越來(lái)越多的關(guān)注,系統(tǒng)設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)難度,隨著集成化程度的增加而增大[1]。

本文針對(duì)綜合控制系統(tǒng),采用多種電磁兼容控制技術(shù),在功能設(shè)計(jì)中結(jié)合電磁兼容控制要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)[2～3],通過(guò)電磁兼容性試驗(yàn)測(cè)試,驗(yàn)證了系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)的有效性,達(dá)到了預(yù)期的電磁兼容性控制目標(biāo)。

2 系統(tǒng)組成

該綜合控制系統(tǒng)主要由1塊控制面板組合、1套人機(jī)操控模塊、1臺(tái)主控機(jī)柜、1臺(tái)監(jiān)測(cè)裝置、2臺(tái)加固顯示器、1套電源模塊、執(zhí)行組件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及信號(hào)接口模塊等組成,組成框圖如圖1所示。

圖1 綜合控制系統(tǒng)組成框圖

主控機(jī)柜為綜合控制系統(tǒng)的核心設(shè)備,負(fù)責(zé)接收作戰(zhàn)系統(tǒng)的集中控制命令,并分發(fā)至各執(zhí)行組件與執(zhí)行機(jī)構(gòu);執(zhí)行組件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)為艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)的功能實(shí)施設(shè)備,在主控機(jī)柜的控制下,完成相應(yīng)的技戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作;控制面板組合與人機(jī)操控模塊屬于人機(jī)交互設(shè)備,信號(hào)接口模塊作為控制與信號(hào)接口單元部件,主要用于主控機(jī)柜、監(jiān)測(cè)裝置、傳感器、執(zhí)行組件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備之間的信號(hào)接口連接。

3 電磁兼容性控制技術(shù)與措施

在系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)初期,便采用嚴(yán)格的電磁兼容性控制要求,對(duì)系統(tǒng)內(nèi)電子電氣設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì),可有效避免設(shè)計(jì)中的電磁兼容缺陷[4～6]。該綜合控制系統(tǒng)采取的電磁兼容性控制技術(shù)與措施主要如下:

1) 電磁屏蔽設(shè)計(jì):控制面板、機(jī)柜、顯示器等,盡量減少縫隙,減少電磁場(chǎng)幅射,對(duì)較大的安裝孔部位附加屏蔽罩;孔、洞、縫隙處的電磁泄漏用導(dǎo)電襯墊進(jìn)行抑制,并使用屏蔽接口系統(tǒng),以保證結(jié)合面屏蔽的連續(xù)性。

2) 系統(tǒng)布線設(shè)計(jì):為降低電纜間的耦合,在電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)時(shí),按照低頻信號(hào)線、射頻信號(hào)線、控制信號(hào)線的分類方法,將平行敷設(shè)的電纜分組分開(kāi)敷設(shè),使干擾源電路和敏感性電路之間充分隔離,減小線纜間的感應(yīng)和耦合,避免電纜之間的電磁干擾[7]。

3) 電磁兼容性電路設(shè)計(jì):針對(duì)船舶平臺(tái),采用針對(duì)性電路設(shè)計(jì)措施,主要涉及機(jī)殼接地、電纜屏蔽層接地、信號(hào)接地等。電力系統(tǒng)中所有電源電壓在30V以上的電氣電子設(shè)備的金屬殼體都將按GJB1046的要求接地;屏蔽的電力電纜將在電纜屏蔽層的兩端接地,低頻低電平控制電纜、信號(hào)電纜的屏蔽層采用單點(diǎn)接地方式;電力系統(tǒng)的信號(hào)地采用浮地方式[8～9]。

4) 電源濾波:采用具有雙向?yàn)V波功能的低通濾波器,一方面抑制來(lái)自電網(wǎng)的脈沖干擾信號(hào),同時(shí)它又防止主控機(jī)柜中使用的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾進(jìn)入電網(wǎng)。為了防止沿電源線傳導(dǎo)的高頻瞬變干擾對(duì)設(shè)備的影響,電源線上串聯(lián)電源濾波器和瞬變尖峰抑制器,保證共電網(wǎng)的設(shè)備正常運(yùn)行。

5) 軟件抗干擾:在綜合控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中,采用數(shù)字濾波技術(shù),來(lái)消除尖峰脈沖干擾、階躍干擾等;系統(tǒng)內(nèi)微處理器電路均選用具有看門狗功能的芯片,并設(shè)置程序自恢復(fù)電路,保證電路受到干擾而死機(jī)后能自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。

4 電磁兼容性試驗(yàn)

該綜合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)后實(shí)施電磁兼容性試驗(yàn),設(shè)備布置圖如圖2所示。圖中負(fù)載模擬器替代真實(shí)系統(tǒng)中的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)參與系統(tǒng)電磁兼容性測(cè)試。

圖2 電磁兼容性試驗(yàn)布置圖

試驗(yàn)依據(jù)GJB151A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行CE101、CE102、RE101、RE102、CS101、CS106、CS114、CS116、RS101、RS103項(xiàng)目測(cè)試[10～11],典型測(cè)試結(jié)果如下。

圖3 CE102項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果

圖4 RE101項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果

圖5 CS114項(xiàng)目校準(zhǔn)時(shí)前向功率曲線圖

圖6 CS114項(xiàng)目檢測(cè)數(shù)據(jù)曲線

在測(cè)試過(guò)程中,傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射項(xiàng)目均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,未超出限制要求;在敏感度項(xiàng)目測(cè)試中,設(shè)備運(yùn)行正常,數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定,控制命令得到有效執(zhí)行,無(wú)敏感現(xiàn)象發(fā)生。該綜合控制系統(tǒng)的電磁兼容性試驗(yàn)一次性測(cè)試合格,滿足國(guó)軍標(biāo)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

基于本文采用的電磁兼容性控制技術(shù)與措施,在綜合控制系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)初期,便采用了嚴(yán)格的電磁兼容性控制要求,對(duì)系統(tǒng)內(nèi)電子電氣設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)多種控制方法的同時(shí)使用,有效地避免了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的電磁兼容性缺陷,使得電磁兼容性測(cè)試一次性通過(guò),保證了系統(tǒng)的交付時(shí)間,同時(shí)也節(jié)約了測(cè)試成本。

[1] 蘇東林,謝樹(shù)果,戴飛,等.系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性量化設(shè)計(jì)理論與方法[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2015:45-47.

[2] 林福昌,李化.電磁兼容原理及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010:8-18.

[3] 朱文立,陳燕,肖猛,等.電磁兼容設(shè)計(jì)與整改對(duì)策及案例分析[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012:195-197.

[4] 韓剛,陳冬,周曙光.艦船通信系統(tǒng)電磁兼容問(wèn)題研究[J].艦船電子工程,2014,34(2):147-150.

[5] 畢季明,黃小華.海軍艦船電磁兼容控制技術(shù)與措施[J].艦船電子工程,2007,27(2):201-203.

[6] 幸明強(qiáng),周世濤,孫衛(wèi)華.艦船環(huán)境通信設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)[J].艦船電子工程,2014,34(5):153-157.

[7] 樊友文,閻毓杰,許榮彧.屏蔽電纜的耦合影響分析[J].艦船科學(xué)技術(shù),2011,33(7):71-74.

[8] 劉鋼,趙宏宇,楊華榮,等.基于傳輸線模型的艦船信號(hào)地接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].艦船科學(xué)技術(shù),2011,33(1):92-94.

[9] 樊友文.艦艇內(nèi)電纜耦合及分類敷設(shè)研究[J].艦船電子工程,2003(4):79-81.

[10] 國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求:GJB151A-1997[S].

[11] 國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)量:GJB152A-1997[S].

EMC Design of Combination Control System

ZHANG Jianguo1ZHANG Xing1NIE Yaqin2QU Dan1FAN Youwen1

(1. Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430205)(2. No.722 Research Institute of CSIC, Wuhan 430205)

Based on the highly integrated combination control system, several electromagnetic compatibility(EMC) control techniques are proposed during the functional design. The system has carried the EMC test according to GJB151A, and the experimental results verify the effectiveness of the EMC control techniques.

EMC, combination control system, GJB151A

2016年8月13日,

2016年9月26日

張建國(guó),男,博士,工程師,研究方向:艦船電磁兼容技術(shù)與試驗(yàn)。張星,男,博士,工程師,研究方向:艦船電子武備系統(tǒng)設(shè)計(jì)。聶雅琴,女,碩士,工程師,研究方向:艦船軟件無(wú)線電技術(shù)。瞿丹,女,碩士,工程師,研究方向:艦船電磁兼容設(shè)計(jì)。樊友文,男,研究員,研究方向:艦船總體電磁兼容設(shè)計(jì)。

TN60

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.02.034