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        電子控制設(shè)備的抗干擾設(shè)計(jì)研究

        2023-05-30 14:49:26谷廣超胡皓宇
        關(guān)鍵詞:干擾因素解決辦法

        谷廣超 胡皓宇

        關(guān)鍵詞:電子控制設(shè)備;干擾因素;解決辦法

        我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量提出了更高的要求。而電子控制設(shè)備具有諸多優(yōu)勢(shì),尤其是可以在惡劣的作業(yè)環(huán)境中正常運(yùn)行,不僅能夠提高生產(chǎn)效率,還能減輕工作人員的壓力。然而,高性能的電子控制設(shè)備內(nèi)部存在諸多元件,因?yàn)槭艿礁鞣N因素的干擾,這些元件往往會(huì)出現(xiàn)異常情況,從而導(dǎo)致電子控制設(shè)備無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行[1]?;诖?,為能夠有效提高電子控制設(shè)備的綜合運(yùn)行水平,必須針對(duì)這些干擾因素,采取相應(yīng)的解決措施,以提高工業(yè)生產(chǎn)的綜合效益。

        1電磁輻射干擾及解決辦法

        電子控制設(shè)備運(yùn)行期間往往會(huì)對(duì)其外部的電磁波進(jìn)行吸收,從而形成一定的電磁輻射。當(dāng)該設(shè)備處于高頻環(huán)境時(shí),可能會(huì)致使觸電電氣設(shè)備的運(yùn)行溫度增高,并產(chǎn)生火花與電弧,甚至?xí)霈F(xiàn)輻射電磁波。值得注意的是,當(dāng)電子控制設(shè)備的正常運(yùn)行遭受到電磁波的干擾,同時(shí)隨著電磁波強(qiáng)度的增大,將會(huì)給電子控制設(shè)備帶來(lái)更為嚴(yán)重的不良影響。以下主要介紹幾種常見(jiàn)的抗電磁輻射干擾的辦法。

        (1)濾波。事實(shí)上,濾波器屬于一種電路的傳播網(wǎng)絡(luò),具有可選擇的特征,其組成部分包括源器件、電感與電容。針對(duì)輸入信號(hào)中沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值的頻率比例,濾波器能夠有選擇性地降低頻率,以達(dá)到濾波的目的。頻率是濾波器最為重要的特性,也是濾波器插入衰減會(huì)隨著運(yùn)行頻率的差異而改變的特征[2]。一般情況下,濾波器能夠劃分成低通型、高通洗型、帶通型及帶阻型。另外,通過(guò)將穿心電容器、鐵氧體磁環(huán)等特殊的濾波元件應(yīng)用到濾波電路中,能夠很好地優(yōu)化電波的諧波特性。

        (2)設(shè)置專用供電線路或是隔離變壓器。若要獲得理想的抗電磁輻射干擾效果,則應(yīng)當(dāng)科學(xué)設(shè)置電子控制設(shè)備的供電線路,通過(guò)隔離變壓器的合理安裝,有利于隔離電子控制設(shè)備運(yùn)行期間存在的危險(xiǎn)電壓,還能夠在最大限度降低地線環(huán)路對(duì)電子控制設(shè)備的不良影響。隔離變壓器類型包括:①普通的隔離變壓器。該設(shè)備不在初級(jí)與次級(jí)之間布設(shè)屏蔽層,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工模的有效抑制。然而,因?yàn)槔@組之間存在寄生電容,當(dāng)電氣控制設(shè)備存在較大的工作頻率時(shí),很可能削弱其對(duì)共模的抗干擾能力。②附帶有屏蔽層的隔離變壓器。若要該設(shè)備實(shí)現(xiàn)衰減大,需要在初級(jí)和次級(jí)之間對(duì)屏蔽層進(jìn)行合理設(shè)置,以盡可能地降低耦合容量[3]。

        (3)屏蔽。即利用屏蔽材料對(duì)入侵系統(tǒng)的電磁干擾進(jìn)行吸收和反射。在功能層面上,屏蔽主要包括:①電場(chǎng)屏蔽。屏蔽體的制作原料多選擇易于導(dǎo)電的物體,如金屬隔板式等實(shí)心屏蔽體,若要獲得更為理想的屏蔽效果,則必須對(duì)屏蔽材料的縫隙、厚度與輻射頻率進(jìn)行嚴(yán)格控制。②磁場(chǎng)屏蔽。該類屏蔽主要是由具備極強(qiáng)導(dǎo)磁性能的材料所制成的屏蔽體,適用于低頻磁場(chǎng)和屏蔽直流[4]。利用屏蔽體優(yōu)異的導(dǎo)磁性能與低磁特性,能夠?qū)Υ磐òl(fā)揮磁分路的作用,并利用多層屏蔽或是增加屏蔽體厚度的方法,來(lái)獲得更佳的屏蔽效果。

        (4)接地。接地在保證電子控制設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,既能獲得安全保護(hù)的效果,防止發(fā)生觸電故障,還能為電子控制設(shè)備提供更為科學(xué)、精準(zhǔn)的基準(zhǔn)定位。接地是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程,在具體建設(shè)過(guò)程中,相關(guān)人員必須對(duì)可能影響電子控制設(shè)備運(yùn)行的各方面因素加以綜合考慮,從功能層面將接地劃分成信號(hào)接地、控制接地、安全接地三大類。還需結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求,將接地設(shè)計(jì)成一點(diǎn)多接、多點(diǎn)接地、混合接地。在高科技時(shí)代背景下,應(yīng)重視對(duì)隔離技術(shù)的有效利用,以盡量減少接地?fù)Q流現(xiàn)象的發(fā)生。接地電阻是評(píng)估接地的重要指標(biāo),通常設(shè)置成10Q。對(duì)于電子控制設(shè)備而言,必須結(jié)合具體運(yùn)行特點(diǎn),對(duì)接地電路進(jìn)行有效的接地設(shè)計(jì),具體涉及以下幾點(diǎn)。①低頻電路方面,設(shè)計(jì)人員應(yīng)采取“一點(diǎn)接地”的設(shè)計(jì)策略,若選擇多點(diǎn)接地的設(shè)計(jì)方式,則在實(shí)際使用過(guò)程中很可能出現(xiàn)接地環(huán)路、閉合等不良現(xiàn)象,一旦低頻或是脈沖磁場(chǎng)穿過(guò)這一環(huán)路,就會(huì)產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲,使不同接地點(diǎn)之間形成電位差,從而導(dǎo)致電子控制設(shè)備無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)這一問(wèn)題,應(yīng)當(dāng)依托干線式接地線路或是放射式接地線路,來(lái)實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地設(shè)計(jì)。②高頻電力方面,設(shè)計(jì)人員應(yīng)采取“多點(diǎn)接地”的設(shè)計(jì)策略,盡管該電路的地線很短,但是能夠產(chǎn)生較大的阻抗壓降,分布電容會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大的干擾,使其無(wú)法實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地,故可利用平面式多點(diǎn)接地的方式,以顯著降低接地阻抗,盡可能避免分布電容的干擾。

        2共阻抗干擾及解決辦法

        共阻抗干擾是電子控制設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中相對(duì)常見(jiàn)的干擾現(xiàn)象,主要由于電子控制設(shè)備中的電阻和電感同時(shí)作用在回路導(dǎo)線上,當(dāng)其進(jìn)入作業(yè)狀態(tài)時(shí),回路導(dǎo)線會(huì)成為電流的流動(dòng)載體,導(dǎo)致回路電壓下降,引發(fā)耦合情況,還會(huì)耦合到其他回路中,從而形成共阻抗干擾。該干擾因素會(huì)在很大程度上影響電子控制設(shè)備中電路的良好運(yùn)行,究其根源是多個(gè)電路共用一根地線,致使地線的電壓和所有電路的運(yùn)行狀態(tài)處于正比例狀態(tài)。

        針對(duì)共阻抗干擾問(wèn)題,相關(guān)人員需要采取有效的措施,讓地線導(dǎo)致的電壓降到最低,合理調(diào)節(jié)電源位置,確保功率放大器和電源之間保持合適的距離,避免功率放大器地線上的電流流人到前級(jí)的地線,從而切實(shí)保障電子控制設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí),不可讓存在相互影響的電路共用一根地線,而是使用一根單獨(dú)的地線,將功率放大器和電源地進(jìn)行連接,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)共阻抗干擾問(wèn)題的有效控制[5]。另外,對(duì)于電阻內(nèi)阻,必須做好相應(yīng)的校對(duì)和調(diào)整處理工作,以提升電子控制設(shè)備的性能,即通過(guò)對(duì)容限值加以合理控制,能夠最大限度地減少共阻抗干擾現(xiàn)象的發(fā)生。然后,結(jié)合模擬電路的實(shí)際特性,合理設(shè)置電阻數(shù)值,有效連接輸入和輸出口,以達(dá)到對(duì)共阻抗干擾控制的目的:對(duì)于電源導(dǎo)線的設(shè)置,建議對(duì)其具體長(zhǎng)度進(jìn)行嚴(yán)格控制,讓電源電線和地線之間可以處于較高的截面,再借助公共控制地線來(lái)合理控制橫截面,從而有效避免共阻抗干擾造成的實(shí)際危害。

        3靜電干擾及解決辦法

        在電子控制設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,時(shí)常會(huì)遇到靜電干擾現(xiàn)象。從強(qiáng)電流層面來(lái)看,靜電能夠由電力線直接傳人電子控制設(shè)備的內(nèi)部,從而造成設(shè)備電場(chǎng)強(qiáng)度增加,此時(shí)電容器和動(dòng)力線本身就會(huì)產(chǎn)生靜電干擾問(wèn)題,并且在實(shí)際運(yùn)行期間也會(huì)產(chǎn)生各種各樣的不良問(wèn)題。隨著電場(chǎng)中電線長(zhǎng)度的不斷增加,必然會(huì)進(jìn)一步拉開(kāi)動(dòng)力線與干擾線路之間的距離,從而讓動(dòng)力線與電線能夠保持在平行的方向,還能夠持續(xù)地進(jìn)行延伸,最終顯著提升其抗干擾能力。

        對(duì)于靜電干擾問(wèn)題的處理,建議采用金屬隔絕方法,以解決電子控制設(shè)備運(yùn)行中存在的靜電問(wèn)題,規(guī)避該設(shè)備與靜電之間的互相接觸。同時(shí),可考慮使用其他屏蔽體,利用相對(duì)應(yīng)的接力方法來(lái)對(duì)靜電干擾進(jìn)行合理管控,即通過(guò)深入研究電子控制設(shè)備運(yùn)行中靜電形成的原理,明確其靜電的基本特征,然后選用合適的防靜電材料來(lái)有效包裹電子控制設(shè)備或相關(guān)部件,從而實(shí)現(xiàn)電子控制設(shè)備與靜電之間的充分隔離,最終有效避免靜電導(dǎo)致的干擾問(wèn)題[6]。

        4噪聲干擾及解決辦法

        就目前電子控制設(shè)備使用情況來(lái)看,其普遍面臨噪聲干擾問(wèn)題,噪聲可分為常模噪聲與共模噪聲。前者也可稱為對(duì)稱噪聲,造成這一噪聲干擾的主要原因是噪聲電流和信號(hào)電流在往返兩條線上是一致的,因此這類噪聲的處理難度較大:后者也可稱為不對(duì)稱噪聲或?qū)Φ馗袘?yīng)噪聲,造成這一噪聲干擾的主要原因是噪聲電流將地作為公共回路,能夠在兩條線上均流過(guò)一部分,不會(huì)在往返兩條線路中流過(guò),故該類噪聲的處理難度較小[7]。在現(xiàn)實(shí)情況中,由于電子控制設(shè)備中的線路存在不平衡性,常常會(huì)出現(xiàn)共模噪聲轉(zhuǎn)換成常模噪聲的情況,從而嚴(yán)重影響電子控制設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

        針對(duì)噪聲干擾的處理,首先必須考慮對(duì)線路的科學(xué)布設(shè)。通常導(dǎo)線的種類與長(zhǎng)短、走線的方法、布線的情況等都會(huì)影響導(dǎo)線對(duì)噪聲的耦合。只有確保線路布設(shè)的科學(xué)性與有效性,才能夠讓屏蔽、濾波、接地等其他電子控制設(shè)備的抗干擾措施發(fā)揮出顯著的作用,并有效解決噪聲干擾問(wèn)題??梢哉f(shuō),若要增強(qiáng)電子控制設(shè)備的抗干擾能力.則必須確保線路布設(shè)的科學(xué)性與合理性,針對(duì)外部線路的布設(shè),應(yīng)當(dāng)分別開(kāi)展電源線路、控制線路及信號(hào)線路等不同功能線路的布線工作,并嚴(yán)格控制不同線路之間的距離。當(dāng)受到工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響,導(dǎo)致信號(hào)線路無(wú)法與高壓線路、動(dòng)力線路保持較遠(yuǎn)的距離時(shí),需要借助電容器與信號(hào)線路進(jìn)行連接,利用屏蔽電纜來(lái)控制線路,并使用鐵板來(lái)隔開(kāi)不同等級(jí)的電纜。在機(jī)柜配線布設(shè)過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)對(duì)濾波器輸入線與輸出線之間的間隔距離、電源配線的長(zhǎng)度等參數(shù)進(jìn)行綜合性分析與考慮,且收集強(qiáng)電信號(hào)的接口電路必須配備專門的外殼,電子控制設(shè)備中的不同電路均要分開(kāi)配線,從而有效解決噪聲干擾問(wèn)題。

        另外,電源對(duì)于電子控制系統(tǒng)的抗干擾作用非常關(guān)鍵,在解決噪聲干擾問(wèn)題日寸,建議選用性能良好的電源,從供電方式上來(lái)解決噪聲干擾問(wèn)題。由于電子控制的供電方式主要是交流電網(wǎng),當(dāng)遇到雷擊、短路、系統(tǒng)設(shè)備操作不當(dāng)、運(yùn)行負(fù)荷改變等問(wèn)題時(shí),將會(huì)嚴(yán)重影響供電電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性,從而導(dǎo)致電子控制設(shè)備不能正常運(yùn)行。各類工礦企事業(yè)單位對(duì)各類電子控制設(shè)備的使用,導(dǎo)致電網(wǎng)中產(chǎn)生大量的諧波,如果這些干擾源傳人電子控制設(shè)備中,必然會(huì)大大降低設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量和性能,使數(shù)據(jù)控制出現(xiàn)錯(cuò)誤,甚至設(shè)備損壞。基于此,應(yīng)當(dāng)選擇220V交流電先進(jìn)入交流變壓器或交流電源濾波器,然后進(jìn)入設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)供電。為了讓電子控制設(shè)備在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好運(yùn)行,減少電源的噪聲干擾,就需要加大設(shè)備電源的儲(chǔ)備量,確保電源具備良好的動(dòng)態(tài)特性。

        5結(jié)束語(yǔ)

        隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展,電子控制設(shè)備以其突出的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,能夠有效提高工業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量,以及更好地保障人員的生命安全。然而,在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,由于受到噪聲、電磁、電網(wǎng)等多方面因素的干擾,導(dǎo)致電子控制設(shè)備難以安全、穩(wěn)定運(yùn)行,因此,企業(yè)必須針對(duì)電子控制設(shè)備中可能存在的各種干擾因素加以深入分析和研究,并結(jié)合自身具體情況,針對(duì)出現(xiàn)的每一種干擾因素提出科學(xué)合理的解決措施,進(jìn)一步優(yōu)化電子控制設(shè)備的抗干擾設(shè)計(jì),從而顯著提升電子控制設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行水平,保證設(shè)備始終處于穩(wěn)定、高效的運(yùn)行狀態(tài),最終為工業(yè)企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。

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