自動(dòng)化裝置受干擾及抗干擾措施的分析

1、電磁兼容是現(xiàn)代自動(dòng)化裝置抗電磁干擾能力方面非常關(guān)注的目標(biāo)。許多同行專業(yè)人士已作了大量的工作，制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法。在抗電磁干擾方面，也有許多論文發(fā)表，大家從理論到實(shí)踐提出了許多提高產(chǎn)品抗電磁干擾能力的措施。本文先以一臺(tái)同期裝置作為被試產(chǎn)品，對(duì)其干擾及抗干擾措施進(jìn)行分析，隨后提出一系列在設(shè)計(jì)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)抗干擾措施。干擾源是一個(gè)簡(jiǎn)單的電磁式的中間繼電器。干擾源分析：在上面簡(jiǎn)單的電路中可能會(huì)存在以下三種干擾源。 1、如圖（一）中操作電源帶有一個(gè)電感性負(fù)載（即許繼中間繼電器），當(dāng)切斷電感性負(fù)載時(shí)，在電感線圈上產(chǎn)生很高的感生電動(dòng)勢(shì)，一般在510倍電源電壓，高達(dá)幾千伏，我在試驗(yàn)中測(cè)得大于1千伏。該高

2、電壓使得斷開接點(diǎn)擊穿，產(chǎn)生火花或電弧，而火花或電弧是一個(gè)發(fā)射高頻噪聲的干擾源，該干擾直接串入電源中，形成串模干擾，該干擾是本線路中試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)最明顯的。 火花或電弧熄滅時(shí)間很短，又將產(chǎn)生感應(yīng)電壓，所以在不斷地“通斷”的瞬變過程中電源上串入了很大的高頻干擾信號(hào)和浪涌電流。而自動(dòng)裝置內(nèi)部的電子元件尤其IC片都是弱電工作元器件，該干擾信號(hào)和浪涌流對(duì)繼電器造成邏輯紊亂，以致誤動(dòng)，實(shí)際上對(duì)繼電器內(nèi)部元器件也具有很大的傷害性。尤其是靜態(tài)的繼電器產(chǎn)品表現(xiàn)更為嚴(yán)重，對(duì)于同期繼電器，內(nèi)部回路復(fù)雜，電源（穩(wěn)壓管）負(fù)載較重，在此重負(fù)荷下受干擾就會(huì)顯得影響很大。對(duì)于這種干擾實(shí)際上最有效的辦法是在電感負(fù)載上并接一個(gè)吸收回路

3、即可，但是電感負(fù)載是多種不同設(shè)備，且有很多是在運(yùn)行中的產(chǎn)品，這樣就自然的把問題踢給了新產(chǎn)品（被試產(chǎn)品）。在試驗(yàn)中本人啟用了圖（二）接線的抑制回路，作用是用以抑制高頻干擾，試驗(yàn)效果明顯。2、直流電壓紋波引起的工頻干擾，該種干擾在一般的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中都有措施抑制，在試驗(yàn)中很少發(fā)現(xiàn)這種干擾。對(duì)于這種干擾，在試驗(yàn)中采用了以下圖三的電路，該電路具有消除低頻干擾和高頻干擾雙重作用，但對(duì)于電容耐壓要求較高。3、線間串?dāng)_，該干擾是因信號(hào)線（電源、交流等）靠近和平行放置在一起而引起，雖在電壓不高時(shí)顯示不出來，但在受沖擊電壓時(shí)難免會(huì)引起干擾，這就是該干擾最難預(yù)測(cè)和最難控制的因素之一。這一點(diǎn)要求在布線方面注意干擾。以上

4、僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，旨在只說明干擾存在的普遍性，根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和自動(dòng)化裝置發(fā)展的實(shí)際情況，現(xiàn)在很多產(chǎn)品在“靜電放電干擾、快速瞬變干擾和輻射電磁場(chǎng)干擾”方面實(shí)際上都沒有很好辦法，有些產(chǎn)品對(duì)電磁干擾還非常敏感，拒動(dòng)、誤動(dòng)、死機(jī)、改變定值等現(xiàn)象都有發(fā)生。因此，自動(dòng)化裝置抗電磁干擾能力的提高，仍然需各位專業(yè)人士艱苦努力。以下是根據(jù)我在多年的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，針對(duì) “靜電放電干擾、快速瞬變干擾和輻射電磁場(chǎng)干擾電磁干擾”采取的一些措施和方法，供大家參考，不當(dāng)之處請(qǐng)批評(píng)指正。一、抗靜電放電干擾靜電放電干擾試驗(yàn)，主要是模擬人體帶靜電以后，操作自動(dòng)化裝置時(shí)，將產(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象，對(duì)保護(hù)裝置造成影響和破壞，其防護(hù)

5、措施簡(jiǎn)述如下：1、面板上的開關(guān)、撥碼開關(guān)、信號(hào)燈、按鈕、液晶顯示屏都有可能將靜電放電干擾引入到裝置內(nèi)部，引起裝置內(nèi)部電路元器件的失效和損壞，所以沒有必須的話，盡量少放，對(duì)于的必須的液晶顯示屏等都應(yīng)該認(rèn)真的考慮硬件、軟件方面的防護(hù)，在這方面應(yīng)該注意兩點(diǎn)：（1）面板和器件都要可靠接地，使靜電放電電流有一個(gè)良好的接地通道,因?yàn)閷?duì)于脆弱的裝置，靜電放電過程中放電火花產(chǎn)生的高頻輻射干擾，可能引起裝置的混亂和誤動(dòng)。 （2）器件內(nèi)部電路與金屬外殼的電氣間隙要足夠大。使高壓靜電不至于由于間隙過小產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象，進(jìn)入器件的內(nèi)部電路。2、裝置采用整體式金屬機(jī)殼、整體式金屬面板，比插件式金屬面板要好得多。(1)因?yàn)闄C(jī)

6、箱外殼整體面板，容易可靠接地，但采用了整體金屬面板，還要設(shè)計(jì)專門的接地線，僅僅依靠金屬面板的固定螺釘或面板與機(jī)箱的金屬鉸鏈實(shí)現(xiàn)接地,這樣很不可靠，很容易在靜電放電干擾過程中出問題，金屬面板上要有專門的接地螺釘或其它措施通過專用接地線實(shí)現(xiàn)可靠接地。(2)插件式面板、接地困難，常常只能夠靠面板背面與機(jī)箱框架的接觸實(shí)現(xiàn)接地連結(jié)，面板上噴漆的漆膜或鋁型材的氧化膜都不導(dǎo)電，且很難清除。無法保證面板與金屬機(jī)箱框架之間形成良好的電接觸。(3)如果通過插件印制板布排專門的面板接地線，往往是得不償失，很可能把靜電放電過程中產(chǎn)生的高電壓大電流直接引入到印制板上一一形成“干擾地線”，使裝置抗靜電放電干擾的能力更加脆

7、弱。同時(shí)該地線還有可能對(duì)一些導(dǎo)電回路的絕緣性能帶來不利的影響o 3、對(duì)整體面板最好能實(shí)行整體面膜覆蓋。對(duì)整體面板實(shí)行面膜覆蓋，可將面板上的顯示器、信號(hào)燈、按鍵等等都保護(hù)起采，只要面膜的強(qiáng)度足夠高(一般的絕緣面膜都能滿足要求)，當(dāng)把靜電高壓施加到面膜上時(shí)，根本就沒有放電現(xiàn)象發(fā)生，也就不會(huì)有靜電放電干擾了。二、快速瞬變干擾的防護(hù)快速瞬變干擾脈沖的主要特點(diǎn)是幅值高，前沿陡，脈沖尖，重復(fù)率高。干擾脈沖的前沿特別陡，只有5個(gè)納秒，半峰寬度只有50納秒，其頻譜分布非常寬，理論計(jì)算達(dá)70MHz(要用200MHz以上的示波器才能很好的觀測(cè))。且脈沖的幅值很高，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定3級(jí)為2KV，4級(jí)為4KV,對(duì)頻譜這樣

8、寬幅值又很高的干擾進(jìn)行抑制并非易事，現(xiàn)代的產(chǎn)品中不能滿足快速瞬變干擾要求的最多，這也是不少產(chǎn)品開發(fā)人員頭等的難題。由于快速瞬變脈沖的特點(diǎn)，其干擾傳播方式雖以傳導(dǎo)為主，但由于其頻譜帶寬所致利用分布電容也是其重要傳播方式之一，還有一部分是通過空間輻射進(jìn)行干擾，可見要求我們產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員對(duì)裝置進(jìn)行全面考慮，整體防護(hù)。1、元器件選用：元器件選擇的要求、方法很多，就自動(dòng)化裝置而言，在滿足功能要求的前提下，盡量保證以下幾點(diǎn)：（1）CPU最好選擇自帶隊(duì)RAM、EPROM、E2PROM，不用擴(kuò)展，使地址總線、數(shù)據(jù)數(shù)總線都不出芯片。（2）CPU如不帶 E2PROM，存放定值可選用I2C總線的E2PROM芯片（3）

9、A/D轉(zhuǎn)換最好選用模數(shù)隔離的芯片，或用VF轉(zhuǎn)換后用光耦進(jìn)行隔離（4）CPU的 IO口線都用要光電隔離器進(jìn)行隔離（5）CPU回路要單獨(dú)供電，并用DCDC電源模塊進(jìn)行隔離，以保證外部進(jìn)來的干擾與CPU回路最大限度的隔離o2、印制板和電路布局多層印制板的選用是抑制干擾的一個(gè)很好手段，其電源回路具有很大的板間電容，可抑制電源上的各種干擾脈沖，器件間的布線也更簡(jiǎn)潔、短少、方便，可大大減少各回路間的串?dāng)_耦合。如選用雙面板進(jìn)行布線，則更要對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行仔細(xì)推敲，精心布置，其主要原則是易引進(jìn)干擾的器件和布線，一定要遠(yuǎn)離易受干擾的器件和布線，在電路中起隔離作用器件的進(jìn)線和出線要分開。如光電耦合器的輸入和輸出的布

10、線一定要盡可能的分開，繼電器線圈和接點(diǎn)的布線也要遠(yuǎn)離，PT、CT的進(jìn)出線更要嚴(yán)格分離”3、裝置輸入、輸出回路的配線和布線自動(dòng)化裝置的特點(diǎn)是有大量的輸入、輸出回路，如電源回路、電壓回路、電流回路，開入回路、開出回路等，由于整屏布線時(shí)很難把他們一一分開，分別布置，它們常常都是捆扎在一起，由電纜通過各種溝、槽通道連到各個(gè)取樣點(diǎn)或控制點(diǎn)，因此，通過分布電容的鍋臺(tái)，各個(gè)輸入、輸出回路，都可能會(huì)引入干擾。對(duì)這樣的輸入、輸出線，在裝置內(nèi)部的布線一定要精心安排，進(jìn)入裝置后要盡快進(jìn)入隔離器件，如 PT、CT、開關(guān)電源、光耦等，布線越短越好，不能與裝置內(nèi)插件間的連線捆扎在一起或混排交叉。對(duì)裝置內(nèi)一些必需的軟引線也

11、應(yīng)采取措施，如各個(gè)回路采用單獨(dú)緊密絞合雙較線。正確的布線也是種很有效的抗干擾措施，它能大大降低干擾，不需增加工程序和成本，卻可收到滿意的抗干擾效果，希望大家能夠?qū)Υ私o予足夠的關(guān)注o4、開關(guān)電源開關(guān)電源對(duì)電源回路的干擾有一定的隔離作用。但開關(guān)電源的進(jìn)出線一定要分開布線，有的裝置裝有電源開關(guān)，并把電源開關(guān)布置在面板上，對(duì)這樣的設(shè)計(jì)一定要小心安排，首先開關(guān)連線要取在電源濾波器(開關(guān)電源的內(nèi)部濾波器)的后面，面板開關(guān)的線一定要相對(duì)“干凈”一些，最好選用屏蔽線，其次，開關(guān)引線不能+5V、+-15V、+24V面板指示燈線捆扎或布排在一起，以減少輸入輸出間的干擾耦合，許多開關(guān)電源中的輸入回路、輸出回路與接地

12、線間都接有抗干擾電容，其中輸出回路的對(duì)地電容有時(shí)可能會(huì)對(duì)裝置的抗干擾效果帶來不利的影響，因?yàn)榻拥鼐€并不是“純的接地”？輸入回路上的干擾信號(hào)會(huì)通過輸入對(duì)地電容進(jìn)入地線，再經(jīng)過輸出電容進(jìn)入輸出回路。從而引入干擾，必要時(shí)可拆除輸出回路的對(duì)地電容，使內(nèi)部電路與“地”徹底隔離，真正浮起來。5、濾波器的選用：有的濾波器對(duì)快速瞬變干擾有明顯的抑制作用，它是提高裝置抗干擾水平最簡(jiǎn)單，最有效的方法之一。但是濾波器的最終效果與濾波器的選用和安裝關(guān)系密切。一個(gè)好的濾波器很可能因?yàn)榘惭b不當(dāng)而起不到應(yīng)有的作用。濾波器應(yīng)直接安裝在裝置上，并按濾波器的使用要求進(jìn)行安裝布線，這樣才能使濾波器發(fā)揮應(yīng)有的作用，如只能將濾波器安裝

13、在屏架上，則需設(shè)計(jì)人員和安裝人員認(rèn)真安排，精心施工，濾波器的輸入線和輸出線一定要分開，輸出線和其它可能產(chǎn)生干擾的回路一定要遠(yuǎn)離，輸出線越短越好，防止在外暴露過長，重新接收或鍋臺(tái)干擾，濾波器的外殼要良好接地，以保證其濾波效果。另一方面，前面提到自動(dòng)化裝置的特點(diǎn)是輸入、輸出回路特別多，常常捆扎在一起，任一回路防護(hù)不當(dāng)都有可能使干擾竄入裝置內(nèi)部，所以在濾波器的選擇上應(yīng)選用有較多回路的組合濾波器對(duì)眾多回路同時(shí)進(jìn)行防護(hù)，也可通過試驗(yàn)只對(duì)一些敏感回路進(jìn)行濾波防護(hù)。當(dāng)然如能通過元器件的選用，印制板電路、元器件的布局，各個(gè)接地回路的安排處理，以及軟件上的各種措施等，使裝置的各個(gè)回路對(duì)干擾都不敏感，也就無需使用

14、外掛濾波器，這就是最好的結(jié)果。三、輻射電磁場(chǎng)干擾的防護(hù)輻射電磁場(chǎng)干擾的防護(hù)相對(duì)來說要容易一些，尤其是有金屬機(jī)箱的微機(jī)型產(chǎn)品更容易，其防護(hù)注意點(diǎn)就是做好屏蔽接地；抗輻射電磁干擾所要做的就是選擇金屬機(jī)箱，保證機(jī)箱整體電氣連結(jié)良好并可靠接地，裝置面板上的開孔不能夠太大、機(jī)箱上的散熱孔應(yīng)開成圓形小孔(圓孔比長孔屏蔽效果好)，這樣才能使機(jī)箱起到應(yīng)有的屏蔽效果。結(jié)束語電磁干擾的種類較多，傳播方式、干擾途徑不盡相同，對(duì)靜態(tài)自動(dòng)化裝置的可靠運(yùn)行危害極大，應(yīng)當(dāng)引起我們足夠的重視。雖然電磁干擾看不見，模不著，但還是有一定規(guī)律可循，我們應(yīng)該在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，對(duì)裝置的元器件、電路、印制板、機(jī)箱、配線等等的選用和設(shè)計(jì)都給予充分的考慮，在各個(gè)可能引入干擾的回路，設(shè)置各種濾波，隔離措施，對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行有效的衰減、分離，直至減弱和消除其影響，抗干擾設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是抗速瞬變干擾和靜電放電干擾。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段同時(shí)進(jìn)行綜合的抗干擾設(shè)計(jì)，在相同的抗干擾水平下，可