工業(yè)控制系統(tǒng)電磁干擾淺析

1、 工業(yè)控制系統(tǒng)電磁干擾淺析關(guān)鍵詞EMCPLC干擾接地系統(tǒng)、，一-、一前言隨著工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展，工控系統(tǒng)在工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)中起到越來越關(guān)鍵的作用。而工業(yè)控制系統(tǒng)中普遍存在的電磁干擾可能對設(shè)備控制及操作產(chǎn)生不可忽略的影響，輕則影響精度，重則損壞設(shè)備，影響生產(chǎn)。因此，如何有效地防止電磁干擾成為工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。電磁干擾起因復(fù)雜，類型多變，可能起源于系統(tǒng)內(nèi)部，也可能來自系統(tǒng)外部。本文就工控系統(tǒng)中普遍存在的各種電磁干擾的類型、起因、后果進(jìn)行初步分析。另外，由于在工控系統(tǒng)中PLC已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，而PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，其抗干擾能力是關(guān)系

2、到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，本文也對PLC系統(tǒng)如何提高抗干擾能力做了一些探討，同時(shí)結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，針對網(wǎng)絡(luò)總線、PLC機(jī)柜、電纜布線等各環(huán)節(jié)提出一些在工程設(shè)計(jì)施工中行之有效的抗干擾措施。正文一、電磁干擾綜述及原理分析1電磁干擾的感應(yīng)原理在一個(gè)干擾變量通過耦合從干擾源傳送到敏感設(shè)備時(shí)，就會造成對設(shè)備的電磁干擾。如下圖所示：11干擾源干擾源是干擾變量的起源。所有進(jìn)行電磁能傳輸?shù)脑O(shè)備都可能成為干擾源。干擾源可能位于系統(tǒng)中（系統(tǒng)內(nèi)部），也可能存在于系統(tǒng)之外（系統(tǒng)外部）。12耦合干擾變量到敏感設(shè)備的耦合過程可以通過多種方式來實(shí)現(xiàn)：a）電流的方式：通過正常的電路進(jìn)行耦合；b）電容的方式：通過電場進(jìn)行

3、耦合；c）電感的方式：通過磁場進(jìn)行耦合；d）電磁波或者輻射感應(yīng)：通過電磁場進(jìn)行耦合；13敏感設(shè)備敏感設(shè)備包括功能會受干擾變量干擾的所有設(shè)備和部件。14干擾變量干擾變量（干擾）可能是電壓，電流和電磁場。它們由電磁活動引起，具有很大的振幅和頻率范圍，它們的強(qiáng)度，以及給敏感設(shè)備帶來的功能損害的時(shí)間和程度，其范圍也非常廣泛。2電磁干擾源的分類根據(jù)形成原因、傳導(dǎo)介質(zhì)以及頻率特性等性質(zhì)，干擾源可按以下方式分類：21根據(jù)形成原因分類：可分為自然形成和工程技術(shù)因素形成：自然干擾源包括：雷擊、大氣、靜電放電等。技術(shù)干擾源包括：大電流突變的可控硅控制器、開啟或者關(guān)閉高功率設(shè)備、高頻發(fā)生器、振蕩器等。22根據(jù)頻率范

4、圍分類：可分為窄頻和寬頻干擾源：窄頻干擾源帶有離散頻率的信號，包括：無線電設(shè)備、雷達(dá)站、工業(yè)高頻發(fā)生器、微波設(shè)備、動力電流、焊接機(jī)械、超聲波設(shè)備、功率轉(zhuǎn)換電路等，這些設(shè)備能產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場，尤其是在周圍區(qū)域。而寬帶干擾源具有傳導(dǎo)和輻射干擾變量，在電子自動化控制系統(tǒng)中影響較大，主要包括：電機(jī)、斷路器、半導(dǎo)體控制電路、開關(guān)設(shè)備（繼電器，接觸器）、靜電放電、大氣放電、電暈放電等。23根據(jù)耦合方式分類：可分為傳導(dǎo)干擾源和輻射干擾源、電源干擾源：傳導(dǎo)干擾源主要通過金屬導(dǎo)體（金屬線或者導(dǎo)電結(jié)構(gòu)），變壓器，線圈、電容器等進(jìn)行傳播，輻射干擾源主要通過電磁波形式傳播。但是，由于導(dǎo)體在工作的時(shí)候也可視為有效的天線

5、設(shè)備，所以傳導(dǎo)干擾源和輻射干擾源之間也可以相互轉(zhuǎn)換。另外，由于干擾源中，很多都是和干線電源相連，它們各自的干擾變量會發(fā)送到電源網(wǎng)絡(luò)，并從那里傳遞出去。所以說，電源網(wǎng)絡(luò)自身也會成為連續(xù)和間歇干擾信號的來源。3干擾信號的分類干擾變量，以及由干擾變量產(chǎn)生的干擾信號，涵蓋的頻率和振幅范圍很廣。它們所展現(xiàn)出來的信號曲線千姿百態(tài)，所屬的類別也不盡相同。如果從時(shí)間的角度進(jìn)行考慮，那么可以分為周期性的變量和非周期性的變量。31周期性的干擾信號周期性的干擾由正弦信號組成。在工業(yè)設(shè)備中，能夠引起周期性干擾的有：交流和多相電流部件，整流器，熒光燈，組合電路部件以及電腦等。它們會使電源電壓，電壓波動，壓降發(fā)生持續(xù)的失

6、真，還會破壞多相電流源的對稱性。周期性干擾波形如下圖所示：32非周期性干擾信號非周期性干擾指的是短暫的干擾脈沖（瞬態(tài)信號）。比如電氣回路開關(guān)過程中產(chǎn)生的過電壓可能會高達(dá)10千伏，其上升時(shí)間從納秒到秒不等，其頻率可高達(dá)100兆赫茲。在工控網(wǎng)絡(luò)或是數(shù)字系統(tǒng)中，瞬態(tài)脈沖危害性很大，因?yàn)樗鼈儠刂破鳎≒LC或DCS）存儲區(qū)進(jìn)行誤置位和清除，從而破壞系統(tǒng)功能。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，高壓和低壓開關(guān)設(shè)備正常的開關(guān)、短路、電涌、雷擊放電等均會導(dǎo)致瞬態(tài)信號的非周期性干擾。非周期性干擾的波形如下圖所示：33共模干擾和差模干擾電磁干擾按其干擾模式不同，可分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是指干擾信號同時(shí)被耦合到輸出和返

7、回回路中，使其對地電位差增高；主要由電網(wǎng)串入、電位差及空間電磁輻射信號線上感應(yīng)共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成。共模電壓較大，特別是采用隔離性能差配電器供電室，變送器輸出信號共模電壓普遍較高，有可高達(dá)130V以上。差模干擾是指作用于信號兩極間干擾電壓，主要由空間電磁場信號間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成電壓，這種讓直接疊加信號上，直接影響測量與控制精度。共模干擾電壓在不對稱電路中可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞，這種共模干擾可為直流、亦可為交流。4干擾耦合干擾可以通過不同的方式耦合到電氣設(shè)備和散播開來，比如可以通過一根導(dǎo)線（定向的）或者通過空間（非定向的/輻射的）來進(jìn)行

8、傳輸，并且干擾信號經(jīng)常會以定向干擾和輻射干擾的形式同時(shí)出現(xiàn)，進(jìn)一步耦合到輸入，輸出，電源以及數(shù)據(jù)線。干擾耦合的主要方式有電流耦合、感性耦合、容性耦合等。下面就幾種主要的干擾耦合作簡單分析。41電流耦合電流耦合屬于線路定向耦合。在同一線路上存在不同的電路的時(shí)候，會發(fā)生這種現(xiàn)象。每當(dāng)其中一個(gè)電路的電流發(fā)生改變時(shí)，就會在公共線路上產(chǎn)生電壓變化，使得各個(gè)電路相互影響。電流耦合通常發(fā)生在以下電路中：a）不同電路到同一電源的耦合b）在工作電路和接地電路之間的耦合（大地電路耦合）c）通過一個(gè)公共參考導(dǎo)體系統(tǒng)來使不同的電路進(jìn)行耦合下圖所示為具有一個(gè)公共參考導(dǎo)體的兩個(gè)電路中存在的電流耦合。UsjU1：電路1中的

9、電壓；U2:電路2中的電壓；USt:干擾電壓；ZL：來自電路1和電路2的公共線的阻抗當(dāng)一個(gè)電路按如上圖所示的方式進(jìn)行接線時(shí)，開啟電路1中的接觸器會導(dǎo)致公共線阻抗ZL上的壓降。這個(gè)壓降會以干擾信號的形式覆蓋電路2中的正常信號。干擾的強(qiáng)度取決于公共導(dǎo)體的阻抗和電流改變的程度。過高的瞬態(tài)干擾電流會產(chǎn)生極大的壓降，此壓降大小取決于電流波動幅度、干擾電壓、自感系數(shù)、有效電阻等參數(shù)。在下圖中，表示了線路幾何尺寸對線路有效電阻R的影響：10210s1041051061071O9fHzR有效電阻，R0直流電阻可以看出，通過采用表面積更大的導(dǎo)體可以降低自感系數(shù)及有效電阻，從而降低高頻干擾電流的影響。42感性耦合

10、感性耦合是一種經(jīng)由電磁場進(jìn)行的耦合，在彼此并行的線路之間發(fā)生。當(dāng)其中一條線路中的電流發(fā)生變化會引起電磁場的波動，而此電磁場會影響其并行線路，并在其中引起感應(yīng)電壓，從而在并行線路中產(chǎn)生干擾信號。電感性耦合廣泛存在于電纜，線束和電纜管道中的并行線路中。下面的電路圖給出了電感性耦合的產(chǎn)生方式。由啟動較大的負(fù)載或者短路而造成的電路1中的電流變化，引發(fā)了磁場的波動。電路1干擾電壓的大小取決于兩個(gè)導(dǎo)體間的感應(yīng)耦合系數(shù)Mk,以及在電源線中的電流變化率di/dt：1：電路1；2：電路2h：在同一電流環(huán)路中輸出線和返回線間的距離（線芯距離）d：在不同電流環(huán)路之間的距離（電纜間距）l：線路之間的并行長度為了得知電

11、纜間距對感應(yīng)電壓的影響，下面我們通過實(shí)例來計(jì)算：假設(shè)兩根并行電纜，長度為100米，回路的開關(guān)電流為100A,電流浪涌的持續(xù)時(shí)間為10us；此條件下，兩根電纜的間距分別在4mm和100mm時(shí)的Mk如下：a）緊湊的電纜：h=2mm，d=4mm,此時(shí)Mk=80nH/mb）電纜間距為10cm：h=2mm,d=100mm,此時(shí)Mk=1.5nH/m干擾電壓Ust=Mk*di/dt，計(jì)算得出，d=4mm時(shí)Ust=80V,而d=10cm時(shí)Ust=1.5V,可以看出，把兩根電纜之間的距離從4mm增加到10cm,感應(yīng)電壓下降了98%!43容性耦合電容性耦合是通過電場進(jìn)行的耦合。它發(fā)生于相鄰電路之間，比如在較大的電

12、源線電流和信號線電流之間。在這兩個(gè)電路之間，如果電位差發(fā)生波動，那么就會有電流流過位于它們之間的絕緣介質(zhì)，比如說空氣。彼此相臨近的兩條線路可以看作是一個(gè)電容器的兩極，用耦合電容Ck表示。由電容性耦合所引起的干擾電流1st,其大小取決于位于兩個(gè)導(dǎo)體之間的耦合電容Ck,以及電源線上電壓變化du/dt所持續(xù)的時(shí)間。在敏感設(shè)備(電路2)中產(chǎn)生的干擾電壓取決于：USlCKXZ2X耦合電容CK隨著線路之間并行長度的增加而線性增加，與此同時(shí)，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算方法,耦合電容隨著線路之間距離的增加而減小。如下圖所示：10101102103l：線路之間的并行長度d:線路之間的距離D：電纜直徑下面是在電纜直徑為1mm

13、情況下的耦合電容數(shù)值實(shí)例：緊湊的電纜：CK約為100pF/m電纜間距10cm：CK僅為5pF/m由此可見，與感性耦合干擾電壓相似，容性耦合干擾電壓也隨著電纜間距的增大而大幅降低。不過，值得一提的是，當(dāng)電纜間距從10cm增加到20cm時(shí)，Ck及Mk變化的程度很小，也就是說感應(yīng)電壓Ust也變化很小。即電纜間距在擴(kuò)大到一定范圍后，對電磁干擾的影響程度將降至很小。二、工控系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)為了保證工控系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾，我們必須從設(shè)計(jì)階段開始便采取各方面抑制措施，比如：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)抗干擾能力等。在選擇設(shè)備時(shí)，首先要選擇有較高抗干擾能力產(chǎn)品

14、，尤其是抗外部干擾能力；其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠給出抗干擾指標(biāo)，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力、允許多大電場強(qiáng)度和多高頻率磁場強(qiáng)度環(huán)境中工作，除了以其出廠指標(biāo)為準(zhǔn)，也可考查其在類似工作環(huán)境中應(yīng)用實(shí)例。工控系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)主要考慮來自系統(tǒng)外部幾種抑制措施。主要內(nèi)容包括：對控制系統(tǒng)及外部線路進(jìn)行屏蔽空間輻射電磁干擾；對外部線路進(jìn)行隔離、濾波，特別是動力電纜和控制電纜分層布置，防止外部線路引入傳導(dǎo)電磁干擾；正確設(shè)計(jì)接地點(diǎn)和接地裝置，完善接地系統(tǒng)等。下面我們詳細(xì)討論一些在工程應(yīng)用中常見的抗干擾設(shè)計(jì)。1電纜布線及屏蔽設(shè)計(jì)電纜用來傳輸有用的信號。與此同時(shí)，它們也可能成為干擾源，或者在接收到干擾信號以后充當(dāng)干

15、擾信號的傳遞者。所有耦合形式都可能在電纜中出現(xiàn)。在一個(gè)系統(tǒng)中所使用的電纜，根據(jù)它們所承載的信號的類型來進(jìn)行分類。信號的EMC（電磁兼容）性能是至關(guān)重要的標(biāo)準(zhǔn)。在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中，可以將電纜大體分為三類：1）敏感信號線；2）不敏感信號線，低干擾電位線；3）信號是活性干擾源的線。我們可以將具有不同EMC性能的電纜分開，并把不同種類的電纜分開放置，中間隔開一段距離，同時(shí)把不同種類的電纜分開進(jìn)行屏蔽。有時(shí)我們可以通過在電路中制造一個(gè)感性耦合，來實(shí)現(xiàn)輸入導(dǎo)體和返回導(dǎo)體之間的變換，這樣一來，就可以抑制干擾信號。在連續(xù)性導(dǎo)體環(huán)路中的感應(yīng)電壓，其相位變化了180隨著環(huán)數(shù)的增加，變換的效果變得更為明顯。如果能達(dá)到

16、30/m的環(huán)數(shù)，效果就會很不錯(cuò)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，我們常用雙屏蔽雙絞線來達(dá)到這樣的效果。如果在進(jìn)行設(shè)備的空間安排時(shí)，有時(shí)因?yàn)槟承┰颍瑹o法將敏感設(shè)備和干擾源的距離設(shè)置得足夠遠(yuǎn)，就需要進(jìn)行屏蔽。屏蔽類型有下面幾種可用的屏蔽類型：1）電纜屏蔽；2）通過機(jī)座屏蔽；3）房間屏蔽；4）使用隔離板進(jìn)行屏蔽。自動化系統(tǒng)中的接地和EMC措施21對設(shè)備安放位置的考慮我們進(jìn)行設(shè)備安置的時(shí)候，必須在車間內(nèi)確定那些具有不斷變化的干擾環(huán)境的區(qū)域，對這些區(qū)域中的設(shè)備，要根據(jù)它們的敏感度或者受到干擾影響的可能性來進(jìn)行安置。這些區(qū)域范圍主要包括以下各項(xiàng)：1）生產(chǎn)車間；2）控制系統(tǒng)機(jī)柜；3）上位機(jī)操作站。那些用于處理數(shù)據(jù)采集和

17、控制過程的敏感電纜和設(shè)備必須予以屏蔽。高電流設(shè)備會通過它們的磁場來發(fā)出較強(qiáng)的干擾信號，比如：大功率電機(jī)、變壓器、高壓配電線路等。上位機(jī)站應(yīng)該被安放在單獨(dú)的屏蔽的房間內(nèi)，房間的地面最好有緊密的網(wǎng)格式等電位連接。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，有時(shí)會需要把上位操作站安置在靠近生產(chǎn)線的位置。靠近高電流設(shè)備的監(jiān)視器可能會遇到很強(qiáng)的干擾，以至于完全無法正常工作。如果磁場強(qiáng)度太強(qiáng)，那么就必須采取如下所示的相應(yīng)策略：增加到干擾源的距離、對干擾源進(jìn)行屏蔽、使用液晶或等離子監(jiān)視器、對監(jiān)視器屏幕進(jìn)行屏蔽等。2.2接地，大地連接和雷擊保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在樓宇內(nèi)的大地連接，接地和雷擊保護(hù)系統(tǒng)，必須統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)樗鼈兘?jīng)常彼此相互關(guān)連

18、。這三個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)如下：1）接地系統(tǒng)：接地系統(tǒng)負(fù)責(zé)確保車間內(nèi)的等電位表面。接地點(diǎn)和大地連接系統(tǒng)的連接，表明接地系統(tǒng)有著重要的安全依托。2）大地連接系統(tǒng)：大地連接系統(tǒng)提供到大地的電連接，這一連接既被用作系統(tǒng)的等電位連接，也起到了保護(hù)系統(tǒng)安全的作用。對不同系統(tǒng)類型的TT,Tn和IT系統(tǒng)來說，其安全方面和EMC方面的要求也不盡相同。3）雷擊保護(hù)系統(tǒng)：雷擊保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)車間和人員免受雷擊的傷害。我們將整個(gè)車間的主接地系統(tǒng)與用于擴(kuò)展系統(tǒng)的局部等電位連接區(qū)分一下：1）主接地系統(tǒng)：涵蓋了整個(gè)樓宇的接地系統(tǒng)2）局部接地系統(tǒng)：在局部層次上的接地系統(tǒng)（設(shè)備，機(jī)器，機(jī)柜）221樓宇內(nèi)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)在工業(yè)樓宇內(nèi)的擴(kuò)展系統(tǒng)

19、，必須遵守同等與主接地系統(tǒng)的EMC指導(dǎo)方針：1）每一個(gè)地面都要有大地平面以及環(huán)繞的接地條。這其中包括：在混凝土底板上焊接的鋼墊，中空的帶有銅制金屬柵格的底板，等等。2）在不同大地導(dǎo)體之間的距離，必須大于以下值：大車間：3.5m帶有計(jì)算機(jī)和敏感設(shè)備的區(qū)域：2m3）樓宇內(nèi)的所有金屬結(jié)構(gòu)都應(yīng)該連接到整體網(wǎng)絡(luò)中。包括：金屬構(gòu)架、焊接在一起的鋼筋混凝土、金屬管道、電纜管道、傳送帶、金屬門框、柵格等。下面的圖示簡單說明了如何在考慮了EMC因素的情況下，如何在工業(yè)樓宇內(nèi)設(shè)置大地連接，接地和雷擊保護(hù)系統(tǒng)：”擒功率機(jī)柜低功率機(jī)柜“低功率電纜通道地點(diǎn)2.2.2設(shè)備和機(jī)器的局部接地設(shè)計(jì)除了用于整個(gè)系統(tǒng)的接地系統(tǒng)以外

20、，車間內(nèi)的擴(kuò)展系統(tǒng)也必須對設(shè)備和機(jī)器進(jìn)行局部接地，以確保良好的等電位連接。局部接地系統(tǒng)被連接到車間的接地系統(tǒng)中去。在所有的金屬設(shè)備和機(jī)器結(jié)構(gòu)之間，應(yīng)該保持一個(gè)連續(xù)的連接。例如：開關(guān)機(jī)柜、在機(jī)柜板上的大地平面板、電纜管道、管道和鎧裝電纜、機(jī)器和電機(jī)上的支持部件和金屬機(jī)座等。局部地連接必須連到主系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行最大限度的分布式地連接。223大地連接系統(tǒng)和接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)的接地系統(tǒng)建立到大地的連接，它必須滿足以下要求：1）從可觸及的金屬系統(tǒng)部件（機(jī)座）放電，以保護(hù)人體免受電擊2）把雷擊引起的過量電流釋放到大地3）把在電源傳輸線上兩點(diǎn)之間產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電流釋放到大地下面比較一下幾種不同的接地方式

21、對EMC性能的影響及設(shè)計(jì)時(shí)需要注意之處。2.2.3.1TT系統(tǒng)TT接地系統(tǒng)能基本符合EMC要求，但是當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的接地發(fā)生故障時(shí)，電氣接地系統(tǒng)存在漏電流，這些漏電流會產(chǎn)生電位差，從而帶來瞬態(tài)電流，會引起不同程度的電磁干擾。為了避免這種情況，可以在設(shè)備間使用直接連到大地的等電位導(dǎo)體。此時(shí)實(shí)際上TT系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成了一個(gè)TN-S系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)TT接地系統(tǒng)時(shí)，考慮到人身安全，必需安裝漏電斷路器。2.2.3.2TN-CTN-C-S系統(tǒng)TN-C和TN-C-S系統(tǒng)EMC性能較差，因?yàn)樵赥N-C和TN-C-S系統(tǒng)中結(jié)合了相關(guān)功能和保護(hù)地導(dǎo)體，在正常的操作過程中會在PEN導(dǎo)體上發(fā)生電流反饋，這些流經(jīng)PEN線的電流反饋會引

22、起電磁干擾。在設(shè)計(jì)TN-C接地系統(tǒng)時(shí)，要注意必須確保PEN導(dǎo)體截面的足夠大，使其擁有一條暢通的通路！同時(shí)，由于在PEN導(dǎo)體上存在的大電流，當(dāng)區(qū)域內(nèi)有特別危險(xiǎn)的干擾源時(shí)，不宜采用此接地系統(tǒng)。2.2.3.3TN-S系統(tǒng)從EMC的角度來說，TN-S系統(tǒng)是最好的方案。在正常的操作過程中，保護(hù)地導(dǎo)體沒有功耗。在設(shè)計(jì)TN-S接地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，同樣必須確保保護(hù)地導(dǎo)體擁有足夠大的截面，同時(shí)為了防火，應(yīng)該安裝一個(gè)500mA的接地漏電斷路器。2.2.3.4IT系統(tǒng)IT接地系統(tǒng)EMC性能較差，但由于它自身是很安全的，因?yàn)椴粫a(chǎn)生電弧，所以推薦將IT系統(tǒng)用于安全方面要求較高的場合。在設(shè)計(jì)IT接地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，除了確保保護(hù)

23、地導(dǎo)體擁有足夠大截面外，不能安裝用于不對稱干擾電流的濾波器。而且只有在所有設(shè)備都被連接到同一接地設(shè)備的系統(tǒng)（樓宇）內(nèi)，才能夠提供良好的EMC性能。2.2.3雷擊和過電壓保護(hù)的設(shè)計(jì)在雷擊保護(hù)和過電壓保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮到以下方面：1）系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)設(shè)備的重要性采用交錯(cuò)的保護(hù)措施劃分為若干雷電保護(hù)區(qū)：A區(qū)域：所有的物體都暴露在直接雷擊的威脅之下。通過電涌放電器和到大地連接系統(tǒng)的引線來進(jìn)行外部雷擊保護(hù)。B區(qū)域：系統(tǒng)中的物體沒有暴露在直接雷擊的威脅下，磁場被抑制的程度取決于屏蔽情況。屏蔽物一般為建造屏蔽物（例如鋼筋）。C區(qū)域：系統(tǒng)中的物體沒有暴露在直接雷擊的威脅下，磁場較好地被抑制，耗散電流得以進(jìn)一

24、步縮減。一般使用網(wǎng)狀鋼鐵對房間進(jìn)行屏蔽或用金屬外罩對設(shè)備進(jìn)行屏蔽。2）所有進(jìn)入某一區(qū)域的傳導(dǎo)部件，彼此間都應(yīng)該連到一起，連接通過該區(qū)域邊緣的等電位帶來實(shí)現(xiàn)。區(qū)域內(nèi)的屏蔽物也應(yīng)該連接到這些等電位帶上。另外，還要有到較高優(yōu)先級和較低優(yōu)先級保護(hù)區(qū)的等電位帶連接。3）所有進(jìn)出系統(tǒng)的需要保護(hù)的線路，都必須通過火花隙或者保護(hù)設(shè)備（避雷器）直接連到大地連接系統(tǒng)。這樣一來，一旦發(fā)生了雷擊，遭受雷擊的系統(tǒng)，其電位會暫時(shí)升高，但是在系統(tǒng)內(nèi)卻不會產(chǎn)生危險(xiǎn)的電位差。3電源的抗干擾設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)時(shí)，我們可以從下面這些方面去抑制由電源引起的電磁干擾：1）在供電線路進(jìn)入工業(yè)樓宇的接點(diǎn)處安裝浪涌限制器。2）通過在系統(tǒng)入口

25、處安裝工業(yè)線路濾波器來抑制到電源干線的干擾。3）通過在輸入口安裝電涌限制器和電涌吸收器來保護(hù)敏感設(shè)備。4）變壓器同時(shí)也是濾波器，因此對于高頻干擾來說，變壓器必須裝備單層屏蔽，或者適當(dāng)?shù)碾p層屏蔽。下圖是通過使用一個(gè)雙重絕緣變壓器來對電源干線進(jìn)行過濾的例子：L3護(hù)地=住輸人II的人地違柩尢地送接按天地遙接中曲源解蔽0rQ空流百力線輻二rff浪瀟吸收器其中要注意的是，在安裝變壓器的時(shí)候，良好的接地是非常重要的，因此變壓器的外罩必須用螺絲牢固地固定到導(dǎo)電大地平面。供給每個(gè)設(shè)備的電源應(yīng)該從線路入口以點(diǎn)對點(diǎn)的方式進(jìn)行布線，如下圖所示：特別是當(dāng)同一電源分別對敏感設(shè)備和可能造成干擾的設(shè)備同時(shí)供電時(shí)，不能到線路

26、未端再將供電線路分開，下圖這種方式是不可取的：如果當(dāng)前在同一個(gè)電源系統(tǒng)中同時(shí)使用了非常敏感的設(shè)備和強(qiáng)干擾設(shè)備，則必須提供隔離的電源：具有強(qiáng)干擾的設(shè)備，在連接的時(shí)候必須盡可能靠近線路入口，敏感設(shè)備則和線路入口保4機(jī)柜的抗干擾設(shè)計(jì)41機(jī)柜內(nèi)干擾源的隔離我們在設(shè)計(jì)機(jī)柜時(shí)，必須要注意敏感的和易產(chǎn)生干擾的電氣元件以及電纜必須彼此隔開。要做到這一點(diǎn)，可以把它們放置在不同的機(jī)柜中或者使用隔離板，從而實(shí)現(xiàn)屏蔽。機(jī)柜必須被分隔為不同的EMC域，也就是在機(jī)柜中必須劃分出不同干擾級別對應(yīng)的區(qū)域EMC域。這意味著干擾源和敏感部件必須彼此分開。通過隔離板來對機(jī)柜內(nèi)安置了自感應(yīng)源的部件進(jìn)行隔離是非常必要的。隔離板必須和機(jī)

27、柜有良好的接地連接。自感應(yīng)源包括：變壓器、電子管、接觸器等。42機(jī)柜內(nèi)的接地和大地的連接我們在將機(jī)柜接地時(shí)，應(yīng)該注意下面這些問題：1）必須在機(jī)柜的底面安裝一個(gè)未漆過的大地參考面板或者導(dǎo)軌，通常我們用接地銅排，以便給出參考零電位。2）機(jī)柜內(nèi)的所有金屬部件都要彼此連接到一起。3）機(jī)柜的金屬外罩必須與全廠的大地連接系統(tǒng)可靠連接。4）所有的保護(hù)接地導(dǎo)體都必須和大地連接。43機(jī)柜內(nèi)的布線在電纜管道內(nèi)設(shè)置和連接電纜時(shí)，我們要注意115/230VAC的電源和信號線與24/60VDC的信號線必須鋪設(shè)在不同的電纜管道內(nèi)，并且這兩種管道之間的距離至少要有100mm。如果交叉的情況不可避免，那么一定要采取直角交叉的

28、方式。屏蔽的母線、屏蔽的模擬過程信號線、未屏蔽的24/60VDC信號線可以放在同一線槽內(nèi)。針對PLC系統(tǒng)的布線方案在使用PLC的工業(yè)環(huán)境中，我們首先要根據(jù)各種信號線的EMC性能進(jìn)行分類，然后才能進(jìn)行合理的布線設(shè)計(jì)。一般來說，我們將信號線按干擾強(qiáng)度分為四類：第一類：信號非常敏感。.比如低級電路，帶有模擬輸出，儀表變壓器等第二類：信號輕度敏感，能夠干擾第一類信號線。比如母線、帶有數(shù)字輸出的儀表變壓器、阻性負(fù)載的控制電路，或是直流電源等；第三類：具有輕度干擾，能干擾第一類和第二類的信號線。比如感性負(fù)載的控制電路（繼電器，接觸器，線圈設(shè)備，反相器等），或是交流電源、高功耗設(shè)備的主電源等；第四類：強(qiáng)干擾

29、信號，能夠直接對其它信號產(chǎn)生干擾。比如焊接機(jī)械、通常的電源電路、電子速度控制器、開關(guān)電源等。我們對所需要的電纜進(jìn)行選擇時(shí)，要注意下面方面：1）盡量使用絞線型輸出和直線型返回的電纜。2）對模擬信號來說，應(yīng)該使用帶有已屏蔽的輸出和返回導(dǎo)線的電纜，并采用麻花型屏蔽方式。對于樓宇外的模擬處理信號，使用的電纜應(yīng)該帶有雙重屏蔽。3）對于高頻輻射干擾（5-30兆赫茲），電纜要采用麻花屏蔽方式。4）對強(qiáng)干擾的信號（第四類），使用屏蔽過的電纜并通過經(jīng)由金屬管或者金屬通道安裝的電纜來實(shí)現(xiàn)可靠的屏蔽。51以并行和交叉方式鋪設(shè)電纜時(shí)的注意事項(xiàng)帶有不同種類信號的未屏蔽電纜，在安裝中應(yīng)該保證最短的并行長度，并在彼此間保持

30、最大的工作間距；如果并行長度超過30m,或者無法保證合適的工作間距，那就應(yīng)該使用屏蔽的電纜。帶有不同種類信號的電纜必須以直角進(jìn)行交叉。如下圖所示：52屏蔽電纜接地的連接方式在機(jī)柜內(nèi)部的模擬測量電路電纜，屏蔽接地點(diǎn)通常位于機(jī)柜出口的一側(cè)，并且為防止高強(qiáng)度的干擾電纜，最佳方式是兩端的屏蔽都要接地。在機(jī)柜外部的模擬測量電路，如果只需應(yīng)對容性干擾，可采用單一電纜屏蔽地連接；如果信號線的配置帶有高頻感應(yīng)，應(yīng)采用雙側(cè)電纜屏蔽接地；如果信號線較長：除了沿電纜方向進(jìn)行雙側(cè)地連接以外，還理想的方式是每間隔10到15m再附加一個(gè)接地點(diǎn)。下面將幾種屏蔽方式的利蔽做一比較：電纜屏蔽地連接效果和優(yōu)點(diǎn)限制方式1:在電纜的

31、兩端都進(jìn)行效果：接地非常有效1、對外部干擾（高頻和低頻）非常有效2、對電纜中的諧振頻率也有很好的屏蔽效果3、在電纜和地之間沒有電位差4、使輸入不冋類型信號的電纜能夠正常布線5、能夠很好地抑制高頻干擾對于較長電纜（長于50m）,伴隨著強(qiáng)干擾場的高頻信號中，會感應(yīng)出接地端故障電流。方式2：只在電纜的一端進(jìn)行地連接效果：一般的屏蔽效果1、可以保護(hù)絕緣線（儀表變壓器等）不受低頻電場的影響2、可以避免蜂鳴現(xiàn)象（低頻干擾）1、對由高頻電場引起的外部干擾無效2、由于天線效應(yīng)，屏蔽可能會引起共振。這就意味著干擾可能比沒有屏蔽的時(shí)候還要強(qiáng)！3、在未接地一端，屏蔽物和接地點(diǎn)之間有電位差;如果發(fā)生接觸會帶來危險(xiǎn)！方式3：沒有接地的屏蔽不推薦限制容性耦合1、對外部干擾無效（包括所有頻率）2、對磁場無效3、屏蔽物和接地點(diǎn)之間存在電位差;如果發(fā)生接觸會帶來危險(xiǎn)！6網(wǎng)絡(luò)總線的接地方案在工控系統(tǒng)中，各種網(wǎng)絡(luò)總線的通訊是否穩(wěn)定對整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性起到相當(dāng)關(guān)鍵的作用。常用的控制總線有Profibus、RemoteIO、Ethernet（工業(yè)以太網(wǎng)）、ModbusPlus等，我們舉例對其做簡單介紹。6.1Profibus總線當(dāng)我們使用Pro