雷電對(duì)弱電設(shè)備的干擾與防護(hù)

4 過程通道抗干擾措施
由自動(dòng)化裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)中必須妥善解決好接口信號(hào)的隔離，抑制傳輸過程中產(chǎn)生的各種干擾，才能使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。接口與過程通道是自動(dòng)化裝置和外部設(shè)備、被控對(duì)象進(jìn)行信息交換的渠道，對(duì)于接口和過程通道侵入的干擾主要是因公共地線引起。其次，在信號(hào)微弱和傳輸線路較長(zhǎng)時(shí)還會(huì)受到靜電和電磁波的干擾。目前在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，對(duì)于數(shù)字輸入信號(hào)，大部分都利用光電隔離器，也有一些使用脈沖變壓器隔離和運(yùn)算放大器隔離。對(duì)于數(shù)字輸出信號(hào)也是主要采用光電隔離器。對(duì)于模擬量輸入信號(hào)，則許多場(chǎng)合下采用調(diào)制一解調(diào)式隔離放大器、運(yùn)算放大器等，模擬量輸出信號(hào)隔離則可采用直流電壓隔離法及變換隔離法等。
1)光電耦合技術(shù)
光電耦合器是利用光傳遞信息的，它是由輸入端的發(fā)光元件和輸出端的受光元件組成，輸入與輸出在電氣上是完全隔離的。其體積小、使用簡(jiǎn)便，視現(xiàn)場(chǎng)干擾情況的不同，可以組成各種不同的線路對(duì)干擾進(jìn)行抑制。
(1)應(yīng)用于輸入輸出的隔離
光電耦合器用在輸入、輸出間隔離情況下，線路是很簡(jiǎn)單的，由于避免形成地環(huán)路，而輸入與輸出的接地點(diǎn)也可以任意選擇。這種隔離的作用不僅可以用在數(shù)字電路中，也可以用在線性(模擬)電路中。
(2)用于消除與抑制噪聲
光電耦合器用于消除噪聲是從兩個(gè)方面體現(xiàn)的：一方面是使輸入端的噪聲不傳遞給輸出端，只是把有用信號(hào)傳送到輸出端。另一方面，由于輸入端到輸出端的信號(hào)傳遞是利用光來實(shí)現(xiàn)的，極間電容很小，絕緣電阻很大，因而輸出端的信號(hào)與噪聲也不會(huì)反饋到輸入端。使用光電耦合器時(shí)，應(yīng)注意這種光電耦合器本身有 10～30pF的分布電容，所以頻率不能太高。另外在接點(diǎn)輸入時(shí)，應(yīng)注意加RC濾波環(huán)節(jié)，抑制接點(diǎn)的抖動(dòng)。另外，用于低電壓時(shí)，其傳輸距離以1OOm以內(nèi)為限、傳輸速率在10kbps以下為宜。
2)脈沖變壓器隔離
脈沖變壓器原付邊繞組匝數(shù)很少，分別繞制在鐵氧體磁芯的兩側(cè)，分布電容僅幾微微法，可作為脈沖信號(hào)的隔離器件。對(duì)于模擬量輸入信號(hào)，由于每點(diǎn)的采樣周期很短，實(shí)際上的采樣波形也為一脈沖波形，也可實(shí)現(xiàn)隔離作用。這種脈沖變壓器隔離方式，線路中也應(yīng)加濾波環(huán)節(jié)抑制動(dòng)態(tài)常模干擾和靜態(tài)常模干擾，這種脈沖變壓器隔離方式已被用于幾MHz的信號(hào)電路中。
3)模／數(shù)變換隔離
模／數(shù)變換隔離電路，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中常在現(xiàn)場(chǎng)就地進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，利用模／數(shù)轉(zhuǎn)換器將易受干擾的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，在接收端在采用光電隔離，以增強(qiáng)其在信號(hào)傳輸過程中的抗干擾能力。而模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的安裝位置，怎樣才能有效地抑制干擾，是實(shí)際應(yīng)用中很具體的問題。對(duì)于在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的環(huán)境中，一是可以考慮將模／數(shù)轉(zhuǎn)換器遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，放置主控室。二是將模／數(shù)轉(zhuǎn)換器放在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，遠(yuǎn)離主控室，兩者各有利弊。
將模／數(shù)轉(zhuǎn)換器放置于主控室，便于把模／數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的數(shù)字信息傳送到控制系統(tǒng)的處理器，而主機(jī)的控制信息傳送給模／數(shù)轉(zhuǎn)換器也很方便，因而利于轉(zhuǎn)換器的管理。但由于模／數(shù)轉(zhuǎn)換器遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，使得模擬量傳輸線路過長(zhǎng)，分布參數(shù)以及干擾的影響增加，而且易引起模擬信號(hào)衰減，直接影響轉(zhuǎn)換器的工作精度和速度。將轉(zhuǎn)換器放置于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，雖然可解決上述問題，但數(shù)字信息傳輸線路過長(zhǎng)，不便于轉(zhuǎn)換器的管理。這兩種方案的主要問題還在于，在控制系統(tǒng)與控制對(duì)象之間存在公共地線，即使采用同軸電纜作為傳輸媒介，也會(huì)有產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的干擾進(jìn)入計(jì)算機(jī)中，影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定工作。顯然這兩種方案都不適合在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作。為了有效地解決工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，采用光電隔離是比較行之有效的方案。為保證模／數(shù)轉(zhuǎn)換器能可靠運(yùn)行，并獲得精確的測(cè)量結(jié)果，把模／數(shù)轉(zhuǎn)換器放在靠近現(xiàn)場(chǎng)一側(cè)。為了有效抑制干擾，采用雙套光電偶合器，使得模／數(shù)轉(zhuǎn)換器與主機(jī)之間的信息交換均經(jīng)過兩次電一光一電的轉(zhuǎn)換。一套光電耦合器放在模／數(shù)轉(zhuǎn)換器一側(cè)，一套光電耦合器放在主機(jī)一側(cè)。系統(tǒng)中有三個(gè)不同的地端，一是主機(jī)與I／O接口公用的“計(jì)算機(jī)地”，一個(gè)是傳輸長(zhǎng)線使用的“浮空地”，另一個(gè)是模／數(shù)轉(zhuǎn)換器和被控對(duì)象公用的“現(xiàn)場(chǎng)地”。采用這種兩次光電隔離的辦法，把傳輸長(zhǎng)線隔浮在主機(jī)與被控對(duì)象之間，不僅有效地消除了公共地線，抑制了由其引進(jìn)的干擾，而且也有利于解決長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)與阻抗匹配的問題這樣就保證了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。