自動(dòng)化儀表的電磁兼容分析

霍曉濤

天津視訊云光電科技有限公司 天津 300392

隨著社會(huì)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，科學(xué)技術(shù)設(shè)備開(kāi)始滲透于人們生產(chǎn)生活的方方面面，自動(dòng)化儀表也越來(lái)越被工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和人們的日?；顒?dòng)所青睞，并使整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展得到顯著提高。自動(dòng)化儀表的廣泛使用為社會(huì)活動(dòng)帶來(lái)便利，但其故障情況也同樣會(huì)給整個(gè)社會(huì)的生產(chǎn)生活行為帶來(lái)困境，尤其是電磁干擾對(duì)自動(dòng)化儀表使用的影響，近年來(lái)一直被社會(huì)各界廣泛關(guān)注。因此，對(duì)自動(dòng)化儀表的電磁兼容性進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，從而降低電磁干擾對(duì)自動(dòng)化儀表的影響就具有重要意義。

1 電磁兼容性概述

1.1 電磁兼容性簡(jiǎn)介

電磁兼容性（EMC）是指處在同一批生產(chǎn)環(huán)境中的電子生產(chǎn)設(shè)備，在相同的電磁環(huán)境下，可以不受其他設(shè)備干擾同時(shí)發(fā)揮其各自功能作用[1]。這種兼容性，一方面不會(huì)受到同一電磁環(huán)境下其他設(shè)備的輸出信號(hào)干擾；另一方面也能保證自己釋放的電磁信號(hào)不會(huì)影響到其他設(shè)備。電磁兼容性是一項(xiàng)重要的安全檢測(cè)指標(biāo)，電磁兼容性數(shù)據(jù)保障的是人身安全和使用環(huán)境安全。

1.2 常見(jiàn)電磁干擾環(huán)境

電磁干擾的三個(gè)要素包括干擾源、耦合路徑和敏感設(shè)備。干擾源的作用是將能量發(fā)射出去，常見(jiàn)干擾源包括自然干擾和人為干擾兩種，比如來(lái)自太陽(yáng)系的電磁干擾就屬于自然干擾，家用電器、通信、廣播就屬于人為干擾；耦合路徑是一種傳播承載介質(zhì)；敏感設(shè)備指的就是受到電磁干擾的設(shè)備，敏感設(shè)備的故障區(qū)通常在二次儀表或分系統(tǒng)、交流供電電源等。要想保證自動(dòng)化儀表的平穩(wěn)運(yùn)行，就要通過(guò)對(duì)以上三個(gè)要素的分析設(shè)計(jì)，檢測(cè)出自動(dòng)化儀表的電磁兼容性，從而采取有效手段降低電磁干擾。①大功率設(shè)備干擾。自動(dòng)化儀表最廣泛的使用區(qū)域?yàn)榇笮凸I(yè)區(qū)，這些工業(yè)區(qū)的操作環(huán)境一般會(huì)存有較多的大功率電子設(shè)備，如變頻器等。大功率的電子設(shè)備在進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)其產(chǎn)生的電磁干擾也是超負(fù)荷的，自動(dòng)化儀表顯示屏在此干擾下通常會(huì)產(chǎn)生亂碼，甚至是誤動(dòng)作，從而使其功能下降，極有可能影響其配電系統(tǒng)的正常使用。②浪涌干擾。浪涌電壓的出現(xiàn)場(chǎng)景一般有兩個(gè)，一是電網(wǎng)在有大型設(shè)備通斷時(shí)會(huì)出現(xiàn)浪涌電壓，這種電壓不會(huì)直接性的導(dǎo)致自動(dòng)化儀表的故障，但會(huì)使其出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等問(wèn)題，減少自動(dòng)化儀表的使用壽命；二是雷雨天氣下也會(huì)有一定概率出現(xiàn)浪涌電壓，雷電給電子設(shè)備帶來(lái)的損傷更為直接，且力度較大，修復(fù)成本極高。③電快速瞬變脈沖群干擾。自動(dòng)化儀表短時(shí)間內(nèi)如果頻繁進(jìn)行通斷操作，可能會(huì)導(dǎo)致電快速瞬變脈沖群的頻繁出現(xiàn)，這種脈沖群會(huì)對(duì)設(shè)備開(kāi)關(guān)造成損傷，影響其正常使用。④其他干擾。電磁干擾還包括很多種情況，如操作人員在操作時(shí)自身帶有靜電，這種電荷也會(huì)影響設(shè)備的正常使用；還有一些設(shè)備在運(yùn)作時(shí)會(huì)帶有對(duì)外輻射性，給周?chē)淖詣?dòng)化儀表設(shè)備帶來(lái)干擾等等[2]。

2 電磁兼容性設(shè)計(jì)

2.1 電磁兼容性檢測(cè)

EMC的檢測(cè)條件包括檢測(cè)場(chǎng)地和檢測(cè)設(shè)備兩種，場(chǎng)地常常有開(kāi)闊場(chǎng)、屏蔽室等。檢測(cè)內(nèi)容包括對(duì)電磁干擾的測(cè)量和對(duì)對(duì)抗干擾的測(cè)量。電磁干擾的測(cè)量指標(biāo)一是通過(guò)空間傳播的干擾，二是通過(guò)電源端產(chǎn)生的干擾；對(duì)抗干擾包括的內(nèi)容較多，如由射頻場(chǎng)引起的傳導(dǎo)、阻尼振蕩磁場(chǎng)等。我國(guó)的電磁兼容檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)包括基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)間標(biāo)準(zhǔn)四類(lèi)，共73個(gè)，均符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及我國(guó)實(shí)際國(guó)情。目前根據(jù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備情況，工業(yè)類(lèi)的自動(dòng)化儀表設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)事先檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)自動(dòng)化儀表設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，保證其正常投入使用。

2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電磁兼容設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括三個(gè)方面，分別是濾波、屏蔽和接地。①濾波。濾波在抗電磁干擾中的作用是通過(guò)對(duì)電感、電容、電阻的有效排列，獲得有使用價(jià)值的信號(hào)頻率分量進(jìn)行干擾隔絕來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這一設(shè)計(jì)中一方面要注意最大程度縮短濾波器輸出路線(xiàn)；另一方面可以選擇增加濾波器回路來(lái)增強(qiáng)防護(hù)作用。②屏蔽。屏蔽在抗電磁干擾中的作用是通過(guò)選擇導(dǎo)磁導(dǎo)電材料制作自動(dòng)化儀表的顯示屏及外殼實(shí)現(xiàn)的，外殼和顯示屏相當(dāng)于一個(gè)簡(jiǎn)易的屏蔽器，將電磁屏蔽在外。在設(shè)計(jì)中可以選擇電屏蔽、電磁屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽等方式。③接地。接地在抗電磁干擾中的作用是通過(guò)將自動(dòng)化儀表設(shè)備與地面導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)的，設(shè)備中元件零電位的聯(lián)通可以看作是一個(gè)地面參考點(diǎn)，在耦合路徑中將干擾電流導(dǎo)入地面，不使這種電磁干擾停留在自動(dòng)化儀表中，從而保證設(shè)備的正常使用。

2.3 電磁兼容分析設(shè)計(jì)

（1）浪涌電磁干擾試驗(yàn)。試驗(yàn)中，對(duì)受試設(shè)備的電源線(xiàn)差模注入模擬雷電流的測(cè)試電壓，結(jié)果顯示該電源線(xiàn)受干擾程度嚴(yán)重。對(duì)抗該種浪涌電磁干擾，通?？梢允褂萌N零部件，一是氣體放電管，可以吸收高壓電流并進(jìn)行可控釋放；二是壓敏電阻，可以釋放部分高壓電流；三是快速鉗位二極管，可以快速釋放少量高壓電流。

（2）電快速瞬變脈沖群電磁干擾試驗(yàn)。試驗(yàn)中，對(duì)受試設(shè)備的電源端口和信號(hào)線(xiàn)重復(fù)注入高于雷電流測(cè)試電壓一倍的電壓，結(jié)果顯示自動(dòng)化儀表設(shè)備無(wú)明顯故障，少數(shù)設(shè)備出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等狀況。對(duì)抗該種電磁干擾，通常可以使用以下幾個(gè)方法，一是正確選用和安裝電源濾波器；二是分類(lèi)捆扎、敷設(shè)導(dǎo)線(xiàn)和電纜；三是安裝瞬態(tài)騷擾抑制器等[3]。

（3）射頻場(chǎng)感應(yīng)傳導(dǎo)電磁干擾試驗(yàn)。試驗(yàn)中，對(duì)受試設(shè)備的電源線(xiàn)和通信線(xiàn)輸入制定頻率和數(shù)值的測(cè)試電壓，結(jié)果顯示自動(dòng)化儀表設(shè)備無(wú)明顯故障，少數(shù)設(shè)備性能降低。對(duì)抗該種電磁干擾，可以在電源線(xiàn)端口使用濾波器；也可以使用帶有屏蔽功能的信號(hào)線(xiàn)等[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)化儀表的不同類(lèi)型電磁干擾可以通過(guò)針對(duì)性的抑制零部件使用得到有效控制，只要合理提高其電磁兼容性，自動(dòng)化儀表設(shè)備就能夠正常服務(wù)于社會(huì)的生產(chǎn)生活活動(dòng)。