文档介绍：抗干扰的接地处理及屏蔽处理
抗干扰接地处理的主要内容:
(1)避开地环电流的干扰;
(2)降低公共地线阻抗的耦合干扰。
"一点接地"有效地避开了地环电流;而在"一点接地"前提下,并联接地则是降低公共地线阻抗的耦合干扰的有效措施;它们是工业控制系统采用的最基本的接地方法。
工业控制系统接地的含义不一定就是接大地。例如直流接地只是定义电路或系统的基准电位。它可以悬浮,但要求与大地严格绝缘。通常,其绝缘电阻要达到50 MΩ以上。直流地悬浮隔离了交流地网的干扰,经济简便,工程中经常使用。直流地悬浮的缺点是机器容易带静电,如果该静电电位过高,会损坏器件,击伤操作人员等等;而且,如果这时直流地与大地的绝缘电阻减小,可能会产生很多原先没有想到的干扰。直流地接大地,按照国家标准,要埋设一个不大于4Ω的独立接地体。但无论直流地悬浮或者接大地,直流地与大地之间的电位都存在着间接或者直接的关系。工业控制机所操作的各种输入输出信号之间接地是否合理,不只是形成相互耦合干扰的问题,有时还危及计算机系统的安全。在实际的工业控制系统中,各种通道的信号频率大多在1MHz内,属于低频范围。因此,谈谈低频范围的接地。
在串联接地方式中,各电路各有一个电流i1、i2、i3等流向接地点。由于地线存在电阻,因此,每个串联接点的电位不再是零,于是各个电路间相互发生干扰。尤其是强信号电路将严重干扰弱信号电路。如果必须要这样使用,应当尽力减小公共地线的阻抗,使其能达到系统的抗干扰容限要求。串联的次序是:最怕干扰的电路的地应最接近公共地,而最不怕干扰的电路的地可以稍远离公共地。
并联接地方式:在工业控制机中的模拟通道和数字通道采用并联接地。并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流有关,互相之间不会造成耦合干扰。因此,有效地克服了公共地线阻抗的耦合干扰问题,工业控制机应当尽量采用并联接地方式。值得注意的是,虽然采用了并联接地方式,但是地线仍然要粗一些,以使各个电路部件之间的地电位差尽量减小。这样,当各个部件之间有信号传送时,地线环流干扰将减小。
工业现场的干扰来源是多渠道的,针对不同的项目和不同的现场,应该有不同的处理方法。屏蔽和接地是由工控系统开发者操作的一项技术内容。能否正确设计和利用它们,不仅关系到系统安全稳定地运行、良好地抑制干扰,而且是工控项目开发者是否成熟的重要标志。
工控系统的屏蔽处理
工业现场动力线路密布,设备启停运转繁忙,因此存在严重的电场和磁场干扰。而工业控制系统又有几十乃至几百个甚至更多的输入输出通道分布在其中,导线之间形成相互耦合是通道干扰的主要原因之一。它们主要表现为电容性耦合、电感性耦合、电磁场辐射三种形式。在工业控制系统中,由前两种耦合造成的干扰是主要的,第三种是次要的。它们对电路主要造成共模形式的干扰。
众所周知,地球是一个静电容量很大的导体,其电位非常恒定。如果把一个导体与大地紧密连接,那么该导体的电位也是恒定的。我们把它的电位叫作零电位,它是电位的参考点。然而,工程上不可能做到这种紧密连接,总是存在一定的接地电阻。当有电流经该导体入地时,它的电位就有波动。于是,不同的接地点之间会有电位差。当我们用一根导线连接不同的接地点时,在导线中就可能有电流流动,这称为地环电流。接地抗干扰技术就是解决以地环电流为中心的一系列技术问题。
克服电场耦合干扰最有效的方法是屏蔽。因为放置在空心导体或者金属网内的物体不受外电场的影响。请注意,屏蔽电场耦合干扰时,导线的屏蔽层最好不要两端连接当地线使用。因在有地环电流时,这将在屏蔽层形成磁场,干扰被屏蔽的导线。正确的作法是把屏蔽层单点接地,一般选择它的任一端头接地。造成电场耦合干扰的原因是两根导线之间的分布电容产生的耦合。当两导线形成电场耦合干扰时,导线1在导线2上产生的对地干扰电压VN为:V1和ω是干扰源导线1的电压和角频率;R和C2G是被干扰导线2的对地负载电阻和总电容;C12是导线1和导线2之间的分布电容。从式(2)可以看出,在干扰源的角频率ω不变时,要想降低导线2上的被干扰电压VN,应当减小导线1的电压V1,减小两导线之间的分布电容C12,减小导线2对地负载电阻R以及增大导线2对地的总电容C2G。在这些措施中,可操作性最好的是减小两导线之间的分布电容C12。即采用远离技术:弱信号线要远离强信号线敷设,尤其是远离动力线路。工程上的"远离"概念,通常取干扰导线直径的40倍,即认为足够了。同时,避免平行走线也可以减小C12。
抑制磁场耦合干扰的好办法应该是屏蔽干扰源。大电机、电抗器、磁力开关和大电流载流导线等等都是很强的磁场干扰源。但把它们都用导磁材料屏蔽起来,在工程上是很难做到的。通常是采