雷電對弱電設備的干擾與防護

4 過(guò)程通道抗干擾措施
由自動(dòng)化裝置構成控制系統中必須妥善解決好接口信號的隔離，抑制傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾，才能使系統穩定可靠運行。接口與過(guò)程通道是自動(dòng)化裝置和外部設備、被控對象進(jìn)行信息交換的渠道，對于接口和過(guò)程通道侵入的干擾主要是因公共地線(xiàn)引起。其次，在信號微弱和傳輸線(xiàn)路較長(cháng)時(shí)還會(huì )受到靜電和電磁波的干擾。目前在自動(dòng)化控制系統中，對于數字輸入信號，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算放大器隔離。對于數字輸出信號也是主要采用光電隔離器。對于模擬量輸入信號，則許多場(chǎng)合下采用調制一解調式隔離放大器、運算放大器等，模擬量輸出信號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，視現場(chǎng)干擾情況的不同，可以組成各種不同的線(xiàn)路對干擾進(jìn)行抑制。
(1)應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(xiàn)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字電路中，也可以用在線(xiàn)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，只是把有用信號傳送到輸出端。另一方面，由于輸入端到輸出端的信號傳遞是利用光來(lái)實(shí)現的，極間電容很小，絕緣電阻很大，因而輸出端的信號與噪聲也不會(huì )反饋到輸入端。使用光電耦合器時(shí)，應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)，應注意加RC濾波環(huán)節，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?xún)葹橄?、傳輸速率?0kbps以下為宜。
2)脈沖變壓器隔離
脈沖變壓器原付邊繞組匝數很少，分別繞制在鐵氧體磁芯的兩側，分布電容僅幾微微法，可作為脈沖信號的隔離器件。對于模擬量輸入信號，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)現隔離作用。這種脈沖變壓器隔離方式，線(xiàn)路中也應加濾波環(huán)節抑制動(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的信號電路中。
3)模／數變換隔離
模／數變換隔離電路，在自動(dòng)化控制系統中常在現場(chǎng)就地進(jìn)行模／數轉換，利用模／數轉換器將易受干擾的模擬信號轉換為數字信號進(jìn)行傳輸，在接收端在采用光電隔離，以增強其在信號傳輸過(guò)程中的抗干擾能力。而模／數轉換器的安裝位置，怎樣才能有效地抑制干擾，是實(shí)際應用中很具體的問(wèn)題。對于在工業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)應用的環(huán)境中，一是可以考慮將模／數轉換器遠離生產(chǎn)現場(chǎng)，放置主控室。二是將模／數轉換器放在生產(chǎn)現場(chǎng)，遠離主控室，兩者各有利弊。
將模／數轉換器放置于主控室，便于把模／數轉換器產(chǎn)生的數字信息傳送到控制系統的處理器，而主機的控制信息傳送給模／數轉換器也很方便，因而利于轉換器的管理。但由于模／數轉換器遠離生產(chǎn)現場(chǎng)，使得模擬量傳輸線(xiàn)路過(guò)長(cháng)，分布參數以及干擾的影響增加，而且易引起模擬信號衰減，直接影響轉換器的工作精度和速度。將轉換器放置于生產(chǎn)現場(chǎng)，雖然可解決上述問(wèn)題，但數字信息傳輸線(xiàn)路過(guò)長(cháng)，不便于轉換器的管理。這兩種方案的主要問(wèn)題還在于，在控制系統與控制對象之間存在公共地線(xiàn)，即使采用同軸電纜作為傳輸媒介，也會(huì )有產(chǎn)生現場(chǎng)的干擾進(jìn)入計算機中，影響整個(gè)系統的可靠穩定工作。顯然這兩種方案都不適合在現場(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／數轉換器能可靠運行，并獲得精確的測量結果，把模／數轉換器放在靠近現場(chǎng)一側。為了有效抑制干擾，采用雙套光電偶合器，使得模／數轉換器與主機之間的信息交換均經(jīng)過(guò)兩次電一光一電的轉換。一套光電耦合器放在模／數轉換器一側，一套光電耦合器放在主機一側。系統中有三個(gè)不同的地端，一是主機與I／O接口公用的“計算機地”，一個(gè)是傳輸長(cháng)線(xiàn)使用的“浮空地”，另一個(gè)是模／數轉換器和被控對象公用的“現場(chǎng)地”。采用這種兩次光電隔離的辦法，把傳輸長(cháng)線(xiàn)隔浮在主機與被控對象之間，不僅有效地消除了公共地線(xiàn)，抑制了由其引進(jìn)的干擾，而且也有利于解決長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)與阻抗匹配的問(wèn)題這樣就保證了整個(gè)控制系統的可靠運行。