衛(wèi)星地球站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)瞬變干擾防護(hù)

+ 廣東省廣播電視技術(shù)中心衛(wèi)星地球站 戴賓

在過(guò)去的十幾年，衛(wèi)星地球站監(jiān)視和控制技術(shù)發(fā)生了飛躍的變化，由硬連接到小型機(jī)、微機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的高速以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)以其速度快、容量大的優(yōu)勢(shì)，有效地對(duì)播出信號(hào)和設(shè)備狀態(tài)實(shí)現(xiàn)全覆蓋監(jiān)控，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常和設(shè)備故障，及時(shí)報(bào)警并自動(dòng)切換備份，大大提高了播出系統(tǒng)的可靠性和節(jié)目的傳輸質(zhì)量，逐漸成為整個(gè)播出傳輸系統(tǒng)的“大腦”，承擔(dān)著自動(dòng)分析處置的重任，成為播出系統(tǒng)的重要組成部分。但以太網(wǎng)的采用也帶來(lái)了一些新問(wèn)題，如網(wǎng)管計(jì)算機(jī)一些偶然的、莫名奇妙的死機(jī)、鍵盤(pán)鎖定、鼠標(biāo)失蹤，系統(tǒng)誤報(bào)警、誤發(fā)指令、設(shè)備無(wú)緣故倒換等等。

綜合近年來(lái)網(wǎng)管系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)之前常被忽視的問(wèn)題，也就是系統(tǒng)內(nèi)部線纜之間的瞬變電壓干擾對(duì)網(wǎng)管系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)內(nèi)各種耦合作用產(chǎn)生的瞬變電壓浪涌可能會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信接口造成嚴(yán)重?fù)p壞，或者將不正確電壓電平解析為錯(cuò)誤的指令而導(dǎo)致設(shè)備工作異常。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信障礙是導(dǎo)致播出控制事故的重要原因之一，也是控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化后帶來(lái)的新問(wèn)題。

一、瞬變干擾的產(chǎn)生

任何導(dǎo)體，只要有電流通過(guò)，在它的周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)又會(huì)對(duì)周圍的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)，并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此導(dǎo)體中的電流同樣也會(huì)對(duì)其它導(dǎo)體產(chǎn)生磁感應(yīng)干擾。如果將一個(gè)導(dǎo)體置于另一個(gè)導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)，只要磁場(chǎng)發(fā)生變化，就會(huì)在這個(gè)導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電流。在機(jī)房設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部錯(cuò)綜復(fù)雜的布線中彼此相鄰的各種信號(hào)電線電纜之間也會(huì)由于磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生瞬變電壓干擾，自然也會(huì)產(chǎn)生干擾或被干擾。

衛(wèi)星地球站設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)線纜主要有三類：1.是電源線；2.信號(hào)線，有視音頻電纜，中頻、射頻線纜等；3.網(wǎng)管控制線，包括 RS-232、RS-422、以太網(wǎng)線纜等。耦合可能是由于電源線引起的，也可能發(fā)生在數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)線之間（串?dāng)_）。這些干擾如尖峰脈沖、浪涌和瞬變浪涌電壓等會(huì)干擾、影響設(shè)備，使其性能降低甚至損壞。對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作信號(hào)電平而言，瞬變電壓浪涌是指在非常短的時(shí)間內(nèi)偏離正常電壓電平的現(xiàn)象，這種不期望發(fā)生的偏離電壓可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)等設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行甚至出現(xiàn)故障。而且，系統(tǒng)內(nèi)瞬變電壓浪涌的產(chǎn)生原因復(fù)雜，任何設(shè)備系統(tǒng)都不能避免瞬變電壓的干擾。

線路間或閃電產(chǎn)生的耦合作用是兩種常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)瞬變電壓產(chǎn)的原因，但是還有許多其他耦合的因素對(duì)設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)及其他電子設(shè)備造成損害，不同來(lái)源產(chǎn)生的感應(yīng)耦合作用通常是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)瞬變干擾的原因。

二、瞬變干擾的危害

瞬變干擾對(duì)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的危害有:設(shè)備損壞，或由于不正確電壓電平發(fā)出錯(cuò)誤的信號(hào)而導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。

1. 瞬間大幅度超過(guò)正常工作的電壓造成的元件和電路的損害，這包括高電平的瞬變電壓導(dǎo)致設(shè)備立即出現(xiàn)故障的所有情況，通常會(huì)伴隨明顯的物理?yè)p壞，如電路板或元件燒毀等明顯跡象。一般來(lái)說(shuō)，I/O接口電路比較容易受損。隨著電子工業(yè)設(shè)計(jì)的精益求精及生產(chǎn)工藝技術(shù)的提高，以及節(jié)能降耗的需要，這些元件的工作電壓在設(shè)計(jì)上就已經(jīng)越來(lái)越低，如一些處理器常用的 5VDC 工作電壓已經(jīng)降低到 3.3VDC，并且可能還會(huì)繼續(xù)降低，但意味它們可以承受的電壓變動(dòng)范圍也同時(shí)降低了，因此對(duì)瞬變電壓干擾就更為敏感。由微處理器和其他集成電路 (IC)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備尤其容易受到瞬變電壓浪涌的危害。

2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信交流是通過(guò)數(shù)字信號(hào)傳輸進(jìn)行，這些數(shù)字信號(hào)都是一些特定頻率、幅度的電壓脈沖。有時(shí)，瞬變電壓干擾可能在特定頻率上接近這些電壓脈沖，這會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)將這些假的脈沖解析為命令。假命令又會(huì)導(dǎo)致很多邏輯錯(cuò)誤，表現(xiàn)為鍵盤(pán)鎖定、程序崩潰或系統(tǒng)鎖定或?qū)υO(shè)備發(fā)出錯(cuò)誤指令等。如RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有這個(gè)電壓范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不同線纜之間的串?dāng)_是通信的一個(gè)威脅，如果有太多的串?dāng)_，信號(hào)傳輸?shù)腻e(cuò)誤率就會(huì)增加，而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間和降低網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。當(dāng)數(shù)據(jù)包通過(guò)線纜進(jìn)行傳輸時(shí)，遇到串?dāng)_，就會(huì)丟包，丟包現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，數(shù)據(jù)通信能力就會(huì)下降甚至網(wǎng)絡(luò)中斷。局限于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障的了解，我們對(duì)網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)引起的故障往往未能做出正確的判斷，更不能準(zhǔn)確迅速處斷，甚至還會(huì)造成故障損失的擴(kuò)大。

三、瞬變干擾的防護(hù)

同抑制電磁干擾一樣，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)瞬變電壓干擾的防護(hù)也采取消除干擾源、切斷傳播途徑和保護(hù)電磁敏感設(shè)備這三個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行，采用的方法依然是良好的屏蔽和接地。在規(guī)劃建設(shè)或設(shè)備系統(tǒng)安裝進(jìn)行綜合布線時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照《電子信息機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求進(jìn)行。

1.在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布線上，采用分類加屏蔽的方式。將電源、信號(hào)、網(wǎng)管控制線纜分開(kāi)布置，并設(shè)置金屬線槽或線管。同一個(gè)金屬線槽中 ,對(duì)槽內(nèi)各類線纜設(shè)金屬擋板隔離。注意數(shù)據(jù)線、信號(hào)線遠(yuǎn)離電源線、熒光燈、避雷導(dǎo)體、馬達(dá)、可控硅調(diào)光調(diào)壓等干擾源。

2.采用高質(zhì)量的屏蔽良好的線材（六類以上等級(jí)雙絞線）、信號(hào)轉(zhuǎn)換器，最好采用光纖作為信號(hào)傳輸介質(zhì)，特別是經(jīng)室外的遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)。采用膠合的電源線 ,以降低由平行的電源線產(chǎn)生的磁場(chǎng)。盡量采取對(duì)膠線的纏繞方式來(lái)克服大電流電源線電磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生的磁場(chǎng)。

3.采用瞬變電壓分層保護(hù)方法，首先是對(duì)進(jìn)出機(jī)房的各種金屬管、電纜、引入線應(yīng)在進(jìn)出口處與防雷接地裝置相連；電纜進(jìn)出線應(yīng)在進(jìn)出口處將電源金屬外皮、鋼套管等與電氣設(shè)備接地相連，控制進(jìn)入設(shè)備機(jī)房的高輸入浪涌。然后對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)所有設(shè)備整機(jī)和系統(tǒng)接地,接地線必須能流過(guò)很大的電流，控制系統(tǒng)內(nèi)部電線和數(shù)據(jù)線中的瞬變電壓。必要時(shí)對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部位或易受影響的設(shè)備，如微波收發(fā)信機(jī)，采用瞬變電壓和浪涌的防護(hù)器件，如壓敏電阻,使瞬變電壓浪涌通過(guò)壓敏電阻旁路到子系統(tǒng)地和大地,從而讓進(jìn)入系統(tǒng)中的瞬變電壓和浪涌幅度大大降低。

在日常工作中，加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)控，如交換機(jī)各端口流量的的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)查找原因。如果網(wǎng)管系統(tǒng)引起的設(shè)備異常往往是同一網(wǎng)管系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)設(shè)備同時(shí)出現(xiàn)異常，因此在出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)就要迅速檢查網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

四、相關(guān)案例

1、編碼器（TANDBERG5720）主備同時(shí)出現(xiàn)告警，解碼監(jiān)測(cè)顯示圖像馬賽克逐步增多，后出現(xiàn)靜幀、黑場(chǎng)，信號(hào)源正常，斷開(kāi)網(wǎng)管網(wǎng)線后編碼器正常。故障原因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)交換機(jī)故障造成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)流，編碼器網(wǎng)絡(luò)口反復(fù)處理大量占用資源以至死機(jī)，更換交換機(jī)后正常。

2、NEWTEC調(diào)制器原采用以太網(wǎng)接口網(wǎng)管控制，逢雷電顯示接口信號(hào)報(bào)警，自動(dòng)頻繁切換備機(jī)，輸入信號(hào)正常。在我們對(duì)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行全面接地整改后再?zèng)]出現(xiàn)上述情況。

3、我站大鎮(zhèn)崗機(jī)房遠(yuǎn)程控制通訊以前采用多股線電纜作為傳輸介質(zhì)，控制電腦經(jīng)常死機(jī)，而且雷雨天氣經(jīng)常將雷電干擾傳入機(jī)房，干擾設(shè)備甚至產(chǎn)生故障，改光纜傳輸后這些現(xiàn)象極少出現(xiàn)。

結(jié)束語(yǔ)

廣播電視傳輸系統(tǒng)中有很大一部分瞬變電壓是在系統(tǒng)設(shè)施內(nèi)部的數(shù)據(jù)線信號(hào)線網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的，因此有必要重視系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)、信號(hào)線瞬變干擾的危害和預(yù)防。任何導(dǎo)線都是瞬變電壓的潛在載體，在任何系統(tǒng)設(shè)施內(nèi)都會(huì)存在許多可以產(chǎn)生感應(yīng)耦合的因素。當(dāng)今計(jì)算機(jī)處理器和設(shè)備集成電路所需的電壓閾限越來(lái)越低，這意味著即使是非常小的電壓干擾，均可能在網(wǎng)管系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤的指令，進(jìn)而危及我們的播出傳輸。