電磁兼容設(shè)計(jì)在iLOCK型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)機(jī)柜中的應(yīng)用

摘 要：文章根據(jù)電磁兼容理論，結(jié)合屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)等電磁兼容控制技術(shù)，闡述了機(jī)柜柜體、柜內(nèi)機(jī)箱和電纜布線等的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖；電磁兼容；iLOCK

1 概述

電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾（EMI）的能力。這就要求設(shè)備或系統(tǒng)在正常工作時(shí)，對(duì)其所在工作環(huán)境的電磁干擾不能超過一定限值，同時(shí)設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)其所在環(huán)境的電磁干擾有一定抗干擾的能力。

產(chǎn)生電磁干擾需要三個(gè)因素，缺一不可。首先應(yīng)該具有干擾源；其次是傳播干擾能量的途徑；第三是被干擾對(duì)象的響應(yīng)。傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式是干擾能量傳播的兩種方式。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，確定電磁干擾的三個(gè)因素，綜合分析成本、效果等實(shí)際情況，采取消除或減弱干擾源影響的方法，或者阻斷傳播能量途徑的方法，從而提高產(chǎn)品的電磁兼容性。文章以iLOCK型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)機(jī)柜為例，分析影響機(jī)柜電磁兼容性的內(nèi)、外因素，結(jié)合電磁兼容的控制技術(shù)，就機(jī)柜、內(nèi)部機(jī)箱、布線工藝等方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。

2 設(shè)備組成

iLOCK型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)機(jī)柜主要由聯(lián)鎖柜、綜合柜等設(shè)備構(gòu)成。聯(lián)鎖柜由系統(tǒng)機(jī)箱、IO機(jī)箱、電源機(jī)箱等組成；綜合柜由系統(tǒng)切換機(jī)箱、電源切換機(jī)箱、電源機(jī)箱、交換機(jī)、UPS、工控機(jī)等設(shè)備組成。柜內(nèi)有AC 220V電源線、低壓直流電源線、高頻通信線等各種線纜，種類繁多。設(shè)備通過空間泄露、線纜傳導(dǎo)等方式輻射信號(hào)，使其成為干擾源，同時(shí)，設(shè)備又受到周邊其余設(shè)備的干擾，影響設(shè)備正常工作，電磁環(huán)境復(fù)雜。

3 電磁干擾因素分析

3.1 機(jī)柜外部因素

iLOCK型計(jì)算聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備主要放置于信號(hào)機(jī)械室內(nèi)，干擾因素主要有以下幾種：（1）電源屏及電力牽引系統(tǒng)的工頻干擾（50Hz），波長(zhǎng)6000km。（2）高壓直流輸電諧波干擾、交流輸電諧波干擾及交流電氣化鐵道的諧波干擾等載頻頻段干擾，頻譜在10～300kHz之間，波長(zhǎng)大于1km。（3）周邊設(shè)備的干擾，主要有列控設(shè)備、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)設(shè)備、CTC等設(shè)備。

3.2 機(jī)柜內(nèi)部干擾

來(lái)自機(jī)柜內(nèi)部的干擾因素主要有系統(tǒng)機(jī)箱內(nèi)的VLE板、DVCOM板，IO機(jī)箱內(nèi)的驅(qū)動(dòng)板、采集板，電源機(jī)箱內(nèi)的5V電源、12V/24V電源等設(shè)備在工作時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射。

4 機(jī)柜設(shè)計(jì)

4.1 柜體設(shè)計(jì)

機(jī)柜框體材質(zhì)為覆鋁鋅板，采用九邊折彎型材結(jié)構(gòu)，具有良好的耐大氣腐蝕性、耐潮濕氣體性和導(dǎo)電性。機(jī)柜柜體、風(fēng)扇組件、頂板、底板進(jìn)行導(dǎo)電處理，使其結(jié)合在一起成為一個(gè)等電位體。機(jī)柜前、后門，左右側(cè)門、頂蓋、底板等通過接地落釘使用帶狀銅編織線與機(jī)柜框體相連接。使用帶狀銅編織線可以有效地降低地線的高頻阻抗作用。機(jī)柜框體與機(jī)柜頂蓋、底板、前后左右側(cè)門采用凹凸咬合設(shè)計(jì)，以保證柜體嚴(yán)實(shí)合縫，成為一個(gè)密閉法拉第籠，抵制電磁泄露。機(jī)柜前門、后門需要經(jīng)常開閉，為防止電磁干擾信號(hào)從柜門與柜體間縫隙泄露出去，在柜門上粘貼導(dǎo)電布進(jìn)行電磁阻斷。當(dāng)關(guān)閉前后門時(shí)，通過粘貼在柜門上的導(dǎo)電膠條與機(jī)柜框體擠壓在一起，實(shí)現(xiàn)了良好的屏蔽效果。

4.2 出線孔設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)柜的電線電纜進(jìn)出線口，通過工藝設(shè)計(jì)，采用可調(diào)節(jié)窗口設(shè)計(jì)，可根據(jù)電纜進(jìn)出線的多少進(jìn)行調(diào)節(jié)，可減少機(jī)柜內(nèi)的輻射信號(hào)發(fā)射出去。機(jī)柜通風(fēng)窗采用波導(dǎo)通風(fēng)窗，波導(dǎo)通風(fēng)窗具有工作頻段寬，即便到微波頻段仍有較高的屏蔽性能。對(duì)空氣的阻力小，風(fēng)壓損失少；機(jī)械強(qiáng)度高，工作可靠穩(wěn)定。波導(dǎo)通風(fēng)窗既滿足了機(jī)柜整體的導(dǎo)電性和系統(tǒng)的散熱需求，同時(shí)也保證了系統(tǒng)電磁兼容性能的完成。

4.3 機(jī)箱設(shè)計(jì)

機(jī)箱采用籠式結(jié)構(gòu)，將內(nèi)部元器件包裹在內(nèi)，防止電磁輻射出去，干擾其他設(shè)備。機(jī)內(nèi)內(nèi)部使用接地螺釘，通過6平方地線連接到機(jī)箱前面板，機(jī)箱前面板與機(jī)柜柜接觸面進(jìn)行電鍍處理，通過機(jī)箱前面板與柜體的接觸面，使其與機(jī)柜柜體成為一個(gè)等電位體。

4.4 地線設(shè)計(jì)

全貫通等電位的柜體加上良好的接地設(shè)計(jì)可顯著的提高整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容能力。在機(jī)柜的底板上設(shè)置有兩個(gè)接地匯流排，分別為設(shè)備地匯流排和防雷地匯流排。每個(gè)匯流排為矩形斷面，每個(gè)匯流排可安裝13個(gè)M6接線端子。設(shè)備地線匯流排用于連接機(jī)柜的柜體和各個(gè)設(shè)備的設(shè)備地等地線。防雷地匯流排用于連接防雷元器件的地線，如機(jī)柜輸入220V電源防雷的地線。柜內(nèi)所有的接地線匯聚到防雷地線匯流排和設(shè)備地線匯流排，并與信號(hào)機(jī)械室的接地匯流排與大地相連。

4.5 機(jī)柜布線

機(jī)柜內(nèi)的電纜是一種效率很高的天線，柜內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生的輻射信號(hào)可以通過其發(fā)射出去，機(jī)柜外部的干擾信號(hào)也可通過其傳入機(jī)柜內(nèi)。為降低柜內(nèi)電纜作為天線的影響，在滿足使用要求的前提下，盡量減短電纜長(zhǎng)度。同時(shí)，為抑制共模輻射干擾，機(jī)柜內(nèi)VLE板、DVCOM板等板卡的通信電纜采用雙絞屏蔽電纜，并在電纜兩端將屏蔽層360度接地，見圖1。采用360度接地方法有效的降低了電纜連接中“豬尾巴”效應(yīng)產(chǎn)生的電磁輻射。

圖1

機(jī)柜內(nèi)既有AC220V的高壓電源線，也有為5V、12V、24V等低壓電源線，還有板卡之間的通信線，為避免其相互干擾耦合信號(hào)，將電纜分開布線。將電源線與通信線分別布在機(jī)柜兩側(cè)，將高壓電源線與低壓電源線分開布線。

5 結(jié)束語(yǔ)

產(chǎn)品的電磁兼容性是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不可忽略的問題，直接影響到設(shè)備工作的可靠性、穩(wěn)定性。iLOCK型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)機(jī)柜的電磁兼容性設(shè)計(jì)，充分分析了影響機(jī)柜電磁兼容性的內(nèi)、外部因素，采用屏蔽材料、接地、分開布線等方式方法，提高了其適應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境的能力。本機(jī)柜在實(shí)際應(yīng)用后，在第三方實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)按GB/T24338.5-2009軌道交通電磁兼容第四部分：信號(hào)和通信設(shè)備的發(fā)射與抗擾度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果完全滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

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作者簡(jiǎn)介：李海蛟（1982-），男，遼寧省葫蘆島市，沈陽(yáng)鐵路信號(hào)有限責(zé)任公司，學(xué)士，研究方向：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖方向。