如何有效控制電磁波對計量信號的干擾

劉東銘

【摘要】在工業(yè)化自動控制越來越普及的今天，變頻器等電器設(shè)備的應(yīng)用也越來越廣泛，同時，電磁干擾的問題也隨之而來。在上世紀(jì)80年代初期就有對電磁波對計量信號的干擾進(jìn)行說明的文獻(xiàn)。那么同樣如何有效的排除干擾、確保計量準(zhǔn)確性是我們需要面臨的問題。本文對電磁波控制系統(tǒng)中的干擾因素、干擾源頭及干擾類別，對現(xiàn)實進(jìn)行結(jié)合，提出較為有效的抗干擾電磁波措施從而對計量的準(zhǔn)確性進(jìn)行保證。

【關(guān)鍵詞】電磁波；計量信號；抗干擾措施

工業(yè)現(xiàn)場各種設(shè)備的運(yùn)行使得電磁干擾嚴(yán)重，工控機(jī)在這樣的環(huán)境里面臨著巨大考驗。工作中我發(fā)現(xiàn)，有些站上微機(jī)柜和變頻柜是相鄰安放的，雖然采取了很多抗干擾措施，有一定成效，但干擾問題仍然沒有得到完全有效的控制，有一部分站的脈沖量信號還是因受到干擾致使計量出現(xiàn)不準(zhǔn)確，需要經(jīng)常維護(hù)。例如有些站在布線時常常會把動力線和信號線放在一起，甚至用同一電纜，這樣做會影響信號計量的準(zhǔn)確性，一開始有屏蔽層，可能問題不大，但時間久了，有些出現(xiàn)破皮或者絕緣性下降信號干擾情況就會凸現(xiàn)出來了。如在對計量信號的干擾上，主要干擾的部分就是集中在元器件的連接部分，在一般情況下對計量信號的產(chǎn)生干擾的是電力傳輸電纜。因此在對計量信號器進(jìn)行安裝的時候一定要考慮其安裝距離，一般情況下離電纜最近的距離是5米以上。

1.干擾性電磁波有幾種類型以及產(chǎn)生和表現(xiàn)

1.1干擾性電磁波的類型有哪些

一般情況下對電磁波的劃分按七種類型進(jìn)行劃分，即按照電磁波的發(fā)生源頭進(jìn)行劃分、按照傳播的路徑劃分、按照工作的原理進(jìn)行劃分、按照發(fā)生的頻率進(jìn)行劃分、按照不同電源進(jìn)行劃分。對影響電磁干擾類別的人為因素進(jìn)行分析，主要有

1.2電磁干擾因何產(chǎn)生

電磁干擾是來自外部的噪聲和沒有利用價值的信號在其接收過程中所造成的，通常是通過兩種方式進(jìn)行傳播即以電路的方式傳播和借助場這兩種方式。對計量信號進(jìn)行干擾的來源主要有兩種：電磁干擾來源主要有兩方面：

1.2.1變頻器頻器變頻器在啟動時或者停止時產(chǎn)生輻射電場對其的干擾。非線性負(fù)載主要是說的整流橋?qū)φ麄€電網(wǎng)來說的，諧波一般會在工作中產(chǎn)生，諧波會對整個電網(wǎng)其他的設(shè)備、以及電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾。另外，變頻器的逆變器大多采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，當(dāng)其處在一個高速運(yùn)轉(zhuǎn)的切換情況下，大量具有耦合性的噪聲就會產(chǎn)生。因此，對系統(tǒng)內(nèi)其它的電子、電氣設(shè)備造成干擾的是變頻器。1.2.2來自動力線電磁波對信號線的干擾。原本動力線和信號線是分開的，且都有屏蔽，本不應(yīng)有明顯干擾，而由于有部分站在儀表電纜布線時因各種原因沒能將動力電纜與儀表電纜分開敷設(shè)，而是敷設(shè)在一起，有的甚至用同一電纜，時間久了，有些電纜出現(xiàn)破皮或者絕緣性下降信號干擾情況就會凸顯出來了，如二礦213注入站，220V交流電竄入信號線，結(jié)果把表給燒了。

1.3電磁干擾的表現(xiàn)

它會干擾脈沖信號的計量，一些感應(yīng)產(chǎn)生的電壓會被誤計量為有效脈沖信號，導(dǎo)致計量不準(zhǔn)確。變頻器的干擾問題主要體現(xiàn)在對計量信號的采集方面，主要體現(xiàn)在：電機(jī)在運(yùn)行過程中可能突然停機(jī)導(dǎo)致計量信號采集的缺失；電機(jī)運(yùn)行時快時慢，運(yùn)行速度不穩(wěn)定可能導(dǎo)致計量信號采集的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等等問題。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致，主要分電磁輻射、感應(yīng)耦合。具體為：對周圍的電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射；變頻器對相鄰的其他線路產(chǎn)生感應(yīng)耦合，感應(yīng)出干擾電壓或電流。同樣，系統(tǒng)內(nèi)的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。下面分別加以分析。

1.3.1對電磁輻射進(jìn)行分析。電磁輻射是指帶靜電荷的粒子在被加速時所產(chǎn)生的輻射，按照電磁波的頻率進(jìn)行分類，以低頻率和高頻率進(jìn)行劃分可分為無線電波、紅外線、可見光、紫外線以及微波，人眼可以看到的電磁輻射，其波長在380納米到780納米之間，因此電磁對人體的輻射無處不在，因此電磁波的輻射對人體造成的傷害是很嚴(yán)重的。并且人為造成的輻射包括所有的電氣設(shè)備，因此要想減少輻射，必須對電器進(jìn)行良好的選擇。1.3.2對感應(yīng)耦合進(jìn)行分析。對感應(yīng)耦合進(jìn)行的分析，感應(yīng)耦合是指，電力線路以及通信線路之間的耦合有電磁感應(yīng)。電磁耦合是指電力線路中流過電流的時候交變磁場會產(chǎn)生，并且在該磁場的附近的電話線路會出現(xiàn)一個電動勢，兩者之間的耦合強(qiáng)度和兩個線路之間的電阻大小有關(guān)。要是將土地作為返回的導(dǎo)線來說，電阻會隨著不平衡殘余電流環(huán)路面積的增加而不斷增加。并且還隨著諧波的增高而不斷增高。

2.哪些方法可以預(yù)防電磁干擾

對于工業(yè)系統(tǒng)形成的電磁干擾主要有三個方面，第一個是空間場對電磁的干擾，它一般是通過電磁波輻射進(jìn)入系統(tǒng)，第二個就是電源的干擾，對系統(tǒng)進(jìn)行直接的侵害，第三個就是信號干擾通道，通過對主機(jī)進(jìn)行相連且前后通道可以進(jìn)入系統(tǒng)。為了確保儀器自身的準(zhǔn)確可靠以及穩(wěn)定的運(yùn)行，必須對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采取相對完善的措施。

2.1盡量加大于干擾源的距離

電纜進(jìn)入采集器之前的信號線是沒有屏蔽層的，抗干擾能力較為薄弱，而且工作中我們發(fā)現(xiàn)，往往變頻柜和微機(jī)柜相鄰放置的站出現(xiàn)明顯告饒的情況比較嚴(yán)重，根據(jù)干擾的強(qiáng)弱與距離成反比的這個特性，把干擾源遠(yuǎn)離計量信號采集器應(yīng)該可以大幅減小變頻器對計量信號的影響。

2.2選用頻率不高的微控制器

選用頻率相對較低的微型控制器可以有效的提高系統(tǒng)抵抗干擾的能力以及對噪音的有效降低。據(jù)統(tǒng)計具有同樣頻率的方波和正弦波，其中高頻波的成分較多是方波，雖然方波的高頻率波的成分要比基波的小，但是實踐證明，頻率越高在進(jìn)行發(fā)射的時候產(chǎn)生噪音的幾率就會增大，而微波控制器在產(chǎn)生高頻噪音的幾率要大于時鐘頻率，因此要選擇好頻率較低的控制器

2.3選擇和敷設(shè)好電纜從過程中進(jìn)行濾波

選擇和敷設(shè)好電纜過程中要做好工作，一般來說在對電壓電力的電纜進(jìn)行敷設(shè)的時候應(yīng)該在電壓配電裝置器的電壓應(yīng)該在110千伏以上，并且在第二次回路是晶體管的保護(hù)設(shè)備時，就應(yīng)該采取以下措施來降低干擾，一般對控制電纜的時候可以選用金屬屏蔽。一般會采取這三種方法進(jìn)行防干擾，第一和高壓電力電纜并行的進(jìn)行敷設(shè)，要盡最大努力進(jìn)行遠(yuǎn)離。第二點，在對配電設(shè)備進(jìn)行裝置的時候盡量避免底面式無屏蔽槽溝的設(shè)置。第三點就是，在配電裝置內(nèi)電纜溝路路徑的選擇上，在沒有特殊要求的情況下，宜距離耦合電器、避雷針距離應(yīng)該設(shè)遠(yuǎn)些，在必要的情況下，可以沿著控制電纜并行敷設(shè)專有的屏蔽線。并且應(yīng)該注意電纜上應(yīng)該設(shè)置標(biāo)志牌，標(biāo)志牌上應(yīng)該詳細(xì)的表明線路的編號。要是，沒有編號就應(yīng)該對電纜的型號規(guī)格以及起止地點進(jìn)行標(biāo)明，并聯(lián)使用的電纜應(yīng)該注意有序排列，并且還要保證標(biāo)志牌的字跡應(yīng)該清楚，且標(biāo)志牌防腐蝕性要高。這樣才能對敷設(shè)好電纜進(jìn)行良好的保護(hù)。以防治電磁干擾。

3.結(jié)束語

如果采取以上改進(jìn)措施，應(yīng)該可以大幅降低現(xiàn)場干擾對計量信號采集的影響，加上之前的一些應(yīng)該抗干擾手段，系統(tǒng)運(yùn)行將更加可靠。通過分析電磁波對計量信號干擾問題，提出了我對解決這些實際問題的方法。電磁干擾是一個并不簡單的問題，因此在對抗干擾進(jìn)行設(shè)計的時候單方面的考慮問題是不正確的，一定要堅持“因地制宜”的設(shè)計原則，在平時工作中一定要做到具體問題具體分析，這樣才能促使計量信號更加準(zhǔn)確，也才能更好的保證控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.