電梯控制系統(tǒng)抗干擾分析與措施

摘要：電梯的控制系統(tǒng)大量使用的場所容易受到外部和內(nèi)部的電磁干擾。控制系統(tǒng)性能不穩(wěn)定將會(huì)造成電梯的故障頻發(fā)，大大降低電梯的舒適性和安全可靠性。電磁環(huán)境惡化給電梯運(yùn)行環(huán)境帶來的影響已不容忽視。對(duì)于已經(jīng)選用或投入使用的電梯，其設(shè)計(jì)或選用的控制電路、控制方式、系統(tǒng)組成均已成型并進(jìn)入使用過程。隨著電磁環(huán)境進(jìn)一步惡化、設(shè)備老化等因素，必須保證或改善電梯的電磁兼容性。

Abstract： The place where the elevator control system is widely used is vulnerable to external and internal electromagnetic interference. The unstable performance of the control system will cause frequent failures of the elevator， which will greatly reduce the comfort and safety reliability of the elevator. The influence of electromagnetic environment deterioration on elevator operation environment can not be ignored. For the elevator that has been selected or put into use， the control circuit， control mode and system composition designed or selected have been formed and entered into the use process. With the further deterioration of the electromagnetic environment， equipment aging and other factors， the electromagnetic compatibility of the elevator must be guaranteed or improved.

關(guān)鍵詞：電梯控制系統(tǒng);電磁干擾;隔離;濾波;接地

Key words： elevator control system;electromagnetic interference;isolation;filtering;grounding

中圖分類號(hào)：TU857 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）15-0268-02

1 ?電磁干擾的基本理論

1.1 電磁兼容性

電磁兼容性（EMC）的定義是：電氣控制系統(tǒng)或機(jī)電設(shè)備在所處的電磁環(huán)境中能不受干擾，同時(shí)不對(duì)其他系統(tǒng)和設(shè)備造成干擾。因此，電磁兼容性包括兩個(gè)方面的要求，一是指系統(tǒng)或設(shè)備在工作運(yùn)行中對(duì)所在的電磁干擾應(yīng)具有一定程度的抗干擾能力;另一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生超過一定的限值電磁干擾。

1.2 形成干擾的主要因素

產(chǎn)生干擾的器件、設(shè)備或信號(hào)。電網(wǎng)諧波、鎮(zhèn)流器、變頻器、開關(guān)電源、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等設(shè)備通過導(dǎo)線敏感器件的通道或媒介傳播到信號(hào)中，形成為干擾源，而干擾電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 ?電磁干擾分析

造成電梯電氣控制系統(tǒng)電磁干擾原因主要有：電梯電控系統(tǒng)中傳輸通道或耦合途徑、電磁干擾源、敏感設(shè)備。電磁干擾源有可能是不帶任何信息即與任何信號(hào)都無關(guān)的電磁現(xiàn)象;也可能是電磁噪聲，也可能是其他無用的信號(hào);其產(chǎn)生于電壓、電流的急劇變化。

而電梯控制系統(tǒng)受到的干擾源來自于系統(tǒng)外部設(shè)備和系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備兩個(gè)方面，也就是系統(tǒng)內(nèi)干擾和系統(tǒng)間干擾?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)部的干擾源主要是印制板電路中的電子元件和集成芯片包等，只要有脈沖電流流過，都有可能向外發(fā)射電磁波，對(duì)周圍的其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾;同時(shí)系統(tǒng)外部所帶來的干擾源主要是控制系統(tǒng)的通信設(shè)備和電子設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生相互嚴(yán)重干擾，也可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，造成設(shè)備不能工作甚至燒毀。因此，控制系統(tǒng)中任何一個(gè)電子設(shè)備都可能成為一個(gè)干擾源。

電磁干擾按傳播途徑可以分為輻射干擾和傳導(dǎo)干擾兩種。輻射干擾是通過空間以電磁波形式把其信號(hào)耦合（干擾）到另一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)。如電子元件的信號(hào)線、集成電路的引腳、各類接插接件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作;傳導(dǎo)干擾是指通過一般的導(dǎo)體傳播，把一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)干擾到另一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)信號(hào)上。

3 ?抗干擾的措施

為了保證電梯的控制系統(tǒng)整機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容性，必須對(duì)所產(chǎn)生的大量干擾源進(jìn)行抑制，保證電源電路、控制電路、通訊電路、驅(qū)動(dòng)控制電路等正常運(yùn)行。設(shè)法降低電磁波輻射源或傳導(dǎo)源、切斷耦合路徑和增強(qiáng)設(shè)備的抗干擾能力。要保證電磁兼容性必須從電梯的設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)及運(yùn)行管理各環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，盡可能將干擾降到最低限度。對(duì)已經(jīng)選用或投入使用的電梯，其機(jī)械、電氣部件等構(gòu)成部件均已成型，要保證電磁兼容性就只能在抑制干擾源和消除傳播或耦合的途徑上防范電磁干擾。

目前防止電磁干擾主要有以下三種措施，即屏蔽、濾波和接地?，F(xiàn)在就將電梯控制系統(tǒng)防止電磁干擾所經(jīng)常采用的隔離屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)、接地技術(shù)作一些分析。

3.1 隔離技術(shù)

隔離技術(shù)主要是通過隔離元件把噪聲、電磁干擾信號(hào)的路徑切斷，從而達(dá)到抑制噪聲干擾的效果?，F(xiàn)電梯控制系統(tǒng)常采用的隔離技術(shù)，主要包括磁電隔離、光電隔離、機(jī)電隔離等。其控制系統(tǒng)也相應(yīng)分布在控制柜、井道和轎廂三個(gè)空間;控制信號(hào)傳輸和線路連接較遠(yuǎn)，容易受到電磁干擾。因此在控制系統(tǒng)的各單元之間的線路連接、遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸、電源輸送等設(shè)備上廣泛地采用屏蔽隔離措施，絕大多數(shù)電路都能夠取得良好的抑制噪聲的效果，使設(shè)備符合電磁兼容性的要求。因此在進(jìn)行這些設(shè)備的安裝時(shí)，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離控制系統(tǒng)減少干擾。低壓電線電纜應(yīng)避免與其他控制電纜長距離平行走線，例如曳引電動(dòng)機(jī)的電纜與旋轉(zhuǎn)編碼器電纜盡量保持間距;低壓電源線盡量與信號(hào)線保持距離等。如果相互產(chǎn)生干擾的電纜布線交叉時(shí)，應(yīng)盡可能使它們按架空或線套管等隔離布置，充分利用布線技術(shù)改善電磁干擾。

實(shí)踐證明，屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效辦法。因此，在電梯安裝維護(hù)時(shí)，應(yīng)充分重視。例如：信號(hào)線采用雙芯屏蔽線，并與主控電路和控制電路分離，不設(shè)置在同一管（槽）內(nèi);屏蔽罩必須可靠接地;動(dòng)力輸出線采用鋼管屏蔽或采用屏蔽電纜等等。

3.2 濾波技術(shù)

濾波器濾波技術(shù)按功能用途主要是通常把濾波器分為信號(hào)線濾波器和電源線干擾濾波器兩大類。信號(hào)線濾波器允許有用信號(hào)無衰減通過，同時(shí)大大衰減雜波干擾信號(hào)。電源線干擾濾波器常常又分為信號(hào)線EMI濾波器、電源線EMI濾波器、隔離EMI濾波器等幾類。

電梯的控制系統(tǒng)常采用電磁干擾（EMI）濾波器進(jìn)行抑制來自系統(tǒng)外部和內(nèi)部的傳導(dǎo)干擾。其中電源線是電磁干擾傳入設(shè)備和傳出設(shè)備的主要途徑。通過電源線，電網(wǎng)線上的干擾源可以傳入設(shè)備，干擾設(shè)備的正常工作。為了防止這兩種情況的發(fā)生，在電梯電氣系統(tǒng)的電源輸入端串聯(lián)EMI濾波器濾除外來干擾，在曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻器的電源輸入端、開關(guān)電源、門機(jī)系統(tǒng)的變頻器板、層樓顯示等遠(yuǎn)程站的電源部分和各控制電路板的電源電路串聯(lián)EMI濾波器抑制系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。

濾波器對(duì)電磁干擾的抑制作用不僅取決于濾波器的設(shè)計(jì)和它的工作條件，很大程度上還取決于安裝情況。這是考慮到除了通過電源線的傳導(dǎo)會(huì)傳輸電磁干擾外，還會(huì)將電磁干擾輻射出去，對(duì)附近的敏感元件造成輻射耦合。因此，在電梯控制系統(tǒng)安裝使用EMI濾波器時(shí)要考慮如下幾點(diǎn)：①有濾波線與未有濾波線分組，在端口濾波的電纜和不濾波的電纜應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，防止發(fā)生的耦合現(xiàn)象;②濾波器的接地線要盡可能的短;③在布線時(shí)就要注意在電纜端口處留出一塊濾波器的安裝地。如果直接將電纜連接到這種地線上，會(huì)造成嚴(yán)重的共模輻射問題;④濾波器的安裝位置也需要考慮，一般選在電源入口處，達(dá)到縮短輸入線在控制柜的長度、減小對(duì)控制柜內(nèi)其他元件的輻射干擾。必要時(shí)可以使用線套管，隔離近場干擾;⑤濾波器的輸入輸出線必須有一定距離，保證輸入和輸出線之間不存在耦合，連線宜選用雙絞線;⑥濾波器的金屬外殼與控制柜都必須保證良好接觸，并且要求與金屬機(jī)殼大面積接地。

3.3 接地技術(shù)

接地技術(shù)的應(yīng)用，主要目的是防止雷電和故障原因引起的相線（如電線絕緣不良，線路老化等）與設(shè)備外殼碰觸時(shí)，能將有危害的電流經(jīng)PE線連接到大地，起到保護(hù)設(shè)備和人身安全的作用。在電梯的控制系統(tǒng)中，接地除了保護(hù)設(shè)備和人身安全的作用外，各個(gè)設(shè)備之間信號(hào)的鏈接也要求有一個(gè)基準(zhǔn)“地”作為信號(hào)的參考地，保證電路系統(tǒng)穩(wěn)定工作;還有信號(hào)傳輸時(shí)之間的互擾等電磁兼容問題，接地不當(dāng)會(huì)降低防止電磁干擾采用的屏蔽和濾波措施的效果，嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。接地技術(shù)不僅是電梯設(shè)備的重要安全防護(hù)措施，也是設(shè)備電磁兼容技術(shù)的重要內(nèi)容之一，有必要對(duì)其進(jìn)行分析并合理運(yùn)用。

接地的目的有三個(gè)方面：一是保證設(shè)備和人身安全，防止雷電和漏電造成的設(shè)備和人生傷害;二是接地可以讓整個(gè)電氣控制系統(tǒng)中各單元都有一個(gè)公共的參考零電位，保證系統(tǒng)穩(wěn)定地工作;三是防止電磁干擾。良好的接地方式可以很大程度上抑制設(shè)備內(nèi)部電磁干擾的耦合，通過旁路干擾信號(hào)來提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力，而不合理的接地反而會(huì)引入了電磁干擾，比如共地線干擾、地環(huán)路干擾等，從而導(dǎo)致設(shè)備工作不正常。按其作用可以分為：工作接地、保護(hù)接地和防靜電接地。保護(hù)接地也叫做安全接地，是防止因絕緣損壞導(dǎo)致人身和設(shè)備損害而設(shè)置的接地;防靜電接地是為了防止靜電對(duì)易燃易爆物質(zhì)產(chǎn)生作用而設(shè)置的接地。

電梯的電氣控制接地系統(tǒng)根據(jù)各單元電路存在電磁干擾的強(qiáng)弱、信號(hào)電流的大小和電源類別分為信號(hào)地、功率地和機(jī)殼地三套。而對(duì)電梯的曳引主機(jī)、限速器、控制柜、導(dǎo)軌、線槽或金屬線管、門機(jī)箱、電源箱、接線箱、變壓器等機(jī)械和電器部件的金屬構(gòu)件進(jìn)行的接地連接。三套系統(tǒng)分別自成系統(tǒng)，采用單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地兩種方式進(jìn)行連接。最后用截面積較大的接地母線匯集于一點(diǎn)，與系統(tǒng)相連，系統(tǒng)地通常為真正的大地。

大量因接地不當(dāng)嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性的實(shí)踐證明，構(gòu)成系統(tǒng)的不同功能電路模塊接地措施的合理性，是控制系統(tǒng)系統(tǒng)電磁兼容性的重要保證。因此，從接地可靠性出發(fā)，接地連接導(dǎo)線應(yīng)保證有足夠的截面積和強(qiáng)度，接地設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能減小接地阻抗。同時(shí)避免接地不當(dāng)造成環(huán)路干擾。連接時(shí)應(yīng)盡可能靠近PE端子直接接地，或連接它自己的外部導(dǎo)體端子（即：將接地線直接接在大地上或者接在一個(gè)作為參考電位的導(dǎo)體上）。對(duì)變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器等受干擾比較突出的敏感設(shè)備，它的電纜線的屏蔽層必須接地，還應(yīng)避免接地導(dǎo)致的干擾反而比不帶屏蔽層的電線更容易輻射干擾信號(hào)的情況發(fā)生。

4 ?結(jié)束語

通過從以上幾個(gè)方面探討了有關(guān)電梯控制系統(tǒng)的抗干擾問題，主要分析了隔離、濾波和接地三種解決電磁干擾的技術(shù)和措施。鑒于電梯設(shè)備因品牌不同其控制系統(tǒng)的具體構(gòu)成差異較大，未做更詳細(xì)地討論，但是其基本原理和結(jié)構(gòu)模塊對(duì)于通過上述三種抗干擾措施解決電磁兼容性的問題是相同的。經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為電梯控制系統(tǒng)的抗干擾措施根本在硬件結(jié)構(gòu)，因此合理組合運(yùn)用這三種抗干擾技術(shù)十分重要。

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基金項(xiàng)目：本文系2018年國家高技能人才培訓(xùn)基地建設(shè)——電氣自動(dòng)化設(shè)備安裝與維修專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：L20190401）的研究成果之一。

作者簡介：王曉勇（1982-），男，廣西桂林人，從事職業(yè)教育工作，主要擔(dān)任機(jī)電類專業(yè)的教師，廣西機(jī)電技師學(xué)院（柳州）一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師。