自动化仪表的电磁兼容分析

高志伟

摘 要：近些年，我国生产行业发展日新月异，大大促进了国民经济增长，提高了人们的生活水平。但是，自动化仪表的电磁干扰问题也备受社会各界关注。为了降低电磁干扰对自动化仪表的影响，提高自动化仪表的电磁兼容性，必须采取有效技术措施，提高自动化仪表的抗电磁干扰能力。

关键词：

引言

随着科学技术的不断进步，自动化仪表在生产和生活中得到了广泛的应用，并逐渐向智能化、集成化、高频化发展。在自动化仪表给生产生活带来方便的同时，系统间及系统内的电磁干扰问题，引起了业界的关注。为评估产品的EMC性能，许多国家先后制定和颁布了标准，来强制要求厂家设计符合EMC标准的设备。目前我国自动化仪表EMC试验标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会归口，上海工业自动化仪表研究所负责起草，标准名称为GB/T18268-2000《测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求》，等同采用国际标准IEC61326：1997。

1 电磁兼容性（EMC）简介

1.1 电磁兼容概念

设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即该设备不会由于受到同一电磁环境中其他设备的电磁发射而导致或遭受不允许的降级;它也不会使同一电磁环境中其他设备因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。

1.2 电磁兼容三要素

无论是简单装置还是复杂的系统，形成電磁干扰必须具备三个基本要素，即电磁干扰源、耦合路径、敏感设备。干扰源是发射电磁能量的装置，耦合路径就是载有电磁能量的媒质，而敏感设备即容易受电磁能量干扰的装置。如果去除其中之一，干扰将不会发生。在进行产品的电磁兼容性设计时，就是要考虑这三方面，找到产生骚扰的根源，简单有效地消除干扰，保证产品稳定运行。

2 常见的电磁干扰环境

2.1 浪涌冲击

第一，很多大型负载设备通断过程中，会导致电网出现浪涌电压。这种电压波动虽然不会影响自动化仪表的硬件设备，但是可能会导致设备系统出现紊乱，产生无动作或者数据错误等问题。如果不能采取有效的电磁兼容技术进行防治，势必导致自动化设备出现损伤，缩短其使用寿命，增加后期维护保养成本。

第二，导致浪涌出现的另一个主因是雷电天气。近年来，因雷电导致电子设备出现损坏的事件屡见不鲜，虽然很多企业和工厂都加强了防雷电装置的设计，但是雷电造成设备软损伤的情况依然层出不穷。

2.2 大功率电力电子设备影响

很多自动化仪表都应用于大型工业厂区，而工业生产过程中势必存在大功率的电力电子设备，如直流电机、变频器等。这些设备会在工作时产生巨大的电磁干扰，影响自动化仪表，导致显示屏出现乱码或者误动作，测量精度下降，甚至导致设备的配电系统出现故障。

2.3 其他电磁设备的干扰

部分设备具有一定的对外辐射性，例如无线电广播、无线电收发机等。这些设备在工作过程中会发出一定辐射，影响周围自动化仪表的正常工作。

3 实例分析

载流X荧光分析仪是选矿生产的重要自动化仪表设备之一，但由于选矿厂的多种大型设备同时运行，工作环境中充斥着大量的电磁干扰，导致设备经常出现通信中断问题。根据现场调研，主要由于浪涌电压、ESD以及电快速脉冲群等电磁干扰，导致设备无法正常运行。

3.1 电快速瞬变脉冲群干扰试验

为了检查电快速瞬变脉冲群是否导致设备出现通信中断故障，本实验测试了自动化仪表设备的电源端口和信号线，基于±2000V的测试电压，重复频率约为5kHz，每300ms重复一次。根据试验结果来看，相关测试结果均符合标准要求，证明设备运行过程中没有受到电快速瞬变脉冲群的影响。

3.2 ESD电磁干扰试验

通过对自动化仪表设备的外壳、串口螺钉进行ESD电磁干扰测试，基于±800V空气放电测试电压和±6000V的接触放电测试电压，10次放电均未发现ESD电磁干扰问题。

3.3 其他射频设备辐射干扰试验

针对设备的电源线和通信线进行射频场感应传导抗扰度试验，基于10V/m的测试电压，频率为80～150kHz。经过测试，未发现明显的异常情况，说明设备未因其他射频设备的辐射干扰出现通信中断故障。

3.4 浪涌电磁干扰试验

针对自动化仪表设备的电源线、通信线进行浪涌电磁干扰试验，基于±1000V的测试电压，采用差模注入方式。测试发现，电源线存在明显的电磁干扰故障，说明导致设备出现电磁兼容性问题的主因在于浪涌电磁干扰。通过进一步测试发现，涌浪电磁干扰对设备的影响是一个累积的过程。载流X荧光分析仪在工作中虽然出现了通信中断故障，但重新通电后设备可以正常工作。试验过程中，通信出现中断后，重新通电后设备无法正常运行，更换电源模块后设备恢复正常，说明涌浪电磁干扰不仅会影响设备的正常运行，而且会导致设备硬件出现故障。普通滤波器无法有效抵抗浪涌的高能量冲击，必须采用专用的浪涌抑制器件。通过与电源模块并联设置，吸收和转移超出设备承受能力之外的电压，达到保护设备、提高设备电磁兼容性的目的。通过设置浪涌抑制器，大大提高了自动化仪表的浪涌抵抗能力。经过连续半年的现场考察，整改后的载流X荧光分析仪在运行过程中未出现通信中断故障。

4 结语

综上所述，电磁干扰会对自动化仪表的正常运行造成巨大危害，严重影响了工业生产的自动化、智能化发展。相关工作者必须重视电磁兼容设计分析，不仅要在产品设计阶段对产品的元器件、电路板、外壳以及配线等进行科学合理的抗干扰设计，而且要积极研究各种电磁干扰源的运行原理，通过科学试验找出影响设备运行的原因，并采取有效的技术手段提高自动化仪表的电磁兼容性，确保设备健康良性运行。

参考文献

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