自动化仪表的电磁兼容分析

2021-12-31霍晓涛

科学与信息化 2021年10期

霍晓涛

天津视讯云光电科技有限公司天津 300392

随着社会进程的不断推进，科学技术设备开始渗透于人们生产生活的方方面面，自动化仪表也越来越被工农业生产活动和人们的日常活动所青睐，并使整个社会的经济发展得到显著提高。自动化仪表的广泛使用为社会活动带来便利，但其故障情况也同样会给整个社会的生产生活行为带来困境，尤其是电磁干扰对自动化仪表使用的影响，近年来一直被社会各界广泛关注。因此，对自动化仪表的电磁兼容性进行分析设计，从而降低电磁干扰对自动化仪表的影响就具有重要意义。

1 电磁兼容性概述

1.1 电磁兼容性简介

电磁兼容性（EMC）是指处在同一批生产环境中的电子生产设备，在相同的电磁环境下，可以不受其他设备干扰同时发挥其各自功能作用[1]。这种兼容性，一方面不会受到同一电磁环境下其他设备的输出信号干扰；另一方面也能保证自己释放的电磁信号不会影响到其他设备。电磁兼容性是一项重要的安全检测指标，电磁兼容性数据保障的是人身安全和使用环境安全。

1.2 常见电磁干扰环境

电磁干扰的三个要素包括干扰源、耦合路径和敏感设备。干扰源的作用是将能量发射出去，常见干扰源包括自然干扰和人为干扰两种，比如来自太阳系的电磁干扰就属于自然干扰，家用电器、通信、广播就属于人为干扰；耦合路径是一种传播承载介质；敏感设备指的就是受到电磁干扰的设备，敏感设备的故障区通常在二次仪表或分系统、交流供电电源等。要想保证自动化仪表的平稳运行，就要通过对以上三个要素的分析设计，检测出自动化仪表的电磁兼容性，从而采取有效手段降低电磁干扰。①大功率设备干扰。自动化仪表最广泛的使用区域为大型工业区，这些工业区的操作环境一般会存有较多的大功率电子设备，如变频器等。大功率的电子设备在进行生产活动时其产生的电磁干扰也是超负荷的，自动化仪表显示屏在此干扰下通常会产生乱码，甚至是误动作，从而使其功能下降，极有可能影响其配电系统的正常使用。②浪涌干扰。浪涌电压的出现场景一般有两个，一是电网在有大型设备通断时会出现浪涌电压，这种电压不会直接性的导致自动化仪表的故障，但会使其出现数据错误等问题，减少自动化仪表的使用寿命；二是雷雨天气下也会有一定概率出现浪涌电压，雷电给电子设备带来的损伤更为直接，且力度较大，修复成本极高。③电快速瞬变脉冲群干扰。自动化仪表短时间内如果频繁进行通断操作，可能会导致电快速瞬变脉冲群的频繁出现，这种脉冲群会对设备开关造成损伤，影响其正常使用。④其他干扰。电磁干扰还包括很多种情况，如操作人员在操作时自身带有静电，这种电荷也会影响设备的正常使用；还有一些设备在运作时会带有对外辐射性，给周围的自动化仪表设备带来干扰等等[2]。

2 电磁兼容性设计

2.1 电磁兼容性检测

EMC的检测条件包括检测场地和检测设备两种，场地常常有开阔场、屏蔽室等。检测内容包括对电磁干扰的测量和对对抗干扰的测量。电磁干扰的测量指标一是通过空间传播的干扰，二是通过电源端产生的干扰；对抗干扰包括的内容较多，如由射频场引起的传导、阻尼振荡磁场等。我国的电磁兼容检测标准包括基础标准、通用标准、产品类标准和系统间标准四类，共73个，均符合国际标准及我国实际国情。目前根据测量标准和设备情况，工业类的自动化仪表设备可以实现事先检测，进而对自动化仪表设备进行优化升级，保证其正常投入使用。

2.2 设计要点

电磁兼容设计的设计要点包括三个方面，分别是滤波、屏蔽和接地。①滤波。滤波在抗电磁干扰中的作用是通过对电感、电容、电阻的有效排列，获得有使用价值的信号频率分量进行干扰隔绝来实现的。这一设计中一方面要注意最大程度缩短滤波器输出路线；另一方面可以选择增加滤波器回路来增强防护作用。②屏蔽。屏蔽在抗电磁干扰中的作用是通过选择导磁导电材料制作自动化仪表的显示屏及外壳实现的，外壳和显示屏相当于一个简易的屏蔽器，将电磁屏蔽在外。在设计中可以选择电屏蔽、电磁屏蔽、磁场屏蔽等方式。③接地。接地在抗电磁干扰中的作用是通过将自动化仪表设备与地面导通实现的，设备中元件零电位的联通可以看作是一个地面参考点，在耦合路径中将干扰电流导入地面，不使这种电磁干扰停留在自动化仪表中，从而保证设备的正常使用。

2.3 电磁兼容分析设计

（1）浪涌电磁干扰试验。试验中，对受试设备的电源线差模注入模拟雷电流的测试电压，结果显示该电源线受干扰程度严重。对抗该种浪涌电磁干扰，通常可以使用三种零部件，一是气体放电管，可以吸收高压电流并进行可控释放；二是压敏电阻，可以释放部分高压电流；三是快速钳位二极管，可以快速释放少量高压电流。

（2）电快速瞬变脉冲群电磁干扰试验。试验中，对受试设备的电源端口和信号线重复注入高于雷电流测试电压一倍的电压，结果显示自动化仪表设备无明显故障，少数设备出现数据丢失等状况。对抗该种电磁干扰，通常可以使用以下几个方法，一是正确选用和安装电源滤波器；二是分类捆扎、敷设导线和电缆；三是安装瞬态骚扰抑制器等[3]。

（3）射频场感应传导电磁干扰试验。试验中，对受试设备的电源线和通信线输入制定频率和数值的测试电压，结果显示自动化仪表设备无明显故障，少数设备性能降低。对抗该种电磁干扰，可以在电源线端口使用滤波器；也可以使用带有屏蔽功能的信号线等[4]。