雷電對弱電設備的干擾與防護

4 過程通道抗干擾措施
由自動化裝置構成控制系統(tǒng)中必須妥善解決好接口信號的隔離，抑制傳輸過程中產生的各種干擾，才能使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。接口與過程通道是自動化裝置和外部設備、被控對象進行信息交換的渠道，對于接口和過程通道侵入的干擾主要是因公共地線引起。其次，在信號微弱和傳輸線路較長時還會受到靜電和電磁波的干擾。目前在自動化控制系統(tǒng)中，對于數字輸入信號，大部分都利用光電隔離器，也有一些使用脈沖變壓器隔離和運算放大器隔離。對于數字輸出信號也是主要采用光電隔離器。對于模擬量輸入信號，則許多場合下采用調制一解調式隔離放大器、運算放大器等，模擬量輸出信號隔離則可采用直流電壓隔離法及變換隔離法等。
1)光電耦合技術
光電耦合器是利用光傳遞信息的，它是由輸入端的發(fā)光元件和輸出端的受光元件組成，輸入與輸出在電氣上是完全隔離的。其體積小、使用簡便，視現場干擾情況的不同，可以組成各種不同的線路對干擾進行抑制。
(1)應用于輸入輸出的隔離
光電耦合器用在輸入、輸出間隔離情況下，線路是很簡單的，由于避免形成地環(huán)路，而輸入與輸出的接地點也可以任意選擇。這種隔離的作用不僅可以用在數字電路中，也可以用在線性(模擬)電路中。
(2)用于消除與抑制噪聲
光電耦合器用于消除噪聲是從兩個方面體現的：一方面是使輸入端的噪聲不傳遞給輸出端，只是把有用信號傳送到輸出端。另一方面，由于輸入端到輸出端的信號傳遞是利用光來實現的，極間電容很小，絕緣電阻很大，因而輸出端的信號與噪聲也不會反饋到輸入端。使用光電耦合器時，應注意這種光電耦合器本身有 10～30pF的分布電容，所以頻率不能太高。另外在接點輸入時，應注意加RC濾波環(huán)節(jié)，抑制接點的抖動。另外，用于低電壓時，其傳輸距離以1OOm以內為限、傳輸速率在10kbps以下為宜。
2)脈沖變壓器隔離
脈沖變壓器原付邊繞組匝數很少，分別繞制在鐵氧體磁芯的兩側，分布電容僅幾微微法，可作為脈沖信號的隔離器件。對于模擬量輸入信號，由于每點的采樣周期很短，實際上的采樣波形也為一脈沖波形，也可實現隔離作用。這種脈沖變壓器隔離方式，線路中也應加濾波環(huán)節(jié)抑制動態(tài)常模干擾和靜態(tài)常模干擾，這種脈沖變壓器隔離方式已被用于幾MHz的信號電路中。
3)模／數變換隔離
模／數變換隔離電路，在自動化控制系統(tǒng)中常在現場就地進行模／數轉換，利用模／數轉換器將易受干擾的模擬信號轉換為數字信號進行傳輸，在接收端在采用光電隔離，以增強其在信號傳輸過程中的抗干擾能力。而模／數轉換器的安裝位置，怎樣才能有效地抑制干擾，是實際應用中很具體的問題。對于在工業(yè)生產現場應用的環(huán)境中，一是可以考慮將模／數轉換器遠離生產現場，放置主控室。二是將模／數轉換器放在生產現場，遠離主控室，兩者各有利弊。
將模／數轉換器放置于主控室，便于把模／數轉換器產生的數字信息傳送到控制系統(tǒng)的處理器，而主機的控制信息傳送給模／數轉換器也很方便，因而利于轉換器的管理。但由于模／數轉換器遠離生產現場，使得模擬量傳輸線路過長，分布參數以及干擾的影響增加，而且易引起模擬信號衰減，直接影響轉換器的工作精度和速度。將轉換器放置于生產現場，雖然可解決上述問題，但數字信息傳輸線路過長，不便于轉換器的管理。這兩種方案的主要問題還在于，在控制系統(tǒng)與控制對象之間存在公共地線，即使采用同軸電纜作為傳輸媒介，也會有產生現場的干擾進入計算機中，影響整個系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定工作。顯然這兩種方案都不適合在現場環(huán)境工作。為了有效地解決工業(yè)生產環(huán)境下，采用光電隔離是比較行之有效的方案。為保證模／數轉換器能可靠運行，并獲得精確的測量結果，把模／數轉換器放在靠近現場一側。為了有效抑制干擾，采用雙套光電偶合器，使得模／數轉換器與主機之間的信息交換均經過兩次電一光一電的轉換。一套光電耦合器放在模／數轉換器一側，一套光電耦合器放在主機一側。系統(tǒng)中有三個不同的地端，一是主機與I／O接口公用的“計算機地”，一個是傳輸長線使用的“浮空地”，另一個是模／數轉換器和被控對象公用的“現場地”。采用這種兩次光電隔離的辦法，把傳輸長線隔浮在主機與被控對象之間，不僅有效地消除了公共地線，抑制了由其引進的干擾，而且也有利于解決長線驅動與阻抗匹配的問題這樣就保證了整個控制系統(tǒng)的可靠運行。