Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 36
Текст из файла (страница 36)
чтобы создать для электронного оборудования среду, максимально свободную от наводок, постоянно проводится множество исследований и раз б, Ц ний и „азра оток. с!елью явля- ется достижение электромагнитной совместимости ( (,Г ти (е ес тотпа8пег|с сотраг|Б|7|ту— ЕМС) в рамках электрических цепей, а также между различными цепями и система- ии.Электрический п ибо ол н, р р д же, с однои стороны, быть нечувствительным к внеш- ним помехам и, сд той сто о ь, ру " р н |, не должен генерировать помех, которые могут ока- зать влияние на другую аппарату у. УР резистивная связь Ког тр х устройств одновременно имеют общий источник да несколько элек онны гу возникать взаимодействия резистивного харакитания и общее заземление, мо т воз а.
Довольно часто встречающиеся исто ц источники помех — плохо заземленные злекгигатели и преобразователи частоты готы с полупроводниковыми вентилями. Один из электронного б о ов избежать такого типа взаимо модействия — обеспечить для чувствительного зто гальвани Ронного оборудования вы елен д ный источник питания. Другая возможность— иая элскт ьвавическая развязка источник ков питания и аппаратуры. В этом случае пряктрическая связь меж яовани ем отсутствует, ду различными источниками питания и электро б раз, р о ору- ~ример 4 9 Первключ ючаемый конденсатор р ючаемый конденсато ! ! Перека ой развязки ( р (! у|л8 сарас(тот) — это пример гальваничесязки (рис.
4.23). Конденсата Рез два пе р присоединен к источнику напряжения а переключателя, т. е, он и меет тот же потенциал, что и источник наия. одача напряжения на в ыхол обеспечивается с помощью переклюРедств 'аким образом, исто венно с послед ю ей очник напряжения никогда не соединяется н е непос- |вР п ереключает (умея') у шей цепью, например входом компьютера. К т ра.
онденсат ('/|еэ") входное напряжение на выходную цен|,. 158 159 Глава 4, ВхоД и выхоД физических лро ээ ние и передача сигналов " " ' 45. пасовал Ы(М. () й пз Рис. 4.23. Развязка цепей с помощью переключаемого конденсатора Конденсатор заряжается от источника напряжения. После переключения контакта 51 и 52 выходное напряжение конденсатора равно напряжению источника. Аяалогиь но, две системы заземления никогда не соединяются Емкостная связь Между двумя проводниками или между проводником и источником помех пня всегда существует емкостная связь, которая возникает из-за того, что переменноеь пряжение наводит в проводнике ток й пропорциональный производной напряжав по времени где С вЂ” величина емкости.
Емкостные связи должны быть сведены до минич( ' ищк Они уменьшаются с увеличением Расстояния между проводниками. Распространенный способ борьбы с этим явлением — защитный электростат татиээ . тзя кий экран. Экран должен быть заземлен, чтобы его потенциал равнялся нулю. п исэе' мера обеспечивает хорошую защиту, хотя на концах кабеля, где проводник пр ком и ьюзэр нен к датчику или к электронным схемам, например к входному порту ком1 ах акрах" могут возникнуть некоторые проблемы, Причина в том, что в этих местах .
Ра ' нных охозе полностью закрывает и защищает проводник. На небольших, незащищенны но делать" ных участках могут возникнуть слабые емкостные связи, поэтому важно д кие участки как можно короче. Индуктивная (магнитная) связь Проводник с током индуцирует вокруг себя магнитное поле с напря женногл йстввз' о напальной величине тока. Соответственно, магнитное взаимоде чительл здает серьезные проблемы вблизи силовых кабелей, по которым текут значите токи.
еремсннь " . П сменный ток возбуждает переменное магнитное поле, которое в свою ~ ззз' аво ит э.д.с. индукции в другом проводнике, пересекающем поле, По зз ин к зяв' индукции при заданной величине взаимной индукции М между проводникам пряжеп — р; инлуцируемое в проводнике, есть другого проводника. е( — токдргде „яник, в котором наводится э.д.с., представляет собой часть замкнуторсли проис в нем будет циркулировать ток.
Этот индуктивный ток пропорционаго контура то и, охватываемой проводниками, через которую проходит магнитный зея плошади поток. С,„ествуст несколько способов уменьшить влияние индуктивных связей. ПлоСушеств „тура, сцепленного с магнитным потоком, можно уменьшить, используя виюздь конту тые пров повода; уменьшение этой площади означает снижение индуцируемого напря,кения. „я, более того, пРи скРУтке "изменЯетсЯ знак ' потокосцеплениЯ на каждом витке, так что что результирующее потокосцепление становится незначительным. Собственно тому применяется кабель на основе витой пары, а не просто состоящий из параллельных проводников.
Проводник, по которому передается измерительная информация, должен быть расположен как можно дальше от источников помех. В частности, чувствительные электронные приборы не должны размещаться вблизи трансформаторов и индукторов. Кабели должны располагаться таким образом, чтобы возможные поля помех распространялись вдоль них. Необходимо следовать двум простым правилам; во-первых, низковольтные сигнальные кабели и высоковольтные силовые кабели не должны прокладываться вблизи друг друга в одних и тех же каналах и, во-вторых, сягзэльные и силовые кабели должны пересекаться, если ато неизбежно, только под прямым углом.
Магнитное поле можно ослабить экранированием. Медный или алюминиевый эк ан им р н имеет очень высокую проводимость, и, благодаря возбуждению магнитным полем вих вихревых токов в экране, магнитныи поток ослабляется. Экран можно выпОлнить из и ть из материала с высокой магнитной проницаемостью, например из железа. Магнитный ный экран часто бывает довольно объемным, поскольку для демпфировазяя ыагнитног тного потока требуется достаточная толщина стенок. Поэтому экранироээззе использ ные поля ользуется в основном для аппаратуры, генерирующей сильные магнит- Г)ракгиче " ские советы (чНегзисаные законы") Вэ ээек 'же дан пе еч еречень некоторых из основных правил для уменьшения влияния "елн и ектромагнитны х нав ых наводок на измерительное оборудование (датчики, сигнальные ка' " и обрабатываю и вающие электронные схемы).
Очевидно, что в первую очередь следует: интенсивность источника помех. снизить ле в эл „ее важный шаг, поскольку он позволяет резко уменьшить влияРвгяй и наиболее ва )( м"х и, соответственно, ослабить требования к другим защитным мерам. у"ие помехооб аз р зующие факторы, влияние которых должно быть сведено муму "эльз ьваничсская связь; Расст„ тояние до источника помех; - часто отный спектр помех. ование и передача сигналов , Согласов ГЛаВа 4. ВХОД И ВЫХОД фИЙИВВФИЫХПРОц 160 4.5.4.
Сигнальное заземление соединительный кабель вольвлыввнр Р2 выходной свивал вв юп Для уменьшения влияние емкостных связей необходимо: — применять экранированный кабель; — минимизировать длину неэкранированных участков на концах кабеля, Влияние магнитных связей уменьшается, если: — используется витой кабель, так как уменьшается пловцадь магнитного и з позеь охватываемая проводником, а ориентация поля постоянно изменяется; — подключены несколько датчиков, так как для каждого из пих использ,, Рево своя витая пара; — силовые и сигнальные кабели проложены раздельно; сигнальные кабели р ложены на достаточном расстоянии от источников помех; — низковольтные и высоковольтные кабели пересекаются под прямым углвш Заземление (еаггйтд, дгоипйпя) представляет собой физическое.
присоедвнев нескольких цепей к общему потенциалу. Сигнальное заземление соответствует се зданию точки общего нулевого потенциала для измерительных сигналов. Теорвзв чески все точки, которые должны быть заземлены, присоединяются к этому вулевв му потенциалу без каких-либо сопротивлений или индуктивностей. К сожалению в практике это невыполнимо. Проблемы, связанные с низким качеством заземленив являются наиболее распространенными, и именно их труднее всего обнаружить. Эк справедливо и для небольшой электронной схемы, и для большого предприятия.
Рвс. 4.24. Простая измерительная система с двумя заземлениями На ис. 4.24 представлена простая измерительная система с источником м напР' Р е стры жения о., присоединенным к заземлению Рп н собственно измерительные у ства, присоединенные к заземлению Р2. Два отдельных заземления редко и. У меют евв паковый потенциал, поэтому между ними существует ток утечки. В Вол ьтвпп г.'' покажет не правильное значение напряжения о„а искаженную величину В б х н сложных системах часто иыеются отдельные заземления для дат чпм ольши емен и.
В кабелей, компьютерного оборудования, силовых элементов н шасси аппаратуры эти отдельные системы заземления должны быть присоединены к общей точке ззз" лепвия, как это показано оа рнс. 4.25. рве, 4,25. Общее ззземление для различных компонентов системы [1рактическое правило для кабелей, по которым передаются аналоговые сигналы, — заземление должно быть как можно ближе к источнику сигнала, т, е. датчику. Конечно, это может создать трудности в крупных технических системах с большим количеством длинных кабелей.
Желательно изолированное заземление компьютерного оборудования, поскольку цифровые системы как излучают, так и легко воспринимают высокочастотные сигналы. Более старые аналоговые системы сбора данных по большей части подвержены влиянию низкочастотных паводок. раздельное заземление рекомендуется производить для репейных схем, двигателей н других устройств, которые потребляют большие токи. Наконец, шасси аппаратуры должны быль присоединены к отдельному заземлению, а это последнее — к общему заземлителю, Экраны сигнальных кабелей обычно также заземляют.
Чтобы избежать замкнутых конт онтуров в схемах заземления, экраны соединявот с "землей" только в одной точке — нлн в, нлн вблизи от источника сигнала (датчика), или вблиаи последующих электронных ст устройств. Первый вариант дает лучшее ослабление помех (рис. 4.26). дащчик диффер иальн Р ис 426 нв а с датчиком и днфферевоиальвым Уснлителеч — за л „ Руюше" шеп оболочки кабеля выполнено вблизи лагч яка зкр Глава 4 Вход и выход физических процес гласование и передача сигналов 5 Согла 163 162 усилитель е высоким входным импедансом от ч1 от 0 от 0 от — 10 до «5 В до «5 В до «10В до «-10 В Проблемы, связанные с заземлением в контрольно-измерительных снст можно обобщить в следующих правилах, ° Необходимо четко определить пути протекания тока.