3.10. Заключение к главе "Защита от помех"
К проблеме помехозащищенности систем промышленной автоматизации следует относиться с особым вниманием, поскольку неправильный выбор схемы подключения или разводки кабелей, системы заземления и экранирования могут обесценить оплаченные достоинства интеллектуальной части системы. В то же время правильное понимание описанных проблем позволит в ряде случаев достичь хороших результатов с применением недорогого оборудования.
На практике решение проблемы помех следует начинать с поиска их источника. Для этого в первую очередь следует измерять уровень помех в приемнике сигнала, в источнике и в соединительном кабеле.
Нельзя оставлять часть входов многоканальной системы незаземленными. На выходе при этом будут видны собственные шумы приемника сигнала. Нужно убедиться, что уровень шумов соответствует спецификации на изделие. Если имеются расхождения, то вероятной причиной могут быть источники помех, воздействующие непосредственно на плату системы или неправильное подключение цепей питания и заземления. Для их обнаружения можно попробовать изменить местоположение измерительной части системы.
Для измерения уровня помех, наведенных в кабеле, нужно подключить его к системе сбора данных и закоротить кабель со стороны источника сигнала, т.е. имитировать нулевое внутреннее сопротивление источника. Если уровень помехи будет сильно отличаться от случая, когда источник сигнала подключен, то причина может быть в недостаточно низком сопротивлении источника. Для его уменьшения следует использовать подходящий согласующий усилитель или выбрать более помехоустойчивый способ передачи сигнала.
Для оценки уровня собственных помех источника сигнала его нужно соединить максимально коротким проводом со входом приемника.
Если источник помех заранее неизвестен, его поиску может помочь спектральный анализ помехи.
Для увеличения точности передачи каждый сигнал должен передаваться витой парой в индивидуальном экране. При изготовлении витых пар для индустриальных применений особое значение уделяется симметрии импедансов проводов в паре и равномерности их частотных характеристик в полосе рабочих частот. Равномерность характеристики позволяет выполнять компенсацию асимметрии линий и тем самым уменьшать влияние паразитных наводок. Для уменьшения паразитных наводок, создаваемых на кабеле магнитной составляющей электромагнитного излучения, необходимо обеспечить минимально возможный шаг скрутки проводников в витой паре и минимальную площадь петель, образующихся при подключении витой пары к источнику и приемнику сигнала.
При невысоких требованиях к точности могут быть использованы витые или не витые сигнальные провода в общем экране. Однако в этом случае появляются индуктивные и емкостные взаимовлияния проводников в кабеле, а также кондуктивные связи через общий провод заземления экрана.
Если полоса частот сигнала меньше, чем полоса приемника, или если некоторые параметры сигнала известны заранее, для уменьшения помех можно использовать аналоговые фильтры на входе системы. Для ослабления помехи с частотой 50 или 60 Гц обычно используют фильтры третьего порядка, имеющие наклон АЧХ в полосе заграждения -60 дБ не декаду или режекторные sinc-фильтры. Если измерения производятся на частотах, близких к граничной частоте фильтра, следует учитывать динамическую погрешность коэффициента передачи фильтра.
Радикальные методы решения проблем заземления
1. Используйте модули ввода-вывода только с гальванической развязкой.
2. Не применяйте длинных проводов от аналоговых датчиков. Располагайте модули ввода в непосредственной близости к датчику, а сигнал передавайте в цифровой форме. Используйте датчики с цифровым интерфейсом.
3. На открытой местности и при больших дистанциях используйте оптический кабель вместо медного.
4. Используйте только дифференциальные (не одиночные) входы модулей аналогового ввода.
Другие советы
5. Используйте в пределах вашей системы автоматизации отдельную землю из медной шины, соединив ее с шиной защитного заземления здания только в одной точке.
6. Аналоговую, цифровую и силовую землю системы соединяйте только в одной точке. Если этого сделать невозможно, используйте медную шину с большой площадью поперечного сечения для уменьшения сопротивления между разными точками подключения земель.
7. Следите, чтобы при монтаже системы заземления случайно не образовался замкнутый контур.
8. Не используйте по возможности землю как уровень отсчета напряжения при передаче сигнала.
9. Если провод заземления не может быть коротким или если по конструктивным соображениям необходимо заземлить две части гальванически связанной системы в разных точках, то эти системы нужно разделить с помощью гальванической развязки.
10. Цепи, изолированные гальванически, нужно заземлять через большое сопротивление, чтобы избежать накопления статических зарядов.
11. Экспериментируйте и пользуйтесь приборами для оценки качества заземления. Допущенные ошибки видны не сразу.
12. Пытайтесь идентифицировать источник и приемник помех, затем нарисуйте эквивалентную схему цепи передачи помехи с учетом паразитных емкостей и индуктивностей.
13. Пытайтесь выделить самую мощную помеху и в первую очередь защищайтесь от нее.
14. Цепи с существенно различающейся мощностью следует заземлять группами, так, чтобы все группы имели примерно одинаковую мощность.
15. Заземляющие проводники с большим током должны проходить отдельно от чувствительных проводников с малым измерительным сигналом.
Провод заземления должен быть по возможности прямым и коротким.
16. Не делайте полосу пропускания приемника сигнала шире, чем это надо из соображений точности измерений.
17. Используйте экранированные кабели, экран заземляйте в одной точке, со стороны источника сигнала на частотах ниже 1 МГц и в нескольких точках - на более высоких частотах.
18. Для особо чувствительных измерений используйте "плавающий" батарейный источник питания.
19. Экраны должны быть изолированными, чтобы не появилось случайных замкнутых контуров, а также электрического контакта между экраном и землей.
|
