电磁干扰对工业现场通信的影响

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【摘 要】本文阐述了工业现场在电磁干扰环境下，通过分析干扰途径，采取对应措施，提高监控单元抗电磁干扰能力，是保证智能电器可靠运行的关键因素之一。在分析电磁干扰原因及传播途径的基础上，介绍了抗干扰设计的基本原则。讲述了工业现场常见的EMC误区以及电控柜EMC的安装规范。在本文中对工业现场遇到的一些电磁干扰现象也进行了较为详细的分析。

【关键词】抗干扰；通信；EMC；屏蔽

0.概述

现代电子和计算机技术为制造、加工业或其他工业生产过程提供了先进的测量和自动控制系统，极大地提高了生产效率和产品质量。控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。抗干扰设计的依据来源于现场电磁干扰环境的了解和干扰信号作用于电子电路的物理机制。因此研究电磁干扰现象和抑制措施，无疑是很有意义的。

1.电磁干扰

1.1电磁兼容的基本概念

电磁兼容（ElectromagneticCompatibility，EMC）包括电磁干扰（ElectromagneticInterference，EMI）和电磁敏感性（Electromagnetic Susceptibility，EMS）两方面的内容。EMS是指设备在包围它的电磁环境中能够不因干扰而降低其工作性能；EMI则指能够产生电磁干扰的设备，在工作时不会使同一电磁环境中的其他设备因其电磁发射而不能正常工作。

1.2电磁干扰的传播途径

电磁干扰的传播方式主要有两种：

（1）辐射。电磁干扰的能量通过空间的磁场、电场或者电磁波的形式，使干扰源与受干扰体之间产生耦合。

（2）传导。电磁干扰的能量通过电源线和信号电缆以电压或电流的方式传播。从干扰信号的频率来看，电磁干扰包括低频干扰（DC至10～20kHz）、高频干扰（几百兆赫，辐射干扰可达几千兆赫）和瞬变干扰（持续周期从数纳秒到数毫秒）。

1.3抗干扰设计

电控设备的抗干扰设计包括将设备本身产生的电磁干扰减小到最低程度，同时提高设备对外来干扰的抑制能力。抗干扰设计的基本原则应该是抑制干扰源（产生干扰的元件、设备或信号，像雷电、继电器、晶闸管、电动机、高频时钟）、切断干扰传播路径（导线的传导和空间的辐射），在选用器件时考虑提高敏感器件的抗干扰性能。

2.EMC常见误区以及电控柜的EMC安装规范

2.1 EMC常见误区

（1）并行排线对通讯电缆产生极大的电磁干扰。电缆与电缆之间都有分布电容的存在，为了减小这种电容耦合造成的EMC干扰，需要尽量将平行导线之间的分布电容减小，因而一般将不同电压等级的电缆保持一定的距离间隔（>10cm）进行布线，同时将屏蔽层进行接地处理。

（2）接地电缆太长太细。最好使用接地扁带进行柜体与柜门的接地连接，否则也应该使用足够粗的接地电缆进行连接，而且要求尽量短。

（3）触摸屏设备没有接地，有的触摸屏设备本身有接地端，但并没有做接地处理。接地端不接地将导致表面电磁干扰通过通讯电缆传导到通讯接口。

（4）通讯电缆无固定安装，并未将其屏蔽层接地。

（5）通讯电缆使用不当，PC型通讯电缆没有屏蔽，无强抗电磁干扰特性。通讯电缆由于通讯距离都比较长，而且一般都连接了多个不同的电气设备，比较容易受到干扰，因而应该选用屏蔽双绞电缆才能保证通讯信号的正常传输。即便是在短距离的通讯中，也同样建议使用屏蔽双绞电缆，否则容易造成通讯出现问题。

（6）屏蔽层如接地不当，将使其失去抗电磁干扰特性。Profibus通讯电缆的接地一般要求要将屏蔽层压在Profibus接头内的接地金属片上，并且不要露在外部，否则将容易将干扰引入系统。

（7）通讯电缆、模拟量信号须重点预防EMC干扰的影响。如果将通讯电缆与电源线在同一线槽内布置，将在通讯电缆上产生干扰信号，高压或交流电缆会对通讯电缆产生更严重的干扰信号。因而建议将通讯电缆单独布线。

（8）变频器上的电机电缆在线槽内将产生大的EMC干扰。变频器连接到电机的电缆没有使用屏蔽电缆，电缆上将产生辐射干扰信号，如果不处理，可能会对其他设备产生EMC干扰。

2.2电控柜的EMC安装规范

（1）有个良好的“地”是处理EMC问题的基础，因而整个工厂的接地系统应该是经过严格检测的，并满足国家标准。这样，所有的屏蔽、设备保护地等才可能连接到“地”，才能保证接地不会对系统产生负面影响。在此基础上，我们要求设备进行良好的接地处理。

（2）规范的电柜内接地处理。柜门应该通过短的接地扁带（或较粗的接地电缆）与柜体进行接地处理。电缆的屏蔽层在进出电气柜的地方进行接地处理。通讯电缆、模拟量信号电缆屏蔽层要共同接地。

（3）不同电压等级的电缆（24V，110/220V和400V）须分别放置在同电压等级的线槽内，同时将线槽做区分。模拟量信号放在单独的线槽内。

（4）规范的开关元件的EMC防护措施。开关元件（接触器，继电器，电磁阀等）应该使用浪涌吸收回路。

（5）尽量使用镀锌板来替代喷漆底板。

（6）信号电缆的屏蔽层应做大面积接地处理。将模拟量和数字量电缆双端接地。

（7）变频器尽量采用滤波器以降低对电网和环境的影响。

3.现场故障分析及处理

3.1测量点喷标通讯故障

测量点喷标控制器与电脑是通过R232串口通讯，当管体喷标时时常出现乱码、漏喷等怪异现象，通过观察喷标软件发现通讯灯频繁闪断，经过排查发现伺服控制器到电机的电缆不带屏蔽线，怀疑是其产生辐射干扰信号所致，更换带屏蔽的电缆并做好接地后，此故障解决。

3.2台架变频器通讯故障

台架Wincc频繁软跳，生产线有关变频器的设备大面积突然停止运行，安全隐患极大严重影响生产和人员安全。此故障电气故障为：变频器7510（COMM MODULE）报警（此报警为传动单元和主机之间的周期性通讯丢失），总线适配器offline灯闪烁。此类故障存在原因不好界定。查找困难，处理繁琐，不容易彻底排除和解决。该报警是传动单元和主机之间失去通讯。有可能造成这类通讯故障的主要原因有：总线适配器故障、三项闸虚接、Profibus电缆损坏、DP插头损坏、DP插头连接以及屏蔽线的接地不良、电磁干扰过大。通过对原因的分析，我们准备对台架DP总线通讯进行改造.我们做了以下几点：

（1）由于Profibus总线连接成一个链路，所以要逐一检查和排除，检查Profibus电缆连接和三项闸没有问题，后检查DP插头、更换总线适配器。

（2）由于软跳位置无规律性，怀疑是电磁干扰太大引起传输信号减弱导致Wincc软跳和变频器7510报警，测试各个DP插头是好的后，重新剪线连接DP插头，以及屏蔽线的接地。在各个变频器柜间打孔穿线，这样做是为了减少传输距离，降低电磁干扰。

（3）我们从1#MCC到2#MCC走了一根DP线，加装DP耦合器，加装DP耦合器的目的有三个：第一我们可以排除由于旧的DP线引起的故障问题。第二我们可以将原来串联的一路过长的DP通讯线变长两路，实现两路单独控制。第三DP耦合器有放大信号的作用，可以有效的减少电磁干扰。

经过长时间的观察，上述故障现象彻底消失，改造效果明显，从而为设备的安全稳定运行扫清了障碍，为设备和人员的安全提供了保障。 [科]