Некачественно проложенные электросети, а именно, тонкие провода, окисленные контакты, отсутствие заземления и т.п., нерационально спроектированные системы автоматики, например, расположение силового и управляющего оборудования в непосредственной близости друг от друга, а так же плохое обслуживание электротехники, её старение, высокая влажность и агрессивные среды являются факторами, ухудшающими стабильность работы электронного оборудования.
Опыт использования промышленных контроллеров в тяжёлых условиях эксплуатации показывает, что несмотря на принятие стандартных мер (опторазвязка чувствительных схем, внутренние барьеры, особая разводка «земли», применение фильтров и т.п.), помехи всё же влияют на работу контроллера (устройства виснут, изменяются показания, сбиваются внутренние параметры, иногда сгорают). Например, даже если подавить помеху на входе чувствительного АЦП и он её выдержит и не сгорит, показания индикатора, выводящего информацию от этого АЦП при этом будут изменяться. Действительно, АЦП ведь всё равно, изменилось положение датчика или это помеха привела к изменению напряжения на входе. Высокая плотность монтажа, стремление к удешевлению и компактности промышленных электронных устройств дополнительно усугубляют положение.
Таким образом, построению помехоустойчивых систем с применением микропроцессорных приборов необходимо уделять особое внимание.
Общая концепция построения помехоустойчивых систем сводится к:
· Максимальному (и очень быстрому) локальному подавлению помехи в источнике её возникновения (с помощью ультрабыстрых диодов, ультрабыстрых диодов Шоттки с нулевым временем восстановления на основе карбида кремния, ультрабыстрых супрессоров, R-C цепочек, ферритовых колец, бусин, газовых разрядников и т.п.).
· Уводу помехи в отдельные, только для них предназначенные заземляющие (как можно более низкоимпедансные) линии, проходящие вдали от чувствительных схем.
· Созданию антипомеховых барьеров (разделение чувствительных схем барьерами).
· Дистанционный разнос чувствительных и «шумящих» (силовых) схем (создание низкой ёмкости между схемами).
Для прохождения наносекундных и суб-наносекундных помех достаточно ёмкости 0.5 Пф, поэтому вопросу перекрёстных и проходных ёмкостей надо уделять особое внимание.
Для справки: DC/DC преобразователь имеет проходную ёмкость 60 Пф, что не является препятствием для прохождения мощных коротких помех, он лишь уменьшает их амплитуду. Это же относится к оптопарам, реле, трансформаторам и другим электронным элементам, например, чем длиннее и ближе друг к другу линии проводников – тем больше между ними ёмкость.
Разделение питания на «чистое» и «грязное» для соответствующих схем и правильные пути прохождения линий питания и управления (создание низкой ёмкости между схемами путём их дистанционного разнесения) положительным образом сказывается на работе системы (помеха уменьшает амплитуду).
Импульсные источники питания для питания промежуточных реле и других схем по принципу их устройства и работы являются почти «идеальными барьерами» от помех в сети, правда, при этом сами зашумляют сеть, в виду импульсного потребления, создавая короткие просадки и всплески напряжения – высокочастотный шум. Казалось бы, на входе фильтр, затем выпрямитель со сглаживающим конденсатором, трансформатор, затем опять выпрямитель с фильтром и конденсатором. От помехи не должно остаться и следа, но учитывая стремление производителей к удешевлению конструкции и уменьшению габаритов, а также некоторыми особенностями схемотехники источников, такими «идеальными барьерами» могут не являться. Причины - плотный монтаж, наличие оптопары между сетью и выходом с низким напряжение пробоя и высокой проходной ёмкостью, плохая изоляция трансформатора и др. Необходимо использовать источники на повышенное напряжение пробоя вход-выход, например, специальные варианты исполнения (на 3000-6000 В), медицинские варианты исполнения таких источников, либо всё-таки рассмотреть возможность использования традиционных типов источников на трансформаторах. Неоспоримое преимущество «импульсников» — малые габариты при больших токах отдачи, стабильная работа от напряжения 100 — 240 В.
Силовые линии, линии управления, линии интерфейсов необходимо прокладывать раздельно (принцип уменьшения ёмкости между проводниками). «Шумящие» линии — экранировать. Экран соединять с одного конца в одной точке заземления своей отдельной линией («грязная» земля).
Ссылка на статью http://caxapa.ru/lib/emc_immunity.html «помехоустойчивые устройства» показывает принципы построения таких устройств. Основное внимание уделяется правильным путям прохождения помех (так называемые «чистые» и «грязные» пути). Хотя статья касается разводки печатных плат, данные принципы необходимо учитывать и при объёмном монтаже щитов автоматики. Так же в статье уделяется внимание помехозащитным барьерам, которые также должны присутствовать при монтаже.
Барьерами могут являться низкоомные резисторы, ферритовые фильтры, кольца, бусины, развязывающие трансформаторы, источники питания, реле и т.п. Не стоит рассматривать промежуточные реле как архаичную конструкцию. Реле – не прихоть и не пережиток времён, это именно барьер от помехи между сильноточной и слаботочной цепью.
Номиналы помехоподавительных элементов необходимо выбирать больше, чем самая мощная возникающая помеха (импульс), учитывая их постепенную деградацию со временем работы. Например: помеха возникает в сети 220в, амплитуда импульсов может достигать 1кВ, необходимо использовать конденсаторы на 2-5кВ.
Для помехоподавительных элементов необходимо учитывать:
· R-C цепочки. При правильном подборе не деградируют, мощность помехи рассеивается на резисторе. Низкое быстродействие.
· Супрессоры — при перегреве возможен тепловой пробой, подбирать мощность. Высокое быстродействие.
· Диоды - при перегреве возможен тепловой пробой, подбирать мощность. Высокое быстродействие.
· Варисторы — деградируют со временем при перегревах, подбирать мощность. Среднее быстродействие.
· Газовые разрядники — мощный длительный импульс способен вывести его из строя, подбирать мощность. Среднее быстродействие.
· Ферритовые фильтры — не деградируют, являются элементом индуктивности.
Выводы помехоподавительных элементов должны быть как можно короче (индуктивность вывода - минимальна), сам элемент — как можно ближе к источнику помехи (индуктивность проводников - минимальна).
При построении шкафов автоматики необходимо использовать общесистемный сетевой фильтр (в виде готового промышленного блока) и изолирующий трансформатор 220в/220в для питания чувствительных к помехам схем. Ещё лучше, если этот трансформатор имеет экран между первичной и вторичной обмотками и заключён в пермаллоевый корпус. Экран и корпус также заземлены отдельными проводниками в общую точку.
Мощность сетевых фильтров также должна быть выбрана с запасом (учитывать броски напряжения). Например: в линии протекает максимальный ток 1А, выбрать фильтр на 1.5...2А.
Конструктивно, для экономии места и уменьшения длины проводников, ящиков автоматики может быть необязательно два (силовой и управляющий), а один, но разделённый металлической перегородкой.
Вместо электромеханических реле рекомендуется использовать твердотельные аналоги (отсутствует искра при переключении). Вместо электромеханических пускателей по тем же причинам рекомендуется использовать твердотельные аналоги. При всём этом необходимо не забывать, проходная ёмкость твердотельных реле может быть даже больше электромеханических, у них лишь отсутствует искра, при этом сами они могут пропускать мощную помеху сквозь себя от других устройств, не являясь «идеальным барьером». Так же необходимо не забывать, что увеличение количества реле (рабочих каналов управления) увеличивает общую проходную ёмкость и, как следствие, помеха проще проходит сквозь барьер.
Для построения помехозащищённых шкафов автоматики с применением промышленных контроллеров необходим комплексный подход, одно не должно исключать другое, то есть, принятие совокупных мер более эффективно, чем хорошие мероприятия только по одному пункту.
Чтобы посмотреть изображение целиком, щёлкните на нём правой кнопкой мыши и выберите "открыть изображение в новой вкладке".
