|
3.4. Паразитные связи3.4.1. Модели компонентов систем автоматизации3.4.2. Паразитные кондуктивные связи3.4.3. Индуктивные и емкостные связиПомехи могут передаваться от источника помехи к ее приемнику через паразитные (т. е. нежелательные) связи: кондуктивные, емкостные и индуктивные. Прежде чем переходить к их рассмотрению, нужно правильно указать источник и приемник помехи, которые часто сложно выделить в составе контроллеров, модулей ввода-вывода, многочисленных линий связи и кабелей с разнообразными сигналами. Для упрощения этой задачи рассмотрим сначала модели компонентов систем промышленной автоматики, в которых оставлены только элементы, которые участвуют в процессе генерации, передачи и приема помехи. 3.4.1. Модели компонентов систем автоматизацииОписанные ниже модели для анализа помех получены путем исключения из структуры соответствующих модулей ввода-вывода элементов, которые не влияют на величину помех [Денисенко, Денисенко]. Модули аналогового ввода и дискретного вывода бывают без гальванической изоляции (рис. 3.87-а, с изоляцией аналоговых входов и без изоляции дискретных входов (рис. 3.87-б - например, модуль ADAM-4016 фирмы Advantech) и с изоляцией одновременно как аналоговых входов, так и дискретных выходов (рис. 3.87-а - например, модуль NL-8TI фирмы RealLab!). На рисунках использованы следующие обозначения: AGND - аналоговая земля; DGND - цифровая земля; GND - земля источника питания порта связи; Data - информационный порт модуля (вход/выход данных); Аналогично, модули с дискретными или счетными входами и дискретными выходами могут быть без гальванической изоляции (рис. 3.88-а - например, ADAM-4050 фирмы Advantech), с изоляцией входов (рис. 3.88-б - например, ADAM-4052 фирмы Advantech) и с изоляцией как входов, так и выходов (рис. 3.88-в - например, NL-16DI фирмы RealLab!). Модули аналогового вывода делают обычно с гальванической изоляцией выходов (рис. 3.89). Таким образом, один модуль ввода-вывода может содержать до трех различных выводов земли. В моделях на рис. 3.87 - рис. 3.89 с целью упрощения не показаны входные сопротивления, которые иногда нужно учитывать.
3.4.2. Паразитные кондуктивные связиКондуктивная наводка - это помеха, которая передается из соседних электрических цепей не через электромагнитное поле, а путем переноса электрического тока по общим для обеих цепей проводникам, в основном через общие участки цепей заземления или питания. Обычно источниками кондуктивных помех являются генераторы (на рис. 3.90 обозначен буквой "М"), цепи с большим током, цифровая часть аналого-цифровой схемы, реле, сеть питания 220 В, помехи с частотой преобразования источника бесперебойного питания (UPS), DC-DC и AC-DC преобразователи, шаговые двигатели с импульсным питанием, мощные печи с ШИМ-управлением. Пример появления кондуктивной помехи показан на рис. 3.90. Падение напряжения Решением описанной проблемы является подсоединение "земли" источника сигнала к приемнику отдельным изолированным проводом, который не используется ни для каких иных целей (рис. 3.91).
Для предотвращения возникновения описанной проблемы следует различать понятия "силовая земля", "аналоговая земля", "цифровая земля". Все эти "земли" должны быть выполнены разными проводами и их нужно соединять только в одной общей точке. Сигнальные цепи нельзя использовать для питания даже маломощной аппаратуры. Рассмотренный вариант аналогичен показанному на рис. 3.82, однако в данном случае падение напряжения между землей источника и приемника вызвано не блуждающими токами в земле, как на рис. 3.82, а токами через расположенные рядом устройства. Другой пример появления кондуктивной помехи показан на рис. 3.92-а. Ток питания цифровой части модуля ввода Для устранения обоих источников погрешности соединение аналоговой и цифровой земли необходимо выполнять в одной общей точке (рис. 3.92-б). При этом падение напряжения помехи на заземляющем проводнике никак не сказывается на аналоговой части модуля.
3.4.3. Индуктивные и емкостные связиПредположим, что рядом с сигнальным проводом проходит некоторый провод, по которому протекает ток помехи
где
Величина взаимной индуктивности пропорциональна площади витка, который пересекается магнитным полем помехи. "Витком" в данном случае является контур, по которому протекает ток, вызванный э.д.с. помехи. На рис. 3.93 этот контур образован сигнальным проводом, входным сопротивлением приемника, проводом "земли" и выходным сопротивлением источника сигнала. Для уменьшения взаимной индуктивности площадь данного контура должна быть минимальной, т.е. сигнальный провод должен быть проложен максимально близко к земляному (а еще лучше - свит с ним). Эффективную площадь "витка" можно уменьшить, если расположить его в плоскости, перпендикулярной плоскости контура с током помехи.
Из формулы (3.8) следует, что индуктивная наводка увеличивается с ростом частоты и отсутствует на постоянном токе. Напряжение помехи на рис. 3.93 включено последовательно с источником сигнала, то есть вносит аддитивную погрешность в результат измерения. При бесконечно большом сопротивлении Емкостная наводка через паразитную емкость между проводниками
Как следует из (3.9), при
Порядок величин сопротивлений типовых источников сигнала приведен в табл. 3.25.
Датчики, имеющие большое внутреннее сопротивление или малое напряжение сигнала, нужно использовать совместно с усилителем, расположенным в непосредственной близости к датчику, а к приемнику следует передавать уже усиленный сигнал. Дуальная ситуация по отношению к рассмотренной означает, что для устранения индуктивной наводки носителем сигнала должен быть ток, а не напряжение, т. е. источником сигнала должен быть идеальный источник тока (рис. 3.94). Ток источника тока не зависит от характера нагрузки (по определению), в том числе от величины наведенной э.д.с. Таким образом, для снижения емкостной наводки сигнал нужно передавать с помощью идеального источника напряжения, а для снижения индуктивной наводки - с помощью идеального источника тока. Выбор носителя информации (ток или напряжение) в конкретном случае зависит от того, какая помеха преобладает: токовая или емкостная. Как правило, емкостные наводки преобладают над индуктивными, если источник помехи имеет большое напряжение. Индуктивные же помехи создаются током, поэтому они велики в случае, когда источником помехи является мощное оборудование, потребляющее большой ток. Отметим, что экранирование низкочастотной индуктивной наводки технически гораздо сложнее, чем емкостной, поскольку магнитный экран изготавливается из толстоголиста ферромагнитного материала. Преимущества передачи сигнала в форме тока и в форме напряжения совмещаются в промежуточном случае, когда информации передается путем передачи максимальной мощности, т.е. когда сопротивление приемника равно сопротивлению источника сигнала
|
Располагается на площади 8900 м², оснащено самым современным технологическим оборудованием, имеет научно-исследовательское и конструкторское подразделение, использующие передовые средства автоматизации проектирования. |
|
КОНТАКТЫ
|
© НИЛ АП, ООО, 1989-2025 |
|