ЖУРНАЛ «СТА» №3/2006

77 СТА 3/2006 www.cta.ru В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА дстве по эксплуатации как напряже- ние изоляции. Например, при испы- тательном напряжении изоляции 2300 В рабочее напряжение изоляции составляет всего 300 В (табл. 1). И СТОЧНИКИ ПОМЕХ НА ШИНЕ ЗЕМЛИ Все помехи, воздействующие на ка- бели, датчики, исполнительные меха- низмы, контроллеры и металлические шкафы автоматики, в большинстве случаев протекают и по заземляющим проводникам, создавая паразитное электромагнитное поле вокруг них и падение напряжения помехи на про- водниках. Источниками и причинами помех могут быть молния, статическое электричество, электромагнитное из- лучение, «шумящее» оборудование, сеть питания 220 В с частотой 50 Гц, переключаемые сетевые нагрузки, три- боэлектричество, гальванические па- ры, термоэлектрический эффект, элек- тролитические процессы, движение проводника в магнитном поле и др. Государственные центры стандарти- зации и сертификации во всех странах мира не разрешают производство обо- рудования, являющегося источником помех недопустимо высокого уровня. Однако уровень помех невозможно сделать равным нулю. Кроме того, на практике встречается достаточно мно- го источников помех, связанных с не- исправностями или применением не- сертифицированного оборудования. В России допустимый уровень по- мех и устойчивость оборудования к их воздействию нормируются ГОСТ Р 51318.14.1, ГОСТ Р 51318.14.2, ГОСТ Р 51317.3.2, ГОСТ Р 51317.3.3, ГОСТ Р 51317.4.2, ГОСТ 51317.4.4, ГОСТ Р 51317.4.11, ГОСТ Р 51522, ГОСТ Р 50648. При конструировании электронной аппаратуры для снижения уровня по- мех используют микромощную эле- ментную базу с минимально достаточ- ным быстродействием, а также прак- тикуют уменьшение длины проводни- ков и экранирование. Характеристики помех Основная характеристика помехи – это зависимость спектральной плот- ности мощности помехи от частоты. Помехи, воздействующие на системы промышленной автоматизации, име- ют спектр от нулевой частоты до еди- ниц гигагерц (рис. 7) [15]. Помехи, ле- жащие в полосе пропускания аналого- вых схем, имеют частоты до десятков килогерц. На циф- ровые цепи воздействуют помехи в полосе до сотен мегагерц. Помехи гигагер- цевого диапазона непосред- ственного влияния на сис- темы автоматизации не ока- зывают, однако после детек- тирования в нелинейных элементах они порождают низкочастотные помехи, ле- жащие в границах воспри- нимаемого спектра. В сигнальных цепях и це- пях заземления систем авто- матизации содержится весь спектр возможных помех. Однако влияние оказывают только по- мехи, частоты которых лежат в полосе пропускания систем автоматизации. Среднеквадратическое значение на- пряжения (или тока) помехи Е помехи определяется шириной её спектра: _________ ƒ в Е помехи = √ ∫ e 2 ( ƒ ) d ƒ , ƒ н где e 2 ( ƒ ) – спектральная плотность мощности помехи, В 2 /Гц; ƒ н и ƒ в – нижняя и верхняя границы спектра помехи. В частном случае, когда e 2 ( ƒ ) слабо зависит от частоты, приведён- ное соотношение упрощается: _________ Е помехи ≈ √ e 2 · ( ƒ в – ƒ н ). Таким образом, для уменьшения влияния помех на системы автомати- зации нужно сужать ширину полосы пропускания ( ƒ в – ƒ н ) аналоговых мо- дулей ввода и вывода. Например, если постоянная времени датчика τ состав- ляет 0,3 с, что приблизительно соот- ветствует полосе пропускания сигнала ƒ 0,7 = 0,5 Гц ( ƒ 0,7 = 1/2 π · τ ), то ограниче- ние полосы пропускания модуля вво- да величиной 0,5 Гц позволит умень- шить уровень помехи и тем самым по- высить точность измерений, снизить требования к заземлению, экраниро- ванию и монтажу системы. Однако фильтр вносит динамическую по- грешность в результаты измерения, зависящую от частоты (спектра) вход- ного сигнала. В качестве примера на рис. 8 приведена зависимость погреш- ности измерений модулей RealLab! се- рии NL от частоты: при частоте вход- ного сигнала 0,5 Гц (как в рассматри- ваемом примере) погрешность, вно- симая фильтром, составляет –0,05%. Наиболее мощной в системах авто- матизации является помеха с частотой питающей сети 50 Гц. Поэтому для её подавления используют узкополосные фильтры, настроенные точно (с помо- щью кварца) на частоту 50 Гц. На Рис. 7. Относительный уровень спектральной плотности мощности и частоты основных источников электромагнитных помех Рис. 8. Зависимость динамической погрешности от частоты входного сигнала на примере модулей RealLab! серии NL