自动化控制系统电磁兼容设计与应用

内容简介

《自动化控制系统电磁兼容设计与应用》以自动化控制系统电磁兼容设计和工程应用为核心内容，系统地介绍了自动化控制系统、自动化控制系统电磁兼容技术、自动化控制系统供电单元的电磁兼容设计、自动化控制系统接地设计、输入／输出回路及布线的电磁兼容设计、自动化控制系统通信网络电磁兼容技术、自动化控制系统软件抗干扰技术。《自动化控制系统电磁兼容设计与应用》在写作上以理论与工程应用相结合的方式，深入浅出地阐述了自动化控制系统设计中经常涉及的自动化控制基础知识和电磁兼容设计方法。
　　全书文字通俗易懂，重点突出，内容新颖实用，可供从事自动化控制系统设计应用的工程技术人员和高等学院及职业技术学院的师生阅读参考。

目录

前言
第1章 自动化控制系统
1.1 自动化控制系统基础知识
1.1.1 自动化及自动化技术
1.1.2 控制及自动化控制系统
1.1.3 工业自动化控制系统
1.2 PLC控制系统
1.2.1 PLC定义及特点
1.2.2 PLC控制系统构成及控制功能
1.3 集散控制系统
1.3.1 集散控制系统结构
1.3.2 集散系统构成特征
1.3.3 DCS的硬件、软件体系结构
1.3.4 DCS的控制技术及发展趋势
1.4 现场总线控制系统
1.4.1 现场总线技术的实质及意义
1.4.2 现场总线的特点与优点
1.4.3 现场总线的现状及发展趋势
第2章 自动化控制系统电磁兼容技术
2.1 电磁兼容与电磁干扰
2.1.1 电磁兼容技术的发展
2.1.2 电磁干扰
2.1.3 电磁干扰传播途径
2.2 电磁兼容设计
2.2.1 电磁兼容设计要点及原则
2.2.2 电磁屏蔽设计
第3章 自动化控制系统供电单元的电磁兼容设计
3.1 供电单元的电磁兼容性
3.1.1 供电单元的系统方案
3.1.2 供电单元的抗雷电干扰技术
3.1.3 供电单元的浪涌抑制技术
3.2 自动化控制系统电源抗干扰解决方案
3.2.1 自动化控制系统电源干扰源
3.2.2 自动化控制系统电源抗干扰技术
3.2.3 PLC供电电源解决方案
3.2.4 自动化控制系统供电的UPS解决方案
第4章 自动化控制系统接地设计
4.1 地线与接地技术
4.1.1 地线的定义与接地目的
4.1.2 地线阻抗干扰
4.2 接地的分类与接地方式
4.2.1 接地的分类
4.2.2 信号接地方式
4.3 接地系统设计
4.3.1 接地系统设计准则
4.3.2 接地电阻及接地网形式
4.3.3 接地材料
第5章 输入／输出回路及布线的电磁兼容设计
5.1 隔离技术在输入／输出回路中的应用
5.1.1 隔离技术
5.1.2 输入／输出回路的隔离设计
5.2 自动化控制系统布线及抗干扰设计
5.2.1 自动化控制系统信号传输线
5.2.2 自动化控制系统布线抗干扰设计
5.2.3 PLC控制系统输入／输出及布线抗干扰设计
第6章 自动化控制系统通信网络电磁兼容技术
6.1 RS-232通信接口抗干扰技术
6.1.1 RS-232通信接口
6.1.2 RS-232隔离长线驱动器
6.1.3 RS-232C通信接口的抗干扰措施
6.1.4 基于RS-232协议的CAN总线网络
6.2 RS-485通信接口的抗干扰技术
6.2.1 RS-485通信接口
6.2.2 RS-485通信抗干扰应用案例
第7章 自动化控制系统软件抗干扰技术
7.1 软件结构特点及抗干扰措施
7.1.1 软件结构特点及软件抗干扰技术
7.1.2 软件抗干扰措施
7.2 软件系统的可靠性设计
7.2.1 监视跟踪定时器与自监视及互监视
7.2.2 软件陷阱设置
7.2.3 自检及故障自动恢复处理程序
参考文献

摘要与插图

射频干扰通过空间传播，实质上是干扰能量以场的形式向四周传播，场分为近场和远场。近场又称感应场，如果场源是高电压小电流的源则近场主要是电场，如果场源是低电压大电流的源则近场主要是磁场。无论场源是什么性质，当离场源距离大于，以后的场都变成了远场，又称辐射场。对于距离较远的系统间的电磁兼容问题，一般都用远场辐射来分析。对于系统内，是同一设备内的问题基本上是近场耦合问题。
　　周围空间的干扰电场和磁场都会在闭合环路中产生感应电压，从而对环路产生干扰。闭合环路产生的感应电压与环路面积成正比，环路面积越大感应电压越大，所以要避免外界噪声场的干扰应尽量减小环路面积。其频率越高产生的感应电压也越大，即高频噪声容易对环路产生干扰。
　　（8）静电放电（ESD）。现代芯片工艺在很小的几何尺寸（0.18um）上元件已经变得密集，这些高速的、数以百万计晶体管的灵敏性很高，很容易受到外界静电放电影响而损坏。静电放电可以是直接或辐射的方式引起，直接接触放电一般引起设备性的损坏，辐射引起的静电放电可能引起设备紊乱或工作不正常。
　　摩擦产生的静电作为能源来说是很小的，但是电压可达数万伏。带有高电位的人接触电子设备时，人体上的电荷会向电子设备放电，急剧的放电电流造成噪声干扰，而影响电子设备正常工作。当不同介质的材料相互摩擦时，会发生电荷转移而产生静电。当然静电也可能以其他的方式产生，比如受到其他带电体的感应。静电场强的高低取决于材料所携带的电荷量多少和对地电容的大小。当这种材料对电子设备的场强超过绝缘介质的击穿强度时，会发生电晕放电或火花放电，形成静电干扰，可能导致电子设备损坏。
　　（9）汽车杂波。汽车在工作过程中产生甚高频（VHF）至特高频（UHF）频段的杂波，根据其强度和特性的测定结果，也可采取相应措施，使广播和电视的质量基本不受影响。但由于电子设备用于汽车控制，移动通信设备的广泛应用，这个问题又被重新提出。汽车点火系统是一个很强的干扰源，这种点火系统产生强烈的冲击电流，从而激励附属电路振荡，并由点火导线辐射出去。这种干扰的频率很高，在20～1000MHz范围内，干扰半径可达50～100m的范围。斯坦福研究所（SRI）对点火系统发射杂波的主要部件火花塞、配电器接点等进行了改进，使处于30～500MHz频段的杂波降低了13～20dB。对配电器的情况，若电极间隙为0.27～2.39mm，则杂波可下降10dB。若在负荷电极上增加银接点，或用多发合金覆盖，也可降低杂波。点火系统以外的汽车电装置也能发出杂波，其特性正在测试研究中。电气机车运行时，导电弓架与触线间的放电也是人为杂波的根源之一。若导电弓架的电流通路用滤波材料包围起来并采用一些辅助措施，可将杂波降低20dB。
　　（10）工业科学和医疗用射频设备（ISM）杂波。ISM设备是把50Hz交流通过射频振荡变为射频的变频装置，用于工业感应和电介质加热、医疗电热法和外科手术工具以及超声波发生器、微波炉等。虽然ISM设备本身有屏蔽，但有缝隙、孔洞、管线进出和接地不良等，仍将有电磁场泄漏形成干扰。
　　（11）核电磁脉冲。核爆炸时有三大效应：冲击波、热辐射（光辐射）和放射性沾染，实际上核武器还有第四种效应——电磁脉冲（Electromagnetic Pulse），简称EMP。EMP的后果是破坏电气及电子设备，EMP可使军事指挥、控制、通信和情报系统遭到破坏而瘫痪、电力网断路、金属管线及地下电缆通信网等都受到影响。
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