15.1. Джерела перешкод
Всі перешкоди, що впливають на кабелі, датчики, виконавчі механізми, контроллери в більшості випадків протікають у вигляді струму|току| по заземляючих провідниках, створюючи навколо|навкруг,довкола| них паразитне електромагнітне поле і падіння напруги|напруження| перешкоди на провідниках. Джерелами і причинами перешкод може бути блискавка, статична електрика, електромагнітне випромінювання, «шумляче» устаткування|обладнання|, мережа|сіть| живлення|харчування| 220 В 50 Гц, непостійні мережеві|мережні| навантаження, гальванічні пари, термоелектричний ефект, електролітичні процеси, рух провідника в магнітному полі тощо.
Державні центри стандартизації і сертифікації у всіх країнах світу|світу| не допускають до виробництва устаткування|обладнання|, що є|з'являється,являється| джерелом перешкод неприпустимо|недопустимий| високого рівня. Проте|однак| рівень перешкод неможливо зробити рівним нулю|нуль-індикатору,нуль-множині,нуль-последовності,нуль-елементу|. Крім того, на практиці зустрічається достатньо|досить| багато джерел перешкод, пов'язаних з несправностями або застосуванням|вживанням| не сертифікованого устаткування|обладнання|.
При конструюванні електронної апаратури для зниження рівня перешкод використовують мікропотужну елементну базу з|із| невисокою швидкодією, зменшення довжини провідників і екранування. Особливі заходи приймаються для зниження перешкод від радіопередавальних пристроїв|устроїв| безпровідних мереж|сітей|.
Паразитні дії перешкод на процес передачі сигналу в системах промислової автоматизації можна розділити на наступні|слідуючі| групи:
дії через кондуктивні| зв'язки;
вплив нееквіпотенціальності «землі|грунту|»;
наведення через взаємну індуктивність;
наведення через ємнісні|місткість| зв'язки;
високочастотні електромагнітні наведення.
15.2. Характеристики перешкод
Основною характеристикою перешкоди є|з'являється,являється| залежність спектральної щільності потужності від частоти. Перешкоди, що впливають на системи автоматизації, мають спектр від постійного струму|току| до одиниць гігагерца (мал. 3.1). Перешкоди, що лежать в смузі пропускання аналогових систем автоматики, мають частоти до десятків кілогерц. На цифрові кола|цепи| впливають перешкоди в смузі до сотень мегагерц. Перешкоди діапазону гігагерца безпосереднього впливу на системи автоматизації не чинять, проте|однак| після|потім| перетворення в нелінійних елементах або унаслідок|внаслідок| аліасного| ефекту вони можуть породжувати низькочастотні перешкоди, що лежать у межах чутливого до перешкод спектру.
Пристрої|устрої|, в яких відбувається|походить| перемикання рівня струму|току| або напруги|напруження| за короткий проміжок часу, є|з'являються,являються| джерелами широкосмугових перешкод (двигуни, вимикачі, реле і контактори, тощо.). Пристрої|устрої|, в яких відбувається|походить| періодична зміна струму|току| або напруги|напруження| з|із| обмеженою швидкістю наростання, дають вузькосмугові перешкоди (наприклад, стільникові телефони, радіопередавачі, генератори сигналів, мікрохвильові печі, мікропроцесорні системи).
У сигнальних колах|цепах| і колах|цепах| заземлення систем автоматизації міститься|утримується| весь спектр можливих перешкод. Проте|однак| паразитний вплив роблять тільки|лише| перешкоди, частоти яких лежать в смузі пропускання пристроїв|устроїв| автоматики. Середньоквадратичне значення напруги|напруження| або струму|току| перешкоди Еперешк визначається шириною її спектру:
(15.1)
де
—
спектральна щільність потужності
перешкоди, В2/fгц; fн|
і fв|
— нижня і
верхня межі|кордони|
спектру перешкоди. У окремому випадку,
коли е2|(f)
слабо залежить від частоти, приведене
співвідношення спрощується:
Таким чином, для
зменшення впливу перешкод на системи
автоматизації потрібно звужувати ширину
смуги пропускання fв|
— fн|
аналогових
модулів введення і виведення. Наприклад,
якщо відомо, що стала часу датчика τ
складає 0,3 с|із|,
що приблизно відповідає смузі пропускання
сигналу
,
то обмеження смуги пропускання модуля
введення величиною 0,5 Гц дозволить
зменшити рівень перешкоди і тим самим
підвищити точність вимірювань|вимірів|,
понизити|знизити|
вимоги до заземлення, екранування і
монтажу системи.
Проте|однак| фільтр вносить динамічну похибку до результатів вимірювання|виміру|, яка залежить від форми (спектру) вхідного сигналу. Динамічна похибка притаманна всім відомим методам ослаблення|ослабіння| перешкоди нормального вигляду|виду|, хоча вона часто не вказується|вказує| в характеристиках аналогових модулів, що може вводити|запроваджувати| користувача в оману.
|
Рис. 15.1. АЧХ sinc3| фільтру, що входить до складу аналогових модулів «RealLab|» |
Найпотужнішою в системах автоматизації є|з'являється,являється| перешкода з|із| частотою живлячої|почувати| мережі|сіті| 50 Гц. Тому для її придушення використовують вузькосмугові фільтри, налаштовані точно (за допомогою кварцу) на частоту 50 Гц. На рис. 15.1 як приклад|зразок| приведена амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) цифрового фільтру, використаного в модулях RealLab| серії NL|. Фільтр настроєний|налагоджений| таким чином, що він послаблює на 120 дБ| (на 6 порядків|лади|) перешкоду з|із| частотою 50 Гц.
При ще більшій інерційності датчиків або контрольованої системи (наприклад, коли датчик стоїть в печі, час виходу на режим якої складає декілька годин) можна використовувати процедуру багаторазових вимірювань|вимірів| або додаткову цифрову фільтрацію в керуючому контролері, або комп'ютері. У загальному|спільному| випадку, чим більше час вимірювання|виміру|, тим точніше можна виділити сигнал на фоні шуму і тим сильніше ослабити вимоги до рівня перешкод.
Слід зазначити, що|слід відзначити , що,следует отметить | наявність фільтру не завжди рятує від впливу перешкод. Наприклад, якщо високочастотна перешкода, перш ніж потрапити|попадати| на вхід модуля введення, детектується|детектує| або випрямляється на нелінійних елементах, то із сигналу перешкоди виділяється постійна або низькочастотна складова, яка вже не може бути ослаблена фільтром модуля введення. Як нелінійні елементи можуть виступати|вирушати|, наприклад, контакти різнорідних металів, захисні діоди, стабілітрони.