论文部分内容阅读
摘要：文章主要论述了电气控制柜中各类元件、部件的安装布局设计；并对分开布线、确保布线网孔的最小化、合理使用屏蔽线、采用反面布线方式等针对空间电磁辐射的抗干扰措施，以及电路内部的独立供电共阻抗干扰方式进行了具体探讨。
关键词：电气控制柜；安装；布线；抗干扰
引言：电磁干扰因其固有的复杂性、隐蔽性、随机性、不可重复性等特点，严重影响了系统运行的稳定性。为解决这一问题，首先在电气控制柜元部件的安装布局、布线设计阶段，就应当投入足够的人力物力，采取有效的抗干扰措施，以免在调试阶段及后期出现干扰返工难度增加，或者无法进行返工而造成人力、物力、财力的浪费。本文将对电气控制柜的安装布局与布线抗干扰展开具体探讨与论述。
一、电气控制柜的元部件的安装布局
电气控制柜中各类元件、部件易受干扰，其合理安装布局设计内容具体如下：
（1）优先对大变压器、驱动器类部件进行占位安放，由于这些部件体积和质量都较大，因此，应当尽可能降低安装部件时占据的高度，以免柜子整体重心过高。大体积大质量变压器、驱动器部件应当与可编程逻辑控制器与各种专用放大器保持尽可能远的距离，以免这些仪器受到部件的干扰。通常不建议将大体积、大质量的变压器放置于安装板上，而是通常在控制柜底部架设角钢支架，将这些大部件放置于支架上。为确保大变压器、驱动器部件具有良好的散热条件，应当将这些部件安放在控制柜内空气流动的路线上。
（2）由于可编程逻辑控制器容易受到干扰，因此，应当将可编程逻辑控制器类的仪器通常放置于控制柜的最上部，使可编程逻辑控制器的其他三面没有元件，一面其受干扰。
（3）为确保开关类低压电器的易操作性与维护的便捷性，通常将开关类低压电器进行分类集中安放。由于控制柜中的空气开关属于手动操作元件，因此，开关的安放位置应当高低适中，太高或太低，都会给操作控制者带来不便。
（4）为了能够顺利、便捷地从柜底部活动盖板处向外引线，因此，接线端子和控制柜外引出的电缆插座应当放在控制柜的最下部。
（5）由于专用放大器和接口模块容易受到变压器、驱动器等强干扰源的干扰，因此，尽可能远离变压器、驱动器，让各类滤波器靠近其负载。
（6）为减小变压器、驱动器对其他各类元件、部件的干扰，在控制柜的各类元件、部件的安放布局中，应当遵循接线最短的原则。
二、电气控制柜的布线抗干扰分析
电气控制柜内，通常采用的走线槽式布线方式具有走线方便的优点，然而，如果操作不合理，也会使各类元件、部件的抗干扰性大打折扣。一般线槽的高度为10厘米，通常10厘米的高度已经接近甚至超过可编程逻辑控制器和其他部件的高度，换言之，走线槽式的布线方式是有高度的立体布线，并非简单的平面布线方式。可编程逻辑控制器和其他各类弱信号处理部件是在导线构成的深沟中，因此，可编程逻辑控制器与其他弱信号处理部件受到的干扰现象较严重。为了降低和控制布线的干扰，应当采取如下措施：
1.采用分开布线方式
由于强电线是干扰源，发射干扰能力较强，弱电线的抗干扰能力较差，因此，应当将弱电线与强电线进行分开布线。例如可编程逻辑控制器的弱信号线与驱动器的强电线，则应当分别分布在安装版左右两边的竖向走线槽内。为了拉长弱信号线与强电线的距离，首先要有正确的元件布局，尽量细化到接线端子与接插件部位，应当提前对弱电和强电进行合理的分区设计。
2.确保布线网孔的最小化
一个强电回路就是一个干扰源，对一个完整的强电回路进行布线时，应当确保布线时造成的网孔最小化，使用绞合线布线方式是实现布线网孔最小化的简便有效方法。例如单相220V交流电源的L线和N线，使用双绞线进行布线，便能够确保布线时造成的网孔最小化，同理，如果是三相380V交流电源的布线，则应当使用三绞线联通电源到负载。这也是降低干扰源对元件、部件的干扰。
笔者结合自身多年的工作实践与经验发现，在实际工作中，设计者与施工单位几乎不关注强电回路布线网孔带来的干扰，因此，系统抗干扰能力都比较差。
例如，交流220V电源的L线和N线，通常为了节約成本，仅在L线上加一只空气开关来对线路进行控制，但是空气开关通常是集中安置于盘上的，从电源开始L线使用一根线直上空气开关，从空气开关出来连通到负载，而负载部位的N线通过其他路径回到电源N。因为L线与N线不是同一路径，因此，L线与N线之间难免会存在较大的网孔，进而，从网孔中发射出更多干扰。为解决这一问题，通常是从电源开始就将L线与N线以双绞线的方式引出，当到了空气开关上方时，将L线与空气开关进行连接；在紧贴L线处的空气开关处设置一片接线端子，N线则通过这一片接线端子到达“格子”的下方，与空开下端的L线形成严密的双线绞线，增强抗干扰能力。
3.合理使用屏蔽线
对屏蔽线进行合理使用，对屏蔽层进行正确的接地，能够有效屏蔽干强电线回路的干扰。对于低于1兆赫兹的低频系统，弱信号放大器输入端的信号线采用的负端类似于模拟信号的公共端，主要是在放大器输入端接入屏蔽层的信号。
但是，信号发送端一侧的屏蔽层则应当让其悬空着，不进行连接，也就是，让屏蔽层进行单端接地。否则，如果屏蔽层两端都接地，那么两地间会因干扰电流流过屏蔽层而产生更大的干扰源。若屏蔽层是对强干扰源进行抑制，则应当采取多点接地的方式。
目前，布线系统的工作频率已得到较大的提高，甚至达到几十甚至是几百兆赫兹。弱信号采用的抗干扰屏蔽线都应当进行单侧接地，同时在屏蔽层接地时，无需焊上导线引出来进行接地，通过环形金属卡子进行360°的大面积接地。在实际的选择中，需要对各种屏蔽接地方法进行试验，最终决定适合的接地方式。一些容易受干扰的部件，在使用前应当对相关使用说明书进行认真细致的阅读和了解，一般而言，部件生产厂家所推荐的方法是可以直接采纳的可靠方法，厂家给出的部件性能指标基本都是在此基础上得出的。此外，使用屏蔽线时，还应当确保屏蔽线的屏蔽层的连续性，切不可中途中断。当屏蔽线景观接线端子进出控制柜或者是经过插件进出控制柜时，要预留屏蔽层的端子或插件的一角，以便对屏蔽层进行连通，然而，在实际的实践中，大多设计者会忽略这一点，最终导致屏蔽无效。 如果是特别重要的屏蔽线且需要进出机柜，则应当尽量避免经过屏蔽层的端子和插件，最好能夠直接接到目标设备上，减小受干扰的程度，以实现最佳的屏蔽效果。如果屏蔽线的屏蔽层必须要接入安装板，则应当坚持就近原则，尽量避免焊出过长导线再统一接到机柜下部的接地排上，否则过长导线会受到更多的干扰。
4.采用反面布线方式
一般而言，电气控制柜的安装板嵌入机柜的较深处，一般距离机柜后背门板有10厘米。仪表电气控制器的安装板通常是由3毫米的厚钢板镀白锌所制成，具有良好的电磁屏蔽性能。这种镀白锌钢板从深度方向，将机柜隔成了左右两个屏蔽室，但是左右两侧有缝隙，屏蔽时稍有遗漏，因此，将某些强干扰的动力线放到安装板背面进行走线，如此一来，便能够有效降低受干扰程度。
在具体施工中，可以在安装板的相应部位设置和开挖圆孔，让需要转入安装版反面进行布线的电缆由此圆孔进入，当安装板反面走线到了目的部位之后，再开一个圆孔，让电缆钻出，返回安装板正面进行接线。
该方法往往适用于需要进入电气控制柜的、比较粗的动力电缆，这类电缆在控制柜正面布线容易对正面元件造成遮挡，不仅破坏控制柜的美观，而且会对其他部件造成强干扰。
5.进行独立供电的共阻抗干扰方式
上文讨论的分开布线、确保布线网孔的最小化、合理使用屏蔽线、采用反面布线方式均为针对空间电磁辐射的抗干扰措施。
除了空间电磁辐射干扰之外，还有一种在电路内部产生的干扰，也即共阻抗干扰。例如串联布线方式（见图1），由一个电源E对两个负载进行供电。
r1、r2为连接导线的电阻，rE为电源E的内阻，当RL1进行工作时，经过的电流会在r1上产生压降，用Ur1表示；当RL2进行工作时，在其回路中包括了RL1工作时产生的压降Ur1，RL1工作时产生的干扰会直接叠加进电阻RL2的工作中，形成干扰。r1是RL1和RL2的公共阻抗，称之为共阻抗干扰。
图1串联布线方式
将图1中的布线方式改为两个负载直接由电源接线，这种并联布线（如图2所示）能够有效解决共阻抗干扰。在实际布线中，分别从电源端子处直接引出导线，然后将两根线紧密双绞之后连通到负载，如此一来，便能够有效消除共阻抗干扰与网孔造成的电磁辐射干扰。然而，电源E的内阻rE既是RL1的阻抗，也是RL2的阻抗，采用并联布线还是无法避开rE的共阻抗干扰，因此，必须采用两台电源，对两个负载进行分别供电，这种独立供电方式（如图3所示）能够有效消除共阻抗干扰。
图2并联布线方式
图3独立供电方式
三、结语
通过遵循本文探讨的布局设计原则，以及采用分开布线、布线网孔的最小化、合理使用屏蔽线、反面布线方式，以及对电路进行独立供电等方式，有效提高了电气控制柜的抗干扰能力，确保了控制柜功能的顺利实现与发挥。
参考文献：
[1]李建坤.电气控制柜的组装[J].电测与仪表.2011（04）
关键词：电气控制柜；安装；布线；抗干扰
引言：电磁干扰因其固有的复杂性、隐蔽性、随机性、不可重复性等特点，严重影响了系统运行的稳定性。为解决这一问题，首先在电气控制柜元部件的安装布局、布线设计阶段，就应当投入足够的人力物力，采取有效的抗干扰措施，以免在调试阶段及后期出现干扰返工难度增加，或者无法进行返工而造成人力、物力、财力的浪费。本文将对电气控制柜的安装布局与布线抗干扰展开具体探讨与论述。
一、电气控制柜的元部件的安装布局
电气控制柜中各类元件、部件易受干扰，其合理安装布局设计内容具体如下：
（1）优先对大变压器、驱动器类部件进行占位安放，由于这些部件体积和质量都较大，因此，应当尽可能降低安装部件时占据的高度，以免柜子整体重心过高。大体积大质量变压器、驱动器部件应当与可编程逻辑控制器与各种专用放大器保持尽可能远的距离，以免这些仪器受到部件的干扰。通常不建议将大体积、大质量的变压器放置于安装板上，而是通常在控制柜底部架设角钢支架，将这些大部件放置于支架上。为确保大变压器、驱动器部件具有良好的散热条件，应当将这些部件安放在控制柜内空气流动的路线上。
（2）由于可编程逻辑控制器容易受到干扰，因此，应当将可编程逻辑控制器类的仪器通常放置于控制柜的最上部，使可编程逻辑控制器的其他三面没有元件，一面其受干扰。
（3）为确保开关类低压电器的易操作性与维护的便捷性，通常将开关类低压电器进行分类集中安放。由于控制柜中的空气开关属于手动操作元件，因此，开关的安放位置应当高低适中，太高或太低，都会给操作控制者带来不便。
（4）为了能够顺利、便捷地从柜底部活动盖板处向外引线，因此，接线端子和控制柜外引出的电缆插座应当放在控制柜的最下部。
（5）由于专用放大器和接口模块容易受到变压器、驱动器等强干扰源的干扰，因此，尽可能远离变压器、驱动器，让各类滤波器靠近其负载。
（6）为减小变压器、驱动器对其他各类元件、部件的干扰，在控制柜的各类元件、部件的安放布局中，应当遵循接线最短的原则。
二、电气控制柜的布线抗干扰分析
电气控制柜内，通常采用的走线槽式布线方式具有走线方便的优点，然而，如果操作不合理，也会使各类元件、部件的抗干扰性大打折扣。一般线槽的高度为10厘米，通常10厘米的高度已经接近甚至超过可编程逻辑控制器和其他部件的高度，换言之，走线槽式的布线方式是有高度的立体布线，并非简单的平面布线方式。可编程逻辑控制器和其他各类弱信号处理部件是在导线构成的深沟中，因此，可编程逻辑控制器与其他弱信号处理部件受到的干扰现象较严重。为了降低和控制布线的干扰，应当采取如下措施：
1.采用分开布线方式
由于强电线是干扰源，发射干扰能力较强，弱电线的抗干扰能力较差，因此，应当将弱电线与强电线进行分开布线。例如可编程逻辑控制器的弱信号线与驱动器的强电线，则应当分别分布在安装版左右两边的竖向走线槽内。为了拉长弱信号线与强电线的距离，首先要有正确的元件布局，尽量细化到接线端子与接插件部位，应当提前对弱电和强电进行合理的分区设计。
2.确保布线网孔的最小化
一个强电回路就是一个干扰源，对一个完整的强电回路进行布线时，应当确保布线时造成的网孔最小化，使用绞合线布线方式是实现布线网孔最小化的简便有效方法。例如单相220V交流电源的L线和N线，使用双绞线进行布线，便能够确保布线时造成的网孔最小化，同理，如果是三相380V交流电源的布线，则应当使用三绞线联通电源到负载。这也是降低干扰源对元件、部件的干扰。
笔者结合自身多年的工作实践与经验发现，在实际工作中，设计者与施工单位几乎不关注强电回路布线网孔带来的干扰，因此，系统抗干扰能力都比较差。
例如，交流220V电源的L线和N线，通常为了节約成本，仅在L线上加一只空气开关来对线路进行控制，但是空气开关通常是集中安置于盘上的，从电源开始L线使用一根线直上空气开关，从空气开关出来连通到负载，而负载部位的N线通过其他路径回到电源N。因为L线与N线不是同一路径，因此，L线与N线之间难免会存在较大的网孔，进而，从网孔中发射出更多干扰。为解决这一问题，通常是从电源开始就将L线与N线以双绞线的方式引出，当到了空气开关上方时，将L线与空气开关进行连接；在紧贴L线处的空气开关处设置一片接线端子，N线则通过这一片接线端子到达“格子”的下方，与空开下端的L线形成严密的双线绞线，增强抗干扰能力。
3.合理使用屏蔽线
对屏蔽线进行合理使用，对屏蔽层进行正确的接地，能够有效屏蔽干强电线回路的干扰。对于低于1兆赫兹的低频系统，弱信号放大器输入端的信号线采用的负端类似于模拟信号的公共端，主要是在放大器输入端接入屏蔽层的信号。
但是，信号发送端一侧的屏蔽层则应当让其悬空着，不进行连接，也就是，让屏蔽层进行单端接地。否则，如果屏蔽层两端都接地，那么两地间会因干扰电流流过屏蔽层而产生更大的干扰源。若屏蔽层是对强干扰源进行抑制，则应当采取多点接地的方式。
目前，布线系统的工作频率已得到较大的提高，甚至达到几十甚至是几百兆赫兹。弱信号采用的抗干扰屏蔽线都应当进行单侧接地，同时在屏蔽层接地时，无需焊上导线引出来进行接地，通过环形金属卡子进行360°的大面积接地。在实际的选择中，需要对各种屏蔽接地方法进行试验，最终决定适合的接地方式。一些容易受干扰的部件，在使用前应当对相关使用说明书进行认真细致的阅读和了解，一般而言，部件生产厂家所推荐的方法是可以直接采纳的可靠方法，厂家给出的部件性能指标基本都是在此基础上得出的。此外，使用屏蔽线时，还应当确保屏蔽线的屏蔽层的连续性，切不可中途中断。当屏蔽线景观接线端子进出控制柜或者是经过插件进出控制柜时，要预留屏蔽层的端子或插件的一角，以便对屏蔽层进行连通，然而，在实际的实践中，大多设计者会忽略这一点，最终导致屏蔽无效。 如果是特别重要的屏蔽线且需要进出机柜，则应当尽量避免经过屏蔽层的端子和插件，最好能夠直接接到目标设备上，减小受干扰的程度，以实现最佳的屏蔽效果。如果屏蔽线的屏蔽层必须要接入安装板，则应当坚持就近原则，尽量避免焊出过长导线再统一接到机柜下部的接地排上，否则过长导线会受到更多的干扰。
4.采用反面布线方式
一般而言，电气控制柜的安装板嵌入机柜的较深处，一般距离机柜后背门板有10厘米。仪表电气控制器的安装板通常是由3毫米的厚钢板镀白锌所制成，具有良好的电磁屏蔽性能。这种镀白锌钢板从深度方向，将机柜隔成了左右两个屏蔽室，但是左右两侧有缝隙，屏蔽时稍有遗漏，因此，将某些强干扰的动力线放到安装板背面进行走线，如此一来，便能够有效降低受干扰程度。
在具体施工中，可以在安装板的相应部位设置和开挖圆孔，让需要转入安装版反面进行布线的电缆由此圆孔进入，当安装板反面走线到了目的部位之后，再开一个圆孔，让电缆钻出，返回安装板正面进行接线。
该方法往往适用于需要进入电气控制柜的、比较粗的动力电缆，这类电缆在控制柜正面布线容易对正面元件造成遮挡，不仅破坏控制柜的美观，而且会对其他部件造成强干扰。
5.进行独立供电的共阻抗干扰方式
上文讨论的分开布线、确保布线网孔的最小化、合理使用屏蔽线、采用反面布线方式均为针对空间电磁辐射的抗干扰措施。
除了空间电磁辐射干扰之外，还有一种在电路内部产生的干扰，也即共阻抗干扰。例如串联布线方式（见图1），由一个电源E对两个负载进行供电。
r1、r2为连接导线的电阻，rE为电源E的内阻，当RL1进行工作时，经过的电流会在r1上产生压降，用Ur1表示；当RL2进行工作时，在其回路中包括了RL1工作时产生的压降Ur1，RL1工作时产生的干扰会直接叠加进电阻RL2的工作中，形成干扰。r1是RL1和RL2的公共阻抗，称之为共阻抗干扰。
图1串联布线方式
将图1中的布线方式改为两个负载直接由电源接线，这种并联布线（如图2所示）能够有效解决共阻抗干扰。在实际布线中，分别从电源端子处直接引出导线，然后将两根线紧密双绞之后连通到负载，如此一来，便能够有效消除共阻抗干扰与网孔造成的电磁辐射干扰。然而，电源E的内阻rE既是RL1的阻抗，也是RL2的阻抗，采用并联布线还是无法避开rE的共阻抗干扰，因此，必须采用两台电源，对两个负载进行分别供电，这种独立供电方式（如图3所示）能够有效消除共阻抗干扰。
图2并联布线方式
图3独立供电方式
三、结语
通过遵循本文探讨的布局设计原则，以及采用分开布线、布线网孔的最小化、合理使用屏蔽线、反面布线方式，以及对电路进行独立供电等方式，有效提高了电气控制柜的抗干扰能力，确保了控制柜功能的顺利实现与发挥。
参考文献：
[1]李建坤.电气控制柜的组装[J].电测与仪表.2011（04）