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工廠裏用無線設備穩不穩定?可不可靠?

發布時間:2019-12-25浏览次数:253 次

從事無線領域20多年,平時被問到最多的問題便是:“無線通訊設備穩定不穩定?”

這個問題若是被工廠的技術人員提出的話,99%的人都希望得到一個關于無線産品可靠性的答案。如果單從技術層面來說明,由實驗室出具的産品可靠性數據分析報告就可回答這個問題。但這些數據對于實際的現場狀況來說,實驗室環境還是太純粹了些。這種報告數據並不能提供給我們足夠的信心去嘗試和使用無線通訊設備。若是站在一個無線通訊從業者的角度來講,無線通訊受幹擾因素遠比有線通訊方式要不可控太多。但隨著無線通訊技術的提高和現場經驗的總結,我們發現的影響無線傳輸的幹擾因素越多,那麽無線通訊設備的可靠性也將成正比例提升。也就是需要給産品可靠性實驗室數據加一個使用壽命的參考以及一個專門應對不可控事件發生的經驗豐富的技術團隊。

因此要將無線通訊産品做到穩定可靠,可以得出以下公式:

 

無線産品可靠性= 可靠性测试数据+平均使用寿命+技术服务团队

 

一、産生幹擾的因素

企業實際生産過程中,無論是外接電路、氣候條件、環境電磁場或是人爲幹擾在産品不進行有效處理的情況下都會嚴重影響到所有電子儀器的傳輸數據精度以及産品內部的運行穩定性,這些因素主要分爲以下幾類:

1.地環流幹擾
  在工業生産過程中實現監視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統和執行機構,它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、微安級的小信號,又有幾十伏,甚至數千伏、數百安培的大信號:既有低頻直流信號,也有高頻脈沖信號等等,構成系統後往往發現在儀表和設備之間信號傳輸互相幹擾,造成系統不穩定甚至誤操作。

出現這種情況除了每個儀表、設備本身的性能原因如抗電磁擾影響外,還有一個十分重要的因素就是由于儀表和設備之間的信號參考點之間存在電勢差也就是我們常說的系統接地問題!因而形成“接地環路”造成信号传输过程中失真。例如为了安全,机壳需要接大地:为了使电路正常工作,系统需要有公共参考点;为了抑制幹扰的屏蔽罩,屏蔽罩也需要接地。由于仪表和设备之间的参考点之间存在電勢差(也就是各設備的共地點不同)因而形成“地環流”、“接地環流”問題。因此,要保證系統穩定和可靠的運行,“接地環路”問題是在系統信號處理過程中必須解決的問題。

2.環境幹扰

工業現場的作業條件大多不符合精密儀器的運行條件,比如无線终端的安装地点大多在户外、粉尘较多的车间、存在机械振动的大型机械上等,這些工作環境对于电子产品的运行穩定性和使用寿命提出了严苛的考验因此如何让精密仪器适应恶劣環境工作,一直是工业级无線通讯产品在技术上希望不断完善的地方。“無線”不再會因爲穩定性而被不斷質疑,能夠讓用戶體驗一次投入、運行穩定、無需維護並長期使用的特點。
3.電磁噪聲幹扰
   自然界充滿了各種來源和各種頻段的電磁波,會影響儀器儀表的使用和無線通信的信息傳輸,因此分析電磁波特性和解決方式很有必要。宇宙噪音是電離輻射産生的,在一天中不斷變化,噪聲起源于地球大氣層外的銀河系中心部分以及太陽噪音,太陽噪音則隨著太陽活動情況劇烈變化。雷电是种主要的自然幹扰源,雷电产生的幹扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电幹扰的时域波形是叠加在一串随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。電磁噪声主要会对通讯产生幹扰,而雷屯能量尖蜂脉冲可以對很多設備造成損壞,因此無線終端需要有效避免噪声对设备产生幹扰和损坏设备的可能性,以尽可能避免用户的損失。
4.人为幹扰
  人爲産生的電磁擾根本原因是導體中有電壓或電流的變化,即較大dv/dt或di/dt。dv/dt或di/dt能够使导体产生電磁波辐射。方面,人們可以利用這一特點實現特定功能,例如,無通信、雷達或其他功能,另方面,電子設備在工作時,由于導體中的dv/dt 或di/at会产生伴随電磁辐射。无论主观上出于什么目的,客观上对電磁環境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的設備(電機、變頻器)頻繁開關,他们也会造成一些容性、感性的幹扰,也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合,肯定会有電磁幹扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的十扰源,随着电子技术的广泛应用,電磁污染情况会越来越严重

二、幹扰源处理方式:


    基于以上所提出的幹扰问题,我们总结了如下几点的解决方法和处理意见。通過实际测验,可以有效的解决在一些工业场合中无線通讯设备所遇到的一部分幹扰问题。

1.地環流處理方法:

處理環流最常見也最爲麻煩,解決地環路”的方法根據理論和實踐分析,有三種解決方案:
  (1)第一種方法;所有現場設備不接地,使所有過程環路只有一個接地點,不能形成回路,這種方法看似簡單,但實際應用中往往很難實現,因爲某些設備要求必須接地才能保證測量精度或人身安全,某些設備可能因爲長期遭到腐蝕和磨損後或氣候影響而形成新的接地點,因此不采用此方式
  (2)第二種方法:使兩接地點的電勢相同,但由于接地的電阻受地質條件及氣候變化衆多因素的影響,這種方法在其實在實際中也無法完全能做到,不采用此方式
  (3)第三種方法:在各個過程環節中使用信號隔離器,断开过程环路,同时又不影响过程信号的正常传输,从而彻底解决地環路的问题。

采用信號隔離器的優越性
  在各個過程環路中使用信號隔離器辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現場帶的隔離的變送器(部分設備可以做到),也可以用信號隔離器來實現。比較起來,用信號隔離器有以下優點:

絕大部分情況,采用信號隔離器非隔離卡件比采用隔離卡件性價比更高

信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗電磁幹扰等方面性能更加优越
  信號隔離器應用靈活,而且它還有信號轉換和信號分配及接口轉換等功能,使用起來更加方便
   信號隔離器通常有單通道、雙通道、通道間相互完全獨立、構成系統的配置日常維護更加方便。

2. 气候幹扰的解決方法:

終端箱體封閉設計,尽可能地隔离外界環境,使得内部仪器处于穩定的工作環境。這裏DTD所有Y系无線设备皆采用IP55等级以上的终端箱以及IP68的外置天線来规避气候所造成的幹扰问题。

图片1.png

 

3.電磁噪聲幹扰解決方法:

電磁幹扰的三要素是幹扰源、敏感源和耦合路径,這三素缺少一个,電磁幹扰問題都不會存在。因此要從這三要素入手,找出最方便的解决方法,一般幹扰源和敏感源是属于不可控因素,只能根据经验和对于工厂環境的了解给出一些有效的解决方法。需要根据现场的实际情况来给出具体的解决方法,后期进行改造的可能性更多一些。因此,解决電磁幹扰的方法,通常是從耦合路徑上著手也是最常用的方法通過加屏蔽、加濾波等手段。

解決方法:

第一種,箱體結構,可以有效屏蔽外界電磁幹扰。

第二種,短波加密的无線传输技术,达泰电子的软件专利技术,从传输方式上尽可能避免被幹扰的可能性。

第三種,设睅骤计做避雷考虑,避免终端设备的损毁,终端外部箱体有效屏蔽了外部電磁场对终端内部电路的影响。

以上三种方式可以同时使用来降低電磁幹扰。

3. 人为幹扰的解決方法:

将无線通讯终端做成一个装置,也就是箱體結構。无線设备起到的不僅僅是傳輸效果,也包含了數據處理能力,自己可以形成一套完整且獨立的系統。外部電路與无線通讯装置均采用了完善的隔離電路,保证将外部电路包括容性、感性的幹扰到对终端内部电路的运行降到最低


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這個問題若是被工廠的技術人員提出的話,99%的人都希望得到一個關于無線産品可靠性的答案。如果單從技術層面來說明,由實驗室出具的産品可靠性數據分析報告就可回答這個問題。但這些數據對于實際的現場狀況來說,實驗室環境還是太純粹了些。這種報告數據並不能提供給我們足夠的信心去嘗試和使用無線通訊設備。若是站在一個無線通訊從業者的角度來講,無線通訊受幹擾因素遠比有線通訊方式要不可控太多。但隨著無線通訊技術的提高和現場經驗的總結,我們發現的影響無線傳輸的幹擾因素越多,那麽無線通訊設備的可靠性也將成正比例提升。也就是需要給産品可靠性實驗室數據加一個使用壽命的參考以及一個專門應對不可控事件發生的經驗豐富的技術團隊。

因此要將無線通訊産品做到穩定可靠,可以得出以下公式:

 

無線産品可靠性= 可靠性测试数据+平均使用寿命+技术服务团队

 

一、産生幹擾的因素

企業實際生産過程中,無論是外接電路、氣候條件、環境電磁場或是人爲幹擾在産品不進行有效處理的情況下都會嚴重影響到所有電子儀器的傳輸數據精度以及産品內部的運行穩定性,這些因素主要分爲以下幾類:

1.地環流幹擾
  在工業生産過程中實現監視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統和執行機構,它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、微安級的小信號,又有幾十伏,甚至數千伏、數百安培的大信號:既有低頻直流信號,也有高頻脈沖信號等等,構成系統後往往發現在儀表和設備之間信號傳輸互相幹擾,造成系統不穩定甚至誤操作。

出現這種情況除了每個儀表、設備本身的性能原因如抗電磁擾影響外,還有一個十分重要的因素就是由于儀表和設備之間的信號參考點之間存在電勢差也就是我們常說的系統接地問題!因而形成“接地環路”造成信号传输过程中失真。例如为了安全,机壳需要接大地:为了使电路正常工作,系统需要有公共参考点;为了抑制幹扰的屏蔽罩,屏蔽罩也需要接地。由于仪表和设备之间的参考点之间存在電勢差(也就是各設備的共地點不同)因而形成“地環流”、“接地環流”問題。因此,要保證系統穩定和可靠的運行,“接地環路”問題是在系統信號處理過程中必須解決的問題。

2.環境幹扰

工業現場的作業條件大多不符合精密儀器的運行條件,比如无線终端的安装地点大多在户外、粉尘较多的车间、存在机械振动的大型机械上等,這些工作環境对于电子产品的运行穩定性和使用寿命提出了严苛的考验因此如何让精密仪器适应恶劣環境工作,一直是工业级无線通讯产品在技术上希望不断完善的地方。“無線”不再會因爲穩定性而被不斷質疑,能夠讓用戶體驗一次投入、運行穩定、無需維護並長期使用的特點。
3.電磁噪聲幹扰
   自然界充滿了各種來源和各種頻段的電磁波,會影響儀器儀表的使用和無線通信的信息傳輸,因此分析電磁波特性和解決方式很有必要。宇宙噪音是電離輻射産生的,在一天中不斷變化,噪聲起源于地球大氣層外的銀河系中心部分以及太陽噪音,太陽噪音則隨著太陽活動情況劇烈變化。雷电是种主要的自然幹扰源,雷电产生的幹扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电幹扰的时域波形是叠加在一串随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。電磁噪声主要会对通讯产生幹扰,而雷屯能量尖蜂脉冲可以對很多設備造成損壞,因此無線終端需要有效避免噪声对设备产生幹扰和损坏设备的可能性,以尽可能避免用户的損失。
4.人为幹扰
  人爲産生的電磁擾根本原因是導體中有電壓或電流的變化,即較大dv/dt或di/dt。dv/dt或di/dt能够使导体产生電磁波辐射。方面,人們可以利用這一特點實現特定功能,例如,無通信、雷達或其他功能,另方面,電子設備在工作時,由于導體中的dv/dt 或di/at会产生伴随電磁辐射。无论主观上出于什么目的,客观上对電磁環境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的設備(電機、變頻器)頻繁開關,他们也会造成一些容性、感性的幹扰,也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合,肯定会有電磁幹扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的十扰源,随着电子技术的广泛应用,電磁污染情况会越来越严重

二、幹扰源处理方式:


    基于以上所提出的幹扰问题,我们总结了如下几点的解决方法和处理意见。通過实际测验,可以有效的解决在一些工业场合中无線通讯设备所遇到的一部分幹扰问题。

1.地環流處理方法:

處理環流最常見也最爲麻煩,解決地環路”的方法根據理論和實踐分析,有三種解決方案:
  (1)第一種方法;所有現場設備不接地,使所有過程環路只有一個接地點,不能形成回路,這種方法看似簡單,但實際應用中往往很難實現,因爲某些設備要求必須接地才能保證測量精度或人身安全,某些設備可能因爲長期遭到腐蝕和磨損後或氣候影響而形成新的接地點,因此不采用此方式
  (2)第二種方法:使兩接地點的電勢相同,但由于接地的電阻受地質條件及氣候變化衆多因素的影響,這種方法在其實在實際中也無法完全能做到,不采用此方式
  (3)第三種方法:在各個過程環節中使用信號隔離器,断开过程环路,同时又不影响过程信号的正常传输,从而彻底解决地環路的问题。

采用信號隔離器的優越性
  在各個過程環路中使用信號隔離器辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現場帶的隔離的變送器(部分設備可以做到),也可以用信號隔離器來實現。比較起來,用信號隔離器有以下優點:

絕大部分情況,采用信號隔離器非隔離卡件比采用隔離卡件性價比更高

信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗電磁幹扰等方面性能更加优越
  信號隔離器應用靈活,而且它還有信號轉換和信號分配及接口轉換等功能,使用起來更加方便
   信號隔離器通常有單通道、雙通道、通道間相互完全獨立、構成系統的配置日常維護更加方便。

2. 气候幹扰的解決方法:

終端箱體封閉設計,尽可能地隔离外界環境,使得内部仪器处于穩定的工作環境。這裏DTD所有Y系无線设备皆采用IP55等级以上的终端箱以及IP68的外置天線来规避气候所造成的幹扰问题。

图片1.png

 

3.電磁噪聲幹扰解決方法:

電磁幹扰的三要素是幹扰源、敏感源和耦合路径,這三素缺少一个,電磁幹扰問題都不會存在。因此要從這三要素入手,找出最方便的解决方法,一般幹扰源和敏感源是属于不可控因素,只能根据经验和对于工厂環境的了解给出一些有效的解决方法。需要根据现场的实际情况来给出具体的解决方法,后期进行改造的可能性更多一些。因此,解决電磁幹扰的方法,通常是從耦合路徑上著手也是最常用的方法通過加屏蔽、加濾波等手段。

解決方法:

第一種,箱體結構,可以有效屏蔽外界電磁幹扰。

第二種,短波加密的无線传输技术,达泰电子的软件专利技术,从传输方式上尽可能避免被幹扰的可能性。

第三種,设睅骤计做避雷考虑,避免终端设备的损毁,终端外部箱体有效屏蔽了外部電磁场对终端内部电路的影响。

以上三种方式可以同时使用来降低電磁幹扰。

3. 人为幹扰的解決方法:

将无線通讯终端做成一个装置,也就是箱體結構。无線设备起到的不僅僅是傳輸效果,也包含了數據處理能力,自己可以形成一套完整且獨立的系統。外部電路與无線通讯装置均采用了完善的隔離電路,保证将外部电路包括容性、感性的幹扰到对终端内部电路的运行降到最低


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