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工廠里用無線設備穩不穩定?可不可靠?

發布時間:2019-12-25瀏覽次數:389 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產品可靠性的答案。如果單從技術層面來說明,由實驗室出具的產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。這種報告數據并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,無線通訊受干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干擾因素越多,那么無線通訊設備的可靠性也將成正比例提升。也就是需要給產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。

因此要將無線通訊產品做到穩定可靠,可以得出以下公式:

 

無線產品可靠性= 可靠性測試數據+平均使用壽命+技術服務團隊

 

一、產生干擾的因素

企業實際生產過程中,無論是外接電路、氣候條件、環境電磁場或是人為干擾在產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產品內部的運行穩定性,這些因素主要分為以下幾類:

1.地環流干擾
  在工業生產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,構成系統后往往發現在儀表和設備之間信號傳輸互相干擾,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”造成信號傳輸過程中失真。例如為了安全,機殼需要接大地:為了使電路正常工作,系統需要有公共參考點;為了抑制干擾屏蔽罩,屏蔽罩也需要接地。由于儀表和設備之間的參考點之間存在電勢差(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.環境干擾

工業現場的作業條件大多不符合精密儀器的運行條件,比如無線終端的安裝地點大多在戶外、粉塵較多的車間、存在機械振動的大型機械上等,這些工作環境對于電子產品的運行穩定性和使用壽命提出了嚴苛的考驗因此如何讓精密儀器適應惡劣環境工作,一直是工業級無線通訊產品在技術上希望不斷完善的地方。“無線”不再會因為穩定性而被不斷質疑,能夠讓用戶體驗一次投入、運行穩定、無需維護并長期使用的特點。
3.電磁噪聲干擾
   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產生的,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。雷電是種主要的自然干擾源,雷電產生的干擾可以傳輸到數千公里以外的地方。雷電干擾的時域波形是疊加在一串隨機脈沖背景上的一個大尖峰脈沖。電磁噪聲主要會對通訊產生干擾,而雷屯能量尖蜂脈沖可以對很多設備造成損壞,因此無線終端需要有效避免噪聲對設備產生干擾和損壞設備的可能性,以盡可能避免用戶的損失。
4.人為干擾
  人為產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能夠使導體產生電磁波輻射。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會產生伴隨電磁輻射。無論主觀上出于什么目的,客觀上對電磁環境造成了污染。還有工廠企業在生產過程中會經常有一些大型的設備(電機、變頻器)頻繁開關,他們也會造成一些容性、感性的干擾,也將影響儀器儀表正常顯示或采集。凡是有電壓電流突變的場合,肯定會有電磁干擾存在。數字脈沖電路就是一種典型的十擾源,隨著電子技術的廣泛應用,電磁污染情況會越來越嚴重

二、干擾源處理方式:


    基于以上所提出的干擾問題,我們總結了如下幾點的解決方法和處理意見。通過實際測驗,可以有效的解決在一些工業場合中無線通訊設備所遇到的一部分干擾問題。

1.地環流處理方法:

處理環流最常見也最為麻煩,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,因為某些設備要求必須接地才能保證測量精度或人身安全,某些設備可能因為長期遭到腐蝕和磨損后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眾多因素的影響,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,斷開過程環路,同時又不影響過程信號的正常傳輸,從而徹底解決地環路的問題。

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

信號隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加優越
  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. 氣候干擾的解決方法:

終端箱體封閉設計,盡可能地隔離外界環境,使得內部儀器處于穩定的工作環境。這里DTD所有Y系無線設備皆采用IP55等級以上的終端箱以及IP68的外置天線來規避氣候所造成的干擾問題。

圖片1.png

 

3.電磁噪聲干擾解決方法:

電磁干擾的三要素是干擾源、敏感源和耦合路徑,這三素缺少一個,電磁干擾問題都不會存在。因此要從這三要素入手,找出最方便的解決方法,一般干擾源和敏感源是屬于不可控因素,只能根據經驗和對于工廠環境的了解給出一些有效的解決方法。需要根據現場的實際情況來給出具體的解決方法,后期進行改造的可能性更多一些。因此,解決電磁干擾的方法,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干擾。

第二種,短波加密的無線傳輸技術,達泰電子的軟件專利技術,從傳輸方式上盡可能避免被干擾的可能性。

第三種,設備設計做避雷考慮,避免終端設備的損毀,終端外部箱體有效屏蔽了外部電磁場對終端內部電路的影響。

以上三種方式可以同時使用來降低電磁干擾。

3. 人為干擾的解決方法:

將無線通訊終端做成一個裝置,也就是箱體結構。無線設備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。外部電路與無線通訊裝置均采用了完善的隔離電路,保證將外部電路包括容性、感性的干擾到對終端內部電路的運行降到最低


掃描二維碼關注“PLC無線通訊方案” DTD110HF 你想要的工業無線通訊方案都能找到
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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產品可靠性的答案。如果單從技術層面來說明,由實驗室出具的產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。這種報告數據并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,無線通訊受干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干擾因素越多,那么無線通訊設備的可靠性也將成正比例提升。也就是需要給產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。

因此要將無線通訊產品做到穩定可靠,可以得出以下公式:

 

無線產品可靠性= 可靠性測試數據+平均使用壽命+技術服務團隊

 

一、產生干擾的因素

企業實際生產過程中,無論是外接電路、氣候條件、環境電磁場或是人為干擾在產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產品內部的運行穩定性,這些因素主要分為以下幾類:

1.地環流干擾
  在工業生產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,構成系統后往往發現在儀表和設備之間信號傳輸互相干擾,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”造成信號傳輸過程中失真。例如為了安全,機殼需要接大地:為了使電路正常工作,系統需要有公共參考點;為了抑制干擾屏蔽罩,屏蔽罩也需要接地。由于儀表和設備之間的參考點之間存在電勢差(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.環境干擾

工業現場的作業條件大多不符合精密儀器的運行條件,比如無線終端的安裝地點大多在戶外、粉塵較多的車間、存在機械振動的大型機械上等,這些工作環境對于電子產品的運行穩定性和使用壽命提出了嚴苛的考驗因此如何讓精密儀器適應惡劣環境工作,一直是工業級無線通訊產品在技術上希望不斷完善的地方。“無線”不再會因為穩定性而被不斷質疑,能夠讓用戶體驗一次投入、運行穩定、無需維護并長期使用的特點。
3.電磁噪聲干擾
   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產生的,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。雷電是種主要的自然干擾源,雷電產生的干擾可以傳輸到數千公里以外的地方。雷電干擾的時域波形是疊加在一串隨機脈沖背景上的一個大尖峰脈沖。電磁噪聲主要會對通訊產生干擾,而雷屯能量尖蜂脈沖可以對很多設備造成損壞,因此無線終端需要有效避免噪聲對設備產生干擾和損壞設備的可能性,以盡可能避免用戶的損失。
4.人為干擾
  人為產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能夠使導體產生電磁波輻射。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會產生伴隨電磁輻射。無論主觀上出于什么目的,客觀上對電磁環境造成了污染。還有工廠企業在生產過程中會經常有一些大型的設備(電機、變頻器)頻繁開關,他們也會造成一些容性、感性的干擾,也將影響儀器儀表正常顯示或采集。凡是有電壓電流突變的場合,肯定會有電磁干擾存在。數字脈沖電路就是一種典型的十擾源,隨著電子技術的廣泛應用,電磁污染情況會越來越嚴重

二、干擾源處理方式:


    基于以上所提出的干擾問題,我們總結了如下幾點的解決方法和處理意見。通過實際測驗,可以有效的解決在一些工業場合中無線通訊設備所遇到的一部分干擾問題。

1.地環流處理方法:

處理環流最常見也最為麻煩,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,因為某些設備要求必須接地才能保證測量精度或人身安全,某些設備可能因為長期遭到腐蝕和磨損后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眾多因素的影響,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,斷開過程環路,同時又不影響過程信號的正常傳輸,從而徹底解決地環路的問題。

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

信號隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加優越
  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. 氣候干擾的解決方法:

終端箱體封閉設計,盡可能地隔離外界環境,使得內部儀器處于穩定的工作環境。這里DTD所有Y系無線設備皆采用IP55等級以上的終端箱以及IP68的外置天線來規避氣候所造成的干擾問題。

圖片1.png

 

3.電磁噪聲干擾解決方法:

電磁干擾的三要素是干擾源、敏感源和耦合路徑,這三素缺少一個,電磁干擾問題都不會存在。因此要從這三要素入手,找出最方便的解決方法,一般干擾源和敏感源是屬于不可控因素,只能根據經驗和對于工廠環境的了解給出一些有效的解決方法。需要根據現場的實際情況來給出具體的解決方法,后期進行改造的可能性更多一些。因此,解決電磁干擾的方法,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干擾。

第二種,短波加密的無線傳輸技術,達泰電子的軟件專利技術,從傳輸方式上盡可能避免被干擾的可能性。

第三種,設備設計做避雷考慮,避免終端設備的損毀,終端外部箱體有效屏蔽了外部電磁場對終端內部電路的影響。

以上三種方式可以同時使用來降低電磁干擾。

3. 人為干擾的解決方法:

將無線通訊終端做成一個裝置,也就是箱體結構。無線設備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。外部電路與無線通訊裝置均采用了完善的隔離電路,保證將外部電路包括容性、感性的干擾到對終端內部電路的運行降到最低


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