工业控制工程中的抗干扰技术PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1噪声和干扰 1

1.2噪声的三要素 2

1.3噪声的耦合途径 3

1.4串模干扰和共模干扰 4

1.5控制系统的电磁兼容性 7

1.5.1电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度 8

1.5.2电快速瞬变脉冲群抗扰度 9

1.5.3浪涌抗扰度 10

1.5.4静电抗扰度 11

1.5.5工频磁场抗扰度 12

1.5.6脉冲磁场抗扰度 12

1.5.7射频电磁场辐射抗扰度 13

1.5.8射频场感应的传导骚扰抗扰度 15

1.5.9评定抗扰度试验结果的通用原则 16

1.5.10控制系统的发射 16

1.5.11电磁兼容性的设计 18

1.6控制系统消除干扰的主要途径 18

参考文献 19

第2章 电缆的静电屏蔽和电磁屏蔽 21

2.1电容性耦合噪声及其抑制方法 21

2.1.1耦合机理 21

2.1.2电容性耦合与距离的关系 23

2.1.3屏蔽对电容性耦合的影响 24

2.2电感性耦合噪声及其抑制方法 25

2.2.1耦合机理 25

2.2.2回路之间的相对位置与耦合程度的关系 26

2.2.3对作为噪声源的导线施行的电磁屏蔽 27

2.2.4对作为信号线路施行的电磁屏蔽 29

2.2.5双绞线的电磁屏蔽原理及其应用 30

2.2.6同轴电缆和屏蔽双绞线 31

2.2.7电容性耦合与电感性耦合噪声的区分 32

2.3金属管线对低频磁场的屏蔽作用 33

2.3.1屏蔽系数 33

2.3.2应用 34

2.4电磁场耦合噪声及其抑制方法 34

2.4.1近场和远场 34

2.4.2波阻抗 35

2.4.3电磁场耦合的感应噪声 36

2.4.4抑制电磁波传播的主要方法 37

2.5外部信号线缆的选择和敷设 39

2.5.1信号线缆的选择 39

2.5.2信号电缆和电力电缆平行敷设的最小距离 40

2.5.3本安电路与非本安电路敷设的最小距离 40

2.5.4汇线桥架的敷设 41

2.5.5其他注意事项 41

参考文献 42

第3章 控制系统的接地工程设计 43

3.1接地基本知识 43

3.1.1接地系统的结构 44

3.1.2S型星形结构和M型网形结构的等电位连接 44

3.1.3串联接地和并联接地 46

3.1.4工频接地电阻和冲击接地电阻 48

3.1.5接地系统产生的电磁干扰 50

3.2低压交流供电系统的接地 50

3.2.1低压交流供电系统的接地制式 50

3.2.2相关标准对控制系统采用TN-S系统的规定 52

3.3接地电阻 53

3.3.1接地电阻的定义 53

3.3.2接地电阻的理论值 56

3.3.3接地电阻的测量误差 60

3.3.4降低接地电阻的方法 63

3.3.5接地材料的选择 64

3.3.6土壤电阻率的测量 64

3.3.7共用接地网接地电阻的测量 65

3.3.8接地电阻的季节因数 66

3.4接地系统的实施 66

3.4.1组成接地系统各部分的名称 66

3.4.2接地系统的实施方法 66

3.4.3接地连接线的规格 68

3.4.4接地连接的结构要求 68

3.5接地案例的分析 69

3.6有关接地系统实施过程中的问题 70

3.6.1控制系统机柜的对地浮空 70

3.6.2控制系统的接地参考图 71

3.6.3浮地 71

3.7独立接地和共用接地 72

3.7.1接地方式的形态 72

3.7.2独立接地 73

3.7.3共用接地 74

3.7.4用建筑物结构体作共用接地网 77

3.8接地技术面临的挑战 81

3.8.1“接地电阻不可测，应予废除” 81

3.8.2人类科学技术的发展，总是呈螺旋式的上升 81

附录3A接地装置电气连续性的测量电路 82

参考文献 83

第4章 控制系统的雷电防护 85

4.1雷电的基础知识 85

4.1.1雷云结构和放电原理 85

4.1.2外部防雷装置的基本原理 87

4.1.3用滚球法确定防直击雷装置的保护范围 88

4.2雷电对控制系统侵害的途径 89

4.2.1静电感应（电容性耦合） 89

4.2.2电磁感应（电感性耦合） 90

4.2.3反击（电阻性耦合） 91

4.2.4电磁场辐射（电磁耦合） 91

4.2.5感应过电压的估算 92

4.3雷电电磁脉冲（LEMP）的基本防护措施 92

4.3.1屏蔽 92

4.3.2合理布线 95

4.3.3使用浪涌保护器（SPD） 96

4.3.4接地／等电位连接 99

4.4雷电活动区、雷电防护区和防护措施分级 100

4.4.1雷电活动区 100

4.4.2雷电防护区（LPZ） 101

4.4.3雷电防护等级（LPL） 103

4.5控制系统遭雷击的典型案例分析 104

4.5.1某化工公司污水处理装置的雷击案例分析 104

4.5.2某化工公司邻硝装置的雷击案例分析 105

4.5.3某石化公司石蜡加氢装置的雷击案例分析 107

4.5.4某石化总厂沥青装置的雷击案例分析 108

4.5.5某石化公司苯酚装置的雷击案例分析 108

4.5.6某燃气公司混配站的雷击案例分析 109

4.5.7某石化公司加氢裂化装置DCS的雷害隐患 110

4.5.8从“亡羊补牢”到“防患于未然” 111

4.6控制系统雷害的风险评估 112

4.6.1控制室建筑物年预计雷击次数N1的计算 113

4.6.2进控制室电缆年预计雷击次数N2的计算 114

4.6.3工艺装置年预计雷击次数N3的计算 115

4.6.4控制室所在建筑物、工艺装置以及进控制室电缆年预计雷击次数N的计算 115

4.6.5控制系统因直击雷和雷电电磁脉冲损坏的可接受的最大年平均雷击次数Nc的计算 115

4.6.6雷电防护等级的确定 116

4.6.7计算实例 116

4.7低压系统浪涌保护器（SPD）的配置和应用 120

4.7.1概述 120

4.7.2交流低压电源系统SPD的应用 121

4.7.3信号、通信线路的SPD 128

4.7.4SPD的安装 130

4.8一个实例给控制系统防雷带来的思考 133

4.8.1工程环境的描述 133

4.8.2风险评估的计算 134

4.8.3对已有防雷措施的评价 134

4.8.4结论与思考 136

附录4A术语 136

4A.1综合防雷工程 136

4A.2雷电电磁感应 138

4A.3等电位连接系统 138

4A.4浪涌保护器（SPD） 139

参考文献 139

第5章 控制室格栅型屏蔽的设计计算 141

5.1概述 141

5.2计算步骤 142

5.3脉冲磁场抗扰度Ha的取值 145

5.4计算实例 146

5.5关于屏蔽导体截面的影响 147

5.6工程用查表 148

参考文献 149

第6章 控制室的静电防护 151

6.1静电放电的特点 152

6.2人体的静电模型（HBM） 154

6.3静电防护的软接地 157

6.4防静电工作区的理念 159

6.4.1EPA等级的划分 160

6.4.2EPA要素 160

6.4.3EPA静电泄漏电阻的取值 161

6.5控制室静电防护的基本措施 162

6.6防静电地面及其接地 164

附录6A物体带电顺序表和人体、器件带电电压值 165

附录6B防静电工作区的环境条件要求 166

附录6G控制系统静电放电抗扰度的试验 166

附录6D术语 168

6D.1基本概念 168

6D.2静电起电、积聚和消散 169

6D.3静电放电现象 169

6D.4材料及制品 170

6D.5静电安全和灾害预防 171

参考文献 173

第7章 电源与信号的隔离、滤波和干扰抑制 174

7.1供电系统的抗干扰设计 174

7.1.1控制系统的电源电路对电源的一般要求 174

7.1.2交流电源中产生干扰的主要原因 176

7.1.3隔离变压器 177

7.1.4开关电源产生的干扰及抗干扰措施 178

7.2I／O信号的处理 181

7.2.1模拟信号的数字滤波 182

7.2.2开关量信号的采样滤波 184

7.3长线传输干扰的抑制 186

7.3.1数字信号传输过程中的波反射 186

7.3.2终端开路时的波反射 186

7.3.3终端短路时的波反射 188

7.3.4终端电阻的匹配 188

7.3.5抑制波反射的匹配措施 188

7.4变频器高次谐波的抑制 189

7.4.1变频器高次谐波的产生 189

7.4.2高次谐波对控制系统的影响 190

7.4.3消除高次谐波对控制信号干扰的对策 191

7.5信号隔离 192

7.5.1信号的传输隔离 193

7.5.2信号的转换隔离 193

7.5.3信号的分配隔离 194

7.5.4信号的安全隔离 194

7.5.5电源隔离 195

7.5.6隔离精度 195

7.5.7无源隔离器和信号的驱动能力 195

7.5.8隔离器的响应时间 196

7.5.9开关量的隔离 196

7.6铁氧体磁珠滤波器 199

参考文献 202

第8章 控制室环境对控制系统性能的影响 203

8.1控制室的环境气候条件 203

8.1.1环境气候条件对控制系统的影响 203

8.1.2标准规定的环境气候条件 204

8.1.3控制室设计应采取的对策 205

8.2控制室的空气洁净条件 205

8.2.1空气洁净条件对控制系统的影响 205

8.2.2IEC标准对反应性环境（腐蚀气氛）的分级方法 205

8.2.3控制室对腐蚀性气氛和空气含尘量的要求 206

8.2.4控制室设计应采取的对策 206

8.3控制室的机械工作条件——振动 207

8.3.1振动对控制系统的影响 207

8.3.2振动的限制条件 208

8.3.3控制室设计应采取的对策 208

8.3.4控制柜的抗振要求 209

参考文献 209