Strutture per bus fieldbus: giunti capacitivi e induttivi

César Cassiolorato

Direttore del marketing, qualità, servizio e impianti – Attrezzature SMAR Industryis LTDA . [email protected]

Introduzione

La coesistenza di attrezzature con Diverse diverse tecnologie, aggiunte alla mancanza di adeguatezza delle strutture, facilita l’emissione di energia elettromagnetica e con questa, è comune per problemi di compatibilità elettromagnetica. Questo è molto comune nelle industrie e nelle fabbriche in cui l’EMI (interferenza elettromagnetica) è molto frequente in base al maggiore uso di macchine (saldatrici, ad esempio), motori (ccms), reti digitali e computer vicino a queste aree.

Topologia e distribuzione dei cavi, tipi di cavi, tecniche protettive sono fattori che dovrebbero essere considerati per la minimizzazione degli effetti EMI. Ricorda che alle alte frequenze, i cavi si comportano con un sistema di trasmissione con linee incrociate e confuse, riflettendo energia e diffondendola da un circuito all’altro. Tenere le connessioni in buone condizioni. Connettori inattivi per un lungo periodo, possono sviluppare resistenza o diventare rivelatori RF.

Vedremo in questo articolo, alcuni dettagli sugli effetti dell’accoppiamento capacitivo e induttivo, l’uso della schermatura in un punto e due punti , Così come l’uso del cavo per addestrarli e le tecniche di protezione EMI.

Inizialmente, vedremo alcuni dettagli sulla connessione a terra nella strumentazione e nell’automazione.

L’importanza del collegamento a terra in strumentazione e automazione.

In un modo semplice e diretto, la connessione a terra ha il Seguenti obiettivi:

Scegli carichi statici accumulati in strutture, supporti e custodie.;

facilitare il funzionamento di dispositivi di protezione (fusibili, interruttori automatici, ecc.), Attraverso la corrente deviato;

Proteggi le persone e gli animali contro i contatti indiretti.;

Crea il gioco di parole Riferimenti per la tosse Adatto per segnali e misurazioni;

Riduci al minimo gli effetti EMI (interferenze elettromagnetiche).

ecc.

Quando parliamo di apparecchiature elettroniche, Come quelli che abbiamo in strumentazione e automazione, il sistema di connessione a terra deve essere visto come un circuito di bassa induttanza reciproca che favorisce il flusso della corrente al benchmark Null. Inoltre, deve essere proiettato fornendo i migliori vantaggi alla protezione EMI.

Il sistema di messa a terra deve servire:

Controllo delle interferenze elettromagnetiche, sia interni al sistema elettronico ( accoppiamento capacitivo, induttivo e impedenza comune) come esterno al sistema (ambiente);

Sicurezza è all’alloggiamento delle apparecchiature collegate al terreno di protezione e, in questo modo, qualsiasi segnale di connessione del terreno indicata al alloggiamento o cabinet, direttamente o indirettamente, rimane automaticamente a cui si fa riferimento alla terra di distribuzione energetica.

Varie sono l’inconveniente da parte di un sistema di messa a terra inadeguato in cui possiamo citare, tra gli altri:

guasti di comunicazione (interferenze, retriers, cornici corrotte, blocchi, ecc.);

Drifts (errori nelle misurazioni di dislocazione dei riferimenti (offset), causando un aumento della variabilità dei processi, dei costi io noncidaari con materia prima, ecc.);

Eccesso EMI;

Riscaldamento anormale delle fasi di potenza (inverter, convertitori, ecc …) e motori;

indebiti Azioni nelle logiche LLCS;

Apparecchiature di riscaldamento, placche elettroniche e senza ragioni apparenti;

ecc.

I segnali possono variare fondamentalmente a causa di: fluttuazione della tensione;

armoniche della corrente;

RF guidato e irradiato;

temporaneo (guida o radiazione);

campi elettrostatici;

campi magnetici;

riflessioni;

crosstalk;

attenuazioni;

rumori di fase;

ecc.

Il principale Fonti di interferenza sono:

accoppiamento capacitivo;

accoppiamento induttivo;

Guidare attraverso impedenza comune (collegamento a terra): quando le correnti di due diverse I circuiti passano la stessa impedenza. Ad esempio, il percorso di connessione a terra comune di due circuiti.

Accoppiamento capacitivo

L’accoppiamento capacitivo è rappresentato da L’interazione dei campi elettrici tra i conducenti. Un conducente passa vicino a una fonte di rumore (inquietante), cattura il rumore e lo trasporta per un’altra parte del circuito (vittima). È l’effetto capacitante tra due corpi con cariche elettriche, separate da un dielettrico, o che chiamiamo l’effetto della capacità reciproca.

L’effetto del campo elettrico è proporzionale alla frequenza e inversamente proporzionale alla distanza.

Il livello di disturbo dipende dalle variazioni della tensione (DV / DT) e dal valore della capacità di accoppiamento tra il “cavo inquietante” e il “cavo vittima”.

il giunto di accoppiamento La capacità aumenta con:

l’inverso della frequenza: la potenza per l’accoppiamento capacitivo aumenta in base all’aumento della frequenza (reattanza capacitiva, che può essere considerata come la resistenza del giunto capacitivo, diminuisce secondo alla frequenza e può essere visto nella formula xc = 1/2pfc)

la distanza tra i cavi e vittime di disturbo e la lunghezza dei cavi che vengono eseguiti in parallelo.

il Altezza dei cavi in relazione al piano di riferimento (in relazione a N a terra).

L’impedenza dell’ingresso del circuito della vittima (circuito di impedenza ad alto ingresso è più vulnerabile).

Isolamento del cavo vittima principalmente per pareti cavi fortemente accoppiati.

La figura 1 mostra un esempio dell’effetto mediante accoppiamento capacitivo.

Figura 1 – Esempio di L’effetto per accoppiamento capacitivo

Nella figura 2 possiamo vedere l’accoppiamento e la sua tensione e le fonti di corrente in modalità comune e differenziale.

Figura 2 – Modalità differenziale e modalità comune – Accoppiamento capacitivo

Misure per ridurre l’effetto di accoppiamento capacitivo

- limite dell’estensione del cavo in esecuzione in parallelo.
- Aumenta la distanza dai cavi Esecuzione in parallelo.
- Collegare a terra uno dei suggerimenti degli schermi sui due cavi.
- Ridurre il DV / DT del segnale di disturbo, aumentando il tempo di caricamento dal segnale , quando possibile (cadere la frequenza del segnale).

Avvolgere sempre il driver o l’attrezzatura con metallizzato Il materiale (Faraday Shield) è possibile. L’ideale è che copre il cento per cento dalla parte da proteggere e che questo scudo è messo a terra in modo che la capacità di accoppiamento tra il conducente e lo scudo non funga come feedback o elemento crosstalk. La figura 4 mostra l’interferenza tra cavi, in cui il giunto capacitivo tra il transiente induce cavi (pickup elettrostatici). In questa situazione, la corrente di interferenza viene prosciugata allo “scudo” senza influire sui livelli dei segnali.

Figura 3 – Misure per ridurre l’effetto di accoppiamento capacitivo

Figura 4 – Interferenze del cavo: Accoppiamento capacitivo tra Aduces Cables Transient (Pickup Eletrostatici) di Tensão

La figura 5 mostra un esempio di protezione transiente.

figura 5 – Esempio di protezione contro il traffico (Migliore corrente Foucault Soluzione)

Le interferenze elettrostatiche possono essere ridotte:

Adatta messa a terra e schermatura.

Isolaçion optica.

per l’uso di grondaie di metallo e vassoio con messa a terra.

La figura 6 mostra la capacità di accoppiamento tra due driver separati da una distanza D.

Figura 6 – Accoppiamento capacitivo tra i driver a distanza D

Accoppiamento induttivo

Il “cavo inquietante” e il “cavo vittima”, sono accompagnati da un campo magnetico. Il livello di disturbo dipende dalle varianti attuali (DI / DT) e dall’induttanza reciproca del giunto. Accoppiamento induttivo aumenta con:

La frequenza: la reattanza induttiva è direttamente proporzionale alla frequenza ( Xl = 2pfl).

la distanza tra i cavi e vittime disturbanti e la lunghezza dei cavi che vengono eseguiti in parallelo.

L’altezza dei cavi con relazione con il piano di riferimento ( in relazione al terreno).

L’impedenza di carica del cavo o del circuito di disturbo.

Figura 7 – Accoppiamento induttivo tra i driver

misure per ridurre l’effetto di accoppiamento induttivo tra i cavi.

Limita la lunghezza dei cavi in esecuzione in parallelo.
Aumenta la distanza tra il cavo inquietante e il cavo della vittima.
Collegare un terreno di I suggerimenti dei “Scudi” dei due cavi.
Ridurre il DV / DT del disturbo aumentando il tempo di aumento del segnale, quando possibile (serie resistenze collegate o resistori PTC nel cavo inquietante, Anelli di ferrite su disturbers e / o cavo vittima).

Figura 8 – Accoppiamento induttivo tra cavo e campo

misure per ridurre l’effetto di accoppiamento induttivo tra cavo e campo

limite l’altezza h del cavo al piano terra.
quando possibile, Posizionare il cavo accanto alla superficie metallica.
Utilizzare cavi intrecciati.
Utilizzare Ferrite e filtri EMI

Figura 9 – Accoppiamento induttivo tra cavo e ciclo di terra

Misure per ridurre l’effetto di accoppiamento induttivo tra cavo e terra Lopps.

Ridurre l’altezza (h) e la fine della fine.
a condizione che sia possibile Per mettere il cavo accanto alla superficie metallica
Utilizzare cavi intrecciati
nelle alte frequenze, collegare lo “scudo” in due punti (cura!) E a bassa frequenza in un singolo punto solo.

	Cavo di comunicazione	Cavi con e nessun scudo: 60VDC o 5VAC e < 400VAC	Cavi con e senza scudo: > 400VAC	Qualsiasi cavo soggetto ad esposizione a raggio
Fieldbus Cavo di comunicazione		10 cm	20 cm	50 cm
Cavi con e senza scudo: 60VDC o 25VAC e < 400VAC	10 cm		10 cm	50 cm
cavi con e senza scudo: > 400Vac	20 cm	10 cm	50 cm
Qualsiasi cavo soggetto ad esposizione ray	50 cm	50 cm	50 cm

Tabla 1 – distanze tra i cavibus di fieldbus e altri tipi di cavi per garantire la protezione EMI LAL

Figura 10 – Interferenze tra cavi: campi magnetici attraverso l’accoppiamento induttivo tra cavi indurre il transiente (pickup elettromagnetici) corrente

Le interferenze elettromagnetiche possono essere ridotte:

cavo intrecciato

Isolaçion Optical

per l’uso di grondaie e collegamento a terra vassoi metallici.

Figura 11 – Induttanza reciproca tra due driver

Per ridurre al minimo l’effetto di induzione, il cavo a coppia contorto che riduce al minimo l’area (s) e diminuisce l’effetto della tensione indotta VB a seconda del campo B, degli effetti di rischio (misurazione degli effetti in base alle distanze) :

Il cavo contorto della coppia è composto da coppie di filo. I fili di una coppia sono a spirale contorti al fine di, attraverso l’effetto della cancellazione, ridurre il rumore e mantenere costante proprietà elettriche del supporto per tutta la sua estensione. L’effetto di cancellazione riduce la Crosonia (crosstalk) tra le coppie dei fili e diminuisce il livello di interferenza elettromagnetica / radiofrequenza. Il numero di trecce di filo può essere variato per ridurre l’accoppiamento elettrico. Con la sua costruzione fornisce un accoppiamento capacitivo tra i driver della coppia. Ha un comportamento più efficiente a basse frequenze (< 1MHz). Quando non è schermato, ha uno svantaggio nel rumore in modalità comune.Per le basse frequenze, cioè quando la lunghezza del cavo è inferiore all’estensione dell’onda a frequenza di rumore 1/20, la schermatura (maglia o scudo) presenterà la stessa potenza in tutta la sua estensione, in questo caso, si consiglia di connettersi La schermatura in un unico punto di terra. Nelle frequenze elevate, questo è, quando l’estensione del cavo è maggiore di 1/20 onda lunga della frequenza del rumore, lo schermo presenterà un’elevata suscettibilità al rumore, in questo caso si raccomanda di essere radicata in entrambe le estremità .

nel caso induttivo Vruid = 2Pbacosa dove B è il campo è già l’angolo in cui il flusso riduce l’area del vettore (A) o anche a seconda dell’induttanza reciproca M: Vruid = 2PFMI dove I / The I / The corrente nel cavo di alimentazione.

Figura 12 – Esempio di rumore di Induzione

La figura 13 mostra il comportamento del segnale in relazione alla forma di condizionamento e scudo del terreno. Percepire che la migliore condizione deve essere collegata a terra o “scudo” e crea ancora un’area di contatto metallica collegata a terra in un canale metallico.

Figura 13 – Effetto sul segnale A seconda del trattamento in relazione a terra e scudo.

Una figura 14 Detagli La situazione di PROFIBUS-DP e I Loops of Earth.

Figura 14 – PROFIBUS-DP e loop di terra

Utilizzo dei cavi schermati in minimizzazione del rumore

Nell’argomento di migliore efficienza del rumore Protezione, la doppia schermatura (treccia e folio), sono state applicate con miglioramenti significativi nel rapporto segnale / rumore e possiamo commentare che:

con doppia protezione con certezza ed efficiente, ci sono cavi in alto con più di 3 protezioni. La maglia chiusa, migliore è la protezione ..

Puoi usare lo “scudo” (treccia) e il folio in modi diversi, applicando per vittime e alte frequenze.

In caso di frequenze basse, il cavo può essere messo a terra in una sola extramità e si prevede che nel caso in cui lo scudo presenta lo stesso potenziale in queste frequenze. Con questo avremmo una maggiore protezione nei rumori a bassa frequenza.

Nel caso di alte frequenze, lo scudo presenterà un forte rumore sufficiente e in questo caso si raccomanda di essere collegato a terra su entrambi gli arti (Qui alcune cure devono essere prese in pratica da questioni di potenza e sicurezza dell’apparecchiatura).

Con questa doppia protezione alternativa, proteggerebbe la comunicazione di bassa e alta frequenze, essere meglio nella protezione dell’eMI.

L’efficienza della rete (treccia) è generalmente più efficace a basse frequenze, non appena il folio è più efficace a frequenze più alte.

I cavi con “Scudo” in Expert richiede da valutare perché possono presentare effetti induttivi e essere inefficienti alle alte frequenze.

Non appena il collegamento a terra della rete è disponibile in un singolo punto (vedere la figura 15), la corrente non circolerà attraverso la mesh e non annullerà i campi magnetici. Quando ti connetti a legare RRA A due punti, ha due percorsi attuali, uno per vittime e un altro per alte frequenze. Vale la pena ricordare che:

Riduci al minimo l’estensione del driver che si estende fuori dallo schermo.

garantiscono una buona connessione dello “scudo” sulla Terra.

Si verifica una distribuzione di correnti, a seconda delle frequenze, poiché la corrente tende a seguire il percorso minore. Fino ad alcuni KHX: la reattanza induttiva è trascurabile e la corrente differmerà lungo il modo in cui la resistenza.

A proposito di KHz: c’è una predominanza di reattanza induttiva e con questo la corrente differuterà lungo il percorso dell’induttanza inferiore.

L’impedenza del percorso minore è che il cui percorso di ritorno è chiuso Alla roundtout, presentando una maggiore capacità distribuita e induttanza distribuita inferiore.

Quando lo “scudo” è messo a terra a terra:

nessuna protezione contro i loop della Terra.

Danni a equipaggiamento attivo possibilmente significativo quando la differenza di potenziale di terra tra entrambi gli estremi UltraPase 1 V (RMS) (oltre 1 V (RMS) non è raccomandato di connettersi a terra a due punti. Cura!)

La resistenza elettrica di messa a terra dovrebbe essere il più basso possibile ad entrambe le estremità del segmento di ridurre al minimo i “loop” della Terra, principalmente a basse frequenze.

Ridurre al minimo l’estensione della connessione di riferimento di schermatura, Poiché questa estensione in eccesso funziona come una bobina e può facilitare la suscettibilità al rumore.

La soluzione migliore per la schermatura magnetica è quella di ridurre l’area “Loop”. Una coppia intrecciata o un ritorno corrente viene utilizzato dalla schermatura.

L’efficacia della schermatura del cavo intrecciata con il numero di Voltas PR cm.

Figura 15 – Scudo in bassa e alta frequenza & collegamento a terra a uno e due punti.

in relazione a Gli investitori, che saranno normalmente generatori di rumore, un punto importante è che la maggior parte degli investitori possiede frequenza di commutazione che può variare da 1,0 kHz a 30 kHz. Oltre a ciò, alcuni produttori di investitori hanno commentato che partecipano agli standard CE, piuttosto che nelle installazioni avvolgenti Gli inverter dovrebbero essere:

Collegamento a terra correttamente e secondo i manuali (“Scudo” collegato a terra a due estremità e gli involucri dei motori collegati a terra sono raccomandati L. come fabbriche).

La potenza di uscita, la fissazione del controllo (I / O) e il segnale devono essere schermati con copertura pari o superiore al 75%, Potência de Sarada, Fiação de Controlle (I / O) E Sinale Devem Il mantello blindato, la copertura TRANÇADO COM uguale uguale rispetto al 75%, fili conduttori in metallo o attenuazione equivalente.

Tutti i cavi cablati devono avere la sua risoluzione in un connettore blindato appropriato.

I cavi di controllo e le guarnizioni devono essere separati almeno 0,3 m di forza / fili di potenza.

conclusione

La schermatura contro i campi magnetici non è Efficiente come è contro i campi elettrici. Lo scudo è solo efficiente quando stabilisce un percorso di bassa impedenza per terra, e oltre a ciò, uno scudo fluttuante non protegge dalle interferenze. La rete di schermatura deve essere collegata al potenziale di riferimento (Terra) del circuito che viene schermato. Munching lo scudo in più di un punto può essere problematico.

Alle frequenze basse, le coppie intrecciate assorbono la maggior parte degli effetti delle interferenze elettromagnetiche. Già ad alta frequenza, questi effetti sono assorbiti dalla schermatura del cavo.

Vale la pena ricordare anche se un materiale non magnetico avvolge un driver con che la corrente di questo driver restituita su un altro modo di tale modalità che l’area definita per il percorso di questa corrente è inferiore a quando il conducente non è avvolto, questa protezione sarà più efficace.

Quando possibile, collegare i vassoi dei cavi al sistema di linea equipotenziale.

Questo articolo non sostituisce i modelli IEC 61158 e IEC 61784 e né i profili e le guide tecniche di PROFIBUS. In caso di discrepanza o DUA, IEC 61158 e IEC 61784, i profili, i profili, le guide tecniche e i manuali dei produttori prevalgono. Quando possibile, vedere la EN50170 per le normative fisiche, nonché le pratiche di sicurezza di ciascuna area.

Riferimenti

Articoli tecnici – César Cassiolorato
Manuali Smarm
www.system302.com.br
www.smar.com.br
http://www.smar.com/brasil2/artigostecnicos/
http://www.electrical-installation.org/wiki/Coupling_mechanisms_and_counter-measures
EMI – Interferência Eletromagnetic, César Cassioloto
Battistrada, Blochagem, Roodes e Desids di Instalação, César Cassioloto
o uso di grondaie in metallo che riducono al minimo come correnti di foucault em installações profibus, césar cassiolorato
rood e interferências em instalações PROFIBUS, César Cassiolorato
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