10. Характеристики асу. Помехоустойчивость.

    1. Общая характеристика помех

Помеха – нежелательный (посторонний) электрический сигнал в электрических или информационных цепях (сетях) ПА техногенного или естественного (природного) происхождения.

Условно может быть поделена на 2 вида:

Внешняя (для СА) – помеха, создаваемая внешними по отношению к СА, включая вспомогательные цепи, соединительные провода, электропитание, источниками (например: молния, статическое электричество, э-м излучение, шумящее оборудование, сеть электропитания 220В, 50Гц, переключаемые сетевые нагрузки, трибоэлектричество, гальванические пары, термоэлектрический эффект, электролитические процессы, движение проводника в магнитном поле и др.);

Внутренняя помеха, создаваемая внутренними по отношению к СА источниками, и прежде всего различными паразитными (нежелательными) связями (например: кондуктивными, емкостными, индуктивными).

Основной источник помех в ПА - ток в заземляющих проводниках, создающий вокруг них паразитное электромагнитное (э-м) поле и падение напряжения различных помех в проводниках.

1. Технические характеристики помех

Основной характеристикой помехи является зависимость спектральной плотности ее мощности от частоты. В ПА помехи имеют спектр от постоянного тока до единиц ГГц. Состав и спектральные плотности основных видов помех в ПА показаны на рис. ХХ 1.1.

Рис.ХХХ 1.1. Относительный уровень спектральной плотности мощности и частота основных источников электромагнитных помех

На аналоговые схемы автоматики воздействуют помехи с частотой до 10-ков КГц, а на цифровые цепи - до сотен МГц. Помехи гигагерцевого диапазона непосредственного влияния на системы автоматизации не оказывают, однако после преобразования в нелинейных элементах или вследствие алиасного эффекта (гл. ХХХ 4) они могут порождать низкочастотные помехи в указанных диапазонах частот.

Полоса пропускания (ПП) Δf – для ТС - ширина АЧХ по уровню половинной мощности или по уровню 0.707 (= 1/2^0.5) напряжения или тока от максимальных значений. Характеризуется также f_Н и f_В значениями нижней f_Н и верхней f_В граничных частот: Δf = f_В - f_Н

Широкополосные помехи – создаются электротехническими устройствами с относительно быстрым переключением уровня тока или напряжения (например, двигатели, выключатели, реле и контакторы, трамвайные токосъемники и т.п.) являются источниками.

Узкополосные помехи – создаются электротехническими и электронными устройствами с периодическим изменением тока или напряжения с ограниченной скоростью нарастания (например, сотовые телефоны, радиопередатчики, генераторы сигналов, микроволновые печи, микропроцессорные системы) дают узкополосные помехи.

В сигнальных цепях и цепях заземления СА содержится весь спектр возможных помех. Однако негативное (нежелательное) влияние оказывают только помехи, частоты которых лежат в полосах пропускания средств ПА.

Среднеквадратическое значение напряжения или тока помехи Епомехи определяется шириной ее спектра:

(1.1)

где е²(f) - спектральная плотность мощности помехи, В²/Гц; f_Н и f_В – нижняя и верхняя границы спектра помехи. В частном случае, когда е²(f) слабо зависит от частоты, приведенная закономерность упрощается:

(1.2)

Таким образом, для уменьшения влияния помех на СА необходимо сужать ширину ПП Δf = f_В - f_Н аналоговых модулей в-в (например, если известно, что постоянная времени датчика τ составляет 0.3с, что приблизительно соответствует ПП сигнала f_0.7 = 1/(2π τ) = 0.5Гц, то ограничение ПП модуля ввода величиной 0,5Гц позволит уменьшить уровень помехи и тем самым повысить точность измерений, снизить требования к заземлению, экранированию и монтажу системы.

Однако фильтр вносит динамическую погрешность в результаты измерения, которая зависит от формы (спектра) входного сигнала. Динамическая погрешность свойственна всем известным методам ослабления помехи нормального вида, хотя она часто не указывается в характеристиках аналоговых модулей, что может вводить пользователя в заблуждение. Подробнее динамические погрешности рассматриваются в гл. ХХХ 4.

Наличие фильтра не всегда спасает от влияния помех. Например, если высокочастотная помеха, перед входом модуля ввода, детектируется или выпрямляется на нелинейных элементах, то из сигнала помехи выделяется постоянная или низкочастотная составляющая, которая уже не может быть ослаблена фильтром модуля ввода. Такими нелинейными элементами могут быть, например, контакты разнородных металлов, защитные диоды, стабилитроны, варисторы.