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无线通讯领域20年工程师谈工厂内无线设备稳定性

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发表于 2019-11-15 10:38:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
从事无线领域20多年,平时被问到最多的问题便是:“无线通讯设备稳定不稳定?”
这个问题若是被工厂的技术人员提出的话,99%的人都希望得到一个关于无线产品可靠性的答案。如果单从技术层面来说明,由实验室出具的产品可靠性数据分析报告就可回答这个问题。但这些数据对于实际的现场状况来说,实验室环境还是太纯粹了些。这种报告数据并不能提供给我们足够的信心去尝试和使用无线通讯设备。若是站在一个无线通讯从业者的角度来讲,无线通讯受干扰因素远比有线通讯方式要不可控太多。但随着无线通讯技术的提高和现场经验的总结,我们发现的影响无线传输的干扰因素越多,那么无线通讯设备的可靠性也将成正比例提升。也就是需要给产品可靠性实验室数据加一个使用寿命的参考以及一个专门应对不可控事件发生的经验丰富的技术团队。
因此要将无线通讯产品做到稳定可靠,可以得出以下公式:
无线产品可靠性= 可靠性测试数据+平均使用寿命+技术服务团队
一、产生干扰的因素
企业实际生产过程中,无论是外接电路、气候条件、环境电磁场或是人为干扰在产品不进行有效处理的情况下都会严重影响到所有电子仪器的传输数据精度以及产品内部的运行稳定性,这些因素主要分为以下几类:
1.地环流干扰
  在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号,又有几十伏,甚至数千伏、数百安培的大信号:既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰,造成系统不稳定甚至误操作。
出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外,还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差也就是我们常说的系统接地问题!因而形成“接地环路”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;为了抑制干扰而加的屏蔽罩,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电势差(也就是各设备的共地点不同)因而形成“地环流”、“接地环流”问题。因此,要保证系统稳定和可靠的运行,“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。
2.环境干扰
工业现场的作业条件大多不符合精密仪器的运行条件,比如无线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,这些工作环境对于电子产品的运行稳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环境工作,一直是工业级无线通讯产品在技术上希望不断完善的地方。“无线”不再会因为稳定性而被不断质疑,能够让用户体验一次投入、运行稳定、无需维护并长期使用的特点。
3.电磁噪声干扰
   自然界充满了各种来源和各种频段的电磁波,会影响仪器仪表的使用和无线通信的信息传输,因此分析电磁波特性和解决方式很有必要。宇宙噪音是电离辐射产生的,在一天中不断变化,噪声起源于地球大气层外的银河系中心部分以及太阳噪音,太阳噪音则随着太阳活动情况而剧烈变化。雷电是种主要的自然干扰源,雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干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。电磁噪声主要会对通讯产生干扰,而雷屯能量尖蜂脉冲更可以对很多设备造成损坏,因此无线终端需要有效避免噪声对设备产生干扰和损坏设备的可能性,以尽可能避免用户的损失。
4.人为干扰
  人为产生的电磁干扰根本原因是导体中有电压或电流的变化,即较大dv/dt或di/dt。dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面,人们可以利用这一特点实现特定功能,例如,无线通信、雷达或其他功能,另方面,电子设备在工作时,由于导体中的dv/dt 或di/at会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的,客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备(电机、变频器)频繁开关,他们也会造成一些容性、感性的干扰,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,肯定会有电磁干扰存在。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,电磁污染情况会越来越严重。
[size=12.0000pt]二、干扰源处理方式:
    基于以上所提出的干扰问题,我们总结了如下几点的解决方法和处理意见。通过实际测验,可以有效的解决在一些工业场合中无线通讯设备所遇到的一部分干扰问题。
1.地环流处理方法:
处理环流最常见也最为麻烦,解决地环路”的方法根据理论和实践分析,有三种解决方案:
  (1)第一种方法;所有现场设备不接地,使所有过程环路只有一个接地点,不能形成回路,这种方法看似简单,但实际应用中往往很难实现,因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或人身安全,某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点,因此不采用此方式。
  (2)第二种方法:使两接地点的电势相同,但由于接地的电阻受地质条件及气候变化众多因素的影响,这种方法在其实在实际中也无法完全能做到,不采用此方式。
  (3)第三种方法:在各个过程环节中使用信号隔离器,断开过程环路,同时又不影响过程信号的正常传输,从而彻底解决地环路的问题。
采用信号隔离器的优越性
  在各个过程环路中使用信号隔离器办法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带的隔离的变送器(部分设备可以做到),也可以用信号隔离器来实现。比较起来,用信号隔离器有以下优点:
绝大部分情况,采用信号隔离器非隔离卡件比采用隔离卡件性价比更高;
信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越;
  信号隔离器应用灵活,而且它还有信号转换和信号分配及接口转换等功能,使用起来更加方便;
   信号隔离器通常有单通道、双通道、通道间相互完全独立、构成系统的配置,日常维护更加方便。
[size=12.0000pt]2. 气候干扰的解决方法:
终端箱体封闭设计,尽可能地隔离外界环境,使得内部仪器处于稳定的工作环境。这里DTD所有Y系无线设备皆采用IP55等级以上的终端箱以及IP68的外置天线来规避气候所造成的干扰问题。
产品展示 电话.jpg
3.电磁噪声干扰解决方法:
电磁干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径,这三要素缺少一个,电磁干扰问题都不会存在。因此要从这三要素入手,找出最方便的解决方法,一般干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环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,解决电磁干扰的方法,通常是从耦合路径上着手,这也是最常用的方法,如通过加屏蔽、加滤波等手段。
解决方法:
第一种,箱体结构,可以有效屏蔽外界电磁干扰。
第二种,短波加密的无线传输技术,达泰电子的软件专利技术,从传输方式上尽可能避免被干扰的可能性。
第三种,设备设计做避雷考虑,避免终端设备的损毁,终端外部箱体有效屏蔽了外部电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电磁干扰。
4.人为干扰的解决方法:
将无线通讯终端做成一个装置,也就是箱体结构。无线设备起到的不仅仅是传输效果,也包含了数据处理能力,自己可以形成一套完整且独立的系统。外部电路与无线通讯装置均采用了完善的隔离电路,保证将外部电路包括容性、感性的干扰到对终端内部电路的运行降到最低


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