자동화 제어 시스템 및 계측기의 간섭 방지 조치

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간섭이 발생하는 조건과 간섭을 억제하는 방법에 대한 과학적 분석을 통해, 자동화 제어 시스템 및 계측기가 신호 간섭을 해결하기 위해 사용하는 차폐, 절연, 필터링, 플로팅, 신호선의 간섭 방지, 사이리스터 간섭 방지, 릴레이 간섭 방지, 접지 등 8가지 간섭 대응 방법에 대해 상세히 설명합니다. 간섭 신호가 자동화 제어 시스템과 계측기에 영향을 미칠 수 있으려면 세 가지 조건이 필요합니다. 첫째, 간섭원이 간섭 신호를 생성해야 하고, 둘째, 그 간섭 신호에 민감한 수신 회로가 있어야 하며, 셋째, 간섭 신호와 수신 회로 사이의 결합 경로가 있어야 합니다. 이 세 가지 요소 중 하나라도 부족하면 전자 장치에 간섭이 발생하지 않습니다.간섭 문제를 해결할 때는 먼저 간섭원과 수신 회로의 성능, 그리고 간섭원과 수신 회로 사이의 결합 방식을 명확히 파악해야만 적절한 조치를 취하여 간섭의 영향을 억제할 수 있다. 간섭 억제 원칙 위의 분석에 따라, 간섭을 억제하는 원칙은 다음과 같습니다: 1. 전력선이나 신호선과 같은 간섭원을 제거하거나 분리함. 2. 파괴 방해 경로.“회로” 형태로 침입하는 간섭에 대해서는, 자동화 제어 시스템과 계측기 자체에 조치를 취하여, 예를 들어 절연 변압기나 광전 커플러를 사용함으로써 특정한 간섭 경로를 차단합니다；“장”의 형태로 침입하는 간섭에 대해서는 일반적으로 차폐 조치를 취합니다. 3. 간섭을 받는 회로(간섭 대상)의 간섭에 대한 민감도를 낮춤.높은 입력 임피던스를 가진 회로는 낮은 입력 임피던스를 가진 회로보다 간섭에 취약하며, 아날로그 회로는 디지털 회로보다 간섭에 대한 저항력이 약합니다. 설치 측면에서 보면, 간섭원이 다른 회로에 미치는 영향을 억제하는 것이 가장 효과적인 방법이지만, 때로는 조건의 제약이나 비용이 너무 많이 드는 등의 이유로 실현하기가 어렵습니다.이때는 간섭을 받는 약한 신호 회로, 자동화 제어 시스템, 계측기에 대해 보호 조치를 취하여 간섭에 대한 저항력을 높여야 합니다. 간섭 방지 조치 1. 차폐 차폐 기술은 주로 전자기 유도가 자동화 시스템과 계측기에 미치는 간섭을 억제하는 것입니다.이는 구리나 알루미늄과 같은 저저항 재료나 자성 재료를 이용하여 부품, 회로, 조립체 또는 전송선 등을 감싸서 내부와 외부의 전자기적 간섭을 차단하는 것입니다.차폐에는 정전기 차폐, 전자기 차폐, 저주파 자기 차폐, 구동 차폐가 포함됩니다. 1.1 정전기 차단 정전기장의 작용 하에 도체 내부에는 전기 선이 존재하지 않으며, 모든 지점의 전위가 같다.따라서 전도성이 우수한 금속을 사용하여 차폐 케이스를 만들고, 이를 접지시킵니다.내부의 전력선이 바깥으로 빠져나가지 않으며, 동시에 외부의 전력선도 내부에 영향을 주지 않습니다. 정전기 차폐는 정전기장의 영향을 막아주며, 부수적으로 발생하는 분배용 커패시터로 인해 두 회로 사이에 생기는 간섭을 제거하거나 줄여줍니다. 1.2 전자기 차폐 전자기 차폐란, 전도성이 우수한 금속 재료를 사용하여 차폐층을 만드는 방식입니다. 고주파 간섭 전자기장이 차폐층 내부에서 소용돌이 전류를 발생시키게 하고, 이 소용돌이 전류가 고주파 간섭 전자기장의 에너지를 소모시켜 고주파 전자기장의 영향을 줄이는 원리입니다. 전자기 차폐층을 접지하면 정전기 차폐 효과도 함께 얻을 수 있다.즉, 전도성이 우수한 금속 재료를 사용하여 접지형 전자기 차폐층을 만들면, 전자기 차폐와 정전기 차폐의 두 가지 기능을 동시에 수행할 수 있습니다. 2. 절연: 자동화 제어 시스템과 계측기의 신호 측정 회로 및 신호원이 양단에서 접지될 경우, 루프 전류가 쉽게 발생하여 간섭을 유발합니다.이때는 절연 방법을 사용해야 하며, 특히 자동 장치에 아날로그와 디지털, 고전압과 저전압의 혼합 회로가 포함된 경우에는 회로의 각 부분을 절연시켜 주어야 합니다. 이를 통해 드리프트를 억제하고 안전을 보호할 수도 있습니다. 신호 절연기는 신호 조절기로도 불리며, 입력된 단일 또는 이중의 전류나 전압 신호를 절연된 형태의 전류나 전압 신호로 변환하여 출력해 주고, 입력단, 출력단, 전원 간의 전기적 절연 성능을 향상시킵니다.“고품질 신호 절연기의 성능 평가 지표”라는 글에서 신호 절연기에 대해 자세히 설명하고 있습니다. http://yunrun.com.cn/upload/201605/31/201605312135186620.jpg 3. 필터링 필터링은 직렬 모드 간섭을 억제하거나, 공통 모드 간섭이 직렬 모드 교류 신호로 변환되는 것을 막는 효과적인 방법입니다.이는 신호와 노이즈의 주파수 분포 범위에 따라 해당 주파수 대역의 필터를 신호 전송 경로에 삽입하여 노이즈를 제거하거나 가능한 한 감쇠시켜, 신호대잡음비를 향상시키고 간섭을 억제하는 것을 목적으로 합니다.앞서 언급한 다양한 간섭 방지 조치에도 불구하고 여전히 잔류하는 교류 간섭 신호가 있다면, 필터링 방법을 이용하여 제거할 수 있습니다. 4. 부동 상태 유지: 부동 상태를 유지하는 것은 공통 모드 간섭을 방지하는 효과적인 방법입니다.신호선과 자동 장치의 회로를 절연 재료로 완전히 공중에 띄워, 그것들이 접지된 금속 외장과 닿지 않도록 하는 것을 ‘부동’이라고 합니다.완전히 공중에 떠 있는 회로에서는 공통 모드 전압이 존재해도 전류가 흐를 수 없습니다.두 입력 선의 접지에 대한 저항이 대칭적이든 아니든, 공통모드 간섭은 직렬모드 간섭으로 변환되지 않습니다. 또한 순수한 공통모드 신호는 (일정 한도 내에서) 자동화 제어 시스템과 계측기의 정상적인 작동을 방해하지 않습니다.이것은 변환을 방지하기 위해 취하는 간섭 대책입니다. 본질적으로, 부동형 구조와 변압기 절연, 광전 절연의 출발점은 동일하며, 모두 공통모드 신호의 경로를 차단하려는 것입니다.무소자 회로(예: 열전대와 연동되는 전자 전위차계 및 동권 계기)의 경우, 측정 회로를 지면으로부터 띄워서 접지 도체와 접촉하지 않게 하면 부동 상태가 됩니다.하지만 증폭기와 같은 액티브 회로는 꽤 번거로운데, 전원이 반드시 필요합니다.전원은 보통 전력망에서 공급되며, 전력망은 지면에 연결되어 있습니다.해결 방법은 변압기를 이용해 분리함으로써, 앰프에 전력을 공급하는 2차 권선을 띄워두는 것입니다. 5. 신호 케이블의 간섭 저항성: 열공정 자동화 장치의 전기 신호는 모두 저전압·소전류이므로, 케이블의 부하를 고려할 때 그다지 큰 단면적은 필요하지 않습니다.하지만 산업 제어 신호의 전송 거리가 멀고 환경이 열악하기 때문입니다.신호선의 저항을 낮추고 충분한 기계적 강도를 확보하기 위해, 일반적으로 단면적이 1mm2 이상인 다중 도체가 사용됩니다.다중 도체의 장점은 부드럽고 구부리기 쉽다는 것입니다.간섭 방지 요구사항에 따라.차동 케이블, 평행 케이블, 차폐 케이블 또는 동축 케이블을 사용할 수 있습니다. 간섭을 줄이는 관점에서 가장 근본적인 조치는 신호선을 동력선으로부터 멀리 떨어뜨리는 것입니다.만약 그렇지 않다면, 이들은 필연적으로 같은 케이블 트렌치 내에 설치되게 되며, 이 경우 케이블들은 트렌치의 양쪽을 따라 각각 배선되거나 두 층으로 나뉘어 배치되어야 합니다. 또한 두 케이블 사이에는 차폐용으로 접지 금속판을 설치해야 합니다.차폐가 없을 경우, 두 종류의 전선 사이의 거리는 15cm 이상이어야 하며, 가능하면 60cm 이상 떨어뜨려 두는 것이 좋습니다.전선이 관을 통과할 경우, 신호선과 동력선을 같은 관에 넣는 것은 절대 금지됩니다. 특히 주의해야 할 점은, 금속관은 접지되었을 때에만 전기장 차단 효과가 있다는 것이며, 자기장의 간섭을 차단할 수 있는 것은 철관뿐이라는 것입니다.쌍교선은 두 선이 만들어내는 회로의 크기가 매우 작으며, 앞뒤 방향이 교대로 되어 있기 때문에, 각 교차점에서 발생하는 유도 전압들이 서로 반대 방향이 되어 상쇄될 수 있다.동축 케이블의 간섭 저항 능력, 특히 고주파 신호 전송 측면에서는 다른 전선들에 비해 훨씬 뛰어난 장점을 가지고 있습니다. 6. 사이리스터에 의한 간섭 억제: 사이리스터는 자동화 제어 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있지만, 산업용 전자 부품 중에서는 상당한 간섭원이 됩니다. 사이리스터가 트리거되어 동작하거나 차단될 때, 전압과 전류에 급격한 변화가 생기며, 이로 인해 전력 공급망에 간섭 파동이 발생합니다. 이러한 간섭은 자동화 제어 시스템과 계측기에 부정적인 영향을 미칩니다.이러한 해로운 영향을 방지하거나 줄이기 위해, 사이리스터의 부하 양단에 저항과 커패시터가 직렬로 연결된 RC 회로를 병렬로 연결해야 합니다. 7. 전기 접점 간섭 억제: 스위치와 릴레이의 접점이 유도 부하를 차단할 때, 전류의 변화율이 매우 커져서 역방향의 순간적인 고전압이 발생합니다. 보통 몇 마이크로초 안에 이 고전압은 전원 전압의 10~20배에 달합니다.이로 인해 릴레이 접점에서 스파크가 발생하여 접점 표면이 손상될 뿐만 아니라 전자파 간섭도 일어나므로 매우 해로울 수 있습니다.이를 위해 전기 접점 소아크 회로를 설치할 수 있으며, 이는 접점을 보호하여 그 수명을 연장할 뿐만 아니라 간섭 신호도 억제합니다. 가장 일반적으로 사용되는 아크 소멸 회로는 다음 그림과 같습니다. RC 직렬 회로의 양단이 병렬로 연결되어 있으며, 전원이 직류일 경우 K가 차단되면 L에는 전류가 흐르지 않고, 전원 전압이 커패시터 C를 충전합니다.K가 연결되는 순간, 저항 R이 C의 방전 전류가 너무 커지는 것을 막아줍니다；K가 끊어지는 순간, 유도 전압이 R를 통해 C에 전하를 공급하여 전류의 감소 속도를 늦추고, 접점에서 아크가 발생하는 것을 방지합니다. 8. 접지: 접지도 간섭을 방지하는 중요한 수단입니다. 하지만 잘못된 접지는 오히려 간섭을 악화시킬 뿐, 간섭을 막는 효과는 없습니다.아래 그림에 나타난 세 개의 회로에서는, 각각의 접지선이 공통된 접지선에 연결되어 있습니다. 공통 접지선에는 저항이 있기 때문에, 접지선의 저항 r1, r2, r3에 따라 서로 다른 전류가 흐르게 됩니다. 이로 인해 발생하는 전압 강하가 다른 회로들에 간섭을 일으키게 되며, 이것이 바로 공통 임피던스를 통한 간섭 경로가 되는 것입니다. http://yunrun.com.cn/upload/201605/31/201605312137576294.png
http://yunrun.com.cn/upload/201605/31/201605312138273045.png
여러 회로가 잘못된 방식으로 접지되어 있습니다. 올바른 접지 방식은 모든 회로의 접지 저항이 서로 독립적이어야 합니다. 그렇게 하면 각 회로의 지류가 어떻게 되든 다른 회로에는 아무런 영향을 미치지 않습니다.따라서 접지점은 공유할 수 있지만 접지선은 공유할 수 없으며, 이것이 접지 원칙입니다.회로 1의 출력 신호가 회로 2에 공급되고, 회로 2가 다시 그 신호를 회로 3으로 보내는 경우, 접점들은 하나로 합쳐져 있어야 하며 세 개의 서로 다른 위치에 나뉘어 있어서는 안 됩니다