Thread Content
El análisis científico de las condiciones que generan las interferencias y de los métodos para suprimirlas, describe en detalle las ocho medidas de protección contra las interferencias que utilizan los sistemas de control automatizados y los instrumentos: blindaje, aislamiento, filtrado, conexión a tierra, protección de las líneas de señal contra interferencias, protección contra interferencias provenientes de tiristores y relés. Para que las señales de interferencia puedan afectar a los sistemas de control automatizados y a los instrumentos, es necesario que se cumplan tres condiciones: que haya una fuente de interferencias que genere dichas señales, que exista un circuito receptor sensible a esas señales, y que haya un canal de acoplamiento entre el circuito receptor y la fuente de interferencias. Sin ninguno de estos elementos, no es posible causar interferencias en los dispositivos electrónicos. Al abordar los problemas de interferencia, es necesario primero identificar la fuente de la interferencia, el rendimiento del circuito receptor y la forma en que esta se relaciona con el circuito receptor. Solo así se podrán tomar las medidas adecuadas para reducir el impacto de la interferencia. Principio de supresión de interferencias. Basándose en el análisis anterior, el principio de supresión de interferencias es: 1. Eliminar o suprimir las fuentes de interferencia, como aislar o mantener alejadas las líneas eléctricas y las líneas de señal. 2. Vías de perturbación y daño. Ante las interferencias que se presentan en forma de “señales”, se pueden tomar medidas a través de los sistemas de control automático y de los propios instrumentos, como el uso de transformadores de aislamiento o acopladores ópticos para interrumpir ciertas vías de interferencia ； Para las interferencias que se introducen en forma de “campo”, generalmente se emplean medidas de blindaje. 3. Disminuir la sensibilidad del circuito receptor (el objeto afectado por las interferencias) a estas mismas. Los circuitos con alta impedancia de entrada son más susceptibles a las interferencias que los circuitos con baja impedancia de entrada. Además, los circuitos analógicos tienen una capacidad menor para resistir las interferencias en comparación con los circuitos digitales. En cuanto a la instalación, la forma más eficaz de evitar que las fuentes de interferencia afecten a otros circuitos es controlarlas. Sin embargo, a veces es difícil lograrlo debido a limitaciones o costos elevados. En este momento, es necesario tomar medidas de protección para los circuitos de señales vulnerables que se ven afectados por las interferencias, así como para los sistemas de control automático y los instrumentos, con el fin de mejorar su capacidad para resistir dichas interferencias. Medidas contra las interferencias 1. Blindaje. La tecnología de blindaje sirve principalmente para suprimir las interferencias causadas por las inducciones electromagnéticas en los sistemas automatizados y en los instrumentos. Consiste en utilizar materiales de baja resistencia, como el cobre o el aluminio, o materiales magnéticos, para envolver componentes, circuitos, conjuntos o líneas de transmisión, con el fin de aislar las interferencias electromagnéticas entre lo que está dentro y lo que está fuera. La blindaje incluye blindaje electrostático, blindaje electromagnético, blindaje magnético de baja frecuencia y blindaje de accionamiento. 1.1 Blindaje electrostático: Bajo la acción de un campo electrostático, no existen líneas de fuerza eléctrica dentro del conductor; es decir, todos los puntos tienen el mismo potencial eléctrico. Por lo tanto, se utiliza un metal con buenas propiedades conductoras para fabricar la caja de blindaje, y esta se conecta a tierra. Es porque sus cables eléctricos internos no se transmiten al exterior, y al mismo tiempo, los cables eléctricos externos no afectan a su interior. La blindaje electrostático puede evitar la influencia de los campos electrostáticos, y así eliminar o reducir las interferencias que se generan entre dos circuitos debido al acoplamiento por capacitancia distribuida parasitaria. 1.2 Blindaje electromagnético: El blindaje electromagnético consiste en utilizar capas hechas de materiales metálicos con buenas propiedades conductoras. Estas capas generan corrientes de Foucault dentro del blindaje, debido a las interferencias electromagnéticas de alta frecuencia. Dichas corrientes consumen la energía del campo magnético perturbador, reduciendo así el impacto de los campos electromagnéticos de alta frecuencia. Si se pone a tierra la capa de blindaje electromagnético, también cumple la función de blindaje electrostático. En otras palabras, al utilizar un material metálico con buenas propiedades conductoras para crear una capa de blindaje electromagnético, se puede lograr tanto el efecto de blindaje electromagnético como el de blindaje electrostático. 2. Aislamiento: Cuando los circuitos de medición de señales y las fuentes de señal de los sistemas de control automático e instrumentación están conectados a tierra en ambos extremos, es fácil que se generen corrientes de bucle, lo que provoca interferencias. En estos casos, es necesario utilizar métodos de aislamiento. Especialmente cuando los dispositivos automáticos contienen circuitos mixtos de tipo analógico y digital, así como de alta y baja tensión, es preciso aislar cada uno de los componentes del circuito. Esto también sirve para reducir las fluctuaciones y garantizar la seguridad. El aislador de señales también funciona como un condicionador de señales; transforma las señales de corriente o voltaje de entrada, ya sea individuales o dobles, en señales de corriente o voltaje aisladas, y mejora el aislamiento eléctrico entre la entrada, la salida y la fuente de alimentación. En el artículo “Indicadores para evaluar el rendimiento de los aisladores de señales de alta calidad” se presenta una descripción detallada de los aisladores de señales. http://yunrun.com.cn/upload/201605/31/201605312135186620.jpg 3. Filtrado: El filtrado es un método eficaz para suprimir las interferencias de tipo secuencial, o bien para evitar que las interferencias de tipo común se conviertan en señales de corriente alterna de tipo secuencial. Se basa en el rango de distribución de frecuencias de la señal y del ruido; se introducen filtros en las bandas de frecuencia correspondientes dentro del canal de transmisión de la señal, con el fin de eliminar o atenuar al máximo el ruido. De esta manera, se logra mejorar la relación señal-ruido y reducir las interferencias. Bajo las diversas medidas antiparasitarias mencionadas anteriormente, si aún quedan señales de interferencia alterna residuales, se puede eliminarlas mediante el uso de filtros. 4. Flotación: La flotación es una medida eficaz para contrarrestar las interferencias de tipo común. Se trata de elevar completamente los cables de señal y los circuitos de los dispositivos automáticos con material aislante, de modo que no entren en contacto con la carcasa metálica conectada a tierra. A esto se le denomina “aislamiento”. Un circuito completamente flotante, incluso cuando existe una tensión en modo común, no puede generar corriente. Independientemente de si la resistencia de los dos cables de entrada con respecto a tierra es simétrica o no, esto no convertirá las interferencias en modo común en interferencias en modo secuencial. Además, las señales puramente en modo común no interfieren con el funcionamiento normal de los sistemas de control automático y de los instrumentos (dentro de ciertos límites). Estas son medidas de contramedidas para evitar la conversión. En esencia, el aislamiento mediante levitación y el aislamiento por transformador, así como el aislamiento óptico, tienen el mismo objetivo: intentar interrumpir la ruta de las señales en modo común. En el caso de los circuitos pasivos (como los potenciómetros electrónicos que se utilizan junto con termopares y los instrumentos de tipo dinámico), basta con elevar el circuito de medición por encima del suelo, de modo que no entre en contacto con los conductores a tierra, para lograr que esté en estado flotante. Pero los circuitos activos como los amplificadores son más problemáticos, ya que necesitan una fuente de alimentación. La fuente de alimentación proviene, a menudo, de la red eléctrica, que a su vez está conectada a tierra. La solución es utilizar un transformador para aislarlo, de modo que el devanado secundario que suministra energía al amplificador quede aislado. 5. Resistencia a las interferencias en los cables de señalización: Las señales eléctricas en los dispositivos de automatización de procesos térmicos son de baja tensión y corriente reducida. Por lo tanto, en cuanto a la carga que soportan los cables, no es necesario que tengan un gran área transversal. Pero debido a que las señales de control industrial deben transmitirse a grandes distancias y en condiciones ambientales adversas. Para que la resistencia de los cables de señal sea baja y cuenten con suficiente resistencia mecánica, generalmente se utilizan cables multicapa cuyo área transversal es de al menos 1 mm². La ventaja de los cables multicables es que son flexibles y fáciles de doblar. De acuerdo con los requisitos de resistencia a las interferencias. Se puede utilizar par trenzado, cables paralelos, cables blindados o cable coaxial. Desde el punto de vista de reducir las interferencias, la medida más fundamental es mantener las líneas de señal alejadas de las líneas de alimentación. En todos los casos, es inevitable que se instalen en el mismo canal de cables. Por lo tanto, es necesario que los cables se distribuyan a lo largo de ambos lados del canal, o bien que se organicen en dos capas separadas. Entre ellas se debe colocar una placa metálica a modo de pantalla para protegerlos. Sin blindaje, la distancia entre los dos tipos de cables no debe ser menor a 15 cm; lo ideal es que estén separados por más de 60 cm. Si los cables pasan por dentro de un tubo, no se permite en absoluto que los cables de señal y los cables de alimentación pasen por el mismo tubo. Es importante tener en cuenta que los tubos metálicos solo ofrecen protección contra campos eléctricos cuando están conectados a tierra; solo los tubos de hierro pueden proteger contra las interferencias magnéticas. Dado que los bucles formados por los dos hilos en el par trenzado son muy pequeños, y además los hilos se alternan en direcciones opuestas, la fuerza electromotriz inducida en cada bucle puede anularse mutuamente debido a las diferencias en sus direcciones. En cuanto a la capacidad del cable coaxial para resistir las interferencias, especialmente en la transmisión de señales de alta frecuencia, este tipo de cable tiene ventajas significativas en comparación con otros tipos de cables. 6. Supresión de las interferencias causadas por los tiristores: Los tiristores se utilizan cada vez más en los sistemas de control automático. Sin embargo, representan una fuente importante de interferencias entre los dispositivos electrónicos industriales. Cuando los tiristores se activan o se desactivan, se producen cambios bruscos en la tensión y la corriente. Esto genera ondas de interferencia en la red de suministro eléctrico, y dicha interferencia tiene efectos negativos en los sistemas de control automático y en los instrumentos. Para prevenir o reducir estos efectos dañinos, es necesario conectar en paralelo a los extremos de la carga del tiristor un circuito RC formado por una resistencia y un condensador conectados en serie. 7. Supresión de las interferencias causadas por los contactos eléctricos: Cuando los contactos de los interruptores y relés se separan de una carga inductiva, la gran tasa de cambio de corriente genera una alta tensión momentánea en dirección opuesta. Por lo general, en cuestión de microsegundos, esta alta tensión puede llegar a ser 10-20 veces mayor que la tensión de alimentación. Produce chispas en los contactos del relé, lo que no solo erosiona la superficie de los mismos, sino que también genera interferencias de ondas electromagnéticas; esto es muy perjudicial. Para ello, se puede configurar un circuito de extinción de arcos eléctricos en los contactos, lo que no solo protege los mismos y prolonga su vida útil, sino que también reduce las señales de interferencia. El circuito más utilizado para eliminar las corrientes de arco se muestra en la figura a continuación: se trata de un circuito en serie RC, con los terminales eléctricos conectados en paralelo. Cuando la fuente de alimentación es de tipo continua, al desconectar K, no hay corriente que fluya por L. La tensión de la fuente de alimentación carga el condensador C. En el instante en que se conecta K, la resistencia R evita que la corriente de descarga de C sea excesiva ； En el momento en que se interrumpe la conexión K, la tensión inducida carga el condensador a través de R, lo que hace que la corriente disminuya más lentamente. Esto también protege los contactos de la formación de arcos eléctricos. 8. Conexión a tierra: La conexión a tierra también es un medio importante para combatir las interferencias. Sin embargo, una conexión a tierra incorrecta no solo no sirve para reducir las interferencias, sino que incluso puede intensificarlas. Como se muestra en las tres circuitos de la imagen, sus respectivas masas están conectadas a una masa común. Dado que la masa común presenta resistencia, se generan corrientes de tierra diferentes en las resistencias r1, r2 y r3. Estas corrientes causan una caída de voltaje que puede interferir con los demás circuitos; en otras palabras, esto crea un camino para que haya interferencias en la impedancia común. http://yunrun.com.cn/upload/201605/31/201605312137576294.png http://yunrun.com.cn/upload/201605/31/201605312138273045.png Varios circuitos tienen una conexión a tierra incorrecta. La forma correcta de conectar los circuitos a tierra es que la resistencia de tierra de cada circuito sea independiente; de esta manera, sin importar cuál sea la corriente de tierra en cada uno de ellos, no habrá impacto en los demás circuitos. Se puede compartir el punto de conexión a tierra, pero no los cables de tierra; ese es el principio de la puesta a tierra. Supongamos que la señal de salida del circuito 1 se envía al circuito 2, y que este a su vez envía la señal al circuito 3. En este caso, es necesario unir los contactos en un solo lugar, ya que no pueden estar distribuidos en tres lugares diferentes