也許每位自動化領域的同仁都有同感，在工程施工中，最讓我們頭疼的是通信控制。通過對emc理論的學習，我們可以解決這方面的問題。
我們往往會遇到這種情況，當我們完成一個工程項目，經(jīng)過反復檢測沒有問題，可等到真正通電測試時，卻出現(xiàn)各種各樣的問題，不是儀表設備信號亂跳，就是找不到某個通信子站……我曾經(jīng)遇到過兩個類似的問題。其中一個是市政污水行業(yè)的plc通信問題，業(yè)主方為了節(jié)約運行成本，將提升泵站的5臺工頻提升泵的其中兩臺換成了變頻泵，兩臺變頻器、電磁流量計、分布式i/o子站與plc主站之間均采用profibus現(xiàn)場總線通信，項目前期調(diào)試階段一切運行正常，但沒過多久，甲方技術人員就聯(lián)系我們說，變頻器正常開啟后，通信出現(xiàn)時斷時續(xù)的癥狀，并且找不到最后一個子站了，經(jīng)過我們多名技術人員去現(xiàn)場反復測試，終于找到故障原因，原來是我們的施工人員在連接電磁流量計profibus現(xiàn)場總線時，沒有將總線電纜屏蔽層連接到流量計主板的屏蔽螺絲上，按照emc電磁兼容規(guī)范正常連接后，故障消除；另外一個也是找不到通信子站問題。我到項目現(xiàn)場后，發(fā)現(xiàn)機柜內(nèi)ps 307電源的pe保護接地端均懸空，也就是所謂的“浮地”，測量pe端子對機柜背板的交流電壓，我們看到有60多伏的電壓降出現(xiàn)，打電話咨詢西門子技術人員了解到，西門子ps 307最大承受電壓降為40多伏，按照規(guī)范將ps 307保護地端子可靠接地，故障消除。類似以上的故障現(xiàn)象還有很多，這些大多是由于不規(guī)范地設計及施工造成的。由此可見，emc電磁兼容理論在自動化控制領域占有很重要的地位。
要想了解emc電磁兼容，先讓我們引入兩個概念：電磁騷擾和電磁干擾。電磁騷擾（emd, electromagnetic distur－bance）:任何可能引起裝置、設備或系統(tǒng)性能降級或?qū)τ猩驘o生命物質(zhì)產(chǎn)生作用的電磁現(xiàn)象。電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變化；電磁干擾（emi, elec－tromagnetic interference）:是電磁騷擾引起的設備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。電磁干擾有三大因素：（1）電磁干擾源；（2）耦合路徑（傳輸通道）；（3）敏感設備。而電磁兼容（emc, electromagnetic compatibility）一般指電氣及電子設備在共同的電磁環(huán)境中能執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，正常工作而互不干擾，達到“兼容”。在iec的定義中，emc是設備的一種能力，它在其電磁環(huán)境中能完成自身的功能而不致于在其環(huán)境中產(chǎn)生不允許的干擾。
為了實現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)的內(nèi)、外電磁兼容性，需要分別從技術和組織上來采取措施：首先，從技術上就是要分析電磁干擾三要素，抑制干擾源，減少不必要的發(fā)射；消除或減弱干擾耦合；增加敏感設備的抗干擾能力，削弱不必要的響應，如接地、屏蔽、濾波限幅等。另外，從組織上考慮，需要成立認證機構并制訂相應的標準。
設備接地不是emc的要求，而是出于安全考慮（防止電擊）。這主要包括四個方面：（1）減小電位差，包括雷擊電流產(chǎn)生的電位差；（2）允許自動斷開的情況被檢測到；（3）確定故障電流的路徑（短路電流）；（4）降低分布電容。這里需要注意的是，閉合電路總是存在電流的，這部分電流不是流入大地，而是流入源端。因此，如果接地點之間本身就存在電位差，則在這些接地點之間將形成地環(huán)流，不但不能避免干擾，反而更容易產(chǎn)生這些emc問題。
下面我們來簡單談談設備的接地問題，總的來說有三種基本的參考接地方法，即浮地、單點接地和多點接地。（1）浮地：采用浮地的目的是將設備或電路與公共地或可能引起環(huán)流的公共導體隔離開來,減少外來設備的共模干擾。浮地還可以使不同電位的電路間配合（通過光耦或變壓器）變得容易。
圖1 浮地接地方式
從圖1中我們可以看出，低頻時電容與電阻并聯(lián)的阻抗大，近似開路，高頻時電容與電阻并聯(lián)的阻抗減小，共模電流i1/i2,流經(jīng)zl產(chǎn)生差模電壓。
（2）單點接地：單點接地是在一個電路或設備中，只有一個物理點被定義為參考接地點，其他凡是需要接地的點都被連接到這一點上。如果在一個系統(tǒng)中包含有許多機柜，則每個機柜的“地”都是獨立的（即機柜內(nèi)的電路采用自己的單點接地），然后各機柜的“地”再被連到系統(tǒng)中唯一的參考點上。我們平時在自控儀表的工程項目中，儀表信號屏蔽電纜多數(shù)就是采用的這種單點接地方式。
單點接地又分為串聯(lián)單點接地和并聯(lián)單點接地。從噪聲觀點看，串聯(lián)單點接地是最差的接地方式，因任何導線都有電阻，流經(jīng)導線的電流都會在導線上產(chǎn)生壓降，造成相互間干擾。
串聯(lián)單點接地 并聯(lián)單點接地
圖2 單點接地方式
圖3 串聯(lián)單點接地等效電路
圖3中各接地點的電位是：
va＝(i1＋i2＋i3)r1；
vb＝(i2＋i3)r2＋(i1＋i2＋i3)r1；
vc＝i3r3＋(i2＋i3)r2＋(i1＋i2＋i3)r1
對于地線電流大，而線徑細的場合，三點電位將相差很多，高頻阻抗將產(chǎn)生共阻抗干擾。因此，我們在進行自控系統(tǒng)設計時，在選用單點接地方式時盡可能采用并聯(lián)單點接地方式外，還應考慮將參考點分開（數(shù)字量參考點、模擬量參考點、電源參考點），然后將它們連接到系統(tǒng)參考點。有可能的話，將系統(tǒng)參考點連接到現(xiàn)有的金屬外殼（可以減小共振和天線效應）。
圖4 單點接地系統(tǒng)原理圖
單點接地方式最大的優(yōu)點就是簡單，但它也有很大的缺陷：當系統(tǒng)工作頻率很高，以致波長小到與系統(tǒng)接地線長度可以比擬時（如達到λ/4時），就不能再用單點接地了。此時，這根接地線就好像是一根天線，通過它向外輻射電磁波，影響周圍設備和電路的工作，在這種情況下，我們應當轉(zhuǎn)而采用多點接地。
（3）多點接地：多點接地是指設備（或系統(tǒng)）中凡是需要接地的點都是直接接到離它最近的接地平面上（就近接地），以便使接地線的長度為最短。這里所說的接地平面可以是設備的底板、專用接地母線、甚至是設備的框架。多點接地的這一特點使得它在高頻場合下的應用有上佳表現(xiàn)（而單點接地在低頻時的性能為最好）。多點接地的形式看似比較簡單，但對系統(tǒng)中的眾多接地線的維護提出了更高的要求。因為任何接地點上的腐蝕、松動都會使接地系統(tǒng)出現(xiàn)高阻抗，從而使接地效果變差。目前我們最常見的多點接地方式為等電位接地網(wǎng)，網(wǎng)格的寬度應盡可能?。?5～50米），見下圖5：
圖5 等電位接地網(wǎng)
圖6 多點接地系統(tǒng)原理圖
emc電磁兼容是一門相當復雜的技術知識，它不僅包含了我們以上提到的設備接地問題，還囊括了涉及多個學科的知識點，如高、低壓變頻器如何通過區(qū)分電場、磁場的概念來消除電磁干擾，等等，這都需要我們大家一同去學習和探討，這里由于篇幅問題，不在贅述。另外，需要值得一提的是，自控系統(tǒng)的防雷及浪涌保護功能也屬于emc范疇，隨著近期雷雨天氣增多，設備的雷擊損壞問題頻現(xiàn)，這也需要引起大家的高度重視。