教育資料（2021-2022年收藏的）智能建筑弱電系統(tǒng)工程中抗干擾措施

1、題題 目：目：淺談智能建筑弱電系統(tǒng)工程中抗干擾措施淺談智能建筑弱電系統(tǒng)工程中抗干擾措施摘 要隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)隨著社會的不斷發(fā)展,智能建筑對自動化水平要求越來越高,采用的電子設(shè)備也越來越多,集成度越來越高,信息存儲量也越來越大,但耐壓等級卻較低,對外界干擾極其敏感,很容易受到各種干擾。然而現(xiàn)代弱電高新技術(shù)的迅速發(fā)展，智能建筑中的弱電技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。弱電技術(shù)的應(yīng)用程度決定了智能建筑的智能化程度。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代自動控制技術(shù)和現(xiàn)代圖像顯示技術(shù)、綜合布線技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)以及其他現(xiàn)代高新技術(shù)與建筑技術(shù)的有機(jī)結(jié)合構(gòu)成了智能建筑，應(yīng)用于智能建筑的弱

2、電技術(shù)就是智能建筑弱電技術(shù)。智能建筑弱電技術(shù)，以信息技術(shù)為主，是實(shí)現(xiàn)智能建筑功能的主要技術(shù)手段，具有廣闊的發(fā)展前景。建筑智能化是信息時代的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、弱電技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)與建筑技術(shù)密切結(jié)合的結(jié)晶。智能建筑弱電系統(tǒng)是以建筑環(huán)境和系統(tǒng)集成為平臺，主要通過綜合布線系統(tǒng)作為傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)通道，由各種弱電技術(shù)與建筑環(huán)境的各種設(shè)施有機(jī)結(jié)合和綜合運(yùn)用形成各個子系統(tǒng)，從而構(gòu)成了符合智能建筑功能等方面要求的建筑環(huán)境。電磁噪聲是不帶任何信息的雜散電磁場。常見的有由大氣中的雷電、太陽磁爆、風(fēng)塵、地巖應(yīng)力等各種原因引起的靜電積聚與放電；電力設(shè)備中的感性負(fù)荷切斷及投運(yùn)時產(chǎn)生的瞬變脈沖噪聲；各種電器產(chǎn)生的電

3、弧，電火花等。信息技術(shù)設(shè)備的工作信號都是數(shù)字脈沖信號，由頻譜分析理論可知：脈沖信號前沿越陡峭及脈沖頻率越高，其包含的高次諧波及高頻能量就越大，就會對外發(fā)射電磁能量。設(shè)備內(nèi)的元器件，線路板軌線及連接線等都會對外發(fā)射電磁干擾。關(guān)鍵詞：智能建筑 弱電 抗干擾 措施1前言智能建筑環(huán)境存在著大量的電氣干擾源,如大型的變配電設(shè)備、電梯機(jī)房設(shè)備、中央空調(diào)設(shè)備的起/停信號和雷電干擾等。弱電系統(tǒng)在運(yùn)行中常常由于抗干擾措施不當(dāng),輕則使設(shè)備的工作可靠性降低,產(chǎn)生誤碼、錯碼、誤動作、系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失,重則使系統(tǒng)處于死機(jī)、故障和癱瘓的狀態(tài)。電磁噪聲是不帶任何信息的雜散電磁場。常見的有由大氣中的雷電、太陽磁爆、風(fēng)塵、地巖應(yīng)力

4、等各種原因引起的靜電積聚與放電；電力設(shè)備中的感性負(fù)荷切斷及投運(yùn)時產(chǎn)生的瞬變脈沖噪聲；各種電器產(chǎn)生的電弧，電火花等。信息技術(shù)設(shè)備的工作信號都是數(shù)字脈沖信號，由頻譜分析理論可知：脈沖信號前沿越陡峭及脈沖頻率越高，其包含的高次諧波及高頻能量就越大，就會對外發(fā)射電磁能量。設(shè)備內(nèi)的元器件，線路板軌線及連接線等都會對外發(fā)射電磁干擾。因此,本文重點(diǎn)介紹在智能建筑弱電系統(tǒng)的建設(shè)中不僅要注重性能指標(biāo)和設(shè)備的先進(jìn)性,更要做好系統(tǒng)的防干擾。21 智能建筑弱電系統(tǒng)構(gòu)成智能建筑的弱電系統(tǒng)包含樓宇自動化系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)和通信與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 4 大部分。每個系統(tǒng)內(nèi)又包含了數(shù)個不同功能的子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的集成構(gòu)

5、成了整個智能建筑的弱電系統(tǒng),是一個典型的分布式客戶機(jī)/服務(wù)器(C /S)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖 1-1 所示。智能建筑系統(tǒng)組成通信網(wǎng)絡(luò)自動化系統(tǒng)辦公自動化系統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)安保管理系統(tǒng)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)給水系統(tǒng)電力系統(tǒng)空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)冷熱源系統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)電梯監(jiān)視系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)防盜報(bào)警系統(tǒng)可視對講系統(tǒng)保安巡邏管理系統(tǒng)一卡通管理系統(tǒng)樓宇結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)多媒體遠(yuǎn)程會議系統(tǒng)語音通信系統(tǒng)衛(wèi)星有線電視系統(tǒng)寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)公共廣播系統(tǒng)圖 1-1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為 IBMS 管理層、系統(tǒng)管理層(含控制層)和設(shè)備層。系統(tǒng)中硬件采用通信網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)和各子系統(tǒng)之間的通信連接,采集各子系統(tǒng)現(xiàn)場的實(shí)時數(shù)據(jù);網(wǎng)絡(luò)基于 TCP /

6、 IP 協(xié)議的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),軟件基于 WindowsNT/XP 操作系統(tǒng)。32 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的抗干擾2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的抗干擾系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮抗干擾是最根本、最有效的措施。以樓宇自控系統(tǒng)為例,其結(jié)構(gòu)多設(shè)計(jì)成分布式控制系統(tǒng),由現(xiàn)場設(shè)備級、控制級和操作管理級構(gòu)成 3 級結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由幾臺操作站/工程師站、幾個控制站,通過控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通信。操作站一般為 PC 機(jī), 控制站可選用各類 DDC 控制器或 PLC 產(chǎn)品,而控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)可以是Lonworks 總線、工業(yè)以太網(wǎng)等。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的抗干擾措施主要有: (1) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為樹型或總線型結(jié)構(gòu),一個節(jié)點(diǎn)上的干擾不會影響到其他節(jié)點(diǎn)。 (2) 網(wǎng)絡(luò)中

7、的分支接口采用 T 型連接器,保證各個操作站、控制站的獨(dú)立性,增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抗干擾能力。若通信線纜受到干擾,不會影響到整個網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備選型上的抗干擾PC 機(jī)選用高抗干擾性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī),適于長期在惡劣環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行?？刂普镜母鞣N功能板卡的抗干擾性強(qiáng),如開關(guān)量 I/O 板選用具有光電隔離性能的,模擬量 I/O板選用具有隔離、濾波和限幅性能的。系統(tǒng)中各種 I/O 接口、網(wǎng)絡(luò)接口元件的抗干擾性能強(qiáng)。2.2 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)上的抗干擾系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)上的抗干擾主要是針對信號衰減的措施。普通的通信電纜長度每增加 1 m,信號衰減 0. 8 dB,每個分支器信號衰減 14 dB,每個電纜接頭信號衰減 1 dB。

8、主要措施如下: (1) 規(guī)劃好電纜的敷設(shè)方向,使距離最短,分支器和電纜接頭最少,并緊密連接。 (2) 主控制站兩邊的分支點(diǎn)數(shù)和距離應(yīng)盡可能一致,保證網(wǎng)絡(luò)阻抗的良好匹配。 (3) 網(wǎng)絡(luò)兩端應(yīng)接入終端電阻或終端器。 (4) 通信電纜與高壓電纜間距至少應(yīng)保證每千伏 40 cm,必須交叉時應(yīng)垂直交叉。避免與動力線平行敷設(shè),并盡量避開大的感性設(shè)備。 (5) 避開高溫及易受腐蝕區(qū)域,保持電纜的屏蔽層。43 信號線路上的干擾及處理措施任何交變電信號都會通過耦合途徑傳播到鄰近的線路上去,因?yàn)樵卩徑木€路之間或強(qiáng)電力電磁設(shè)備與線路之間存在著分布電容及各自對地的電容,并且線路之間還存在互感,這些信號的大小決定著感

9、應(yīng)信號的強(qiáng)弱。受干擾線路對地的阻抗為：Z = ZF ZJ / ( ZF + ZJ ) (1)式中ZF 發(fā)送端內(nèi)阻抗ZJ 接收端內(nèi)阻抗感應(yīng)電壓為：U =jCAB ZUo /1 + j(CAB + CB ) ZjCAB ZUo (2)式中CAB 線間分布電容Uo 干擾電壓CA 、CB 鄰近的兩條線對地電容由式(2)可知,有時感應(yīng)電壓很大,會對弱電系統(tǒng)造成很大的失真。在進(jìn)行綜合布線時,消除干擾的有效措施有: (1) 長距離傳輸信號線宜采用小節(jié)距的雙絞線。當(dāng)兩對雙絞線長距離平行敷設(shè)時,每隔一段距離應(yīng)做一次位置交叉,以抑制噪聲。 (2) 當(dāng)多根雙絞線在一起敷設(shè)時,最好采用不同節(jié)距的雙絞線。 (3) 信號

10、線不與動力線平行敷設(shè),使信號線免于強(qiáng)磁場的干擾。 (4) 對采用橋架式敷設(shè)的現(xiàn)場,盡量使用雙絞線或幾何中心重合的四芯線(纜) 。 (5) 傳輸線中應(yīng)盡可能避免使用不連續(xù)連接的接插件,長距離傳輸線的終端應(yīng)并聯(lián)一阻抗器件進(jìn)行阻抗匹配。 (6) 投資允許的情況下,對模擬量信號采用屏蔽電線(纜) ,并結(jié)合絞合敷設(shè)的方式。無論是輸入/輸出信號線,還是通信信號線,在敷設(shè)時經(jīng)常會遇到金屬管道、一次儀表接線有外露接頭等現(xiàn)象。由此引入的干擾,小則需要由具有隔離或?yàn)V波作用的接口元件來減弱或消除,大則會使控制系統(tǒng)誤動作,甚至損壞所連接的 I/O 接口。消除這些干擾的措施有: (1) 在處理一次儀表接線時,不使接頭外

11、露。 (2) 信號線在電纜溝或明敷時采用穿管敷設(shè)的方式,并盡量避開上下水、通風(fēng)及其他金屬管道。 (3) 對來自室內(nèi)變電系統(tǒng)的開關(guān)量信號采用繼電器進(jìn)行隔離。4 過電壓保護(hù)措施5由過電壓沖擊造成的危害和故障也是造成智能建筑弱電系統(tǒng)不能正常工作的重要因素。過電壓保護(hù)方式有信號隔離方式、放電方式、開路方式和短路方式幾種,采用最多的是后兩種方式。過電壓保護(hù)功能往往通過安裝于設(shè)備的電源、信號等線路上的各種電涌保護(hù)器( SPD)實(shí)現(xiàn)。目前的保護(hù)器具有以下幾個功能模塊:氣體放電模塊、ZnO壓敏模塊、限流電阻模塊、瞬變抑制二極管模塊、熱沖擊保險(xiǎn)和熱斷路器模塊。功能模塊的選擇和搭配不同,就形成了不同功能、不同型號

12、、不同應(yīng)用場所的 SPD。常用的有電源、通信信號、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)接口等保護(hù)器。4.1SPD 的安裝位置第一級 SPD (電壓開關(guān)型)保護(hù)從室外引來的線路,安裝在總電源進(jìn)線處,如變壓器低壓側(cè)或總配電柜內(nèi)。第二級 SPD (限壓型)保護(hù)后續(xù)配電盤的設(shè)備,安裝在下端帶有大量弱電、信息系統(tǒng)設(shè)備或需限制暫態(tài)過電壓的設(shè)備配電箱內(nèi),如車間級控制室、中央控制室、變配電室等的配電箱內(nèi)。同時為防止高電位竄入,應(yīng)對所有室外照明或動力線路的配電箱安裝 SPD。第三級 SPD (浪涌吸收器)保護(hù)需要將瞬態(tài)過電壓限制到特定水平的電子設(shè)備,安裝在計(jì)算機(jī)設(shè)備、電子設(shè)備及控制設(shè)備前或最近的插座箱內(nèi)。4.2SPD 安裝注意事項(xiàng) (1

13、) 保護(hù)器的額定工作電壓與設(shè)備或線路承載的工作電壓越接近越好,即第一級SPD 應(yīng)靠近建筑物的入戶線的總等電位聯(lián)結(jié)端子處,第二、三級 SPD 應(yīng)盡量靠近被保護(hù)設(shè)備。 (2) SPD 接至等電位聯(lián)結(jié)的導(dǎo)線要盡可能短而直。SPD 在線阻抗不要太大, SPD 的接入會引起信號衰減。 (3) SPD 的安裝應(yīng)進(jìn)行多級配合,當(dāng)有續(xù)流時,即當(dāng)電壓開關(guān)型與限壓型 SPD 之間的線路長度 10 m 時和限壓型 SPD 之間的線路長度 5 m 時,在線路中串接退耦裝置。 (4) 必須考慮退化或壽命終止后可能產(chǎn)生的過電流或接地故障對信息系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的影響,因此在 SPD 電源側(cè)應(yīng)安裝過電流保護(hù)裝置(如熔斷器或空氣斷

14、路器) 。 (5) 在考慮各設(shè)備之間的過電壓水平時,若線路無屏蔽時尚應(yīng)計(jì)入線路的感應(yīng)電壓。在考慮被保護(hù)設(shè)備的耐沖擊過電壓水平時,宜按其值的 80 %考慮。 (6) 在供電電壓超過所規(guī)定的 10 %及諧波使電壓幅值加大的場所,應(yīng)根據(jù)具體情況對 ZnO 壓敏電阻 SPD 提高最大持續(xù)工作電壓 UC 值。65 防電磁干擾在建筑物、建筑群以外的自然環(huán)境及建筑內(nèi)部環(huán)境中存在著大量的電磁干擾,常常會受到電磁幅射、電磁脈沖、地電位異常、雷電沖擊、靜電感應(yīng)、電弧、強(qiáng)負(fù)荷電流沖擊、電源諧波、高頻電噪聲等有害因素的干擾影響。如電力設(shè)備的電位異常與諧波干擾,電動工具的電火花都會影響通信系統(tǒng)和廣播電視系統(tǒng)的正常工作。

15、無線電通信、廣播電視、雷達(dá)等系統(tǒng)發(fā)射出的電磁波信號,相對于其他系統(tǒng)和設(shè)備也是一種干擾。因此,需凈化電磁環(huán)境,防止雜散電磁波干擾,提高系統(tǒng)和設(shè)備的抗干擾能力。電磁干擾的傳輸途徑主要有傳輸線路和空間輻射兩種方式。主要措施有: (1) 弱電設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的抗干擾。弱電設(shè)備的外殼、機(jī)箱(柜)應(yīng)采用金屬材料,或在塑料外殼內(nèi)噴涂一層金屬膜作為屏蔽層;外殼的通風(fēng)孔、進(jìn)出線孔、連接縫隙等要足夠小;設(shè)備內(nèi)部的電路板之間、電路板與電源板之間、電路板上射頻元件區(qū)域都應(yīng)使用厚度0. 7 mm 的鍍鋅鐵板予以電磁屏蔽,屏蔽鐵板應(yīng)采用鍍銀銅線與外殼地連接;設(shè)備的輸入、輸出端接口電路應(yīng)設(shè)置高/低頻濾波器、光電耦合器等電路,并

16、盡量采用平衡傳輸制式;多采用多層電路板,以減少引線,布線盡量短、粗,以減小環(huán)路電阻,盡可能地減小電路板中的相互電磁干擾。 (2) 電源裝置的抗干擾?？稍陔娫吹妮斎搿⑤敵龆搜b設(shè)瞬變電壓抑制器( TVP) ;在電源輸入端隔離變壓器的一次側(cè)與二次側(cè)之間加入接地的金屬屏蔽層;在電源單元中,采用有隔離作用的寬工作電壓范圍( 85265 V)的開關(guān)電源,可提高電源抗電網(wǎng)電壓跌落的能力;在電源輸入端加裝 LC 濾波電路是消除對電源環(huán)節(jié)造成的高頻干擾和共模干擾的有效辦法;在電源與負(fù)載之間串接“電磁干擾對策元件”鐵氧體磁環(huán),可以經(jīng)濟(jì)、方便地抑制高頻干擾,同時還能減小電子設(shè)備通過電源對電網(wǎng)中其他設(shè)備的干擾。(3)

17、 傳輸信號線路的抗干擾措施,可采用上述的信號線路上的抗干擾措施,并結(jié)合過電壓保護(hù)措施。76 接地抗干擾接地技術(shù)作為供配電設(shè)計(jì)的一個組成部分,對抑制電網(wǎng)干擾有多方面作用。對智能建筑的接地處理,應(yīng)根據(jù)樓層分布、電氣設(shè)備分布情況,合理設(shè)計(jì)接閃器、引下線和接地裝置,通過設(shè)置輔助等電位體、利用基礎(chǔ)作為接地體等,進(jìn)行可靠的綜合接地,如圖 2所示。過去有些規(guī)范要求電子設(shè)備單獨(dú)接地,目的是防止電網(wǎng)中雜散電流或暫態(tài)電流干擾設(shè)備的正常工作。現(xiàn)在的工程領(lǐng)域以及 IEC 標(biāo)準(zhǔn)和 ITU 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都不提倡單獨(dú)接地。美國標(biāo)準(zhǔn) IEEE11001992 更尖銳地指出:不建議采用任何一種所謂分開的、獨(dú)立的、計(jì)算機(jī)的、電子的

18、或其他不正確的大地接地體作為設(shè)備接地導(dǎo)體的一個連接點(diǎn),應(yīng)采用聯(lián)合接地的方法,即通過等電位聯(lián)結(jié)至共用接地系統(tǒng),且接地電阻1。87 軟件抗干擾7.1數(shù)字濾波濾波是濾去系統(tǒng)采樣過程中由于干擾而疊加在采樣信號上的成分,因干擾成分不同,濾去這些干擾成分的方式也不同。對低頻干擾和一些周期性、脈沖性的干擾,使用一階慣性濾波法效果較好。y ( n) =x ( n) + (1 -) y ( n - 1)式中y ( n) 本次濾波輸出值濾波系數(shù)x ( n) 本次采樣值y ( n - 1) 上次濾波輸出值對不同的采樣參數(shù)和干擾成分, 值不同。= 01,一般取 0. 75。對出現(xiàn)頻繁振蕩的采樣信號,采用遞推平均值濾波法效果較好。式中y ( k) 第 k 次 N 項(xiàng)的遞推平均值N 遞推平均的項(xiàng)數(shù)y ( k - i) 向前遞推第 i 項(xiàng)的測量值 N 值過大,平均效果好,但不靈敏;N 值過小,效果不顯著。一般情況下, N (流量) = 12, N (壓力) = 4, N (溫度) = 1。對大的隨機(jī)干擾或變送器穩(wěn)定性欠佳所造成的失真所引起的輸入信號的大幅度跳碼, 采用限幅濾波法。7.2比較取舍法對輸入信號的干擾,采用該方法可以達(dá)