無線通訊干擾源分析及解決辦法

“無線通訊設(shè)備穩(wěn)定不穩(wěn)定？”這個(gè)問題若是被工廠的技術(shù)人員提出的話，99%的人都希望得到一個(gè)關(guān)于無線產(chǎn)品可靠性的答案。如果單從技術(shù)層面來說明，由實(shí)驗(yàn)室出具的產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)分析報(bào)告就可回答這個(gè)問題。但這些數(shù)據(jù)對(duì)于實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)狀況來說， 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境還是太純粹了些。這種報(bào)告數(shù)據(jù)并不能提供給我們足夠的信心去嘗試和使用無線通訊設(shè)備。

若是站在一個(gè)無線通訊從業(yè)者的角度來講，無線通訊受干擾因素遠(yuǎn)比有線通訊方式要不可控太多。但隨著無線通訊技術(shù)的提高和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)的影響無線傳輸?shù)母蓴_因素越多，那么無線通訊設(shè)備的可靠性也將成正比例提升。也就是需要給產(chǎn)品可靠性實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)加一個(gè)使用壽命的參考以及一個(gè)專門應(yīng)對(duì)不可控事件發(fā)生的經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。

因此要將無線通訊產(chǎn)品做到穩(wěn)定可靠，可以得出以下公式：無線產(chǎn)品可靠性=可靠性測(cè)試數(shù)據(jù)+平均使用壽命+技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)

一 、產(chǎn)生干擾的因素

企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中，無論是外接電路、氣候條件、環(huán)境電磁場(chǎng)或是人為干擾在產(chǎn)品不進(jìn)行有效處理的情況下都會(huì)嚴(yán)重影響到所有電子儀器的傳輸數(shù)據(jù)精度以及產(chǎn)品內(nèi)部的運(yùn)行穩(wěn)定性，這些因素主要分為以下幾類：

1.地環(huán)流干擾

在工業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動(dòng)化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們之間的信號(hào)傳輸既有微弱到毫伏級(jí)、微安級(jí)的小信號(hào)，又有幾十伏，甚至數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號(hào)。既有低頻直流信號(hào)，也有高頻脈沖信號(hào)等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)備之間信號(hào)傳輸互相干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作。由于儀表和設(shè)備之間的參考點(diǎn)之間存在電勢(shì)差(也就是各設(shè)備的共地點(diǎn)不同)因而形成“地環(huán)流”、“接地環(huán)流”問題。因此，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行，“接地環(huán)路”問題是在系統(tǒng)信號(hào)處理過程中必須解決的問題。

2.環(huán)境干擾

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)條件大多不符合精密儀器的運(yùn)行條件，比如無線終端的安裝地點(diǎn)大多在戶外、粉塵較多的車間、存在機(jī)械振動(dòng)的大型機(jī)械上等，這些工作環(huán)境對(duì)于電子產(chǎn)品的運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命提出了嚴(yán)苛的考驗(yàn)。因此如何讓精密儀器適應(yīng)惡劣環(huán)境工作，一直是工業(yè)級(jí)無線通訊產(chǎn)品在技術(shù)上希望不斷完善的地方。“無線”不再會(huì)因?yàn)榉€(wěn)定性而被不斷質(zhì)疑，能夠讓用戶體驗(yàn)一次投入、運(yùn)行穩(wěn)定、無需維護(hù)并長(zhǎng)期使用的特點(diǎn)。

3.電磁噪聲干擾

自然界充滿了各種來源和各種頻段的電磁波，會(huì)影響儀器儀表的使用和無線通信的信息傳輸，因此分析電磁波特性和解決方式很有必要。宇宙噪音是電離輻射產(chǎn)生的，在一天中不斷變化，噪聲起源于地球大氣層外的銀河系中心部分以及太陽噪音，太陽噪音則隨著太陽活動(dòng)情況而劇烈變化。雷電是種主要的自然干擾源，雷電產(chǎn)生的干擾可以傳輸?shù)綌?shù)千公里以外的地方。雷電干擾的時(shí)域波形是疊加在一串隨機(jī)脈沖背景上的一個(gè)大尖峰脈沖。電磁噪聲主要會(huì)對(duì)通訊產(chǎn)生干擾，而雷屯能量尖蜂脈沖更可以對(duì)很多設(shè)備造成損壞，因此無線終端需要有效避免噪聲對(duì)設(shè)備產(chǎn)生干擾和損壞設(shè)備的可能性，以盡可能避免用戶的損失。

4.人為干擾

人為產(chǎn)生的電磁干擾根本原因是導(dǎo)體中有電壓或電流的變化，即較大dv/dt或di/dt。dv/dt或di/dt能夠使導(dǎo)體產(chǎn)生電磁波輻射。一方面，人們可以利用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)特定功能，例如，無線通信、雷達(dá)或其他功能，另方面，電子設(shè)備在工作時(shí)，由于導(dǎo)體中的dv/dt 或di/at會(huì)產(chǎn)生伴隨電磁輻射。無論主觀上出于什么目的，客觀上對(duì)電磁環(huán)境造成了污染。還有工廠企業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)經(jīng)常有一些大型的設(shè)備(電機(jī)、變頻器)頻繁開關(guān)，他們也會(huì)造成一些容性、感性的干擾，也將影響儀器儀表正常顯示或采集。凡是有電壓電流突變的場(chǎng)合，肯定會(huì)有電磁干擾存在。數(shù)字脈沖電路就是一種典型的十?dāng)_源，隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電磁污染情況會(huì)越來越嚴(yán)重。

二、干擾源處理方式

基于以上所提出的干擾問題，我們總結(jié)了如下幾點(diǎn)的解決方法和處理意見。通過實(shí)際測(cè)驗(yàn)，可以有效的解決在一些工業(yè)場(chǎng)合中無線通訊設(shè)備所遇到的一部分干擾問題。

1.地環(huán)流處理方法

在各個(gè)過程環(huán)節(jié)中使用信號(hào)隔離器 ，斷開過程環(huán)路，同時(shí)又不影響過程信號(hào)的正常傳輸，從而徹底解決地環(huán)路的問題。信號(hào)隔離器可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現(xiàn)場(chǎng)帶的隔離的變送器(部分設(shè)備可以做到)，也可以用信號(hào)隔離器來實(shí)現(xiàn)。

2.氣候干擾的解決方法

終端箱體封閉設(shè)計(jì)，盡可能地隔離外界環(huán)境，使得內(nèi)部?jī)x器處于穩(wěn)定的工作環(huán)境。

3.電磁噪聲干擾解決方法

電磁干擾的三要素是干擾源、敏感源和耦合路徑，尋找解決方法也需從這三要素入手。一般干擾源和敏感源是屬于不可控因素，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)于工廠環(huán)境的了解給出一些有效的解決方法。因此，解決電磁干擾的方法，通常是從耦合路徑上著手，這也是最常用的方法，如通過加屏蔽、加濾波等手段。解決方法如下:

1.箱體結(jié)構(gòu)，可以有效屏蔽外界電磁干擾。

2.短波加密的無線傳輸技術(shù)，從傳輸方式上盡可能避免被干擾的可能性。

3.設(shè)備設(shè)計(jì)做避雷考慮，避免終端設(shè)備的損毀，終端外部箱體有效屏蔽了外部電磁場(chǎng)對(duì)終端內(nèi)部電路的影響。

3.人為干擾的解決方法

將無線通訊終端做成一個(gè)裝置，也就是箱體結(jié)構(gòu)。無線設(shè)備起到的不僅僅是傳輸效果，也包含了數(shù)據(jù)處理能力，自己可以形成一套完整且獨(dú)立的系統(tǒng)。外部電路與無線通訊裝置均采用了完善的隔離電路，保證將外部電路包括容性、感性的干擾到對(duì)終端內(nèi)部電路的運(yùn)行降到最低。

審核編輯 黃宇