某綜合控制系統的電磁兼容性設計研究

張建國 張 星 聶雅琴 瞿 丹 樊友文

(1.武漢第二船舶設計研究所 武漢 430205)(2.中國船舶重工集團公司第七二二研究所 武漢 430205)

某綜合控制系統的電磁兼容性設計研究

張建國1張 星1聶雅琴2瞿 丹1樊友文1

(1.武漢第二船舶設計研究所 武漢 430205)(2.中國船舶重工集團公司第七二二研究所 武漢 430205)

針對高度集成化的綜合控制系統,使用多種電磁兼容性控制技術與措施,在系統功能設計中兼顧電磁兼容性設計,系統按照GJB151A標準進行了電磁兼容性試驗,驗證了電磁兼容性控制技術的有效性。

電磁兼容性; 綜合控制系統; GJB151A

Class Number TN60

1 引言

某綜合控制系統是某型艦船的作戰系統的重要組成部分,是艦船總體與作戰系統的聯系紐帶,其主要任務是提供作戰系統的氣壓、液壓、水壓等保障條件。該系統對于艦船實際作戰性能的有效發揮具有關鍵性影響,是艦船綜合保障系統的重要組成部分。

隨著電子信息技術的快速發展,國防裝備的信息化建設得到急速增強,特別是艦船武備電子領域,信息系統高度集成化。各電子、電氣系統之間的電磁兼容性問題得到越來越多的關注,系統設備的電磁兼容性設計難度,隨著集成化程度的增加而增大[1]。

本文針對綜合控制系統,采用多種電磁兼容控制技術,在功能設計中結合電磁兼容控制要求進行系統設計[2～3],通過電磁兼容性試驗測試,驗證了系統的電磁兼容性設計的有效性,達到了預期的電磁兼容性控制目標。

2 系統組成

該綜合控制系統主要由1塊控制面板組合、1套人機操控模塊、1臺主控機柜、1臺監測裝置、2臺加固顯示器、1套電源模塊、執行組件、執行機構及信號接口模塊等組成,組成框圖如圖1所示。

圖1 綜合控制系統組成框圖

主控機柜為綜合控制系統的核心設備,負責接收作戰系統的集中控制命令,并分發至各執行組件與執行機構;執行組件和執行機構為艦船作戰系統的功能實施設備,在主控機柜的控制下,完成相應的技戰術動作;控制面板組合與人機操控模塊屬于人機交互設備,信號接口模塊作為控制與信號接口單元部件,主要用于主控機柜、監測裝置、傳感器、執行組件、執行機構等設備之間的信號接口連接。

3 電磁兼容性控制技術與措施

在系統技術設計初期,便采用嚴格的電磁兼容性控制要求,對系統內電子電氣設備進行設計,可有效避免設計中的電磁兼容缺陷[4～6]。該綜合控制系統采取的電磁兼容性控制技術與措施主要如下:

1) 電磁屏蔽設計:控制面板、機柜、顯示器等,盡量減少縫隙,減少電磁場幅射,對較大的安裝孔部位附加屏蔽罩;孔、洞、縫隙處的電磁泄漏用導電襯墊進行抑制,并使用屏蔽接口系統,以保證結合面屏蔽的連續性。

2) 系統布線設計:為降低電纜間的耦合,在電纜敷設設計時,按照低頻信號線、射頻信號線、控制信號線的分類方法,將平行敷設的電纜分組分開敷設,使干擾源電路和敏感性電路之間充分隔離,減小線纜間的感應和耦合,避免電纜之間的電磁干擾[7]。

3) 電磁兼容性電路設計:針對船舶平臺,采用針對性電路設計措施,主要涉及機殼接地、電纜屏蔽層接地、信號接地等。電力系統中所有電源電壓在30V以上的電氣電子設備的金屬殼體都將按GJB1046的要求接地;屏蔽的電力電纜將在電纜屏蔽層的兩端接地,低頻低電平控制電纜、信號電纜的屏蔽層采用單點接地方式;電力系統的信號地采用浮地方式[8～9]。

4) 電源濾波:采用具有雙向濾波功能的低通濾波器,一方面抑制來自電網的脈沖干擾信號,同時它又防止主控機柜中使用的開關電源產生的干擾進入電網。為了防止沿電源線傳導的高頻瞬變干擾對設備的影響,電源線上串聯電源濾波器和瞬變尖峰抑制器,保證共電網的設備正常運行。

5) 軟件抗干擾:在綜合控制系統的軟件設計中,采用數字濾波技術,來消除尖峰脈沖干擾、階躍干擾等;系統內微處理器電路均選用具有看門狗功能的芯片,并設置程序自恢復電路,保證電路受到干擾而死機后能自動恢復運行。

4 電磁兼容性試驗

該綜合控制系統設計生產后實施電磁兼容性試驗,設備布置圖如圖2所示。圖中負載模擬器替代真實系統中的傳感器和執行機構參與系統電磁兼容性測試。

圖2 電磁兼容性試驗布置圖

試驗依據GJB151A標準進行CE101、CE102、RE101、RE102、CS101、CS106、CS114、CS116、RS101、RS103項目測試[10～11],典型測試結果如下。

圖3 CE102項目測試結果

圖4 RE101項目測試結果

圖5 CS114項目校準時前向功率曲線圖

圖6 CS114項目檢測數據曲線

在測試過程中,傳導發射和輻射發射項目均滿足標準要求,未超出限制要求;在敏感度項目測試中,設備運行正常,數據通信穩定,控制命令得到有效執行,無敏感現象發生。該綜合控制系統的電磁兼容性試驗一次性測試合格,滿足國軍標相關標準的要求。

5 結語

基于本文采用的電磁兼容性控制技術與措施,在綜合控制系統的技術設計初期,便采用了嚴格的電磁兼容性控制要求,對系統內電子電氣設備進行設計。通過多種控制方法的同時使用,有效地避免了系統設計中的電磁兼容性缺陷,使得電磁兼容性測試一次性通過,保證了系統的交付時間,同時也節約了測試成本。

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[10] 國防科學技術工業委員會.軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求:GJB151A-1997[S].

[11] 國防科學技術工業委員會.軍用設備和分系統電磁發射和敏感度測量:GJB152A-1997[S].

EMC Design of Combination Control System

ZHANG Jianguo1ZHANG Xing1NIE Yaqin2QU Dan1FAN Youwen1

(1. Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430205)(2. No.722 Research Institute of CSIC, Wuhan 430205)

Based on the highly integrated combination control system, several electromagnetic compatibility(EMC) control techniques are proposed during the functional design. The system has carried the EMC test according to GJB151A, and the experimental results verify the effectiveness of the EMC control techniques.

EMC, combination control system, GJB151A

2016年8月13日,

2016年9月26日

張建國,男,博士,工程師,研究方向:艦船電磁兼容技術與試驗。張星,男,博士,工程師,研究方向:艦船電子武備系統設計。聶雅琴,女,碩士,工程師,研究方向:艦船軟件無線電技術。瞿丹,女,碩士,工程師,研究方向:艦船電磁兼容設計。樊友文,男,研究員,研究方向:艦船總體電磁兼容設計。

TN60

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.02.034