共模干擾實(shí)例分析與抑制方法

孫洪潔

摘要：以DMIS系統(tǒng)無(wú)線車(chē)次號(hào)信息上傳時(shí)出現(xiàn)誤碼、丟包的實(shí)例，對(duì)共模干擾的形成及抑制方法做了分析說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：共模干擾;地環(huán)路;光電耦合器

中圖分類(lèi)號(hào)：TN972 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）06-0078-02

0 引言

京哈線龍家營(yíng)車(chē)站DMIS系統(tǒng)無(wú)線車(chē)次號(hào)信息上傳中，北京鐵路局會(huì)調(diào)中心：終端收不到上傳的機(jī)車(chē)車(chē)次號(hào)信息，上傳數(shù)據(jù)頻繁出現(xiàn)誤碼、丟包現(xiàn)象，導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸指揮信息不暢。

經(jīng)綜合分析、反復(fù)論證，認(rèn)為：所聯(lián)接的設(shè)備間地電位有壓差，產(chǎn)生了共模干擾。共模干擾造成上傳數(shù)據(jù)頻繁出現(xiàn)誤碼、丟包現(xiàn)象。

1 共模干擾及其危害

1.1 共模干擾

由陳偉華主編的《電磁兼容實(shí)用手冊(cè)》中對(duì)“共模”干擾的定義是：指電源線對(duì)大地，或中線對(duì)大地之間的電位差。對(duì)于三相電路來(lái)說(shuō)，共模干擾存在于任何一相與大地之間。共模干擾有時(shí)也稱(chēng)為縱模干擾，不對(duì)稱(chēng)干擾或接地干擾，這是載流導(dǎo)體與大地之間的電位差。

1.2 共模干擾的危害

共模干擾往往造成電子設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸誤碼、丟包、工作異常、計(jì)算機(jī)運(yùn)行錯(cuò)誤、自控設(shè)備誤動(dòng)作等，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和對(duì)穩(wěn)定性，甚至危及人身安全。

2 地環(huán)路中產(chǎn)生的共模干擾

共模干擾主要可以分為兩種：一種是侵入設(shè)備的共模干擾，另一種是從設(shè)備內(nèi)部輻射出來(lái)的共模干擾。侵入設(shè)備的共模干擾主要由地環(huán)路引起。

3 抑制共模干擾的方法

電磁干擾抑制技術(shù)主要在以下幾方面考慮：（1）抑制干擾源，消除干擾產(chǎn)生的條件、因素;（2）消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射;（3）提高受擾設(shè)備的抗干擾能力。

為此，抑制共模干擾常用的方法有：屏蔽、接地、隔離和濾波。

3.1 斷開(kāi)設(shè)備間地環(huán)路

共模干擾產(chǎn)生的根本原因就是：設(shè)備間存在地電位差，從而形成了共模電流，導(dǎo)致產(chǎn)生干擾。如切斷設(shè)備之間地連接，就消除了產(chǎn)生土壤，共模干擾就不能夠形成。為此可知：直接、有效的方法是將設(shè)備之間的地環(huán)路斷開(kāi)。

3.2 信號(hào)隔離器及光電耦合器

信號(hào)隔離器工作原理：首先將信號(hào)，通過(guò)半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前原信號(hào)或不同信號(hào)，同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號(hào)、電源、地之間絕對(duì)獨(dú)立。

通過(guò)信號(hào)隔離器使輸出信號(hào)與系統(tǒng)完全隔離，是當(dāng)今自動(dòng)化控制系統(tǒng)中抗干擾的有效措施之一。

光電耦合器：是以光為媒介的電→光→電信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸，將輸入、輸出側(cè)電路進(jìn)行有效的電氣上的隔離。完全切斷了設(shè)備電路之間的地環(huán)路;有較好的抗干擾效果;光電耦合器輸出側(cè)電路能避免強(qiáng)電壓的引入和沖擊。

在設(shè)備電路1與設(shè)備電路2之間插入光電耦合器，如圖1示。

光電耦合器的主要性能特點(diǎn)如下：

光信號(hào)單向傳輸，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)反饋。通過(guò)光電耦合器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離傳輸，能很好地抑制干擾。

從應(yīng)用看，其電流傳輸比耦合效率大、絕緣電壓高、線性度好、高速大容量，還便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。

4 共模干擾在鐵路設(shè)備上的實(shí)例分析

4.1 DMIS系統(tǒng)無(wú)線車(chē)次號(hào)數(shù)據(jù)上傳時(shí)出現(xiàn)誤碼、丟包

京哈線龍家營(yíng)車(chē)站DMIS系統(tǒng)無(wú)線車(chē)次號(hào)信息上傳調(diào)試中，北京路局會(huì)調(diào)中心：終端收不到上傳的機(jī)車(chē)車(chē)次號(hào)信息，上傳數(shù)據(jù)頻繁出現(xiàn)誤碼、丟包現(xiàn)象。

4.2 問(wèn)題現(xiàn)象概述

設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：

（1）在DMIS系統(tǒng)無(wú)線車(chē)次號(hào)數(shù)據(jù)上傳設(shè)備、信號(hào)調(diào)度監(jiān)督設(shè)備接口前端模擬測(cè)試時(shí)正常;而各部設(shè)備聯(lián)接后，卻會(huì)不定時(shí)的出現(xiàn)：會(huì)調(diào)中心收不到上傳信息的問(wèn)題。使用模擬機(jī)車(chē)編碼器發(fā)送試驗(yàn)，現(xiàn)象依然。（2）DMIS系統(tǒng)地面接收設(shè)備數(shù)據(jù)輸出接口芯片MAX491易損壞。（3）測(cè)試DMIS系統(tǒng)地面接收機(jī)輸出端口電壓在正常范圍內(nèi);在甩開(kāi)信號(hào)調(diào)度監(jiān)督設(shè)備，用監(jiān)測(cè)儀在輸出端口處監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)正常。（4）信號(hào)機(jī)械室TDCS的2M通道測(cè)試良好，且其傳輸?shù)钠渌到y(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)均正常。再測(cè)試DMIS系統(tǒng)無(wú)線車(chē)次號(hào)設(shè)備至信號(hào)機(jī)械室纜線絕緣良好、環(huán)阻在正常范圍內(nèi)。

4.3 原因分析

現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)綜合分析、試驗(yàn)，確認(rèn)：

（1）DMIS系統(tǒng)無(wú)線車(chē)次號(hào)設(shè)備采用負(fù)極接地，TDCS的傳輸系統(tǒng)接入網(wǎng)設(shè)備采用正極接地。兩系統(tǒng)設(shè)備接地不同而存在地電位差，因此產(chǎn)生共模干擾，導(dǎo)致無(wú)線車(chē)次號(hào)數(shù)據(jù)上傳出現(xiàn)誤碼、丟包，會(huì)調(diào)中心不能正常接收數(shù)據(jù)。（2）DMIS系統(tǒng)無(wú)線車(chē)次號(hào)設(shè)備傳輸纜線未經(jīng)隔離，直連至信號(hào)調(diào)度監(jiān)督的設(shè)備端子，共模干擾灌入電壓超過(guò)其接口芯片保護(hù)電路所能承受電壓，出現(xiàn)接口端MAX491芯片易損壞現(xiàn)象。

4.4 解決方案

（1）數(shù)據(jù)傳輸異常系兩系統(tǒng)設(shè)備接地方式不同引起，故采用最直接、有效抑制共模干擾的方法：切斷地環(huán)路。（2）在DMIS系統(tǒng)無(wú)線車(chē)次號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)輸出口加裝：光電耦合器，如圖2所示。這樣，就徹底切斷不同接地方式設(shè)備間的地環(huán)路，抑制共模干擾產(chǎn)生。

因DMIS系統(tǒng)無(wú)線車(chē)次號(hào)設(shè)備負(fù)極接地與傳輸系統(tǒng)接入網(wǎng)設(shè)備正極接地方式不同，而產(chǎn)生共模干擾。在設(shè)備數(shù)據(jù)輸出接口加裝光電耦合器后，切斷了兩系統(tǒng)設(shè)備間地環(huán)路，有效抑制了干擾的產(chǎn)生。大大提高了接口的抗干擾能力，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，徹底解決了通信接口易損壞的問(wèn)題。經(jīng)多年現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用，設(shè)備傳輸穩(wěn)定、可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

共模干擾可使數(shù)據(jù)傳輸誤碼、丟包、工作異常、計(jì)算機(jī)運(yùn)行錯(cuò)誤、自控設(shè)備誤動(dòng)作等，甚至危及人身安全。

在設(shè)備研發(fā)階段就應(yīng)考慮電磁兼容問(wèn)題，采取相應(yīng)的抗干擾技術(shù)來(lái)濾除和抑制電磁干擾;在維護(hù)工作中要充分認(rèn)識(shí)到各設(shè)備單元電氣聯(lián)接后可能出現(xiàn)的電磁干擾，如不注意一些細(xì)節(jié)的處理，常常出現(xiàn)工作異常甚至設(shè)備損壞等百思不得其解的問(wèn)題。

電磁干擾難以徹底消除，只能采取抑制措施，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性。

Common Mode Interference Example Analysis and Suppression Method

SUN Hong-jie

（China Railway Beijing Branch Group Corporation Beijing Science and Technology Research Institute，Beijing? 100860）

Abstract：An example of error and packet loss occurs when the DMIS system wireless car number information is uploaded，and the formation and suppression methods of common mode interference are analyzed.

Key words：Common mode interference;Ground loop;photoelectric coupler