使用过时的标准可能会导致关于被测设备的真实电磁兼容性的错误结论。
Nikolai Panteleev和Borislava Medzhidieva
EMC测试实验室,索菲亚,保加利亚
可编程逻辑控制器(plc)广泛应用于工业控制系统有几个原因。使用专门的语言,它们很容易编程,这意味着来自不同学科的设计师可以在广泛不同的应用程序中使用它们。使用这些模块化设备可以快速构建复杂的、具有成本效益的控制系统。此外,其紧凑的尺寸和低功耗使plc成为一个有吸引力的设计选择。
目前,在指令89/336/ECC中引用的众多标准中,有三个适用于plc的EMC评估。它们是:
- EN 61131-2: 1994,以及修订A11(1996)和A12 (2000)
- En 61131-2: 2003
- EN 61326: 1997,以及A1(1998)和A2(2001)修正案
根据欧共体官方杂志,EN 61131-2(1994)和EN 61131(2000)都适用于plc的EMC测试。在EN 61326(1997)中,术语范围包括“工业过程测量和控制(IPMC)设备,包括过程控制器和调节器和可编程控制器(pc)等设备。”此外,EN 61326还包括这一条款,“如果存在相关的专用标准,它应优先于本产品系列标准的所有方面。”
显然,也出现了一些困难和问题。在对设备、电气控制装置或设备(很可能包括一个或多个可编程控制器)进行符合性评估时,哪个参考标准适用?在处理这些标准时,是否可以看出EMC评估的当代趋势?这三个标准之间最显著的区别是什么?
排放和抗扰性要求
表1、2和3显示了三个标准在排放和抗扰性方面的要求。列出了需要测试的端口——机箱、交流电源、直流电源、数字和模拟I/ o、数据通信和接地——以及限制和测试级别。
仔细研究这些表格可以得出几个结论。首先,EN 61131-2: 1994没有包括辐射或传导排放的要求。因此,测试人员评估EMC指令的符合性,即。89/336/ eec -可合理地求助于EN55011: 1998电磁发射测试指南。同样,EN61131-2: 1994没有包括en61000 -4-5: 1995中对PLC抗浪涌、传导干扰、感应射频场或工频磁场的任何要求;EN 6100-4-6;1996年,
EN 61000-4-8:1993。(见表1第一列。)
同样,EN 61131-2: 1994在测试各种PLC端口对电气快速瞬变/突发的抗扰性方面的规定也不完全适用。测试的振幅为2 kV,频率脉冲为2.5 kHz。此外,最小测试持续时间为10秒,比普遍接受的60秒短得多。最后,用于测试数字和模拟端口的推荐振幅(250v)低于EN 61000-4- 4:20 95中规定的振幅。鉴于这些不足之处,很明显,关于PLC对EMT/burst现象的实际免疫能力可能会得出错误的结论。
EN 61131- 2:20 94的另一个规定规定了倾倒振荡波的测试。基本标准EN 61000-4-12描述了“重复振荡波主要发生在安装在高压和中压(HV/MV)站的电力、控制和信号电缆中。”高压/中压露天站的开关隔离器经常出现这种波形,特别是涉及高压母线开关时。工业厂房的背景干扰是另一个影响因素。由于干扰信号的高振幅和倾倒振荡波的快速上升时间,通常很难符合这一标准,特别是应用于数字和模拟端口时。因此,在典型的工业环境中使用这个标准来确定PLC的免疫能力可能是相当有问题的。
后来的EN 61326: 1997标准反映了在评估电子系统电磁兼容性方面提高精度的趋势。然而,要测试的特定端口被非常一般地描述。该标准没有考虑到PLC中存在的几个离散端口,这种缺乏精度的情况可能会导致本标准应用过程中的错误。此外,EN 61326: 1997和EN 61131:1994也没有包括工业环境的单独类别。
相比之下,EN 61000-4-X系列中规定的抗扰度标准定义了两种类型的工业环境:
- 典型的工业环境(如工业过程设备区、发电厂或高压变电所、便携式收发机)
- 恶劣的工业环境(室外有工业工艺设备的电站,露天高压变电所或开关站)
此外,适用的评估水平的确定是基于在特定情况下遇到的环境类型。
EN 61131-2: 2003绝对是在EMC方面评估plc的三个标准中最现代的。它包括PLC可能使用的不同类型电磁条件的精确定义,以及PLC的各种离散端口的精确列表。针对不同的电磁条件,指定了特定的测试级别。
具体来说,工业环境分为三个区域:
- c区工厂市电(由专用变压器与公共市电隔离),一次防雷,严重干扰耦合。
- b区专用配电,二次防雷,适度工业干扰耦合
- a区本地配电,保护,I/O阻抗限制,低干扰耦合。
B区标准中列出的指定干扰水平对应于典型工业环境的推荐测试水平(EN 61000-4-X),而C区标准对应于适用于恶劣工业环境的测试水平。这种区分避免了只在b区使用PLC要求不切实际的EMC标准的陷阱。此外,通过考虑诸如将PLC的各种端口连接到传感器和外围设备的电缆类型(屏蔽/非屏蔽)等变量,可以进一步调整需求。
EN 61000-X标准的一个显著优势是,它们反映了在频率范围内高达2 GHz的移动通信功能的影响。显然,当代电子系统必须满足抗扰度要求,以承受80 MHz至2 GHz频率范围内的辐射射频场。(见表2)
结论
EN 61131-2: 1994标准显然已经过时,根据EMC指令89/336/EEC在plc的EMC评估中使用该标准可能会导致关于被测设备的真实电磁兼容性的错误结论。EN 61326: 1997标准没有考虑plc的特定结构特征,不应用于评估必须在恶劣工业环境中工作的设备。
EN 61131-2:2003是当代标准,具有足够的专一性来处理在不同电磁环境中工作的plc。它考虑了可以影响PLC的EMI的许多来源。在新plc的开发阶段使用它是可取的,因为它很可能在2006年1月1日以后防止任何重新设计的需要。
参考文献
EN 61131- 2:20 94+A11:1996+A12:2000可编程控制器第2部分:设备要求和试验
EN 61131-2:2003可编程控制器第2部分:设备要求和测试
EN 61326:1997+A1:1998+A2:2001测量、控制和实验室用电气设备。EMC要求
EN 55011:1998工业、科学和医疗(ISM)射频设备无线电干扰特性的限值和测量方法
EN 61000-4-2电磁兼容性(EMC)。第2节静电放电抗扰性试验
EN 61000-4-4电磁兼容性(EMC)。第4部分:电气快速瞬态/突发抗扰度试验
EN 61000-4-5电磁兼容性(EMC)。第5节:浪涌抗扰试验
EN 61000-4-6电磁兼容性(EMC)。第4部分:测试和测量技术。第6节:对射频场引起的传导干扰的抗扰性
EN 61000-4-8电磁兼容性(EMC)。第8节:工频磁场抗扰度试验
EN 61000-4-11电磁兼容性(EMC)。第4部分:测试和测量技术。第11节:电压下降、短中断和电压变化抗扰度试验
EN 61000-4-12电磁兼容性(EMC)。第12节:振荡波抗扰性试验