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一、国际上 EMC 认证简介 |
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欧共体（现称欧盟）在EMC标准和认证领域，于1989年颁布了89/336/EMC指令（此后又被两次修改，即92/31/EEC及93/68/EEC），使得EMC性能成为了有EMC要求的产品进入欧盟统一市场的条件。 欧盟率先以指令（亦即技术法规）的形式规定所有电气产品除获准电气安全认证外，还必须通过EMC标准符合性检测，并获取“CE”标志，才能进入欧盟。该项规定一经出台，立即在世界范围内引起强烈反响，世界各国，特别是发达国家，纷纷强化其EMC认证工作； 也促使国际组织和各国开始研究建立国际EMC认证互认制度的可能性。 |
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二、 IEC 建立 EMC 认证互认制度进展情况 |
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IEC（国际电工委员会）作为国际三大标准化组织之一，努力开拓以IEC标准为依据的质量认证工作，并积极推进认证制度的国际化，力求加速各国认证结果相互承认的进程，实现“通过一次检验、一张证书、一种标志来达到电工、电子产品在国际市场的广泛承认”这一IEC合格评定工作的最终目标。IECEE作为IEC内实施电气产品安全认证计划的组织负责提出IEC/EMC认证计划方案，以期尽快实现EMC认证结果的国际互认，为最大限度地消除世界范围内的由于EMC认证所造成的贸易技术壁垒做出应有的贡献。 注：2002年起，IEC及EN标准统一，IEC 61000-6-2等于EN61000-6-2，IEC 61000-6-4等于EN61000-6-4 |
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三、中国电磁兼容 EMC 标准与认证制度介绍 |
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| 1985年在国家技术监督局的领导下，成立了全国无线电干扰标准化技术委员会，负责建立了我国无线电干扰标准化体系表，组织制定、修订和审查了一批国家标准。1996年成立了全国电磁兼容标准化联合工作组。1999年成立了中国电磁兼容认证委员会；国家质量技术监督局先后颁布了的《电磁兼容认证管理办法》和“实施电磁兼容认证产品目录(第一批)”. 国家质量监督检验检疫总局发布了与IEC等同的文件：GB/T17799.2-2003和GB17799.4-2001。 | ||||||||||||||||
| 四 工业环境中电磁兼容通用标准： | ||||||||||||||||
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工业环境中电磁兼容通用标准由二个标准文件组成. 工业环境中的抗绕度试验标准和工业环境中的发射标准.前者是对产品抗干扰能力的检验,后者是对产品产生噪声的检验 电磁兼容 通用标准 工业环境中的抗干扰试验 IEC61000-6-2 GB/T17799.2-2003 EN61000-6-2 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 6-2: Generic standards - Immunity for industrial environments 针对外壳(产品整体) |
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针对信号端 |
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针对电源端口 |
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IEC 61000-6-4:2001 GB 17799.4-2001 EN61000-6-4 电磁兼容 通用标准 工业环境中的发射标准 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 6: Generic standards - Section 4: Emission standard for industrial environments 检测频率范围: 30-230MHz 限制值30dB(μV/m) 测量距离:30m 230-1000MHz 限制值37dB(μV/m) 测量距离:30m 另外以下二个标准也被同时引用. IEC61000-3-2 脉冲电流谐波测试标准 IEC61000-3-3 交流电源闪烁测试标准 |
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| 五、电磁兼容的必要性 | ||||||||||||||||
| 形成电磁干扰后果必须具备三个基本要素，即电磁骚扰源、耦合通道、敏感设备。电磁兼容EMC设计的任务就是减弱骚扰源能量、切断耦合通道、提高设备对电磁干扰的抵抗能力。隔离端子的EMC也要从设计做起。下图给出二种隔离端子在射频调幅电磁场试验中(IEC61000-4-3)输出信号的变化情况，用以说明电磁兼容的重要性。 | ||||||||||||||||
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隔离端子在电磁干扰下的输出信号 ( 纵坐标为电压单位 V) |
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| （A）EMC设计较为成功产品，变动范围±5mV,最大±10mV. (B)设计存在缺陷出现300mV变化。 |
调整输入信号至1V，调整低点设置点（0.9875-1.0125V），使K1在此点闭合。同时检查回差，调整输入信号上升，升至近于1.0125V,K1变为开态，继续上升后回调至0.9875V,K1再次变为闭合。用同样方法调整高位点检查回差，二个点分别在4.4875V-4.5125V。与此同时检测模拟输出精度。
隔离端子品种繁多,接口方式也不尽相同.如何正确选择使用是设计中的重要问题。图一标示出一个隔离端子排与外部仪表相连接图，用以说明选择方法。图中隔离端子排表示它是由能应对各种接口功能的隔离端子组成。
A、B表示要通过隔离端子向PLC输送信号的外部仪表
C、D表示PLC、DCS及显示仪表等接收隔离端子信号的仪表设备
若外部仪表为能输出4-20mA信号的A方式，接收信号仪表为仅由一个取样电阻构成的C方式接口，可以选用具有信号隔离功能的隔离端子，诸如WS1522、WS1562。
若外部仪表为A方式，接收信号仪表为带有24V直流电源和取样电阻构成的D方式接口，应该选用能避免电源冲突的WS9030信号隔离器。
若外部仪表为二线制变送器B方式，接收信号仪表为C方式接口，要选用能给二线制变送器配电的隔离式配电器为宜。例如WS1525,它即可以为B供电，又解决了隔离问题。
若外部仪表为B方式，接收信号仪表为D方式接口，未见在市场上销售的产品。不过经过和生产厂家进行技术协商，一般能够解决。
图二所示选择相对简单。例如输入为Pt100或K偶，而接收设备为C方式接口，选用三隔离式WS9050,WS9060为宜。
若接收设备为D方式，选用二线制隔离的WS2050、WS2060为宜。总之，只要外部设备及接收设备接口方式确定了，选用就很简单。
隔离器外型采用导轨安装，接线采用接线式，这种产品称为隔离端子，适用安装在机柜中。
隔离端子内部电路使用进口名牌IC(集成电路)公司的专用电路,实现隔离变送,虽然比零件拼装(诸如用廉价OPA)成本高，但其长期稳定性、可靠性是零件拼装无法比拟的。所以引入优质元器件是隔离端子稳定可靠的基本保证，同时专用IC在功能上诸如长线补偿、恒流驱动、线性化性能齐备。
隔离端子设计日趋小型化，小型化的目的就是少占空间。当然应该允许用户密集安装，密集安装则存在散热问题，那么必须降低内部功耗。所以内部功耗的数值在选用时也应注意。
现在市场上出现了许多以CPU为核心的隔离端子，具有现场可编及通信功能，有很高的灵活性，对顾客来讲可以减少库存数量,降低资金积压。以CPU为核心的隔离端子必将成为这个领域主流。
生产过程监视和控制要用到多种自动化仪表、计算机及相应执行机构。过程中的信号既有微弱到毫伏级的小信号,又有数十伏的大信号，甚至还有高达数千伏、数百安培的信号要处理。从频率上讲，有直流低频范围的，也有高频/脉冲尖峰。设备仪表间的互相干扰就成为系统调试中必须要解决的问题。除了电磁屏蔽之外，解决各种设备仪表的“地”，即信号参考点的电位差，将成为重要课题。因为不同设备、仪表的信号要互传互送，那就存在信号参考点问题。换句话说，要使信号完整传送，理想化的情况是所有设备仪表的信号有一个共同的参考点，即共有一个“地”。进一步讲，所有设备仪表信号的参考点之间电位差为“零”。但是在实际环境中，这一点几乎是不可能的，这里面除了各个设备仪表“地”之间的连线电阻产生的电压降之外，尚有各种设备仪表在不同环境受到的干扰不同，以及导线接点经受风吹雨淋导致接点质量下降等诸多因素，致使各个“地”之间有差别。以示意图一为例。
图一 PLC与外接仪表示意图
图中标明有两个现场设备1＃、2＃仪表向PLC传送信号以及PLC向两台现场设备3＃、4＃仪表发出信号。假定传送信号均为0-10VDC。理想情况下PLC及两个现场设备1＃、2＃仪表“地”电位完全相等，传送过程中又没有干扰。这样从PLC输入来看，接收正确。但如前所述，两个现场设备通常有“地”电位差。举例来讲，1#设备“地”与PLC“地”同电位，2#设备比它们的“地”电位高0.1V，这样1#设备给PLC的信号为0-10V，而2#设备给PLC的为0.1V-10.1V,误差就产生了.同时1#、2#设备的“地”线在PLC汇合联接，将0.1V电压施加在PLC地线条上，可能损坏PLC局部“地”线。同时显示错误的数据。由此引起的问题在现场调试中屡有出现。例如某大型建材公司生产线监控系统使用美国AB-PLC外接国内某厂家手操器。AB-PLC的每个数据采集板由八个通道组成，八个通道共用一个12位A/D，模拟量经过变换后由12个光耦隔离器实现与主机隔离。它的八个通道输入之间没有隔离，致使在输入信号时，每个通道单独输入到采集板均正常。但是同时输入两个或多于两个外部信号时，显示数字乱跳故障无法排除。又如航天某部门使用K型热偶作为传感器测试发动机各点温度。同上述相似，仅测试一个点时正常。但是向主机接入两点或两点以上温度信号时，显示的温度值明显错误。这两种情况在使用隔离器后，都正常了。
隔离器之所以能起到这个作用，就是它具有使输入/输出在电气上完全隔离的特点。换句话讲，输入/输出之间没有共同“地”，外来信号不管是0-10V，或带着共模干扰电压的0-10V经隔离后均为0-10V。即隔离后新建立的“地”与外部设备仪表“地”没关系。正是由于这个原因，也实现了输入到PLC主机的多个外接设备仪表信号之间隔离，即它们之间没有“地”的关系。
上面谈了输入信号和PLC信号的隔离，同样PLC向外部设备输出信号也有类似现象问题。显然采用隔离器就能解决问题。
这类电压/电压隔离器及电压/电流隔离转换器的产品型号是WS1521、WS1522。
1．不管PLC向外部设备仪表发送信号，还是外部设备仪表向其他设备发送信号，有一种情况经常遇到：要求一个信号即能向显示仪表输送信号，又能传送给诸如变频器之类的设备。这就有可能在两个设备之间产生干扰，若要彻底解决干扰问题，推荐使用隔离式信号分配器，它的二个输出之间也是隔离的。它能实现输入信号与外部设备隔离，同时实现接收信号设备之间隔离。如图二。
图二 隔离式信号分配器典型应用
2．现场仪表在配套时有可能协调不利出现如下情况，接收信号设备(例如接收4-20mA)接口连接为二线制方式（即接收口为一个24V电源与一个250Ω相串联），接口的两根线一个为24V正极、一个为250Ω一端，适于连接现场二线制变送器。但现场设备为四线制变送器，输出4-20mA，这样进行直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离器将现场来的4-20mA接收并隔离，在隔离器的输出部份安装一个标准的二线变送器，以应对接收设备的接口。这个产品型号为WS9030。
隔离器要保证输入/输出两个部分隔离，外加工作电源24V在为输入、输出部份供电同时，必须确保在电气上与两个部分隔离。这种输入/输出/外加工作电源之间全部相互隔离的器件称为三隔离或全隔离器件. 从理论上讲这种供电方式,不管隔离器数量多少，均可用一台24V电源供电，不会产生干扰。
3．对于常用的4-20mA到4-20mA电流信号的隔离，这里推荐一种不用另外再加电源的隔离器WS1562。如图三。
图三 省去外接电源的电流隔离器
显然省去外接电源接线更为简捷，且功耗低、自身热量低、可靠性高。
WS1562的最大特点在于不需要外接电源,它带来了简捷可靠的优点同时也带来了使用上的局限性。WS1562对于4-20mA信号进行的隔离传送，从一个意义上讲是功率传送，内部肯定有功率损耗。损耗表现在输入端和输出端电流/电压乘积的差值上。以负载电阻RL=250Ω为例，当输出为20mA时输出端250Ω上的电压为5.0V，而输入端的两端间电压测试为8.8V。简单计算表明，内部损耗等于20mA×(8.8V-5.0V)=76(mW)，也即内部损耗为76毫瓦。从使用者角度来看，假若输出端负载电阻RL等于250Ω，那么从输入端看进去的等效电阻最大值为8.8V/20mA=440（Ω）。在这种情况下输入的4-20mA电流源必须具有驱动440Ω负载的能力，才能使WS1562无源隔离器在输出端负载电阻RL等于250Ω条件下正常工作。不过,从经验来看大部分现场仪表能满足这些条件。
4．再谈谈常用的二线制变送器（含压力、温度、流量…），从隔离角度可以分为隔离式及非隔离式。采用隔离式二线制变送器的主要目的是提高抗干扰能力。
二线制变送器的隔离有两种方式：一种方式是传感器和变送器一体而又必须放置在现场指定地点，对于这种情况一般把隔离器安置在中央控制室机柜中。对这种现场二线制变送器的电源配送有二种接口形式，要根据现场具体情况来定。图四给出了针对PLC与二线制变送器两种接口的连线图。
图四 PLC两种接口与隔离配电连接示意图
另一种方式是传感器和变送器分成二个部分，传感器放置在现场指定地点,把变送器设计为隔离式的放置在控制室中。面对PLC两种接口方式，图五给出了以Pt100为传感器的隔离变送器使用连线图。产品型号为WS9050及WS2050。附带说一点，处理Pt100这类温度变送器都考虑到了Pt100的长线补偿及线性化处理。类似还有以各种热偶为传感器的隔离变送器，它与上述基本相同。不同的是增加了冷端补偿。产品型号为WS9060及WS2060。其中WS2050和WS2060属于二线制变送器。WS9050和WS9060属于全隔离式变送器。
图五 二种隔离温度变送器
如果输入信号是5A交流电流或数百伏交流电压可以选用的产品型号是WS1526、WS1520。
