Современная электроника №5/2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 О необходимости подавления помех, возникающих в цепях цифровых систем при работе электромагнитных реле большой мощности В статье рассматриваются способы снижения электромагнитных помех, возникающих в цепях цифровой аппаратуры при работе электромеханических реле (контакторов). Илья Струков, АО «ВНИИ «Сигнал» (г. Ковров) Существует множество источников помех, способных вызвать сбой или отказ электронных систем. Вспомним, какие существуют наибо- лее часто встречающиеся виды помех. 1. Помехи, вызванные срабатыванием выключателей, реле, пускателей, кон- такторов, – наносекундного диапа- зона маломощные (по международ- ной классификации – EFT). 2. Помехи, вызванные работой ре- активных нагрузок (двигатели, трансформаторы, а также зарядов конденсаторов и отдачей накоплен- ной энергии обратно), – микросе- кундного диапазона мощные (по международной классификации – surge). 3. Электростатические помехи, напри- мер, от прикосновения человека или заряженных предметов (по междуна- родной классификации – ESD). 4. Радиопомехи – от работы близкора- сположенных радиопередатчиков. 5. Помехи от природных источников (грозовые разряды). 6. Смешанные – например, от дуги сва- рочного аппарата (широкополосные и при этом мощные). При этом реальные помехи – это всегда комбинация вышеперечислен- ных помех. Поэтому при разработке аппаратуры необходимо учитывать требования по обеспечению помехозащищённости. Помехозащищённость – это способ- ность аппаратуры правильно функци- онировать в условиях электромагнит- ных помех [1]. Необходимая помехозащищённость обеспечивается только при комплекс- ном решении ряда вопросов: ● обеспечение должного превышения уровней информационных сигналов над уровнем помех; ● правильная прокладка линий связи датчиков информации с устройства- ми РЗ, а при необходимости – защи- та линий связи от действия помех и подавления самих помех; ● применение витых пар, защитных экранов для прокладки сигнальных цепей; ● правильное конструирование аппа- ратной части устройства. Решение этих вопросов находит- ся в ведении разработчиков аппара- туры и должны решаться на стадии проектирования схем и интерфей- сов [2]. Если для самого процесса измерения последствия воздействия помех не являются столь критичны- ми (не учитывая временную потерю точности измерения в процессе про- хождения помехи), то для аппарату- ры управления, содержащей микро- контроллер или микроЭВМ, такие последствия могут быть критичными и закончиться полным «зависанием» устройства и остановкой технологи- ческого процесса. Восстановить рабо- тоспособность «зависшего» компью- тера получится только программной перезагрузкой или полным аппарат- ным перезапуском, иногда с выклю- чением из сети. При этом текущие значения сигналов или промышленные материалы, кото- рые подвергались обработке (с помо- щьюмикроЭВМ), например смешению, разрезанию, растворению, дозирова- нию и т.п., уйдут в брак, так как про- цесс их обработки не был закончен до конца. Если процесс дозирования или смешения требует малого време- ни, например, при смешении горячих компонентов, его остановка приобрета- ет ещё более трагические последствия – компоненты остывают и затвердевают прямо в бункере – требуется последую- щая сложная очистка бункера. Иногда воздействие мощной помехи способно вывести аппаратуру управления полно- стью из работоспособного состояния, что потребует его замену или ремонт, произойдёт аварийная длительная остановка отгрузки продукции из про- изводства. Мероприятия по помехозащи- щённости необходимо учитывать не только на начальном этапе раз- работки аппаратуры, но и в процес- се её серийного изготовления – из-за постоянных изменений в конструк- ции электронных комплектующих, вносимых разработчиками этих самых комплектуюших. Такие изме- нения могут привести к непредска- зуемым последствиям. В 2020 году на АО «ВНИИ «Сигнал», г. Ковров (входит в холдинг ГК «Ростех»), был зафиксирован отказ серийного электрогидравлического цифрового следящего привода (системы) в части несанкционированной перезагрузки цифрового блока управления. В ходе проведения анализа была установлена причина отказа системы: перезагрузка микроЭВМ «Багет-83В» ЮКСУ.466225.028, входящей в состав цифрового блока управления. Было установлено, что перезагруз- ка происходила из-за помехи (шума) (рис. 1), возникающей в цепи «SWITCHR» («переключатель») ЭВМ «Багет-83В» (разработчик и изгото- Рис. 1. Помеха, возникающая при срабатывании контактов электромеханических реле. Коммутируются 220 В 400 Гц, ток 3 А. Параметры помехи: амплитуда – 5 В, время воздействия – 120 нс