如何降低传感器和控制系统的电气噪声

电气噪声是工业设施内的常见问题。下面将解释一些减少这种噪音的简单策略。

感应机械和接线，例如电机和VFD，作为噪声源尤其臭名昭著。这种噪音可以在控制系统上被解释为不正确的信号，但系统无论如何都会做出响应。

减少传感器上的电气噪声

由于几个原因，控制系统上的噪声主题可能会令人困惑。首先，许多人习惯于与声学干扰有关的噪声一词，这需要操作员耳朵的保护设备。除了振动或运动传感器之外，这对传感器来说没什么大不了的。声学噪声是一种振动，对于这些传感器来说可能是一个真正的问题。电气“噪音”是完全不同的。

造成混淆的第二个原因是电噪声很难诊断和追踪，因为它通常是不一致的。昨天没有问题的机器有一天可能会发出噪音。

电噪声的定义

已经存在大量文档来描述许多类型噪声的确切来源和性质，但这里有一个简单的定义。噪声来自电感器，电感器是一种将能量存储为磁场的电子元件。当源电压发生变化时，会导致磁场的后续变化。这种变化的磁场将导致附近的任何电线接收到试图驱动电流的感应电压（因此得名“电感器”）。

如果在附近的电线上感应出电压，这对控制系统来说可能是一个严重的问题。PLC上的数字或模拟输入正在寻找传感器电压的任何微小变化，该变化将产生特定的结果输出。这种电压变化可能来自电缆附近的电感器，而不是传感器本身。如果输出发生在错误的时间，可能会造成伤害或损坏。

这种产生磁场的电感概念是电机和变压器的主要工作原理。可以正确地假设充满电机和变压器的环境将面临电气噪声的风险——电流越大，问题越严重。尽管电感器产生的干扰噪声最大，但即使是承载交流电的导线也会产生一些噪声。

噪声可能以单个事件、非重复信号的形式出现在电线上，看起来像是电压的快速上升然后下降，通常只是在大型设备启动或关闭时出现的瞬间。或者，它可能是从附近的三相电线引入的电线电压的系统性、重复性变化，该变化将在设备运行的整个过程中出现。这两种噪音都可能导致有问题的结果。

4种降噪方法

有几种降低噪音的好方法——有些方法比其他方法更容易。这里有四种相对简单的方法可以用来解决这个问题。

正确放置传感器和电缆

首先，将电缆远离大型电机或带有变压器和其他电感器的控制柜。如果安装电缆，请注意电感器的放置位置。如果要安装新机器或电机，请务必监控附近的所有信号。如果它们在安装后发生变化，请考虑重新布线。

即使在较小的住宅和商业布线系统中，像以太网电缆这样的数字通信线也不应该在交流线旁边走线。他们总是垂直交叉交流电线以减少噪音。

屏蔽电缆

许多用于传感器、数字通信甚至负载布线的电缆都可以在导体周围使用箔或网来购买。这充当了一条吸收性、低电阻的路线，它将感应电压力并将其直接发送到地面，而不是到达导体。

屏蔽电缆对于离散传感器很常见，但对于模拟传感器可能非常重要。对于模拟信息，即使是电压的微小变化也可以驱动更多的电流。当电流传感器的整个范围在4-20毫安之间时，不需要太多噪声来影响系统。

正确接地您的设备

系统噪音的一个主要原因是设备接地不当。如果一条长条黑色金属，也许传送带的钢架靠近大型电机，它会收到一些电感。这应该通过最近的接地键无害地直接接地。

如果没有接地或电阻不够低，整个框架将被磁化，导致电感作为噪声传递到附近的电线。钢架和任何地线之间的简单万用表检查可以指示适当的低欧姆读数。

低通滤波器

另一种解决方案可以是消除电线上现有的噪声，而不是在一开始就阻止它。低通滤波器是电阻和电容的电路组合。该布置允许快速变化（高频）电压变化在控制器之前停止，而来自实际传感器的较慢的故意变化（低频）被传递到输入端子。

此解决方案可能很方便，但必须为模拟系统仔细选择元件值，以消除有问题的噪声，但仍允许适当的模拟信号变化到达控制器。例如，您可以预期热过程的变化相对较慢，因此很容易假设快速电压波动是由噪声引起的。另一方面，用于计算以每秒100个零件飞过的零件的传感器将是非常高速的变化。不要选择消除实际信号的滤波器。

控制系统上的电气噪声是工业设施内部的一个特殊问题。就平均声级和通常无法检测到的电噪声而言，这些位置可能被称为“嘈杂”。

如果在控制系统输入中出现不一致的信号，这种噪音可能是罪魁祸首。只要确定了正确的来源，就可以相当简单地防止或消除电噪声。