電磁兼容設計在iLOCK型計算機聯鎖系統機柜中的應用

摘 要：文章根據電磁兼容理論，結合屏蔽技術、接地技術等電磁兼容控制技術，闡述了機柜柜體、柜內機箱和電纜布線等的設計。

關鍵詞：計算機聯鎖；電磁兼容；iLOCK

1 概述

電磁兼容性（EMC）是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾（EMI）的能力。這就要求設備或系統在正常工作時，對其所在工作環境的電磁干擾不能超過一定限值，同時設備或系統對其所在環境的電磁干擾有一定抗干擾的能力。

產生電磁干擾需要三個因素，缺一不可。首先應該具有干擾源；其次是傳播干擾能量的途徑；第三是被干擾對象的響應。傳導耦合方式和輻射耦合方式是干擾能量傳播的兩種方式。在產品設計中，確定電磁干擾的三個因素，綜合分析成本、效果等實際情況，采取消除或減弱干擾源影響的方法，或者阻斷傳播能量途徑的方法，從而提高產品的電磁兼容性。文章以iLOCK型計算機聯鎖系統機柜為例，分析影響機柜電磁兼容性的內、外因素，結合電磁兼容的控制技術，就機柜、內部機箱、布線工藝等方面的設計進行了闡述。

2 設備組成

iLOCK型計算機聯鎖系統機柜主要由聯鎖柜、綜合柜等設備構成。聯鎖柜由系統機箱、IO機箱、電源機箱等組成；綜合柜由系統切換機箱、電源切換機箱、電源機箱、交換機、UPS、工控機等設備組成。柜內有AC 220V電源線、低壓直流電源線、高頻通信線等各種線纜，種類繁多。設備通過空間泄露、線纜傳導等方式輻射信號，使其成為干擾源，同時，設備又受到周邊其余設備的干擾，影響設備正常工作，電磁環境復雜。

3 電磁干擾因素分析

3.1 機柜外部因素

iLOCK型計算聯鎖系統設備主要放置于信號機械室內，干擾因素主要有以下幾種：（1）電源屏及電力牽引系統的工頻干擾（50Hz），波長6000km。（2）高壓直流輸電諧波干擾、交流輸電諧波干擾及交流電氣化鐵道的諧波干擾等載頻頻段干擾，頻譜在10～300kHz之間，波長大于1km。（3）周邊設備的干擾，主要有列控設備、信號集中監測設備、CTC等設備。

3.2 機柜內部干擾

來自機柜內部的干擾因素主要有系統機箱內的VLE板、DVCOM板，IO機箱內的驅動板、采集板，電源機箱內的5V電源、12V/24V電源等設備在工作時產生的電磁輻射。

4 機柜設計

4.1 柜體設計

機柜框體材質為覆鋁鋅板，采用九邊折彎型材結構，具有良好的耐大氣腐蝕性、耐潮濕氣體性和導電性。機柜柜體、風扇組件、頂板、底板進行導電處理，使其結合在一起成為一個等電位體。機柜前、后門，左右側門、頂蓋、底板等通過接地落釘使用帶狀銅編織線與機柜框體相連接。使用帶狀銅編織線可以有效地降低地線的高頻阻抗作用。機柜框體與機柜頂蓋、底板、前后左右側門采用凹凸咬合設計，以保證柜體嚴實合縫，成為一個密閉法拉第籠，抵制電磁泄露。機柜前門、后門需要經常開閉，為防止電磁干擾信號從柜門與柜體間縫隙泄露出去，在柜門上粘貼導電布進行電磁阻斷。當關閉前后門時，通過粘貼在柜門上的導電膠條與機柜框體擠壓在一起，實現了良好的屏蔽效果。

4.2 出線孔設計

對于機柜的電線電纜進出線口，通過工藝設計，采用可調節窗口設計，可根據電纜進出線的多少進行調節，可減少機柜內的輻射信號發射出去。機柜通風窗采用波導通風窗，波導通風窗具有工作頻段寬，即便到微波頻段仍有較高的屏蔽性能。對空氣的阻力小，風壓損失少；機械強度高，工作可靠穩定。波導通風窗既滿足了機柜整體的導電性和系統的散熱需求，同時也保證了系統電磁兼容性能的完成。

4.3 機箱設計

機箱采用籠式結構，將內部元器件包裹在內，防止電磁輻射出去，干擾其他設備。機內內部使用接地螺釘，通過6平方地線連接到機箱前面板，機箱前面板與機柜柜接觸面進行電鍍處理，通過機箱前面板與柜體的接觸面，使其與機柜柜體成為一個等電位體。

4.4 地線設計

全貫通等電位的柜體加上良好的接地設計可顯著的提高整個系統的電磁兼容能力。在機柜的底板上設置有兩個接地匯流排，分別為設備地匯流排和防雷地匯流排。每個匯流排為矩形斷面，每個匯流排可安裝13個M6接線端子。設備地線匯流排用于連接機柜的柜體和各個設備的設備地等地線。防雷地匯流排用于連接防雷元器件的地線，如機柜輸入220V電源防雷的地線。柜內所有的接地線匯聚到防雷地線匯流排和設備地線匯流排，并與信號機械室的接地匯流排與大地相連。

4.5 機柜布線

機柜內的電纜是一種效率很高的天線，柜內設備產生的輻射信號可以通過其發射出去，機柜外部的干擾信號也可通過其傳入機柜內。為降低柜內電纜作為天線的影響，在滿足使用要求的前提下，盡量減短電纜長度。同時，為抑制共模輻射干擾，機柜內VLE板、DVCOM板等板卡的通信電纜采用雙絞屏蔽電纜，并在電纜兩端將屏蔽層360度接地，見圖1。采用360度接地方法有效的降低了電纜連接中“豬尾巴”效應產生的電磁輻射。

圖1

機柜內既有AC220V的高壓電源線，也有為5V、12V、24V等低壓電源線，還有板卡之間的通信線，為避免其相互干擾耦合信號，將電纜分開布線。將電源線與通信線分別布在機柜兩側，將高壓電源線與低壓電源線分開布線。

5 結束語

產品的電磁兼容性是產品設計中不可忽略的問題，直接影響到設備工作的可靠性、穩定性。iLOCK型計算機聯鎖系統機柜的電磁兼容性設計，充分分析了影響機柜電磁兼容性的內、外部因素，采用屏蔽材料、接地、分開布線等方式方法，提高了其適應復雜工作環境的能力。本機柜在實際應用后，在第三方實驗機構按GB/T24338.5-2009軌道交通電磁兼容第四部分：信號和通信設備的發射與抗擾度進行測試，測試結果完全滿足標準規定。

參考文獻

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作者簡介：李海蛟（1982-），男，遼寧省葫蘆島市，沈陽鐵路信號有限責任公司，學士，研究方向：計算機聯鎖方向。