電梯控制系統抗干擾分析與措施

摘要：電梯的控制系統大量使用的場所容易受到外部和內部的電磁干擾。控制系統性能不穩定將會造成電梯的故障頻發，大大降低電梯的舒適性和安全可靠性。電磁環境惡化給電梯運行環境帶來的影響已不容忽視。對于已經選用或投入使用的電梯，其設計或選用的控制電路、控制方式、系統組成均已成型并進入使用過程。隨著電磁環境進一步惡化、設備老化等因素，必須保證或改善電梯的電磁兼容性。

Abstract： The place where the elevator control system is widely used is vulnerable to external and internal electromagnetic interference. The unstable performance of the control system will cause frequent failures of the elevator， which will greatly reduce the comfort and safety reliability of the elevator. The influence of electromagnetic environment deterioration on elevator operation environment can not be ignored. For the elevator that has been selected or put into use， the control circuit， control mode and system composition designed or selected have been formed and entered into the use process. With the further deterioration of the electromagnetic environment， equipment aging and other factors， the electromagnetic compatibility of the elevator must be guaranteed or improved.

關鍵詞：電梯控制系統;電磁干擾;隔離;濾波;接地

Key words： elevator control system;electromagnetic interference;isolation;filtering;grounding

中圖分類號：TU857 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）15-0268-02

1 ?電磁干擾的基本理論

1.1 電磁兼容性

電磁兼容性（EMC）的定義是：電氣控制系統或機電設備在所處的電磁環境中能不受干擾，同時不對其他系統和設備造成干擾。因此，電磁兼容性包括兩個方面的要求，一是指系統或設備在工作運行中對所在的電磁干擾應具有一定程度的抗干擾能力;另一方面是指設備在正常運行過程中不會對其他設備產生超過一定的限值電磁干擾。

1.2 形成干擾的主要因素

產生干擾的器件、設備或信號。電網諧波、鎮流器、變頻器、開關電源、電機、高頻時鐘等設備通過導線敏感器件的通道或媒介傳播到信號中，形成為干擾源，而干擾電氣設備的正常運行。

2 ?電磁干擾分析

造成電梯電氣控制系統電磁干擾原因主要有：電梯電控系統中傳輸通道或耦合途徑、電磁干擾源、敏感設備。電磁干擾源有可能是不帶任何信息即與任何信號都無關的電磁現象;也可能是電磁噪聲，也可能是其他無用的信號;其產生于電壓、電流的急劇變化。

而電梯控制系統受到的干擾源來自于系統外部設備和系統內部設備兩個方面，也就是系統內干擾和系統間干擾。控制系統內部的干擾源主要是印制板電路中的電子元件和集成芯片包等，只要有脈沖電流流過，都有可能向外發射電磁波，對周圍的其他設備產生電磁干擾;同時系統外部所帶來的干擾源主要是控制系統的通信設備和電子設備也會產生相互嚴重干擾，也可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，造成設備不能工作甚至燒毀。因此，控制系統中任何一個電子設備都可能成為一個干擾源。

電磁干擾按傳播途徑可以分為輻射干擾和傳導干擾兩種。輻射干擾是通過空間以電磁波形式把其信號耦合（干擾）到另一個電路網絡。如電子元件的信號線、集成電路的引腳、各類接插接件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發射電磁波并影響其他系統或本系統內其他子系統的正常工作;傳導干擾是指通過一般的導體傳播，把一個電路網絡上的信號干擾到另一個電路網絡信號上。

3 ?抗干擾的措施

為了保證電梯的控制系統整機系統的電磁兼容性，必須對所產生的大量干擾源進行抑制，保證電源電路、控制電路、通訊電路、驅動控制電路等正常運行。設法降低電磁波輻射源或傳導源、切斷耦合路徑和增強設備的抗干擾能力。要保證電磁兼容性必須從電梯的設計、制造、安裝、維護及運行管理各環節嚴格把關，盡可能將干擾降到最低限度。對已經選用或投入使用的電梯，其機械、電氣部件等構成部件均已成型，要保證電磁兼容性就只能在抑制干擾源和消除傳播或耦合的途徑上防范電磁干擾。

目前防止電磁干擾主要有以下三種措施，即屏蔽、濾波和接地。現在就將電梯控制系統防止電磁干擾所經常采用的隔離屏蔽技術、濾波技術、接地技術作一些分析。

3.1 隔離技術

隔離技術主要是通過隔離元件把噪聲、電磁干擾信號的路徑切斷，從而達到抑制噪聲干擾的效果。現電梯控制系統常采用的隔離技術，主要包括磁電隔離、光電隔離、機電隔離等。其控制系統也相應分布在控制柜、井道和轎廂三個空間;控制信號傳輸和線路連接較遠，容易受到電磁干擾。因此在控制系統的各單元之間的線路連接、遠程信號傳輸、電源輸送等設備上廣泛地采用屏蔽隔離措施，絕大多數電路都能夠取得良好的抑制噪聲的效果，使設備符合電磁兼容性的要求。因此在進行這些設備的安裝時，應盡量遠離控制系統減少干擾。低壓電線電纜應避免與其他控制電纜長距離平行走線，例如曳引電動機的電纜與旋轉編碼器電纜盡量保持間距;低壓電源線盡量與信號線保持距離等。如果相互產生干擾的電纜布線交叉時，應盡可能使它們按架空或線套管等隔離布置，充分利用布線技術改善電磁干擾。

實踐證明，屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效辦法。因此，在電梯安裝維護時，應充分重視。例如：信號線采用雙芯屏蔽線，并與主控電路和控制電路分離，不設置在同一管（槽）內;屏蔽罩必須可靠接地;動力輸出線采用鋼管屏蔽或采用屏蔽電纜等等。

3.2 濾波技術

濾波器濾波技術按功能用途主要是通常把濾波器分為信號線濾波器和電源線干擾濾波器兩大類。信號線濾波器允許有用信號無衰減通過，同時大大衰減雜波干擾信號。電源線干擾濾波器常常又分為信號線EMI濾波器、電源線EMI濾波器、隔離EMI濾波器等幾類。

電梯的控制系統常采用電磁干擾（EMI）濾波器進行抑制來自系統外部和內部的傳導干擾。其中電源線是電磁干擾傳入設備和傳出設備的主要途徑。通過電源線，電網線上的干擾源可以傳入設備，干擾設備的正常工作。為了防止這兩種情況的發生，在電梯電氣系統的電源輸入端串聯EMI濾波器濾除外來干擾，在曳引機驅動變頻器的電源輸入端、開關電源、門機系統的變頻器板、層樓顯示等遠程站的電源部分和各控制電路板的電源電路串聯EMI濾波器抑制系統內部的干擾。

濾波器對電磁干擾的抑制作用不僅取決于濾波器的設計和它的工作條件，很大程度上還取決于安裝情況。這是考慮到除了通過電源線的傳導會傳輸電磁干擾外，還會將電磁干擾輻射出去，對附近的敏感元件造成輻射耦合。因此，在電梯控制系統安裝使用EMI濾波器時要考慮如下幾點：①有濾波線與未有濾波線分組，在端口濾波的電纜和不濾波的電纜應盡量遠離，防止發生的耦合現象;②濾波器的接地線要盡可能的短;③在布線時就要注意在電纜端口處留出一塊濾波器的安裝地。如果直接將電纜連接到這種地線上，會造成嚴重的共模輻射問題;④濾波器的安裝位置也需要考慮，一般選在電源入口處，達到縮短輸入線在控制柜的長度、減小對控制柜內其他元件的輻射干擾。必要時可以使用線套管，隔離近場干擾;⑤濾波器的輸入輸出線必須有一定距離，保證輸入和輸出線之間不存在耦合，連線宜選用雙絞線;⑥濾波器的金屬外殼與控制柜都必須保證良好接觸，并且要求與金屬機殼大面積接地。

3.3 接地技術

接地技術的應用，主要目的是防止雷電和故障原因引起的相線（如電線絕緣不良，線路老化等）與設備外殼碰觸時，能將有危害的電流經PE線連接到大地，起到保護設備和人身安全的作用。在電梯的控制系統中，接地除了保護設備和人身安全的作用外，各個設備之間信號的鏈接也要求有一個基準“地”作為信號的參考地，保證電路系統穩定工作;還有信號傳輸時之間的互擾等電磁兼容問題，接地不當會降低防止電磁干擾采用的屏蔽和濾波措施的效果，嚴重影響系統運行的可靠性和穩定性。接地技術不僅是電梯設備的重要安全防護措施，也是設備電磁兼容技術的重要內容之一，有必要對其進行分析并合理運用。

接地的目的有三個方面：一是保證設備和人身安全，防止雷電和漏電造成的設備和人生傷害;二是接地可以讓整個電氣控制系統中各單元都有一個公共的參考零電位，保證系統穩定地工作;三是防止電磁干擾。良好的接地方式可以很大程度上抑制設備內部電磁干擾的耦合，通過旁路干擾信號來提高控制系統的抗干擾能力，而不合理的接地反而會引入了電磁干擾，比如共地線干擾、地環路干擾等，從而導致設備工作不正常。按其作用可以分為：工作接地、保護接地和防靜電接地。保護接地也叫做安全接地，是防止因絕緣損壞導致人身和設備損害而設置的接地;防靜電接地是為了防止靜電對易燃易爆物質產生作用而設置的接地。

電梯的電氣控制接地系統根據各單元電路存在電磁干擾的強弱、信號電流的大小和電源類別分為信號地、功率地和機殼地三套。而對電梯的曳引主機、限速器、控制柜、導軌、線槽或金屬線管、門機箱、電源箱、接線箱、變壓器等機械和電器部件的金屬構件進行的接地連接。三套系統分別自成系統，采用單點接地和多點接地兩種方式進行連接。最后用截面積較大的接地母線匯集于一點，與系統相連，系統地通常為真正的大地。

大量因接地不當嚴重影響電梯運行可靠性和穩定性的實踐證明，構成系統的不同功能電路模塊接地措施的合理性，是控制系統系統電磁兼容性的重要保證。因此，從接地可靠性出發，接地連接導線應保證有足夠的截面積和強度，接地設計應盡可能減小接地阻抗。同時避免接地不當造成環路干擾。連接時應盡可能靠近PE端子直接接地，或連接它自己的外部導體端子（即：將接地線直接接在大地上或者接在一個作為參考電位的導體上）。對變頻器、旋轉編碼器等受干擾比較突出的敏感設備，它的電纜線的屏蔽層必須接地，還應避免接地導致的干擾反而比不帶屏蔽層的電線更容易輻射干擾信號的情況發生。

4 ?結束語

通過從以上幾個方面探討了有關電梯控制系統的抗干擾問題，主要分析了隔離、濾波和接地三種解決電磁干擾的技術和措施。鑒于電梯設備因品牌不同其控制系統的具體構成差異較大，未做更詳細地討論，但是其基本原理和結構模塊對于通過上述三種抗干擾措施解決電磁兼容性的問題是相同的。經驗認為電梯控制系統的抗干擾措施根本在硬件結構，因此合理組合運用這三種抗干擾技術十分重要。

參考文獻：

[1]符譯丹，董恒.基于手機APP控制的電梯永磁同步電動機智能控制系統設計[J].價值工程，2020，39（09）：212-213.

[2]伊桂芬.基于單片機的電梯控制系統設計[J].價值工程，2014，33（14）：41-42.

[3]楊爽.電梯一體化控制系統的設計與應用[J].價值工程，2016，35（10）：131-133.

基金項目：本文系2018年國家高技能人才培訓基地建設——電氣自動化設備安裝與維修專業建設項目（項目編號：L20190401）的研究成果之一。

作者簡介：王曉勇（1982-），男，廣西桂林人，從事職業教育工作，主要擔任機電類專業的教師，廣西機電技師學院（柳州）一級實習指導教師。