电磁兼容设计在iLOCK型计算机联锁系统机柜中的应用

摘 要：文章根据电磁兼容理论，结合屏蔽技术、接地技术等电磁兼容控制技术，阐述了机柜柜体、柜内机箱和电缆布线等的设计。

关键词：计算机联锁；电磁兼容；iLOCK

1 概述

电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰（EMI）的能力。这就要求设备或系统在正常工作时，对其所在工作环境的电磁干扰不能超过一定限值，同时设备或系统对其所在环境的电磁干扰有一定抗干扰的能力。

产生电磁干扰需要三个因素，缺一不可。首先应该具有干扰源；其次是传播干扰能量的途径；第三是被干扰对象的响应。传导耦合方式和辐射耦合方式是干扰能量传播的两种方式。在产品设计中，确定电磁干扰的三个因素，综合分析成本、效果等实际情况，采取消除或减弱干扰源影响的方法，或者阻断传播能量途径的方法，从而提高产品的电磁兼容性。文章以iLOCK型计算机联锁系统机柜为例，分析影响机柜电磁兼容性的内、外因素，结合电磁兼容的控制技术，就机柜、内部机箱、布线工艺等方面的设计进行了阐述。

2 设备组成

iLOCK型计算机联锁系统机柜主要由联锁柜、综合柜等设备构成。联锁柜由系统机箱、IO机箱、电源机箱等组成；综合柜由系统切换机箱、电源切换机箱、电源机箱、交换机、UPS、工控机等设备组成。柜内有AC 220V电源线、低压直流电源线、高频通信线等各种线缆，种类繁多。设备通过空间泄露、线缆传导等方式辐射信号，使其成为干扰源，同时，设备又受到周边其余设备的干扰，影响设备正常工作，电磁环境复杂。

3 电磁干扰因素分析

3.1 机柜外部因素

iLOCK型计算联锁系统设备主要放置于信号机械室内，干扰因素主要有以下几种：（1）电源屏及电力牵引系统的工频干扰（50Hz），波长6000km。（2）高压直流输电谐波干扰、交流输电谐波干扰及交流电气化铁道的谐波干扰等载频频段干扰，频谱在10～300kHz之间，波长大于1km。（3）周边设备的干扰，主要有列控设备、信号集中监测设备、CTC等设备。

3.2 机柜内部干扰

来自机柜内部的干扰因素主要有系统机箱内的VLE板、DVCOM板，IO机箱内的驱动板、采集板，电源机箱内的5V电源、12V/24V电源等设备在工作时产生的电磁辐射。

4 机柜设计

4.1 柜体设计

机柜框体材质为覆铝锌板，采用九边折弯型材结构，具有良好的耐大气腐蚀性、耐潮湿气体性和导电性。机柜柜体、风扇组件、顶板、底板进行导电处理，使其结合在一起成为一个等电位体。机柜前、后门，左右侧门、顶盖、底板等通过接地落钉使用带状铜编织线与机柜框体相连接。使用带状铜编织线可以有效地降低地线的高频阻抗作用。机柜框体与机柜顶盖、底板、前后左右侧门采用凹凸咬合设计，以保证柜体严实合缝，成为一个密闭法拉第笼，抵制电磁泄露。机柜前门、后门需要经常开闭，为防止电磁干扰信号从柜门与柜体间缝隙泄露出去，在柜门上粘贴导电布进行电磁阻断。当关闭前后门时，通过粘贴在柜门上的导电胶条与机柜框体挤压在一起，实现了良好的屏蔽效果。

4.2 出线孔设计

对于机柜的電线电缆进出线口，通过工艺设计，采用可调节窗口设计，可根据电缆进出线的多少进行调节，可减少机柜内的辐射信号发射出去。机柜通风窗采用波导通风窗，波导通风窗具有工作频段宽，即便到微波频段仍有较高的屏蔽性能。对空气的阻力小，风压损失少；机械强度高，工作可靠稳定。波导通风窗既满足了机柜整体的导电性和系统的散热需求，同时也保证了系统电磁兼容性能的完成。

4.3 机箱设计

机箱采用笼式结构，将内部元器件包裹在内，防止电磁辐射出去，干扰其他设备。机内内部使用接地螺钉，通过6平方地线连接到机箱前面板，机箱前面板与机柜柜接触面进行电镀处理，通过机箱前面板与柜体的接触面，使其与机柜柜体成为一个等电位体。

4.4 地线设计

全贯通等电位的柜体加上良好的接地设计可显著的提高整个系统的电磁兼容能力。在机柜的底板上设置有两个接地汇流排，分别为设备地汇流排和防雷地汇流排。每个汇流排为矩形断面，每个汇流排可安装13个M6接线端子。设备地线汇流排用于连接机柜的柜体和各个设备的设备地等地线。防雷地汇流排用于连接防雷元器件的地线，如机柜输入220V电源防雷的地线。柜内所有的接地线汇聚到防雷地线汇流排和设备地线汇流排，并与信号机械室的接地汇流排与大地相连。

4.5 机柜布线

机柜内的电缆是一种效率很高的天线，柜内设备产生的辐射信号可以通过其发射出去，机柜外部的干扰信号也可通过其传入机柜内。为降低柜内电缆作为天线的影响，在满足使用要求的前提下，尽量减短电缆长度。同时，为抑制共模辐射干扰，机柜内VLE板、DVCOM板等板卡的通信电缆采用双绞屏蔽电缆，并在电缆两端将屏蔽层360度接地，见图1。采用360度接地方法有效的降低了电缆连接中“猪尾巴”效应产生的电磁辐射。

图1

机柜内既有AC220V的高压电源线，也有为5V、12V、24V等低压电源线，还有板卡之间的通信线，为避免其相互干扰耦合信号，将电缆分开布线。将电源线与通信线分别布在机柜两侧，将高压电源线与低压电源线分开布线。

5 结束语

产品的电磁兼容性是产品设计中不可忽略的问题，直接影响到设备工作的可靠性、稳定性。iLOCK型计算机联锁系统机柜的电磁兼容性设计，充分分析了影响机柜电磁兼容性的内、外部因素，采用屏蔽材料、接地、分开布线等方式方法，提高了其适应复杂工作环境的能力。本机柜在实际应用后，在第三方实验机构按GB/T24338.5-2009轨道交通电磁兼容第四部分：信号和通信设备的发射与抗扰度进行测试，测试结果完全满足标准规定。

参考文献

[1]白云同.电磁兼容设计[M].北京：北京邮电大学出版社，2001.

[2]科技运[2008]36号客运专线铁路信号产品暂行技术条件汇编（一）[S].

[3]胡家军.电磁兼容设计在综合机柜中的应用[J].武汉化工学院学报，2005.

[4]徐亮.设备电缆的天线效应分析及测试[M].电子工业出版社，2009.

作者简介：李海蛟（1982-），男，辽宁省葫芦岛市，沈阳铁路信号有限责任公司，学士，研究方向：计算机联锁方向。