某综合控制系统的电磁兼容性设计研究

张建国 张 星 聂雅琴 瞿 丹 樊友文

(1.武汉第二船舶设计研究所 武汉 430205)(2.中国船舶重工集团公司第七二二研究所 武汉 430205)

某综合控制系统的电磁兼容性设计研究

张建国1张 星1聂雅琴2瞿 丹1樊友文1

(1.武汉第二船舶设计研究所 武汉 430205)(2.中国船舶重工集团公司第七二二研究所 武汉 430205)

针对高度集成化的综合控制系统,使用多种电磁兼容性控制技术与措施,在系统功能设计中兼顾电磁兼容性设计,系统按照GJB151A标准进行了电磁兼容性试验,验证了电磁兼容性控制技术的有效性。

电磁兼容性; 综合控制系统; GJB151A

Class Number TN60

1 引言

某综合控制系统是某型舰船的作战系统的重要组成部分,是舰船总体与作战系统的联系纽带,其主要任务是提供作战系统的气压、液压、水压等保障条件。该系统对于舰船实际作战性能的有效发挥具有关键性影响,是舰船综合保障系统的重要组成部分。

随着电子信息技术的快速发展,国防装备的信息化建设得到急速增强,特别是舰船武备电子领域,信息系统高度集成化。各电子、电气系统之间的电磁兼容性问题得到越来越多的关注,系统设备的电磁兼容性设计难度,随着集成化程度的增加而增大[1]。

本文针对综合控制系统,采用多种电磁兼容控制技术,在功能设计中结合电磁兼容控制要求进行系统设计[2～3],通过电磁兼容性试验测试,验证了系统的电磁兼容性设计的有效性,达到了预期的电磁兼容性控制目标。

2 系统组成

该综合控制系统主要由1块控制面板组合、1套人机操控模块、1台主控机柜、1台监测装置、2台加固显示器、1套电源模块、执行组件、执行机构及信号接口模块等组成,组成框图如图1所示。

图1 综合控制系统组成框图

主控机柜为综合控制系统的核心设备,负责接收作战系统的集中控制命令,并分发至各执行组件与执行机构;执行组件和执行机构为舰船作战系统的功能实施设备,在主控机柜的控制下,完成相应的技战术动作;控制面板组合与人机操控模块属于人机交互设备,信号接口模块作为控制与信号接口单元部件,主要用于主控机柜、监测装置、传感器、执行组件、执行机构等设备之间的信号接口连接。

3 电磁兼容性控制技术与措施

在系统技术设计初期,便采用严格的电磁兼容性控制要求,对系统内电子电气设备进行设计,可有效避免设计中的电磁兼容缺陷[4～6]。该综合控制系统采取的电磁兼容性控制技术与措施主要如下:

1) 电磁屏蔽设计:控制面板、机柜、显示器等,尽量减少缝隙,减少电磁场幅射,对较大的安装孔部位附加屏蔽罩;孔、洞、缝隙处的电磁泄漏用导电衬垫进行抑制,并使用屏蔽接口系统,以保证结合面屏蔽的连续性。

2) 系统布线设计:为降低电缆间的耦合,在电缆敷设设计时,按照低频信号线、射频信号线、控制信号线的分类方法,将平行敷设的电缆分组分开敷设,使干扰源电路和敏感性电路之间充分隔离,减小线缆间的感应和耦合,避免电缆之间的电磁干扰[7]。

3) 电磁兼容性电路设计:针对船舶平台,采用针对性电路设计措施,主要涉及机壳接地、电缆屏蔽层接地、信号接地等。电力系统中所有电源电压在30V以上的电气电子设备的金属壳体都将按GJB1046的要求接地;屏蔽的电力电缆将在电缆屏蔽层的两端接地,低频低电平控制电缆、信号电缆的屏蔽层采用单点接地方式;电力系统的信号地采用浮地方式[8～9]。

4) 电源滤波:采用具有双向滤波功能的低通滤波器,一方面抑制来自电网的脉冲干扰信号,同时它又防止主控机柜中使用的开关电源产生的干扰进入电网。为了防止沿电源线传导的高频瞬变干扰对设备的影响,电源线上串联电源滤波器和瞬变尖峰抑制器,保证共电网的设备正常运行。

5) 软件抗干扰:在综合控制系统的软件设计中,采用数字滤波技术,来消除尖峰脉冲干扰、阶跃干扰等;系统内微处理器电路均选用具有看门狗功能的芯片,并设置程序自恢复电路,保证电路受到干扰而死机后能自动恢复运行。

4 电磁兼容性试验

该综合控制系统设计生产后实施电磁兼容性试验,设备布置图如图2所示。图中负载模拟器替代真实系统中的传感器和执行机构参与系统电磁兼容性测试。

图2 电磁兼容性试验布置图

试验依据GJB151A标准进行CE101、CE102、RE101、RE102、CS101、CS106、CS114、CS116、RS101、RS103项目测试[10～11],典型测试结果如下。

图3 CE102项目测试结果

图4 RE101项目测试结果

图5 CS114项目校准时前向功率曲线图

图6 CS114项目检测数据曲线

在测试过程中,传导发射和辐射发射项目均满足标准要求,未超出限制要求;在敏感度项目测试中,设备运行正常,数据通信稳定,控制命令得到有效执行,无敏感现象发生。该综合控制系统的电磁兼容性试验一次性测试合格,满足国军标相关标准的要求。

5 结语

基于本文采用的电磁兼容性控制技术与措施,在综合控制系统的技术设计初期,便采用了严格的电磁兼容性控制要求,对系统内电子电气设备进行设计。通过多种控制方法的同时使用,有效地避免了系统设计中的电磁兼容性缺陷,使得电磁兼容性测试一次性通过,保证了系统的交付时间,同时也节约了测试成本。

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[11] 国防科学技术工业委员会.军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量:GJB152A-1997[S].

EMC Design of Combination Control System

ZHANG Jianguo1ZHANG Xing1NIE Yaqin2QU Dan1FAN Youwen1

(1. Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430205)(2. No.722 Research Institute of CSIC, Wuhan 430205)

Based on the highly integrated combination control system, several electromagnetic compatibility(EMC) control techniques are proposed during the functional design. The system has carried the EMC test according to GJB151A, and the experimental results verify the effectiveness of the EMC control techniques.

EMC, combination control system, GJB151A

2016年8月13日,

2016年9月26日

张建国,男,博士,工程师,研究方向:舰船电磁兼容技术与试验。张星,男,博士,工程师,研究方向:舰船电子武备系统设计。聂雅琴,女,硕士,工程师,研究方向:舰船软件无线电技术。瞿丹,女,硕士,工程师,研究方向:舰船电磁兼容设计。樊友文,男,研究员,研究方向:舰船总体电磁兼容设计。

TN60

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.02.034