电梯控制系统抗干扰分析与措施

摘要：电梯的控制系统大量使用的场所容易受到外部和内部的电磁干扰。控制系统性能不稳定将会造成电梯的故障频发，大大降低电梯的舒适性和安全可靠性。电磁环境恶化给电梯运行环境带来的影响已不容忽视。对于已经选用或投入使用的电梯，其设计或选用的控制电路、控制方式、系统组成均已成型并进入使用过程。随着电磁环境进一步恶化、设备老化等因素，必须保证或改善电梯的电磁兼容性。

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.

關键词：电梯控制系统;电磁干扰;隔离;滤波;接地

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

中图分类号：TU857                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）15-0268-02

1  电磁干扰的基本理论

1.1 电磁兼容性

电磁兼容性（EMC）的定义是：电气控制系统或机电设备在所处的电磁环境中能不受干扰，同时不对其他系统和设备造成干扰。因此，电磁兼容性包括两个方面的要求，一是指系统或设备在工作运行中对所在的电磁干扰应具有一定程度的抗干扰能力;另一方面是指设备在正常运行过程中不会对其他设备产生超过一定的限值电磁干扰。

1.2 形成干扰的主要因素

产生干扰的器件、设备或信号。电网谐波、镇流器、变频器、开关电源、电机、高频时钟等设备通过导线敏感器件的通道或媒介传播到信号中，形成为干扰源，而干扰电气设备的正常运行。

2  电磁干扰分析

造成电梯电气控制系统电磁干扰原因主要有：电梯电控系统中传输通道或耦合途径、电磁干扰源、敏感设备。电磁干扰源有可能是不带任何信息即与任何信号都无关的电磁现象;也可能是电磁噪声，也可能是其他无用的信号;其产生于电压、电流的急剧变化。

而电梯控制系统受到的干扰源来自于系统外部设备和系统内部设备两个方面，也就是系统内干扰和系统间干扰。控制系统内部的干扰源主要是印制板电路中的电子元件和集成芯片包等，只要有脉冲电流流过，都有可能向外发射电磁波，对周围的其他设备产生电磁干扰;同时系统外部所带来的干扰源主要是控制系统的通信设备和电子设备也会产生相互严重干扰，也可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，造成设备不能工作甚至烧毁。因此，控制系统中任何一个电子设备都可能成为一个干扰源。

电磁干扰按传播途径可以分为辐射干扰和传导干扰两种。辐射干扰是通过空间以电磁波形式把其信号耦合（干扰）到另一个电路网络。如电子元件的信号线、集成电路的引脚、各类接插接件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作;传导干扰是指通过一般的导体传播，把一个电路网络上的信号干扰到另一个电路网络信号上。

3  抗干扰的措施

为了保证电梯的控制系统整机系统的电磁兼容性，必须对所产生的大量干扰源进行抑制，保证电源电路、控制电路、通讯电路、驱动控制电路等正常运行。设法降低电磁波辐射源或传导源、切断耦合路径和增强设备的抗干扰能力。要保证电磁兼容性必须从电梯的设计、制造、安装、维护及运行管理各环节严格把关，尽可能将干扰降到最低限度。对已经选用或投入使用的电梯，其机械、电气部件等构成部件均已成型，要保证电磁兼容性就只能在抑制干扰源和消除传播或耦合的途径上防范电磁干扰。

目前防止电磁干扰主要有以下三种措施，即屏蔽、滤波和接地。现在就将电梯控制系统防止电磁干扰所经常采用的隔离屏蔽技术、滤波技术、接地技术作一些分析。

3.1 隔离技术

隔离技术主要是通过隔离元件把噪声、电磁干扰信号的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果。现电梯控制系统常采用的隔离技术，主要包括磁电隔离、光电隔离、机电隔离等。其控制系统也相应分布在控制柜、井道和轿厢三个空间;控制信号传输和线路连接较远，容易受到电磁干扰。因此在控制系统的各单元之间的线路连接、远程信号传输、电源输送等设备上广泛地采用屏蔽隔离措施，绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声的效果，使设备符合电磁兼容性的要求。因此在进行这些设备的安装时，应尽量远离控制系统减少干扰。低压电线电缆应避免与其他控制电缆长距离平行走线，例如曳引电动机的电缆与旋转编码器电缆尽量保持间距;低压电源线尽量与信号线保持距离等。如果相互产生干扰的电缆布线交叉时，应尽可能使它们按架空或线套管等隔离布置，充分利用布线技术改善电磁干扰。

实践证明，屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效办法。因此，在电梯安装维护时，应充分重视。例如：信号线采用双芯屏蔽线，并与主控电路和控制电路分离，不设置在同一管（槽）内;屏蔽罩必须可靠接地;动力输出线采用钢管屏蔽或采用屏蔽电缆等等。

3.2 滤波技术

滤波器滤波技术按功能用途主要是通常把滤波器分为信号线滤波器和电源线干扰滤波器两大类。信号线滤波器允许有用信号无衰减通过，同时大大衰减杂波干扰信号。电源线干扰滤波器常常又分为信号线EMI滤波器、电源线EMI滤波器、隔离EMI滤波器等几类。

电梯的控制系统常采用电磁干扰（EMI）滤波器进行抑制来自系统外部和内部的传导干扰。其中电源线是电磁干扰传入设备和传出设备的主要途径。通过电源线，电网线上的干扰源可以传入设备，干扰设备的正常工作。为了防止这两种情况的发生，在电梯电气系统的电源输入端串联EMI滤波器滤除外来干扰，在曳引机驱动变频器的电源输入端、开关电源、门机系统的变频器板、层楼显示等远程站的电源部分和各控制电路板的电源电路串联EMI滤波器抑制系统内部的干扰。

滤波器对电磁干扰的抑制作用不仅取决于滤波器的设计和它的工作条件，很大程度上还取决于安装情况。这是考虑到除了通过电源线的传导会传输电磁干扰外，还会将电磁干扰辐射出去，對附近的敏感元件造成辐射耦合。因此，在电梯控制系统安装使用EMI滤波器时要考虑如下几点：①有滤波线与未有滤波线分组，在端口滤波的电缆和不滤波的电缆应尽量远离，防止发生的耦合现象;②滤波器的接地线要尽可能的短;③在布线时就要注意在电缆端口处留出一块滤波器的安装地。如果直接将电缆连接到这种地线上，会造成严重的共模辐射问题;④滤波器的安装位置也需要考虑，一般选在电源入口处，达到缩短输入线在控制柜的长度、减小对控制柜内其他元件的辐射干扰。必要时可以使用线套管，隔离近场干扰;⑤滤波器的输入输出线必须有一定距离，保证输入和输出线之间不存在耦合，连线宜选用双绞线;⑥滤波器的金属外壳与控制柜都必须保证良好接触，并且要求与金属机壳大面积接地。

3.3 接地技术

接地技术的应用，主要目的是防止雷电和故障原因引起的相线（如电线绝缘不良，线路老化等）与设备外壳碰触时，能将有危害的电流经PE线连接到大地，起到保护设备和人身安全的作用。在电梯的控制系统中，接地除了保护设备和人身安全的作用外，各个设备之间信号的链接也要求有一个基准“地”作为信号的参考地，保证电路系统稳定工作;还有信号传输时之间的互扰等电磁兼容问题，接地不当会降低防止电磁干扰采用的屏蔽和滤波措施的效果，严重影响系统运行的可靠性和稳定性。接地技术不仅是电梯设备的重要安全防护措施，也是设备电磁兼容技术的重要内容之一，有必要对其进行分析并合理运用。

接地的目的有三个方面：一是保证设备和人身安全，防止雷电和漏电造成的设备和人生伤害;二是接地可以让整个电气控制系统中各单元都有一个公共的参考零电位，保证系统稳定地工作;三是防止电磁干扰。良好的接地方式可以很大程度上抑制设备内部电磁干扰的耦合，通过旁路干扰信号来提高控制系统的抗干扰能力，而不合理的接地反而会引入了电磁干扰，比如共地线干扰、地环路干扰等，从而导致设备工作不正常。按其作用可以分为：工作接地、保护接地和防静电接地。保护接地也叫做安全接地，是防止因绝缘损坏导致人身和设备损害而设置的接地;防静电接地是为了防止静电对易燃易爆物质产生作用而设置的接地。

电梯的电气控制接地系统根据各单元电路存在电磁干扰的强弱、信号电流的大小和电源类别分为信号地、功率地和机壳地三套。而对电梯的曳引主机、限速器、控制柜、导轨、线槽或金属线管、门机箱、电源箱、接线箱、变压器等机械和电器部件的金属构件进行的接地连接。三套系统分别自成系统，采用单点接地和多点接地两种方式进行连接。最后用截面积较大的接地母线汇集于一点，与系统相连，系统地通常为真正的大地。

大量因接地不当严重影响电梯运行可靠性和稳定性的实践证明，构成系统的不同功能电路模块接地措施的合理性，是控制系统系统电磁兼容性的重要保证。因此，从接地可靠性出发，接地连接导线应保证有足够的截面积和强度，接地设计应尽可能减小接地阻抗。同时避免接地不当造成环路干扰。连接时应尽可能靠近PE端子直接接地，或连接它自己的外部导体端子（即：将接地线直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上）。对变频器、旋转编码器等受干扰比较突出的敏感设备，它的电缆线的屏蔽层必须接地，还应避免接地导致的干扰反而比不带屏蔽层的电线更容易辐射干扰信号的情况发生。

4  结束语

通过从以上几个方面探讨了有关电梯控制系统的抗干扰问题，主要分析了隔离、滤波和接地三种解决电磁干扰的技术和措施。鉴于电梯设备因品牌不同其控制系统的具体构成差异较大，未做更详细地讨论，但是其基本原理和结构模块对于通过上述三种抗干扰措施解决电磁兼容性的问题是相同的。经验认为电梯控制系统的抗干扰措施根本在硬件结构，因此合理组合运用这三种抗干扰技术十分重要。

参考文献：

[1]符译丹，董恒.基于手机APP控制的电梯永磁同步电动机智能控制系统设计[J].价值工程，2020，39（09）：212-213.

[2]伊桂芬.基于单片机的电梯控制系统设计[J].价值工程，2014，33（14）：41-42.

[3]杨爽.电梯一体化控制系统的设计与应用[J].价值工程，2016，35（10）：131-133.

基金项目：本文系2018年国家高技能人才培训基地建设——电气自动化设备安装与维修专业建设项目（项目编号：L20190401）的研究成果之一。

作者简介：王晓勇（1982-），男，广西桂林人，从事职业教育工作，主要担任机电类专业的教师，广西机电技师学院（柳州）一级实习指导教师。