Khi tự động hóa công nghiệp tiếp tục phát triển nhanh chóng, nhiễu điện từ (EMI) đã nổi lên như một mối đe dọa tiềm ẩn đối với sự ổn định của dây chuyền sản xuất và độ chính xác của dữ liệu. Trong các cơ sở sản xuất chính xác, cánh tay robot có thể lệch khỏi các đường dẫn đã lập trình do lỗi do EMI gây ra, dẫn đến các sản phẩm bị lỗi. Hệ thống giám sát năng lượng có thể tạo ra các số liệu sai từ hiện tượng méo tín hiệu, có khả năng dẫn đến các quyết định vận hành tốn kém. Những tình huống này thể hiện những rủi ro thực sự trong môi trường công nghiệp hiện đại.

EMI biểu hiện dưới dạng các nhiễu điện từ khác nhau có thể làm giảm hiệu suất thiết bị. Trong môi trường công nghiệp phức tạp, nhiều nguồn nhiễu cùng tồn tại, tạo ra các gián đoạn tiềm ẩn đòi hỏi các chiến lược giảm thiểu toàn diện.

• Bộ biến tần (VFD) và bộ khởi động mềm: Các hệ thống điều khiển động cơ thiết yếu này tạo ra sự biến dạng hài đáng kể và tiếng ồn chuyển mạch tần số cao trong quá trình vận hành, có khả năng gây nhiễu cho các thiết bị nhạy cảm gần đó.
• Bộ điều khiển gia nhiệt Silicon Controlled Rectifier (SCR): Mặc dù cung cấp khả năng điều chỉnh nhiệt độ chính xác, hệ thống SCR tạo ra dòng điện và điện áp thoáng qua có thể tạo ra tiếng ồn tần số cao gây nhiễu, đặc biệt là trong các ứng dụng công suất cao.
• Động cơ và máy phát điện AC/DC: Là các thành phần nguồn cơ bản trong hệ thống công nghiệp, các máy này phát ra các trường điện từ trong quá trình vận hành, với mức độ nhiễu tăng cường trong quá trình thay đổi tốc độ hoặc thay đổi tải.
• Nguồn cung cấp điện chuyển mạch: Các cơ chế chuyển mạch tần số cao cho phép chuyển đổi năng lượng hiệu quả đồng thời tạo ra tiếng ồn điện từ có thể ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử liền kề.
• Đường dây phân phối điện: Cáp điện không được che chắn có thể phát ra tiếng ồn tần số đường dây 50Hz/60Hz, đặc biệt có vấn đề gần các công trình điện áp cao, nơi nhiễu có thể gây ra sự cố thiết bị.
• Thiết bị liên lạc vô tuyến: Các thiết bị không dây tạo ra sóng điện từ tần số cao có thể làm gián đoạn thiết bị đo nhạy cảm, đặc biệt là trong môi trường có mạng không dây dày đặc.
• Hệ thống hàn hồ quang: Bức xạ điện từ mạnh do hoạt động hàn tạo ra những thách thức nhiễu đáng kể cho các thiết bị điện tử gần đó.
• Chấn lưu chiếu sáng huỳnh quang: Hệ thống chiếu sáng truyền thống có thể tạo ra nhiễu điện từ, mặc dù mối quan tâm này giảm đi khi áp dụng các giải pháp thay thế LED hiện đại.
• Phóng tĩnh điện (ESD): Xung điện áp cao đột ngột từ tĩnh điện có thể làm hỏng các thiết bị điện tử nhạy cảm, đặc biệt là trong sản xuất chất bán dẫn và môi trường lắp ráp điện tử.
• Sét đánh: Những hiện tượng tự nhiên này tạo ra các xung điện từ mạnh có khả năng lan truyền qua đường dây điện và tín hiệu, có khả năng gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho thiết bị.

Việc giảm EMI hiệu quả đòi hỏi các phương pháp tiếp cận có hệ thống để quản lý tín hiệu và cấu hình thiết bị:

1. Định tuyến điện và tín hiệu riêng biệt

   Duy trì sự tách biệt vật lý giữa đường dây điện cao và cáp thiết bị nhạy cảm giúp giảm thiểu sự kết hợp điện từ. Ống dẫn hoặc khay cáp chuyên dụng cho từng loại cung cấp khả năng cách ly tối ưu.

2. Giao nhau của cáp vuông góc

   Khi đường tín hiệu và đường dây điện phải giao nhau, các giao điểm 90 độ với khoảng cách thực tế tối đa làm giảm đáng kể sự tương tác điện từ so với các đường chạy song song.

3. Tránh vòng lặp trong đường dẫn tín hiệu

   Loại bỏ các vòng dây dẫn ngăn chặn việc thu nhiễu điện từ giống như ăng-ten, với các đường cong dần dần được ưu tiên hơn các góc nhọn trong việc định tuyến cáp.

4. Triển khai cặp xoắn có vỏ bọc

   Cáp cặp xoắn có vỏ bọc thích hợp cung cấp khả năng loại bỏ tiếng ồn cân bằng và bảo vệ trường bên ngoài, với cấu hình xoắn cho phép triệt tiêu nhiễu chế độ chung.

5. Tiếp đất lá chắn một điểm

   Kết nối các lá chắn cáp chỉ ở một đầu ngăn chặn sự hình thành vòng lặp đất trong khi vẫn duy trì khả năng thoát tiếng ồn hiệu quả xuống đất.

6. Điều hòa tín hiệu cách ly

   Truyền vòng lặp dòng điện 4-20mA với cách ly điện cung cấp khả năng miễn nhiễm với tiếng ồn vượt trội so với tín hiệu điện áp, với các lợi ích bổ sung bao gồm phát hiện lỗi và tính toàn vẹn tín hiệu đường dài.

7. Tối ưu hóa hệ thống dây điện bảng điều khiển

   Giảm thiểu chiều dài dây dẫn tiếp xúc bên trong vỏ và duy trì các vòng xoắn dây chặt chẽ đến các điểm kết thúc làm giảm khả năng bị nhiễu do địa phương tạo ra.

8. Tách nguồn EMI chiến lược

   Khoảng cách vật lý giữa thiết bị đo nhạy cảm và các nguồn nhiễu đã biết, được bổ sung bởi các rào cản kim loại khi cần thiết, tạo ra sự cách ly điện từ hiệu quả.

Việc thực hiện các kỹ thuật này đòi hỏi phải xem xét cẩn thận các yêu cầu ứng dụng cụ thể, với việc kiểm tra hệ thống thường xuyên được khuyến nghị để xác định và giải quyết các nguồn EMI mới nổi. Khi các hệ thống công nghiệp ngày càng kết nối với nhau, việc duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu thông qua các biện pháp tương thích điện từ toàn diện trở nên cần thiết để đảm bảo độ tin cậy trong vận hành và độ chính xác trong sản xuất.