Виды материалов для экранирования электромагнитных помех в промышленной автоматизации

Системы промышленной автоматизации объединяют роботизированные манипуляторы, датчики, беспроводные сети и другое оборудование, постоянно взаимодействующее друг с другом. При таком количестве устройств, работающих вместе, электромагнитные помехи (ЭМП) могут принимать различные формы. Перекрестные помехи между устройствами могут приводить к ошибкам данных или отказам оборудования, что влечет за собой дорогостоящие простои. Знание различных типов экранирующих материалов от ЭМП поможет выбрать правильный вариант и снизить эти риски.

Что такое экранирующий материал от электромагнитных помех?

В процессе работы оборудования вы будете сталкиваться с различными типами электромагнитных помех; материалы для электромагнитного экранирования Они предназначены для блокирования подобных помех. Они предотвращают проникновение внешних электромагнитных волн в оборудование, а также предотвращают утечку сигналов, генерируемых самим оборудованием, тем самым обеспечивая стабильную работу схем. Обычно их можно найти в корпусах оборудования, соединениях, печатных платах и кабельных разъемах.

Зачем промышленной автоматизации нужна защита от электромагнитных помех?

Экранирование от электромагнитных помех (ЭМП) помогает защитить интеллектуальные производственные системы и минимизировать воздействие электромагнитных помех на работу оборудования. Соответствующие экранирующие материалы могут отражать или поглощать часть электромагнитной энергии, тем самым снижая риск повреждения чувствительных к помехам электронных компонентов. Для заводов это имеет решающее значение не только для обеспечения надлежащей связи оборудования, но и влияет на стабильную работу производственных линий, сокращая ненужные простои и сбои.

В интеллектуальном производстве экранирование от электромагнитных помех заключается не только в снижении случайных электромагнитных помех; также крайне важно уделять приоритетное внимание защите тех устройств и компонентов, которые оказывают существенное влияние на производственные процессы.

Датчики: Датчики отвечают за сбор данных в режиме реального времени и предоставление обратной связи системе. Если сигналы прерываются, собранные данные могут быть неточными, что, в свою очередь, повлияет на последующие операции управления.

Контроллеры: Контроллеры регулируют рабочее состояние оборудования на основе полученных данных. В случае возникновения электромагнитных помех могут возникнуть проблемы с передачей или обработкой команд, что повлияет на производственный процесс.

Системы связи: Беспроводные сети, промышленное коммуникационное оборудование и другие каналы передачи данных должны оставаться стабильными, чтобы обеспечить нормальный обмен информацией между различными устройствами.

Правильный выбор материалов для экранирования электромагнитных помех для этих критически важных компонентов помогает снизить риск аномалий сигнала и отказов оборудования, обеспечивая более надежную совместную работу всех частей автоматизированной системы и минимизируя перебои в производстве, вызванные помехами.

Четыре черные проводящие резиновые уплотнительные петли для защиты от электромагнитных помех на сине-серой поверхности.

Распространенные материалы для экранирования электромагнитных помех в промышленной автоматизации

Проводящая резина и проводящие эластомеры

Проводящая резина Проводящие эластомеры сохраняют присущую резине эластичность, позволяя им заполнять зазоры в оборудовании даже под давлением, а также обеспечивают электропроводность для блокировки электромагнитных волн. Если корпус вашего оборудования требует как экранирования от электромагнитных помех, так и определенной степени герметизации от воздействия окружающей среды, стоит рассмотреть возможность использования проводящей резины. Эти материалы могут использоваться в шкафах управления, электронных корпусах и других областях применения, где требуется проводящий контакт в местах соединений.

При работе с этими материалами необходимо учитывать остаточную деформацию при сжатии; если корпус должен оставаться закрытым в течение длительного времени, прокладка может потерять свою упругость, что впоследствии может повлиять на качество электрического контакта.

Уплотнения из токопроводящей пены и ткани поверх пены

Оба материала изготовлены на основе пенопласта. Пенопласт, обернутый проводящей тканью, имеет дополнительный слой проводящей ткани поверх проводящего пенопласта, сочетая мягкость пенопласта с поверхностной проводимостью. Эти два типа материалов широко используются при изготовлении электронных устройств, где необходимо заполнять зазоры. Будучи нежесткими экранирующими материалами, они не создают значительной нагрузки на конструкцию корпуса. Эти изделия мягкие и сжимаемые, что делает их подходящими для заполнения неровных зазоров.

Их можно устанавливать в местах соединения корпусов контроллеров, электронных блоков и съемных панелей для обеспечения электрического контакта между ними.

Прокладки из серебристо-серой ткани поверх поролона для защиты от электромагнитных помех, с открытыми черными поролоновыми поверхностями на бирюзовой поверхности.

SMT-прокладки и экраны для защиты от электромагнитных помех на уровне печатной платы

Защитные экраны на уровне печатной платы Обычно это компактные металлические конструкции, монтируемые непосредственно на печатные платы для изоляции помех между различными модулями на плате. Прокладки для защиты от электромагнитных помех на поверхностных платах (SMT EMI gaskets), с другой стороны, представляют собой экранирующие контактные компоненты, подходящие для технологии поверхностного монтажа (SMT) и могут использоваться на электронных компонентах и точках соединения, соответствующих их проектным требованиям. Пространство, как правило, ограничено на материнских платах контроллеров автоматизации и модулей ввода-вывода; экранирующие корпуса на уровне платы и SMT EMI прокладки Они отличаются высокой компактностью и поэтому идеально подходят для подобных применений.

Если пространство на печатной плате ограничено, рекомендуется предусмотреть места для установки экранирующих корпусов или прокладок на этапе проектирования. Добавление экранирующих конструкций после завершения проектирования печатной платы может потребовать перепроектирования, что увеличит затраты на разработку.

Токопроводящая лента и медная фольгированная лента

Токопроводящая лента обычно состоит из токопроводящей основы и клеевого слоя; она проста и удобна в использовании — достаточно просто снять подложку, чтобы нанести ленту. медная фольгированная лента, С другой стороны, в качестве основной подложки используется медная фольга. Такие материалы могут применяться для локального экранирования, герметизации швов и создания проводящих соединений.

Они лучше всего подходят для экранирования плоских, неподвижных поверхностей. Их не следует использовать в местах, подверженных частому изгибанию или трению, поскольку клеевой слой со временем склонен к отслаиванию и отклеиванию. Если вам необходимо обработать локальные швы на корпусах оборудования или добавить слой экранирования к электронным компонентам, токопроводящая лента может быть удобным вариантом.

Рулон экранирующей ленты из медной фольги для защиты от электромагнитных помех с ненамотанным концом на сине-серой поверхности.

Проводящая резиновая трубка

Проводящая резиновая трубка Это гибкий проводящий материал с трубчатой структурой, который надевается непосредственно на сигнальные кабели. В отличие от обычных резиновых трубок, он образует сплошной экранирующий слой на поверхности кабеля, подавляя излучаемый кабелем шум и предотвращая распространение внешних помех по кабелю в оборудование. Его можно использовать для экранирования отдельных сигнальных кабелей или небольших кабельных жгутов.

Проводящая ткань

Проводящая ткань Обычно изготавливается из базового материала, такого как полиэстер или нейлон; он легкий и тонкий, его можно резать и сгибать по мере необходимости. Он относительно мягкий, не имеет фиксированной формы и обладает высокой степенью гибкости; его также часто используют в качестве внешнего слоя для покрытия пенопласта. Однако мы не рекомендуем использовать его в областях применения, требующих герметизации при длительном высоком давлении. Проводящая ткань чаще используется в ситуациях, когда жесткое сжатие не требуется.

Пальцевидный стержень

Прокладки для пальцев Это металлические экранирующие компоненты, изготовленные из гибких металлических полос, которые поддерживают электрический контакт с сопрягаемой поверхностью за счет упругой деформации. Они обеспечивают надежную пружинную фиксацию, гарантируя, что экранирующие свойства не ухудшаются быстро даже при многократном открытии корпуса для технического обслуживания.

Если корпуса ваших шкафов управления или контрольно-измерительных приборов необходимо часто открывать и закрывать, этот продукт идеально подойдет. Если ваше промышленное оборудование требует регулярного технического обслуживания, металлические пружинные ленты также могут служить подходящим вариантом для экранирования соединений.

Прокладки, формируемые на месте

Прокладки, изготавливаемые на месте Они изготавливаются из жидкого материала, который наносится на заданную траекторию на корпусе с помощью дозирующего оборудования; после отверждения при комнатной температуре или под воздействием тепла они образуют экранирующий материал от электромагнитных помех. Для сложных, неправильных форм и зазоров, где стоимость изготовления предварительно сформированных прокладок методом литья слишком высока, экранирующие прокладки, изготовленные методом дозирующего литья, являются идеальным решением. Однако необходимо предусмотреть канал для нанесения и контролировать ширину и высоту клеевого слоя; любое отклонение по высоте после отверждения повлияет на характеристики сжатия.

Поглотители микроволнового излучения

Микроволнопоглощающие материалы работают по иному принципу, чем большинство экранирующих материалов, рассмотренных ранее. В то время как обычные экранирующие материалы отражают электромагнитные волны, микроволновопоглощающие материалы поглощают электромагнитную энергию в определенных частотных диапазонах. Если ваш промышленный контроллер испытывает постоянные проблемы с помехами в определенном частотном диапазоне, и тестирование показало, что одной из причин могут быть локальные отражения или резонанс, то вам следует рассмотреть возможность... поглотители микроволнового излучения. Однако в стандартных сценариях низкочастотных помех нет необходимости их выбирать, поскольку они не обеспечивают оптимального соотношения цены и качества.

Пять перекрывающихся темно-серых листов поглотителя микроволнового излучения на поверхности сланца.

Как выбрать лучший материал для экранирования от электромагнитных помех

Определите источник электромагнитных помех и рабочую частоту.

Перед выбором материалов для экранирования от электромагнитных помех необходимо определить точную часть оборудования, от которой исходят помехи, а также соответствующую ей рабочую частоту, а не просто выбирать материал с высокой электропроводностью. Материалы, подходящие для низкочастотных помех, совершенно отличаются от материалов, подходящих для высокочастотных помех.

Например, если частотно-регулируемый привод выходит из строя во время работы, это может быть связано с помехами, создаваемыми приводом двигателя; если показания датчиков нестабильны, вам также потребуется проверить сигнальные кабели, заземление и окружающее оборудование. Вы можете отдать приоритет вариантам, соответствующим частотному диапазону вашего оборудования, тем самым сократив затраты на метод проб и ошибок.

Учитывайте конструкцию корпуса и доступное пространство.

Обратите внимание на форму вашего корпуса и доступное внутри пространство для экранирующих компонентов. Некоторые конструкции уплотнителей позволяют использовать только тонкие прокладки; более толстые материалы просто не подойдут. Если углы довольно узкие, для ваших нужд больше подойдут гибкие материалы, которые легко обрезать по размеру и которые плотно прилегают, такие как токопроводящая лента, медная фольга или токопроводящая ткань. Для шкафов управления, которые необходимо часто открывать для обслуживания, обычно наиболее подходящим вариантом являются пружины в форме пальцев (пружины из бериллиевой меди), поэтому вы можете отдать им приоритет.

Оцените условия эксплуатации.

Необходимо подтвердить конкретные условия эксплуатации, в которых будет использоваться оборудование. Длительное воздействие высоких температур, влажности или сред, содержащих масло или пыль, ускоряет старение материалов. Если в таких условиях используются стандартные экранирующие материалы, их экранирующие свойства постепенно ухудшатся. Следует выбирать материалы, устойчивые к соответствующим условиям окружающей среды, чтобы гарантировать соответствие изделия техническим характеристикам в течение длительного времени. Мы рекомендуем запросить у поставщика соответствующие технические паспорта для проверки термостойкости, химической стойкости и других важных характеристик.

Проверьте требования к установке и изготовлению.

Даже если сам материал соответствует требованиям, необходимо также учитывать способ его установки и возможность надежного выполнения этого этапа в рамках существующих производственных процессов.

Некоторые материалы подходят для поверхностного монтажа и могут обрабатываться непосредственно на автоматизированных производственных линиях; другие же можно выравнивать и устанавливать только вручную. Для клейкой ленты требуется подходящая поверхность для склеивания, в то время как для формовочных прокладок необходимы соответствующее дозирующее оборудование и условия отверждения. Если на вашей существующей производственной линии отсутствуют необходимые вспомогательные процессы, даже самые высококачественные материалы усложнят производство и могут привести к дефектам, что повлияет на автоматизацию производства.

Две бронзовые полоски контактных площадок EMI с изогнутыми пружинными контактами на поверхности серо-голубого цвета.

Баланс между эффективностью экранирования и общей стоимостью

При выборе материалов для экранирования электромагнитных помех (ЭМП) цена, безусловно, важна, но нельзя просто сравнивать стоимость каждого материала. Если слишком дешевый материал окажется непригодным для конструкции оборудования, может потребоваться дополнительная обработка или даже перепроектирование, если он не пройдет испытания.

В то же время, не следует слепо стремиться к максимально высоким показателям экранирования. Прежде всего, подтвердите минимальные требования стандартов электромагнитной совместимости (ЭМС); достаточно, если материал стабильно проходит испытания. Необходимо учитывать себестоимость материала, затраты на обработку и стоимость последующих доработок, чтобы найти решение, которое обеспечит баланс между производительностью и стоимостью и подойдет для вашего проекта.

Часто задаваемые вопросы

В чём разница между экранированием от электромагнитных помех (ЭМП) и фильтрацией ЭМП?

Экранирование от электромагнитных помех блокирует электромагнитные волны, распространяющиеся по воздуху, предотвращая излучение помех; фильтрация электромагнитных помех устраняет шумы, распространяющиеся по кабелям, подавляя кондуктивные помехи.

Для улучшения экранирующего эффекта можно использовать токопроводящие прокладки в местах соединений промышленных шкафов управления или установить фильтр электромагнитных помех на входе питания для снижения шума, передаваемого по линиям электропередачи. При проведении электромагнитной коррекции эти две меры часто используются совместно. Если уровень излучаемых помех превышает допустимый предел, сначала проверьте экранирование; если уровень кондуктивных помех превышает допустимый предел, сначала отрегулируйте фильтрацию.

Могут ли экранирующие материалы блокировать все электромагнитные помехи?

Нет, не существует ни одного материала, способного обеспечить полную защиту. Защита в основном заключается в отражении электромагнитных волн, и в высокочастотных приложениях эти отраженные волны могут создавать новые проблемы. Необходимо выбирать материалы, исходя из частотного диапазона помех, и, при необходимости, использовать их в сочетании с фильтрами или поглощающими материалами.

Требуется ли для экранирования от электромагнитных помех заземление?

Не всегда. В случае экранирования полостей заземление может значительно улучшить экранирующие свойства; если используются волнопоглощающие материалы, заземление, как правило, не требуется. Следует отметить, что плохое заземление может фактически привести к появлению новых шумов.

Может ли экранирование от электромагнитных помех повлиять на беспроводную связь в промышленной автоматизации?

Да. Металлические корпуса и проводящие экранирующие материалы могут ослаблять беспроводные сигналы. Если ваше устройство оснащено беспроводным модулем, обеспечение наличия сигнального отверстия или использование материалов, поглощающих сигнал, может помочь поддерживать стабильную связь.

Почему промышленное оборудование может не пройти испытания на электромагнитную совместимость, несмотря на использование экранирующих материалов?

В большинстве случаев дело не в том, что сам материал не обладает экранирующими свойствами. Такие проблемы, как чрезмерные зазоры, недостаточное сжатие при сборке или плохие пути заземления, могут легко привести к сбоям в тестировании. Помехи могут проникать в оборудование через кабельные интерфейсы, отверстия в корпусе или области с плохими соединениями.

Заключительные мысли

Компания GALLOP INNOTEK имеет более чем 10-летний опыт производства материалов для экранирования электромагнитных помех. Мы предлагаем разработку индивидуальных решений и проведение собственных испытаний на надежность для поддержки ваших проектов в области промышленной автоматизации. Связаться с нами чтобы подобрать подходящий экранирующий материал для вашего оборудования.