engeneer_19
5th August 2009, 03:37 PM
انواع سيستم هاي الكترونيكي حساس (System configuration)سيستم هاي الكترونيكي كه بايستي سيستم گراند را براي آنها طراحي نمود از يك مدار الكترونيكي با محفظه و كابينت مجزا تا يك مجموعهي وسيع و پيچيده از تجهيزات و كنسولهاي توزيع شده در يك محدودهي فيزيكي وسيع را شامل مي شود كه بر اين اساس نيازمنديهاي گراندينگ و روشهاي زمين كردن اين سيستم ها متقاوت خواهند بود.معيار تفكيك و تمييز دادن انواع مختلــف سيستم هاي الكترونيكي به منظور طراحي سيستم گراند، بررسي دو موضوع است، يكي وضعيت تغذيه و انرژي ورودي اين سيستم ها و ديگري چگونگي اتصال آنها به يكديگر.بر اساس اين دو موضوع، سيستم هاي الكترونيكي به 5 زيرگروه زير تقسيم مي شوند :1- سيستم ايزوله ) Isolated) 2- سيستم گروهي ) Clustered) ۳- سيستم توزيعي Distributed 4- Multiple-distribute) سيستم چندگانه توزيعي5- سيستم مركزي قابل توسعه (Central with extensions 1- سيستم ايزوله : سيستمي است كه همهي تجهيزات فرعي بهصورت متمركز داخل يك محفظه (Enclosure) جمع شدهاند و تنها يك منبع تغذيهي منفرد به اين سيستم انرژي مي دهد.اين سيستم هيچگونه تبادل سيگنال و قدرتي با ساير تجهيزات زمين شده ندارد و تنها يك اتصال گراند براي محافظت پرسنل يا صاعقه در اين سيستم تعبيه مي گردد. ماشين حساب روميزي برقي، كامپيوتر شخصي (بدون مودم)، راديو و تلويزيون، نمونه هايي از سيستم ايزولهي الكترونيكي مي باشند.نيازمنديهاي گراند سيستم هاي ايزوله همانطور كه مشاهده مي شود تنها يك سيم يا كابل مجزا، جهت اين كار استفاده شده است و اگر تغذيهي اين سيستم بهجاي شبكهي برق از باتري باشد، نياز به اين سيم ارت نيز ندارد به شرط اينكه كاملاً بهصورت فيزيكي و الكتريكي از ساير سيستم ها ايزوله باشد.نكتهي مهم در سيستم هاي ايزوله اين است كه آنها نزديك هاديهاي نزولي Down conductors)) سيستم صاعقه گير يا نزديك ديگر تجهيزات فلزي زمين شده يا جاهايي كه ولتاژ با فركانس هاي بالاي راديويي روي آنها ظاهر مي شود، قرار نگيرند. 2- سيستم گروهي : سيستم گروهي داراي چند جزء از جمله رك هاي تجهيزات (Equipment racks)يا كنسولهاي قرار گرفته در يك محدوده مي باشد. سيستمهاي گروهي معمولي شامل مينيكامپيوترها، سيستم هاي استريوي صوتي، داده پردازهاي متوسط و نيز پردازندههاي چندجزئي مي باشند.روش تشخيص سيستم گروهي اين است كه همهي آنها از يك منبع مشترك تغذيه شوند. اين منبع تغذيه مي تواند يك باتري يا يك فيدر مجزاي برق AC باشد.بين اجزاي يك سيستم گروهي، اتصالات سيمي و كابلي چندگانه از جمله كابلهاي سيگنال، كنترل و قدرت وجود دارد ولي با سيستمهاي ديگر هيچگونه ارتباطي ندارند.جهت گراندينگ يك سيستم گروهي بايستي تمامي اجزا به يكديگر متصل شده و به گراند ساختمان (Safety ground)متصل شوند. اگر منبع تغذيه تكفاز باشد با سيم سوم كه همان سيم ارت است اين كار انجام مي شود و اگر منبع تغذيه سه فاز باشد يك هادي مكمل گراند، بايد در سيستم كشيده شود.سيستم هاي گروهي كه از طريق باتري تغذيه مي شوند نبايد با گراند ساختمان اتصال داشته باشند و صرفاً اجزاي خود سيستم به هم متصل مي شوند.مبحث مهم در گراندينگ سيستم گروهي، بحث گراند سيگنال بين اجزاي اين سيستم مي باشد كه بايستي به نحوي انجام گردد كه مشخصههاي مجزاي سيگنال مثل فركانس، دامنه و غيره را تخريب نكند. اينكار ممكن است به دو روش تك نقطهاي (Single point)و يا چند نقطهاي (Multiple point) انجام گيرد.اگر روش چند نقطه اي استفاده شود گراندينگ سيگنال ممكن است با استفاده از شيلد كابلها، هاديهاي كمكي، يك شبكهي سيمي يا صفحه فلزي نصب شده در پايين يا بالاي تجهيزات تحقق يابد.در يك محيط Quiet كه داراي EMIكمي مي باشد؛ گراندينگ سيگنال بوسيله شيلد كابلها و هاديهاي كمكي كارساز خواهد بود اما در محيط هاي داراي سطح آلودگي EMIبالا، اين روش گراندينگ (شيلد كابل ها) ممكن است بعنوان يك آنتن عمل كرده و از محيط آلوده، سيگنالهاي ناخواستهاي برداشت نمايد.القا و كوپل سيگنالهاي ناخواسته روي هاديهاي زمين، موجب توليد ولتاژهاي حالت مشترك Common mode voltages) يا CMVبين اجزا گرديده و تداخل سيگنالها را افزايش خواهد داد.روش بهتر گراندينگ در اين حالت، استفاده از مسيرهاي عريض فلزي (بجاي شيلدها) بين قطعات تجهيزات سيستم گروهي است. سيني هاي كابل، باس داكت ها و كانالهاي هادي در اين حالت مي توانند بهعنوان گراندينگ سيگنال استفاده شوند.بهترين حالت و يكي از راههاي توصيه شده براي استفاده در محيط هاي داراي سطح RF بالا، استفاده از مش هاي ريز يا يك صفحه فلزي يك پارچه در زير تمامي اجزاي سيستم گروهي ميباشد.در محيطهاي بسيار نامطلوب از لحاظ وجود نويزهاي EM ، نظير جاهاييكه مبدل ها و سنسورهاي زيادي وجود دارد علاوه بر مشهاي ريز، تعبيه صفحههاي فلزي يكپارچه روي مشها نيز توصيه ميگردد.در اينحالت هر كابينت با دقت به شبكه يا صفحهي زمين متصل ميگردد. تمام كابلهاي سيگنال و قدرت نيز بهتر است از طريق لولههاي فلزي يا Raceway عبور داده شوند.اين روش در محيطهاي داراي سيگنالهاي راديويي VHF, HF و UHF مثل استوديوها، مراكز مخابره سيگنال و غيره استفاده ميشود. 3- سيستم توزيعي : عبارت از سيستمي است كه اجزا و عناصر آنها بهصورت فيزيكي از هم جدا هستند و از طريق پريزها و فيدرهاي جداگانه و يا از فازهاي مختلف يك سيستم سه فازه و يا حتي از ترانسفورماتورهاي توزيع مختلف تغذيه مي شوند. در يك سيستم توزيعي، گراندهاي جداگانهي ايمني (Safety ground) و صاعقهگير مورد نياز است. مشخصهي ديگر يك سيستم توزيعي اين است كه طول هاديهاي ارتباطي كه بسيار پرتعداد هم هستند بزرگتر از 1/0 طول موج سيگنالهاي سرگردان ميباشد.نمونههايي از اين سيستم، شامل سيستمهاي كنترل فرآيندهاي صنعتي (PLCيا DCS) ، سيستمهاي مانيتورينگ و كنترل، سوييچهاي مخابراتي و شبكههاي كامپيوتري مادر مي باشند (Large main frame computers) گراندينگ موثر در يك سيستم توزيعي، استفاده از گراندهاي حفاظتي مجزاي صاعقهگير و ايمني است تا نويز و EMIتا حد امكان كاهش يابد. در ضمن توصيه ها و موارد زير نيز بايستي مراعات شوند: a) اگر سيستم با برق AC تغذيه شود هر عنصر اصلي (شامل يك يا چند تجهيز قرار گرفته در يك محل مشخص) با عنصر ديگر يك سيستم ايزوله يا گروهي تشكيل مي دهد . در اين حالت مانند گراندينگ سيستم هاي ايزوله و گروهي، آنها را گراند مي نماييم و همهي پورتهاي سيگنال اين زير سيستمهاي ايزوله يا گروهي را كه بايد با ديگر بخش ها در تبادل اطلاعات باشند، بهعنوان يك فضاي نويزي براي آن بخش فرض مي نماييم. در اين حالت بايستي تكنيكهايي براي كنترل كوپلينگ ناخواستهي تداخلي در مسير سيگنالها بكار گرفته شود. اين تكنيك ها بستگي به خواص سيگنال منتقل شده از ترمينالي به ترمينال ديگر، مسير و بستر سيگنال و نيز ماهيت EMIمحيط دارد.بهطور كلي بايستي ايزولاسيون كافي بين وروديهاي سيستم و محيط نويز و نيز بستر سيگنال تعبيه گردد.b) اگر سيستم توزيعي از باتري تغذيه شود، چالش ديگري در پيش روي ماست كه نمونه چنين سيستمي را مي توان در هواپيما يافت.4- سيستم هاي توزيعي چندگانه : اين سيستم ها نيز شبيه سيستم هاي توزيعي مي باشند و تنها تفاوت آنها در اين است كه معمولاً چند سيستم در يك محيط و بهطور همزمان كار ميكنند.يك روش تشخيص سيستم هاي توزيعي چندگانه اين است كه آنها نوعاً يك ريسك بالاي تداخل با يكديگر را موجب شده و قابليت جذب نويز بيشتري را از يكديگر و از محيط بيرون دارند. بنابراين علاوه بر نيازمنديهاي گراندينگ شبيه سيستم هاي توزيعي، شيلدينگ و فيلترينگ اضافي نيز جهت به حداقل رساندن تداخل اين سيستم ها ضروري ميباشد.۵- سيستم مركزي قابل توسعه : يك سيسنم مركزي با شاخه ها و لينك هايش وجه تمايز اين سيستم نسبت به سيستمهاي گروهي و ايزوله اين است كه تمامي عناصر و اجزاي سيستم از بخش مركزي به مسافتهاي فيزيكي طولاني منشعب شدهاند. از طرفي وجه تمايز اين سيستم با يك سيستم توزيعي اين است كه اجزاي منشعب شده در اين سيستم، قدرت خود را از قسمت مركزي ميگيرند.اتصال به يك منبع تغذيه بهغير از جزء اصلي، در جاي ديگر استفاده نشده است.يك مثال از اين نوع سيستم، يك كنترلكنندهي صنعتي فرآيند (Process control)با تمامي سنسورها و عملگرهاي (Actuators) نصب شده در نقاط دور از كنترلكننده يا ثبات داده (Data logger) ميباشد.هستهي اصلي يا مركزي اين سيستم بايستي بهعنوان يك سيستم ايزوله يا گروهي فرض شود. بسته به محدوده هاي فركانس عملكرد و سطوح سيگنالهاي اجزاي انشعابي و مشخصهي EM محيط ممكن است يك گراندينگ تك نقطه درختي (Single point tree) يا گراندينگ ستاره (Star grounding)يا گراندينگ چند نقطه (Multiple point) در اين سيستم بهكار گرفته شود.اغلب سيستم هاي مركزي و انشعابات آن درگير فركانس هاي راديوئي يا پايين تر با پهناي باندهاي اطراف فركانس قدرت مي باشند. در اين وضعيت، گراندينگ تك نقطهي درختي توصيه مي شود به صورتي كه گراند اصلي در هسته باشد و يك اتصال (گراند ايمني) انشعابي كه به استراكچر متصل شده است، اجزاي انشعابي بايد شناور يا متعادل شده گردند. هاديهاي زوجي پيچيده شده (Twisted pair)يا هاديهاي منتقلكنندهي سيگنال متعادل شده (Balanced transmission line) بايد بين هستهي اصلي و شاخهي انشعابي استفاده شود. اگر ثابت شود كه كوپلينگ تشعشعي(Radiated coupling) مساله ساز است، شاخه هاي انشعابي بايد درحد ممكن طوري پيكرهبندي شوند كه شيلدها بتوانند از هسته اصلي تا محفظهي اجزاي انشعابي كشيده شوند.انواع سيستمهاي گراند براي كامپيوترها a) گراندينگ تك نقطهايb) گراندينگ چندنقطهايc) گراند سيگنال براي تجهيزاتي كه با فركانس هاي RF كار مي كنند.d) گراند خازنيe) گراند با اندوكتانس پايينf) گراند ايزوله هر يك از اين سيستم ها ويژگيهايي دارند كه در هر پروژه، بسته به خصوصيات زير مي توان يك يا چند نوع از اين سيستم ها را براي آنها طراحي نمود. اين خصوصيتها عبارتند از: 1- فركانسهاي عملكرد دستگاهها و نيز فركانس سيگنالهاي تبادل شده كه از فركانس صفر يا سيستم DC گرفته تا فركانسهاي 100 كيلوهرتز يا بالاترتغيير خواهد كرد. بهطور مثال يك سيستم زمين كه براي گراندينگ شبكه برق شهري 5 اهم مقاومت دارد براي گراندينگ سيگنال 100 كيلوهرتز حدود 1000 برابر مي شود كه عدد بسيار بالايي است. 2-سيستم برق عمومي يك سايت كامپيوتري، معمولاً توسط مهندسان مشاور برق طراحي و توسط پيمانكاران برق نصب ميگردد. سيستم گراند ايمني يا (Safety ground)در اين محلها نيز مشابه بخشهاي ديگر ساختمان، بهطور عمومي توسط اين عوامل طراحي و اجرا ميگردند.سيستمهاي كامپيوتري و دادهپردازي نيز توسط شركتهاي سازنده و يا خبرهي كامپيوتري نصب ميگردند ودر اينجا اولين مشكل يعني ايجاد تداخل بين سيستم كامپيوتري و سيستمهاي برقي معمولي مثل هواسازها، اعلان حريق، ارتباطات تلفني داخلي و غيره بروز ميكند و نتيجهي اين مشكل، توليد نويز است كه عموماً موجب اخلال در سيستم هاي دادهپردازي و كامپيوتري حساس خواهد شد.به اين دليل بايد سيستم ارت كامپيوتر و نيازمندي هاي آن بهطور كامل شناخته شده و در هنگام نصب سيستم ارت، اين ضروريات مورد بررسي قرار گرفته و به مرحله اجرا درآيند.در اينجا جهت آشنايي و هشدار فني، بعضي نكات موثر درطراحي گراندينگ تجهيزات حساس، بهصورت مختصر بيان ميگردند.چالش هاي سيستم گراند تجهيزات حساس 1- تعبيه الكترود ارت مجزا يا حتي رينگ ارت مجزا صرفاً جهت گراند كامپيوتر، بعضي مواقع سبب افزايش نويز هم خواهد شد.2- تعويض عمدي يا سهوي سيم نول با سيم گراند در اكثر حالتها موجب وقوع نويز درتجهيزات مختلف حساس خواهد شد كه در نقاط فيزيكي مختلف نصب شده اند.3- طراحي گراندينگ كامپيوتر با تغذيه اين تجهيزات در ارتباط است مثلاً طراحي گراندينگ براي يك سيستم كامپيوتري كه از طريق شبكه سراسري برق شهر تغذيه شود با سيستمي كه از طريق ديزل ژنراتور، باتري، UPS يا غيره تغذيه شود، متفاوت خواهد بود. هرچند كه مشتركات زيادي نيز دارند.4- در سيستم هاي كامپيوتري VHF (بالاي 1 گيگاهرتز) سيم ها و كابل هاي شيلددار و حتي بدون شيلد موجود در سايت ميتوانند بهعنوان آنتن عمل كنند و بخشي از فركانس هاي راديويي را جذب نمايند و موجب تبادل و پردازش غلط ديتا در كامپيوتر شوند. اين سيگنالهاي RF روي سيگنالهاي كامپيوتر سوار مي شوند و موجب توليد EMI مي شوند.5- ريزپردازندههاي كامپيوتر معمولاً با ولتاژهاي بسيار پايين، حدود 5 تا 12 ولت كار مي كنند، لذا عدم هم بندي و گراندينگ مناسب در اين تجهيزات مي تواند موجب اختلاف ولتاژهاي ناخواسته اي شود كه نسبت به 5 تا 12 ولت مقدار قابل ملاحظهاي دارد و در فركانس هاي بالا اثرات سوء در عملكرد پردازنده خواهد داشت.6- طراحي و اجراي يك گراند با امپدانس كم در فركانسهاي راديويي نيزكار ساده اي نيست زيرا راكتانس القايي گراند، نسبت مستقيم با فركانس دارد (X=2pfL) و يك گراند نصب شدهي مشخص و ثابت، در فركانس راديويي داراي راكتانس القايي 500.000 برابر راكتانس خود در فركانس 60 هرتز ميباشد.7- ابعاد پنجرهي مش يا شبكه حلقوي كف سايت هاي محل نصب تجهيزات كامپيوتري حساس و حتي رايزرهاي ارت متصل به اين شبكه حلقوي بايستي از يك حد بيشتر نباشد و به اصطلاح مش ريز 1بافت باشد. اين امر در تجهيزاتي كه با فركانس هاي بالا كار مي كنند ملموس تر است و معيار آن اين است كه ابعاد پنجره مش يا طول رايزر نبايد بزرگتر از 0.1 يا 0.05 طول موج سيگنالهاي تجهيزات باشد. بهعنوان مثال در فركانس 10 مگاهرتز كه طول موج 100 فوت دارد ابعاد پنجره بايستي از 5 فوت بزرگتر نباشد و اگر طول پنجره يا هاديهاي رايزر در هر قسمت از اين مقدار بيشتر باشد نويزهاي ناخواسته به سيستم اعمال خواهد شد.۸- شبكه يا مش سايـت هاي محل نصب تجهيزات حساس معمولاً روي كف هاي كاذب نصب مي شوند كه اين كف ها نبايستي از قطعات و اتصالات آبكاري شده با فلز روي (Zn)تشكيل شده باشند زيرا فلز روي داراي ولتاژ گالوانيكي بالا (1/1 ولت) بوده و موجب توليد ولتاژها و سيگنالهاي ناخواسته در سايت حساس خواهد شد ۹- تمامي هاديهاي شبكه يا مش سايت هاي حساس بايستي از نوع تسمه مسي سخت copper strip) (Solidيا تسمه مسي بافته شده (Braided copper strip)باشد وحتي المقدور از سيم هاي مسي تابيده با مقطع گرد معمولي استفاده نشود زيرا اين سيم ها در فركانسهاي بالا داراي اندوكتانس زياد بوده و راكتانس القايي شبكه را افزايش مي دهند.۱۰- معمولاً در سايـت هاي ابزار دقيق و كامپيوتري از كابل هاي سيگنال شيلددار استفاده مي شود كه شيلد نقش محافظ نويز را براي هسته اصلي كابل بازي مي كند كه در اين حالت معمولاً شيلد زمين خواهد شد. نكته مهم در اينجا اين است كه تنها يك طرف (ابتدا يا انتها) كابل شيلددار زمين شود، زيرا اگر دو طرف كابل زمين شود، يك حلقه جريان داخلي با زمين تشكيل ميشود و جريان ناخواستهاي از شيلد عبور ميكند كه باعث گرم شدن و آسيب به كابل مي گردد. در ضمن شيلد كابلها را در جعبه هاي اتصال كه هاديهاي كابلها جدا مي شوند نبايستي از هم جدا نمود ودر صورت ناچاري حتما" بايستي شيلدها مجددا به هم متصل گردند.