工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)分析

鄭天舒

（北京中科大洋科技發(fā)展股份有限公司,北京 100193）

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在我國的工業(yè)發(fā)展中起到了重要作用，社會經(jīng)濟在不斷地發(fā)展，工業(yè)化水平也在不斷的提高。但就從工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在工業(yè)化發(fā)展中的應(yīng)用以及現(xiàn)狀來看，有不少因素影響著工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的正常運作，不僅如此，由于干擾源種類多種多樣，抗干擾的工作變得極其復(fù)雜，只有將這些影響因素一一解決，才能讓工業(yè)自動化得到更好的發(fā)展。然而，想要將這些問題解決，就必須分析并指出其干擾源，并進(jìn)一步地制定出能有效解決問題的相應(yīng)措施。

1 工業(yè)自動化控制系統(tǒng)主要的干擾源分析

根據(jù)不同的分類方法，能夠?qū)⒏蓴_源進(jìn)行劃分，包括技術(shù)性干擾源、寬頻干擾源、窄頻干擾源、輻射性干擾源、導(dǎo)體性干擾源、連續(xù)性干擾源等等。在此對一些主要的常見的干擾源進(jìn)行詳盡的分析。

1.1 輻射干擾源

輻射干擾是指射頻設(shè)備、雷電以及高頻感應(yīng)的相關(guān)設(shè)備還有電弧電路等等對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的干擾。就此類干擾源來說，并沒有辦法可以對其進(jìn)行抑制，為了減少其影響，主要是通過切斷或者是減弱電磁干擾傳播的途徑。具體的措施如：使用等電位的聯(lián)機、屏蔽、保護(hù)隔離以及合理分布線路和裝設(shè)防雷裝置等等，通過這些措施實現(xiàn)全方位防雷保護(hù)措施。

1.2 傳導(dǎo)干擾源

傳導(dǎo)干擾主要有兩種，由電源線引入的干擾和由信號線引入的干擾。

1.2.1 通過電源線引入的干擾

通過電源線引入的干擾是工業(yè)現(xiàn)場較為常見的一種。這類干擾主要是有兩個方面的來源，一是直接通過供電電源系統(tǒng)竄入控制系統(tǒng)中，二是通過供電電源的耦合而進(jìn)入控制系統(tǒng)。由于常見的控制系統(tǒng)是由電網(wǎng)的電源進(jìn)行供電的，許多因素會對控制系統(tǒng)造成影響和干擾，例如電網(wǎng)的波動、大功率用電設(shè)備的開啟或停止、電網(wǎng)短路的暫態(tài)沖擊等等都會通過輸電電源線路傳送，對控制系統(tǒng)帶來一定的影響。對在輸送的過程中產(chǎn)生的干擾來說，可以使用鎧裝電纜對其進(jìn)行抑制，并將動力電纜與信號電纜進(jìn)行分離。對變頻器產(chǎn)生的干擾來說，通常是對變頻器加裝一個隔離變壓器、并保證安裝的位置能夠盡量的和檢測開關(guān)保持距離，其走線應(yīng)盡量使用鋼管單獨的穿并將變頻器單獨安裝到鐵皮箱內(nèi)，使其對外部屏蔽等等。

1.2.2 通過信號線引入的干擾

當(dāng)一根導(dǎo)線中有電流流過，在其周圍會產(chǎn)生一個感應(yīng)磁場，感應(yīng)磁場能夠引起其相鄰的導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)電流，若這個感應(yīng)電流增大到一定的值時，就會對檢測開關(guān)后級接收信號的設(shè)備產(chǎn)生干擾和影響。由于線路中總是有電流流過的，所以和控制系統(tǒng)相連接的各種信號線中都會受到外部信號對其的干擾，從而導(dǎo)致控制器的邏輯數(shù)據(jù)發(fā)生變化、錯誤動作或是死機。最常用的抑制信號線引入的干擾信號的方法就是選用屏蔽電纜，并可以把數(shù)條信號線上的屏蔽層編程辮子狀并接地。

1.3 設(shè)計施工中產(chǎn)生的干擾源

在設(shè)計施工過程中所產(chǎn)生的干擾主要是在工程技術(shù)的設(shè)計、安裝以及調(diào)試和設(shè)備的型號、操作等等因素所造成的，例如，在實際的操作中，開關(guān)高功率設(shè)備或是高頻發(fā)生器以及控制器之間的空間距離不夠，或是接地的系統(tǒng)較為混亂造成的干擾。對于這一類干擾，主要的抑制措施是設(shè)計出合理的接地系統(tǒng)。

2 相應(yīng)的抗干擾措施

為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)能夠在工業(yè)電磁的環(huán)境中減少或是避免內(nèi)部外部的電磁信號干擾，必須能夠在進(jìn)行設(shè)計和施工的過程中采取合理有效的抗干擾措施。在抗干擾措施實施的過程中應(yīng)當(dāng)遵循抑制干擾源、能夠切斷或是減弱電磁干擾傳播的途徑等原則。

2.1 電源隔離及電源線路的抗干擾

在電源的設(shè)計中，特別是在應(yīng)用一些大功率期間以及變頻器的場合中，應(yīng)該重視對電源的隔離以及在電源線路上實施合理的抗干擾措施。例如對于PLC邏輯控制器的電源，可以在其輸入端加裝隔離變壓器，可以在其初級繞組以及次級繞組分別加裝屏蔽層，屏蔽層可以靠接地，二次側(cè)接線可以采用雙絞線等等方法。

2.2 軟件設(shè)計方式抗干擾

通過軟件設(shè)計的方式來減少干擾是抗干擾措施中十分重要的一項。具體操作是在計算機相關(guān)程序中，合理應(yīng)用中位值濾波法以及慣性濾波法、平均值濾波法還有限幅平均的濾波法等等方法。通過對信號進(jìn)行數(shù)字化處理，實現(xiàn)降低干擾信號強度的目的，能夠有效的對輸入信號的可靠性有一定的提升。

2.3 管線設(shè)計方式抗干擾

管線設(shè)計即指合理的設(shè)計信號線、電源線以及通信線路管道，選擇適當(dāng)?shù)碾娎|并正確的進(jìn)行敷設(shè)，在選用信號電纜的過程中，也應(yīng)充分考慮實用性、經(jīng)濟性等以及抗干擾性。就目前來說，普遍使用標(biāo)準(zhǔn)型號的電纜。在進(jìn)行敷設(shè)信號時，應(yīng)當(dāng)注意類別不同的信號應(yīng)有不同的電纜進(jìn)行傳輸，信號電纜應(yīng)當(dāng)按照其傳輸?shù)男盘栴愋偷牟煌瑏磉M(jìn)行分層的敷設(shè)，模擬信號與數(shù)字信號不能共用同一根電纜。信號線的電纜杜絕接頭的現(xiàn)象發(fā)生，要用完整的電纜。信號線電纜應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離感性負(fù)載例如大功率的電動機等等。

2.4 合理設(shè)計接地系統(tǒng)

合理的設(shè)計接地系統(tǒng)是抗干擾的一個有效措施。正確合理的接地設(shè)計不僅能夠抑制電磁干擾，也能夠抑制設(shè)備對外發(fā)出干擾信號；然而，錯誤的接地系統(tǒng)設(shè)計能夠引入較強的干擾信號，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運作。在對接地系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該嚴(yán)格地將工作接地和保護(hù)接地兩者區(qū)分開來。

2.5 合理選擇器件

在對期間進(jìn)行選擇時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)所選的電子產(chǎn)品所具有的基本特性來進(jìn)行選擇。為了降低茶末干擾，可以在傳輸過程中使用電流信號來替換電腦呀信號，利用雙積分型的RC以及AD濾波器來消除高頻的干擾。若設(shè)備是以雙差分的輸入型的絞合線以及差動放大器來作為主要器材，為了能夠使信號線路上的共模抑制比得到一定程度的提升，那么應(yīng)該結(jié)合阻抗匹配，其中包含了屏蔽地線、單邊接地以及光電隔離等等措施，這樣就可以消除共模干擾。

2.6 保障施工現(xiàn)場的工作順利開展

由于在施工現(xiàn)場對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行實際的操作和施工過程中，現(xiàn)場的條件是較為復(fù)雜的，在施工過程中必須由經(jīng)驗豐富的工作人員進(jìn)行現(xiàn)場的指揮以及監(jiān)督。施工人員必須能夠按照設(shè)計中提出的要求進(jìn)行施工，應(yīng)當(dāng)重視接地線以及強點弱點之間的安全距離。在施工完畢以后，必須有條理，按步驟進(jìn)行現(xiàn)場測試等。

3 結(jié)語

工業(yè)的發(fā)展推動了國家經(jīng)濟以及社會的發(fā)展，是未來發(fā)展規(guī)劃中重要的組成部分，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在目前得到了廣泛的應(yīng)用，取得了較大的發(fā)展，然而，在其運作的過程中依然存在著許多的干擾因素。應(yīng)當(dāng)對工業(yè)自動化進(jìn)程中的抗干擾措施加以重視，應(yīng)當(dāng)在電源、軟件、管線等方面的設(shè)計上加強完善，選擇合適的器件、重視現(xiàn)場施工中的工作質(zhì)量，促進(jìn)工業(yè)自動化朝著更好的方向不斷發(fā)展和前進(jìn)。

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