工業自動化系統抗干擾方法淺析

廖揚華

（上海優科環境工程技術有限公司，中國 上海 200949）

近年來，我國工業化水平不斷提高，自動化系統在工業生產運營中發揮著重要的作用，各種自動化檢測設備和傳感器被廣泛應用在各個環節。結合工業自動化系統存在的干擾項，有針對性地采取有效抗干擾措施，提高工業自動化系統的安全性和穩定性。

1 工業自動化系統主要的干擾來源

通常情況下，工業自動化系統干擾源主要是按照干擾產生原因進行分類。根據噪聲干擾模式，可將工業自動化系統干擾源分為差模干擾和共模干擾，差模干擾主要是由不均衡電路轉換電壓和兩級信號干擾電壓疊加而形成的干擾；共模干擾主要是由于信號電位差造成信號感應電壓和接地電位差疊加而形成的干擾。在工業自動化系統應用過程中，其主要的干擾來源有以下幾種：

1.1 電源干擾

工業自動化系統必須供電運行，但是自動化系統電源在應用過程中會受到電磁干擾，在開關操作和電網內部會受到短路沖擊和浪涌，影響電源的穩定運行。由于自動化系統存在分布電容，必須絕對隔離電網沖擊和浪涌。

1.2 雷電電磁波干擾

雷電電磁波干擾是工業自動化系統運行過程中最主要的外圍干擾源。雷擊電磁脈沖通過數據傳輸線路和電源傳輸線路會輸入浪涌電壓和電流，從而影響自動化系統的安全、穩定運行。

1.3 地電位干擾

通常情況下，自動化控制系統需要獲取基準電位，再進行接觸，獲得接地基準點，在系統基準點中，由于單相接會產生大量短路電流，因此工業自動化系統易受到地電位干擾，導致整個工業自動化系統運行的出錯和混亂[1]。

1.4 信號傳輸線干擾

工業自動化系統內部包含各種信號傳輸線，信號傳輸線主要是傳輸有效信息，但是在信號傳輸過程中，信號傳輸線不可避免會侵入部分干擾信號，一方面，由于信號傳輸線受到電磁輻射干擾，使得傳輸線外部產生感應干擾，導致信號工作異常，甚至會損壞自動化系統的各種元器件；另一方面，干擾信號通過供電電源對系統造成干擾。另外，對于隔離和絕緣性能較差的自動化系統，電磁輻射干擾會引起系統的互相干擾，造成工地系統總線回流，導致邏輯數據的誤動和變化。

2 工業自動化系統的抗干擾方法

2.1 使用高性能電源

工業自動化系統要盡量使用高性能電源，自動化控制電氣儀表進行供電，通過電氣連接和供電電源，提高工業自動化系統的隔離性能。同時，有效結合工業自動化系統的電氣儀表供電和變送電器電源，提高自動化系統的抑制抗干擾能力。另外，確保電網供電的連續性，采用不間斷的供電電源，提高電源的可靠性和安全性，最大限度降低電源對工業自動化系統的干擾。

2.2 準確設計接地點，完善接地

當前，工業自動化系統接地主要包括浮地接地、電容接地和直接接地等，由于工業自動化系統是一種低電高速的控制裝置，適合直接接地方式，但是考慮到信號電纜分布電容和輸入裝置濾波的影響，自動化系統不同裝置的信號傳送頻率低于1MHz，因此自動化系統的接地設計可以采用串聯一點和一點接地方式，用單獨接地線將自動化系統的各種電力裝置進行接地。對于集中布置的自動化系統可采用并聯一點接地形式，各個裝置柜體中心采用單獨接線方式。如果系統裝置間的距離較遠，可使用串聯一點節點方式，用絕緣電纜或者銅母線連接各個裝置的柜體中心接地點，將接地極直接連接接地母線。自動化系統的接地線要采用截面直徑大于10mm的銅導線，將接地極和自動化系統裝置保持10～15m距離，總母線應采用截面直徑超過40mm銅排，并且自動化控制系統的接地點要和強電設備接地點保持10m以上的距離[2]。對于中間有接頭的信號線，應牢固連接屏蔽層，做好絕緣處理，連接總屏蔽多芯對絞電纜和屏蔽雙絞線時，合理設計各個屏蔽層的間距，相互連接好，進行絕緣處理，選用合適的接地位置進行單點接地。自動化系統信號源接地設計，應在信號測加裝屏蔽層進行接地。

2.3 科學屏蔽電磁和靜電

根據電磁學原理，采用合適的金屬材質制作封閉的金屬容器，將自動化系統中需要保護的零器件放在金屬容器中，避免內部電磁場影響自動化系統外部電路的正常運行，有效屏蔽靜電，例如對PLC電源加裝隔離變壓器，在隔離變壓器的次級和初級繞組上加屏蔽層，在分級進線的電源設備上安裝避雷器。另外，為了避免工業自動化系統受到高頻磁場的干擾，可使用具有良好屏蔽效果的金屬電渦流，抵消自動化系統的干擾量，將信號電纜和動力電纜分開，有效屏蔽電磁場干擾和靜電干擾，提高工業自動化系統的抗干擾性。

2.4 采用信號處理濾波技術

為了進一步提高工業自動化系統的抗干擾性，要積極采用信號處理濾波技術，處理傳輸信號的特定頻率，通過濾波器剔除和過濾干擾信號，減少信號傳輸線中干擾信號對工業自動化控制系統的干擾。當前，市場上有多種濾波技術產品，如機械濾波器、晶體濾波器和其他濾波器等，結合工業自動化系統的運行要求，在計算機編程過程中采用中位值濾波、慣性濾波等信號處理方式，減少干擾信號，增加信號可信度，各種類型的濾波器對于提高工業自動化系統的抗干擾性有著非常重要的作用。

2.5 合理敷設電纜

在工業自動化系統中，不同類型的信號必須由不同的電纜線路進行傳輸，按照傳輸信號的種類，對信號電纜進行分層敷設，避免同一電纜線路同時傳送信號和動力電源，嚴禁動力電纜和信號線平行敷設，盡量減少工業自動化系統的電磁干擾。

2.6 軟件抗干擾和硬件濾波措施

工業自動化系統的電磁干擾非常復雜，不可能徹底消除電磁干擾，因此在自動化系統組態和軟件設計時，必須對軟件系統采取抗干擾措施，提高軟件系統的安全性和可靠性。常用的抗干擾措施主要包括頻率整形采樣和數字濾波，可有效消除工業自動化系統的周期性干擾。采用動態零點，注意校正參考基點電位，防止自動化系統的電位漂移，并且利用信息冗余技術，合理設計軟件系統的標志位，通過設置軟件陷阱、間接跳轉等方式，提高軟件系統的可靠性。另外，由于工業生產運營環境非常惡劣，在I/O信號傳送過程中易受到各種類型的干擾信號，為了提高工業自動化系統運行的可靠性，可在系統中應用軟件容錯技術，編寫計算機程序，使自動化系統可以及時發現錯誤信號，及時進行調整。

3 結束語

工業自動化系統的抗干擾處理是一項重要工作，必須綜合考慮可能出現的多種干擾源，仔細分析自動化系統運行環境，嚴格按照設計要求，做好工業自動化系統的施工、安裝和調試，提高系統的運行的可靠性和穩定性。

[1]李世發.基于工業自動化控制系統的抗干擾措施的研究[J].硅谷,2011,13:86.

[2]廖振偉.變電站自動化系統智能測控裝置軟件開發方法研究[D].西安電子科技大學,2001.