淺談控制系統的信號干擾與應對措施

王亞波 陳磊

【摘 要】介紹控制系統在不同的工業環境中受到來自系統本身以及外界的干擾；并且通過分析產生干擾的原因，提出了解決主要抗干擾措施。

【關鍵詞】控制系統；抗干擾

一、引言

工業的快速發展對控制系統的依賴性越來越強。分散型控制系統、可編程控制器、以及各種控制儀表已是構成工業自動化的主要硬件設施。隨著微電子技術的快遞發展和電路集成化程度的提高，單位面積內大規模集成芯片元件數越來越多，所傳遞的信號電流也越來越小，系統的供電電壓也越來越低，芯片對外界的干擾越趨敏感，所以顯示出來的抗干擾能力也就越來越低。

二、控制系統的主要干擾源

1.無線通訊設備

造成對控制系統干擾的信號源有以下幾種。

1）無線電臺AM，FM，TV；

2）移動通訊工具；

3）手持無線電對講機。

無線通訊設備的干擾是所有控制系統的信號源最不可避免的一種，主要是因為現今大多數儀表設備和計算機系統，其關鍵性部位，如微處理器、視頻電路等，時鐘頻率越高，速度越快，信號頻譜也越豐富，對高頻信號也越敏感，而自身也越容易受干擾。再一個就是絕大多數安裝維護都使用手持對講機和其他移動通訊設備。

2.盤柜內部的干擾

盤柜內部的干擾主要來源于盤柜內部的元器件、不合理走線、系統接線等因素。DCS模板內部元器件及電路間可能產生電磁輻射，例如邏輯電路相互輻射及其可能對模擬電路產生影響，這些都會對模板帶來一定的干擾。

盤柜內部走線的數量是相當大的，包括電纜和內部二次接線，由于空間有限，盤柜內部強電和弱電信號沒有分開布置，而是一起捆扎布置在走線槽中。電源線、外回路供電信號線產生的交變磁場就會對一般的模擬量信號線產生干擾。

3.接地產生的干擾

良好的接地可以有效抑制電磁干擾的影響，而且能夠抑制設備向外系統發出干擾，但是如果系統接地錯誤或者出現異常，就很可能引入較大的干擾信號，嚴重時會使整個控制系統無法工作。控制系統的接地一般包括系統接地、信號接地、電源接地等，接地系統混亂對控制系統的干擾主要是由于各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在電位差，引起環路電流，影響系統的正常工作。

4.信號線引入系統的干擾

這也是我們現場最為常見的一種干擾。信號線將就地信號輸入到控制機柜，其經過的現場環境十分復雜，極其容易產生干擾。信號選型不當、模擬量信號線距離大電流電纜太近都可能被外部磁場產生差模干擾，直接迭加在信號回路中進入系統。

三、抑制干擾的措施

1.利用多種手段解決無線通訊設備的干擾，如下：

1）要求設計和維護部門要正確選型。

2）在安裝時，不但要考慮防火、防爆，而且要考慮密封屏蔽。

3）建議使用對講機時與儀表設備之間的距離應大于1.5m。

4）對嚴禁近距離內使用無線電對講機的關鍵設備周圍，應予以提示告警與標志，以對外來人員進行提示。

5）降低無線電對講機的額定功率，將大大減少使用時產生的電磁波輻射干擾。

2.選擇正確的系統接地方式，完善系統接地

信號線屏蔽層應在DCS控制系統側接地，以保證整個系統信號的參考地的接地電位是一致的，避免由于在現場側接地造成地環路，引入共模干擾。信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并經絕緣處理，同時選擇適當的接地處單點連接，一般選擇在控制端。

3.電纜的正確選擇和施工可有效減少干擾

對于不同的信號要選用不同的電纜進行傳輸。DCS系統中開關量信號的傳輸信號理論上可以不用屏蔽電纜，但是嚴禁用同一根電纜的不同芯線同時傳輸動力電源和信號。但是如果開關量信號線的輻射路徑要經過強電流設備空間或距離較遠時要考慮使用計算機專用屏蔽電纜。而模擬量信號電纜必須使用計算機專用屏蔽電纜。這種電纜的信號導線是扭絞在一起的，一是可以大大減少信號回路包圍的面積，二是兩根信號線到干擾源的距離大致相等，導線分布電容也基本相等，減少了感應耦合進入信號回路的差模干擾。

施工過程中信號電纜應按照傳輸信號種類分層敷設，至少要保證信號線和大電流電纜的分層敷設，如果由于空間問題不能保證信號線與大電流電纜的有效距離（不小于60cm），可以考慮在信號線外套用金屬管等屏蔽措施以減少干擾。對于控制機柜內部的電纜或二次線，最好不要破壞信號電纜的紐絞形式，機柜內部的電源線、模擬量信號線、開關量信號線最好分開捆扎、分層布置，不同的信號不要使用同一個信號接插件。

4.良好的維護可以有效減少干擾的產生

對控制系統卡件、機箱、電源定期進行清灰可以有效減少機柜內模板之間干擾的產生，接線端子良好的緊固也可以有效減少熱電勢帶來的干擾。

四、小結

控制系統的干擾是一個十分復雜的問題，因此在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，對有些干擾情況還需做具體分析，采取區別對待的方法，既要保證控制系統安全高效運行，又要節省不必要的抗干擾投資。才能夠使控制系統正常工作，保證工業設備安全高效運行。