淺談控制系統(tǒng)的信號干擾與應(yīng)對措施

王亞波 陳磊

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

【關(guān)鍵詞】控制系統(tǒng)；抗干擾

一、引言

工業(yè)的快速發(fā)展對控制系統(tǒng)的依賴性越來越強(qiáng)。分散型控制系統(tǒng)、可編程控制器、以及各種控制儀表已是構(gòu)成工業(yè)自動化的主要硬件設(shè)施。隨著微電子技術(shù)的快遞發(fā)展和電路集成化程度的提高，單位面積內(nèi)大規(guī)模集成芯片元件數(shù)越來越多，所傳遞的信號電流也越來越小，系統(tǒng)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(tǒng)的主要干擾源

1.無線通訊設(shè)備

造成對控制系統(tǒng)干擾的信號源有以下幾種。

1）無線電臺AM，F(xiàn)M，TV；

2）移動通訊工具；

3）手持無線電對講機(jī)。

無線通訊設(shè)備的干擾是所有控制系統(tǒng)的信號源最不可避免的一種，主要是因?yàn)楝F(xiàn)今大多數(shù)儀表設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其關(guān)鍵性部位，如微處理器、視頻電路等，時(shí)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(gè)就是絕大多數(shù)安裝維護(hù)都使用手持對講機(jī)和其他移動通訊設(shè)備。

2.盤柜內(nèi)部的干擾

盤柜內(nèi)部的干擾主要來源于盤柜內(nèi)部的元器件、不合理走線、系統(tǒng)接線等因素。DCS模板內(nèi)部元器件及電路間可能產(chǎn)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(chǎn)生影響，這些都會對模板帶來一定的干擾。

盤柜內(nèi)部走線的數(shù)量是相當(dāng)大的，包括電纜和內(nèi)部二次接線，由于空間有限，盤柜內(nèi)部強(qiáng)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(chǎn)生的交變磁場就會對一般的模擬量信號線產(chǎn)生干擾。

3.接地產(chǎn)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(shè)備向外系統(tǒng)發(fā)出干擾，但是如果系統(tǒng)接地錯(cuò)誤或者出現(xiàn)異常，就很可能引入較大的干擾信號，嚴(yán)重時(shí)會使整個(gè)控制系統(tǒng)無法工作?？刂葡到y(tǒng)的接地一般包括系統(tǒng)接地、信號接地、電源接地等，接地系統(tǒng)混亂對控制系統(tǒng)的干擾主要是由于各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在電位差，引起環(huán)路電流，影響系統(tǒng)的正常工作。

4.信號線引入系統(tǒng)的干擾

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

三、抑制干擾的措施

1.利用多種手段解決無線通訊設(shè)備的干擾，如下：

1）要求設(shè)計(jì)和維護(hù)部門要正確選型。

2）在安裝時(shí)，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(jī)時(shí)與儀表設(shè)備之間的距離應(yīng)大于1.5m。

4）對嚴(yán)禁近距離內(nèi)使用無線電對講機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備周圍，應(yīng)予以提示告警與標(biāo)志，以對外來人員進(jìn)行提示。

5）降低無線電對講機(jī)的額定功率，將大大減少使用時(shí)產(chǎn)生的電磁波輻射干擾。

2.選擇正確的系統(tǒng)接地方式，完善系統(tǒng)接地

信號線屏蔽層應(yīng)在DCS控制系統(tǒng)側(cè)接地，以保證整個(gè)系統(tǒng)信號的參考地的接地電位是一致的，避免由于在現(xiàn)場側(cè)接地造成地環(huán)路，引入共模干擾。信號線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地；多個(gè)測點(diǎn)信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時(shí)，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理，同時(shí)選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)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(jìn)行傳輸。DCS系統(tǒng)中開關(guān)量信號的傳輸信號理論上可以不用屏蔽電纜，但是嚴(yán)禁用同一根電纜的不同芯線同時(shí)傳輸動力電源和信號。但是如果開關(guān)量信號線的輻射路徑要經(jīng)過強(qiáng)電流設(shè)備空間或距離較遠(yuǎn)時(shí)要考慮使用計(jì)算機(jī)專用屏蔽電纜。而模擬量信號電纜必須使用計(jì)算機(jī)專用屏蔽電纜。這種電纜的信號導(dǎo)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(dǎo)線分布電容也基本相等，減少了感應(yīng)耦合進(jìn)入信號回路的差模干擾。

施工過程中信號電纜應(yīng)按照傳輸信號種類分層敷設(shè)，至少要保證信號線和大電流電纜的分層敷設(shè)，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(jī)柜內(nèi)部的電纜或二次線，最好不要破壞信號電纜的紐絞形式，機(jī)柜內(nèi)部的電源線、模擬量信號線、開關(guān)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(gè)信號接插件。

4.良好的維護(hù)可以有效減少干擾的產(chǎn)生

對控制系統(tǒng)卡件、機(jī)箱、電源定期進(jìn)行清灰可以有效減少機(jī)柜內(nèi)模板之間干擾的產(chǎn)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(jié)

控制系統(tǒng)的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)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(qū)別對待的方法，既要保證控制系統(tǒng)安全高效運(yùn)行，又要節(jié)省不必要的抗干擾投資。才能夠使控制系統(tǒng)正常工作，保證工業(yè)設(shè)備安全高效運(yùn)行。