工業自動化控制系統的抗干擾技術剖析

高山

摘要：工業自動化控制系統在中國的工業發展中起到了非常重要作用，隨著社會經濟在不斷地發展，工業化水平也在不斷的提高。但就從工業自動化控制系統在工業化發展中的應用以及現狀來看，有不少因素都在影響著工業自動化控制系統的正常運作，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雜，只有將這些問題一一解決，才能夠讓工業自動化得到更好的發展。然而，想要將這些問題解決，就務必要分析并指出其干擾源，并進一步地制定出能有效的解決措施。

關鍵詞：工業；自動化控制；抗干擾技術

1 自控系統的抗干擾能力下降帶來的結果分析

1.1 由于自控系統設備的防過電壓能力水平較低，導致雷電天氣中，設備產生不同程度的損壞，而且不能保證供電的連續性，致使供電中斷，從而影響了系統的正常運行。

1.2 當壓力失壓情況發生時，UPS等輔助設備就會停止工作，影響自動控制系統的正常運行，而且對于事故的記錄數據也會由此丟失。

1.3 電磁干擾對設備運行產生負面影響，最終導致設備誤報或節點大面積抖動。

自動化控制系統有著集成電路功率小、運行環境復雜等等特性，嚴重影響了自動化系統的防過電壓能力及抗干擾能力，隨著自控系統在這些方面的能力逐漸下降，電力生產的運行也相繼出現了各種各樣的問題。

2 干擾源分析

2.1 輻射干擾源

輻射源通常是無線電設備、高頻感應方案和設備電弧電路，對工業自動化控制系統的干擾造成影響。從理論上講，沒有有效的控制方法來控制輻射對實際生產過程的干擾，要想減少這種情況的影響，通常的做法是切斷路徑或削弱其傳播。實際的措施包括：潛在情況下的機械設備應科學合理地連接到電力線布線，并采取防護隔離措施，通過不同方式發揮綜合防護作用。

2.2 傳導干擾

（1）電源線引入的干擾

這種干擾主要來自兩個方面：1）直接進入供電系統；2）通過供電耦合進入供電系統。控制系統由電網電源供電，電網波動、大功率用電設備啟停、交直流傳動裝置造成諧波、電網短路暫態沖擊等通過輸電線路傳到電源，干擾控制系統。

（2）信號線引入的干擾

載流導體會引起導線周圍的磁場，引起相鄰的感應電流。如果感應電流足夠大，會對檢測開關后級的信號接收設備造成信號干擾。外部信號和各種入侵信號線連接控制系統，使控制器邏輯數據發生變化、故障甚至死機。

2.3 來自接地系統混亂的干擾

接地是提高電子設備電磁兼容性（EM C）的重要手段之一。正確地接地，既能抑制電磁干擾的影響，還能有效的抑制設備向外發出干擾；而錯誤地接地，反而會引入嚴重的干擾信號，至使自控系統將無法正常的工作。

自控系統的地線包括屏蔽地、系統地和交流地、保護地等等。接地系統混亂對自控系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。

此外，接地線、屏蔽層和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內有會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統地與其它接地處理混亂，所產生的地環流就可能在地線上產生不等電位分布，影響自控系統內邏輯電路和模擬電路的正常工作。邏輯地電位的分布干擾容易影響自控系統的邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

3 提高自動化控制系統抗干擾能力的對策

3.1 采用信號處理濾波技術

目前，市場上有多種濾波技術產品，例如，晶體濾波器、機械濾波器和其他濾波器等等，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慣性濾波、位值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。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。

3.2 選擇性能好的電源

在工業化自控系統中，對于電源的選擇也要慎重而為之。實際上，若電源選擇不當也會對整個自控系統造成相當不利的影響，因此，要對電源的性能方面進行全方面的考慮，然后從中選擇一種性能比較高的電源。一方面，在選擇了性能優良的電源之后，將供電電源和變送電器分別與自動化控制系統具備的直接電氣連接的儀表供電有效地結合起來，使自控系統對于抗干擾的抑制能力有了相當大程度地提高；除此之外，只有保證電源不間斷地供電，才能使其滿足安全可靠性的要求，從而控制了干擾的產生。

3.3 屏蔽電磁和靜電

對于那些頻率較高的干擾性磁場，則需要采用可以進行屏蔽的金屬電渦流，消耗自動化控制系統受到的干擾量。有效的結合靜電屏蔽以及電磁場的屏蔽可以使工業自動化控制系統的抗干擾性得到很大的提高。選擇一個用較好的金屬材料制造出來的容器，把自動化控制系統需要進行保護的部分放入其中，以便讓內部的磁場不影響外部電路的工作，從而來實現靜電屏蔽。

3.4 自動化控制系統的管線設計抗干擾技術

在電纜敷設方面，處理選擇質量達標的電纜之外，其敷設方法也務必要控制。電纜型號使用較為普遍的是0.75m2的屏蔽雙絞線2芯。而在敷設環節，還應保持高度注意力。首先，信號類型不同，其傳輸電纜也各不相同，因此信號電纜必須根據傳輸信號的不同種類進行分層次敷設。其次，信號線纜應當遠離感性負載，例如，功率偏大的電動機等，且信號線纜應以完整電纜為主要材料，以防止出現接頭。再次，電網線纜與信號線纜禁止同時安放與平行敷設，應保持一定的距離。若特殊情況下必將兩者放在一起，必須保證距離不能低于60cm，同時安放隔板，并把信號線安放置鍍鋅的金屬管內。最后，數字信號禁止與模擬信號共用多芯電纜，也禁止與電源線同時應用電纜。管線設計主要覆蓋范圍有通信線路管道、信號線與電源線等等，通常情況下，通信管路應選金屬管道作為其主要材質，保持與電源線之間的距離。

3.5 接地系統的設計

自動化控制系統的數據會受現場環境的影響，通常現場環境干擾信號線之后，數據就會出現混亂現象，測量的精準度也會受到影響，往往出現死機或者是誤動作的情況，而出現這些問題的原因，大多跟接地系統具有直接的關系。若要實現抗干擾目標，就必須規劃接地系統的設計，確保接地的正確性，以此方式抵御電磁干擾，并控制設備自發的發射出干擾。就接地本身而言，工業上主要有三種形式，即信號安全接地、系統接地以及電纜屏蔽接地等等。一旦接地系統出現混亂，各接地點的電位分布會出現混亂情況，就會產生干擾，接地點位置的不同也會產生地電位差，這也會導致地環路形成電流，致使系統無法正常工作。

4 結語

綜上所述，隨著經濟的發展以及根據工業生產的需要，自動化控制系統基本上走進了所有現代化的工業生產中，但是自動化控制系統的運行仍然受到各種因素的影響而受阻，為了解決干擾問題，我們務必要尋找影響自動化控制系統運行的干擾源，并對其抗干擾措施進行分析及研究，使工業生產在專業領域上實現更大的發展和突破。

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（作者單位：施耐德電氣（中國）有限公司）