工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)研究

王柏強(qiáng) 周吉威

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)化水平越來越高，工業(yè)的自動化控制系統(tǒng)對促進(jìn)我國工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。但是自動化控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了一些問題，嚴(yán)重影響了其工作效率，對此相關(guān)的研究工作也就具有了很重要的現(xiàn)實(shí)意義，為此，這項(xiàng)研究也引起了人們的高度重視。筆者就對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的干擾源進(jìn)行一系列的研究，并對工業(yè)自動化系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)進(jìn)行簡單探討。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動化控制系統(tǒng);抗干擾技術(shù);分析

引言

當(dāng)前，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的硬件是由相關(guān)的控制器組成，其內(nèi)部的線路連接較為精細(xì)，所傳遞的電流及電壓較低，致使其易受外界因素的干擾，進(jìn)而使控制系統(tǒng)不能正常工作。與此同時，控制系統(tǒng)多數(shù)都安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，環(huán)境的復(fù)雜性也會導(dǎo)致信號的干擾及誤操作現(xiàn)象產(chǎn)生。所以，需要通過科學(xué)的方法抑制干擾，進(jìn)而提升系統(tǒng)的可靠性。

一、工業(yè)自動化控制系統(tǒng)受到影響的主要干擾因素

干擾源的產(chǎn)生通常是由于自動化系統(tǒng)中的運(yùn)行設(shè)備受到干擾，當(dāng)工業(yè)自動化控制系統(tǒng)采取信號時，除去一部分有用的信號之外，其中一些沒有有用信息的信號便會對系統(tǒng)的正常運(yùn)作和工作產(chǎn)生干擾。而這其中占有重要比例的兩種干擾源一個是來自內(nèi)部的感染，一個是來自外部的干擾。假設(shè)干擾源對工業(yè)自動化控制裝置產(chǎn)生了一定的作用和影響，便會引發(fā)許多問題，比如自動化裝頻率升高、幅度增大，使自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行和工作受到巨大的影響。

1.1輻射型干擾

一些具有高頻感應(yīng)的相關(guān)設(shè)備、電弧電路、雷電都能對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)造成影響和干擾，當(dāng)前沒有具體的手段能徹底阻斷這類干擾源對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的影響，為了使這類干擾的影響降到最低，一般是采用將電磁輻射的傳播路徑進(jìn)行減弱或切斷的方法。比如，通過使用等電位的設(shè)備、設(shè)置避雷裝備以及規(guī)劃合理的電路等辦法，來盡量避免工業(yè)自動化控制系統(tǒng)受到這類輻射的干擾。

1.2傳導(dǎo)型干擾

1.2.1以電源線的方式進(jìn)行干擾

這是當(dāng)前工程施工現(xiàn)狀較為普遍的一種干擾方式，主要由兩種來源途徑，其一是經(jīng)過供電系統(tǒng)直接進(jìn)入控制系統(tǒng)中;其二是經(jīng)過供電系統(tǒng)的耦合進(jìn)入控制系統(tǒng)。通常情況下，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)使用的電源都是由電網(wǎng)供應(yīng)的，所以在進(jìn)行電源的傳輸過程中，可能由于電網(wǎng)的功率波動、用電設(shè)備的開關(guān)以及電網(wǎng)的短路等原因都不可避免的會對控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。如果在傳輸過程中發(fā)生干擾，可以利用鎧裝電纜來使動力電纜和信號電纜分離，達(dá)到控制干擾的目的。如果是變頻器造成的干擾，則可以安裝變壓器，同時要注意在安裝時和電網(wǎng)開關(guān)保持一定的距離，電線的走向盡量避免和其他電線混淆。

1.2.2以信號線的方式進(jìn)行干擾

當(dāng)一根電線接通電源時，便會出現(xiàn)感應(yīng)磁場。這個磁場能和周圍的導(dǎo)線互相感應(yīng)形成電流，當(dāng)電流臨近到某個數(shù)值時，便會在檢測開關(guān)進(jìn)行信號傳送接收時造成一定的干擾。電線在接通電源后總是保持有電流傳送，因此在和工業(yè)自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行連接時就容易通過傳輸電線受到來自外界的影響，最終可能會對控制系統(tǒng)及設(shè)備的信息和數(shù)據(jù)造成不良干擾，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致系統(tǒng)信息錯誤、計(jì)算機(jī)死機(jī)。為此，目前選擇具有屏蔽性能的電線是降低干擾的最普遍的做法。

二、工業(yè)自動化控制過程中的抗干擾技術(shù)和方法

2.1利用現(xiàn)代軟件技術(shù)手段抗干擾

在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)運(yùn)行時，由于受到輻射、通信信號以及傳導(dǎo)等多方面影響，因此系統(tǒng)運(yùn)行時難免會出現(xiàn)干擾或者受到影響。對此應(yīng)當(dāng)采取有效的抗干擾技術(shù)受到予以處理，筆者建議利用現(xiàn)代軟件設(shè)計(jì)技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)抗干擾之目的。軟件設(shè)計(jì)通常是在計(jì)算機(jī)條件下進(jìn)行的，通過程序設(shè)計(jì)過濾和研究，采用濾波法對軟件設(shè)計(jì)的參數(shù)值分析和加工，從而實(shí)現(xiàn)對信號的計(jì)算機(jī)數(shù)字化處理。從實(shí)踐來看，采用該種方式和技術(shù)手段，不僅可以降低干擾強(qiáng)度，而且能夠有效提升工業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的自動化控制系統(tǒng)抗干擾能力。

2.2合理設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)

在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果受到干擾則會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的影響，并且通過對各種干擾因素的調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)，不合理設(shè)計(jì)的接地系統(tǒng)運(yùn)行時會產(chǎn)生一定的電磁干擾。從這一層面來講，針對該種現(xiàn)象，筆者建議應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況和需要，合理設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)。正確的、科學(xué)合理的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在抑制各種干擾尤其是電磁干擾方面所起的作用不可小覷，可對設(shè)備的外在干擾信號產(chǎn)生一定的抑制作用。值得一提的是，該種設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)建立在合理的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件下，若接地系統(tǒng)不合理、不科學(xué)，則不僅會導(dǎo)致干擾信號無法消除，而且嚴(yán)重時會因接地系統(tǒng)問題而產(chǎn)生更強(qiáng)大的干擾信號，進(jìn)而影響工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。甚至造成故障。從這一層面來講，實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況。優(yōu)化設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)。比如，可采取保護(hù)接地以及信號回路接地等方式對接地系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此來確保工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠性，降低對系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾和不利影響。

2.3合理選擇和應(yīng)用零部件設(shè)備

對于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)而言，其內(nèi)部組成需要用到很多的零部件和電氣設(shè)備。然而，這些零部件以及各類設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過程中可能會產(chǎn)生干擾信號，對整個控制系統(tǒng)也會產(chǎn)生一定的干擾，不利于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行。就該問題而言，筆者建議合理選用零部件

設(shè)備非常重要。比如，可選用雙積分型RC、AD濾波器等零部件來消除或者降低高頻干擾;若設(shè)備為雙差分輸入型交絞合線、差動放大器等，則建議結(jié)合阻抗選擇比較匹配的形式。例如，可以采用單邊接地、光電隔離以及屏蔽接地等技術(shù)措施來消除共模產(chǎn)生的干擾，并以此來提高工業(yè)自動化控制效率。

2.4通過優(yōu)化設(shè)計(jì)敷設(shè)線路來實(shí)現(xiàn)抗干擾目的

實(shí)踐中根據(jù)自動化控制系統(tǒng)的情況對敷設(shè)線路優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常有必要的，可以避免因線路敷設(shè)設(shè)計(jì)不科學(xué)、不合理而導(dǎo)致通信線以及信號線上的信號受到干擾。同時，還要對敷設(shè)線路合理設(shè)計(jì)，目的在于提升整個線路運(yùn)行過程中的抗干擾能力。就現(xiàn)階段國內(nèi)工業(yè)自動化控制系統(tǒng)敷設(shè)線路而言，多為通標(biāo)準(zhǔn)型電纜線路;在對線路敷設(shè)時，也會根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行合理的敷設(shè)。在設(shè)計(jì)敷設(shè)線路時，應(yīng)當(dāng)注意敷設(shè)信號種類的選擇，選擇類型不同的線路敷設(shè)，特別是模擬信號以及數(shù)字信號切忌用同根電纜，以免出現(xiàn)信號干擾問題。

三、結(jié)語

隨著工業(yè)化的發(fā)展，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)也逐漸成了當(dāng)下人們生產(chǎn)的主要方式。因此，對其干擾因素進(jìn)行分析和處理，不僅能夠提升控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，還能保障工業(yè)化的生產(chǎn)價值。在實(shí)際的工作和技術(shù)引用中，需要對線路和電源進(jìn)行有效隔離，有效改變軟件的制作方式，變換管線的設(shè)計(jì)模式，利用接地系統(tǒng)對管線進(jìn)行控制，提升工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，從而為工業(yè)技術(shù)的發(fā)展提供保障。

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