電子控制設備的抗干擾設計研究

谷廣超 胡皓宇

關鍵詞：電子控制設備；干擾因素；解決辦法

我國工業產業的迅速發展，對工業生產的效率和質量提出了更高的要求。而電子控制設備具有諸多優勢，尤其是可以在惡劣的作業環境中正常運行，不僅能夠提高生產效率，還能減輕工作人員的壓力。然而，高性能的電子控制設備內部存在諸多元件，因為受到各種因素的干擾，這些元件往往會出現異常情況，從而導致電子控制設備無法穩定運行[1]?；诖?，為能夠有效提高電子控制設備的綜合運行水平，必須針對這些干擾因素，采取相應的解決措施，以提高工業生產的綜合效益。

1電磁輻射干擾及解決辦法

電子控制設備運行期間往往會對其外部的電磁波進行吸收，從而形成一定的電磁輻射。當該設備處于高頻環境時，可能會致使觸電電氣設備的運行溫度增高，并產生火花與電弧，甚至會出現輻射電磁波。值得注意的是，當電子控制設備的正常運行遭受到電磁波的干擾，同時隨著電磁波強度的增大，將會給電子控制設備帶來更為嚴重的不良影響。以下主要介紹幾種常見的抗電磁輻射干擾的辦法。

（1）濾波。事實上，濾波器屬于一種電路的傳播網絡，具有可選擇的特征，其組成部分包括源器件、電感與電容。針對輸入信號中沒有應用價值的頻率比例，濾波器能夠有選擇性地降低頻率，以達到濾波的目的。頻率是濾波器最為重要的特性，也是濾波器插入衰減會隨著運行頻率的差異而改變的特征[2]。一般情況下，濾波器能夠劃分成低通型、高通洗型、帶通型及帶阻型。另外，通過將穿心電容器、鐵氧體磁環等特殊的濾波元件應用到濾波電路中，能夠很好地優化電波的諧波特性。

（2）設置專用供電線路或是隔離變壓器。若要獲得理想的抗電磁輻射干擾效果，則應當科學設置電子控制設備的供電線路，通過隔離變壓器的合理安裝，有利于隔離電子控制設備運行期間存在的危險電壓，還能夠在最大限度降低地線環路對電子控制設備的不良影響。隔離變壓器類型包括：①普通的隔離變壓器。該設備不在初級與次級之間布設屏蔽層，從而實現對工模的有效抑制。然而，因為繞組之間存在寄生電容，當電氣控制設備存在較大的工作頻率時，很可能削弱其對共模的抗干擾能力。②附帶有屏蔽層的隔離變壓器。若要該設備實現衰減大，需要在初級和次級之間對屏蔽層進行合理設置，以盡可能地降低耦合容量[3]。

（3）屏蔽。即利用屏蔽材料對入侵系統的電磁干擾進行吸收和反射。在功能層面上，屏蔽主要包括：①電場屏蔽。屏蔽體的制作原料多選擇易于導電的物體，如金屬隔板式等實心屏蔽體，若要獲得更為理想的屏蔽效果，則必須對屏蔽材料的縫隙、厚度與輻射頻率進行嚴格控制。②磁場屏蔽。該類屏蔽主要是由具備極強導磁性能的材料所制成的屏蔽體，適用于低頻磁場和屏蔽直流[4]。利用屏蔽體優異的導磁性能與低磁特性，能夠對磁通發揮磁分路的作用，并利用多層屏蔽或是增加屏蔽體厚度的方法，來獲得更佳的屏蔽效果。

（4）接地。接地在保證電子控制設備安全、穩定運行中發揮著至關重要的作用，既能獲得安全保護的效果，防止發生觸電故障，還能為電子控制設備提供更為科學、精準的基準定位。接地是一項系統性的工程，在具體建設過程中，相關人員必須對可能影響電子控制設備運行的各方面因素加以綜合考慮，從功能層面將接地劃分成信號接地、控制接地、安全接地三大類。還需結合實際應用需求，將接地設計成一點多接、多點接地、混合接地。在高科技時代背景下，應重視對隔離技術的有效利用，以盡量減少接地換流現象的發生。接地電阻是評估接地的重要指標，通常設置成10Q。對于電子控制設備而言，必須結合具體運行特點，對接地電路進行有效的接地設計，具體涉及以下幾點。①低頻電路方面，設計人員應采取“一點接地”的設計策略，若選擇多點接地的設計方式，則在實際使用過程中很可能出現接地環路、閉合等不良現象，一旦低頻或是脈沖磁場穿過這一環路，就會產生磁感應噪聲，使不同接地點之間形成電位差，從而導致電子控制設備無法穩定運行。針對這一問題，應當依托干線式接地線路或是放射式接地線路，來實現一點接地設計。②高頻電力方面，設計人員應采取“多點接地”的設計策略，盡管該電路的地線很短，但是能夠產生較大的阻抗壓降，分布電容會對其產生較大的干擾，使其無法實現一點接地，故可利用平面式多點接地的方式，以顯著降低接地阻抗，盡可能避免分布電容的干擾。

2共阻抗干擾及解決辦法

共阻抗干擾是電子控制設備運行過程中相對常見的干擾現象，主要由于電子控制設備中的電阻和電感同時作用在回路導線上，當其進入作業狀態時，回路導線會成為電流的流動載體，導致回路電壓下降，引發耦合情況，還會耦合到其他回路中，從而形成共阻抗干擾。該干擾因素會在很大程度上影響電子控制設備中電路的良好運行，究其根源是多個電路共用一根地線，致使地線的電壓和所有電路的運行狀態處于正比例狀態。

針對共阻抗干擾問題，相關人員需要采取有效的措施，讓地線導致的電壓降到最低，合理調節電源位置，確保功率放大器和電源之間保持合適的距離，避免功率放大器地線上的電流流人到前級的地線，從而切實保障電子控制設備的穩定運行。同時，不可讓存在相互影響的電路共用一根地線，而是使用一根單獨的地線，將功率放大器和電源地進行連接，從而實現對共阻抗干擾問題的有效控制[5]。另外，對于電阻內阻，必須做好相應的校對和調整處理工作，以提升電子控制設備的性能，即通過對容限值加以合理控制，能夠最大限度地減少共阻抗干擾現象的發生。然后，結合模擬電路的實際特性，合理設置電阻數值，有效連接輸入和輸出口，以達到對共阻抗干擾控制的目的：對于電源導線的設置，建議對其具體長度進行嚴格控制，讓電源電線和地線之間可以處于較高的截面，再借助公共控制地線來合理控制橫截面，從而有效避免共阻抗干擾造成的實際危害。

3靜電干擾及解決辦法

在電子控制設備的實際運行過程中，時常會遇到靜電干擾現象。從強電流層面來看，靜電能夠由電力線直接傳人電子控制設備的內部，從而造成設備電場強度增加，此時電容器和動力線本身就會產生靜電干擾問題，并且在實際運行期間也會產生各種各樣的不良問題。隨著電場中電線長度的不斷增加，必然會進一步拉開動力線與干擾線路之間的距離，從而讓動力線與電線能夠保持在平行的方向，還能夠持續地進行延伸，最終顯著提升其抗干擾能力。

對于靜電干擾問題的處理，建議采用金屬隔絕方法，以解決電子控制設備運行中存在的靜電問題，規避該設備與靜電之間的互相接觸。同時，可考慮使用其他屏蔽體，利用相對應的接力方法來對靜電干擾進行合理管控，即通過深入研究電子控制設備運行中靜電形成的原理，明確其靜電的基本特征，然后選用合適的防靜電材料來有效包裹電子控制設備或相關部件，從而實現電子控制設備與靜電之間的充分隔離，最終有效避免靜電導致的干擾問題[6]。

4噪聲干擾及解決辦法

就目前電子控制設備使用情況來看，其普遍面臨噪聲干擾問題，噪聲可分為常模噪聲與共模噪聲。前者也可稱為對稱噪聲，造成這一噪聲干擾的主要原因是噪聲電流和信號電流在往返兩條線上是一致的，因此這類噪聲的處理難度較大：后者也可稱為不對稱噪聲或對地感應噪聲，造成這一噪聲干擾的主要原因是噪聲電流將地作為公共回路，能夠在兩條線上均流過一部分，不會在往返兩條線路中流過，故該類噪聲的處理難度較小[7]。在現實情況中，由于電子控制設備中的線路存在不平衡性，常常會出現共模噪聲轉換成常模噪聲的情況，從而嚴重影響電子控制設備的穩定運行。

針對噪聲干擾的處理，首先必須考慮對線路的科學布設。通常導線的種類與長短、走線的方法、布線的情況等都會影響導線對噪聲的耦合。只有確保線路布設的科學性與有效性，才能夠讓屏蔽、濾波、接地等其他電子控制設備的抗干擾措施發揮出顯著的作用，并有效解決噪聲干擾問題?？梢哉f，若要增強電子控制設備的抗干擾能力．則必須確保線路布設的科學性與合理性，針對外部線路的布設，應當分別開展電源線路、控制線路及信號線路等不同功能線路的布線工作，并嚴格控制不同線路之間的距離。當受到工程現場環境的影響，導致信號線路無法與高壓線路、動力線路保持較遠的距離時，需要借助電容器與信號線路進行連接，利用屏蔽電纜來控制線路，并使用鐵板來隔開不同等級的電纜。在機柜配線布設過程中，應當對濾波器輸入線與輸出線之間的間隔距離、電源配線的長度等參數進行綜合性分析與考慮，且收集強電信號的接口電路必須配備專門的外殼，電子控制設備中的不同電路均要分開配線，從而有效解決噪聲干擾問題。

另外，電源對于電子控制系統的抗干擾作用非常關鍵，在解決噪聲干擾問題日寸，建議選用性能良好的電源，從供電方式上來解決噪聲干擾問題。由于電子控制的供電方式主要是交流電網，當遇到雷擊、短路、系統設備操作不當、運行負荷改變等問題時，將會嚴重影響供電電網電壓的穩定性，從而導致電子控制設備不能正常運行。各類工礦企事業單位對各類電子控制設備的使用，導致電網中產生大量的諧波，如果這些干擾源傳人電子控制設備中，必然會大大降低設備的運行質量和性能，使數據控制出現錯誤，甚至設備損壞?；诖耍瑧斶x擇220V交流電先進入交流變壓器或交流電源濾波器，然后進入設備來實現供電。為了讓電子控制設備在更大范圍內實現良好運行，減少電源的噪聲干擾，就需要加大設備電源的儲備量，確保電源具備良好的動態特性。

5結束語

隨著社會的進步和科技的發展，電子控制設備以其突出的自動化優勢在我國工業領域得到廣泛應用，能夠有效提高工業生產效率和質量，以及更好地保障人員的生命安全。然而，在實際運行過程中，由于受到噪聲、電磁、電網等多方面因素的干擾，導致電子控制設備難以安全、穩定運行，因此，企業必須針對電子控制設備中可能存在的各種干擾因素加以深入分析和研究，并結合自身具體情況，針對出現的每一種干擾因素提出科學合理的解決措施，進一步優化電子控制設備的抗干擾設計，從而顯著提升電子控制設備的自動化運行水平，保證設備始終處于穩定、高效的運行狀態，最終為工業企業創造更大的效益。