自動化控制系統(tǒng)抗電磁源干擾的措施探討

吳一鳴

摘 要：如今，工業(yè)設備自動化控制已經(jīng)越來越普及，為了確保企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)濟的順利運行，自動化控制系統(tǒng)的抗干擾功能越來越倍受重視，其是工業(yè)可靠運行的保障。由于在PLC自動化控制系統(tǒng)中極易受到各種電磁干擾的影響，因而需要采取相應抗電磁源干擾措施，進而保障自動化控制系統(tǒng)的安全性及抑制系統(tǒng)的電磁干擾。本文將重點探討有效解決自動化控制系統(tǒng)中抗電磁源干擾問題的相關措施。

關鍵詞：自動化控制系統(tǒng)；電磁源干擾；抗干擾；措施

1 電磁干擾的主要來源

1.1 空間的輻射干擾

一般來說，空間輻射電磁場（EMI）的分布十分復雜，且內部構成元素多樣，包括電力網(wǎng)絡、雷電、高頻感應加熱設備、雷達、無線電廣播等，而這些設備構成元素所產(chǎn)生的干擾即稱之為：空間的輻射干擾。電磁場受到輻射干擾的原因與PLC系統(tǒng)設置場地有關，它如果被設置在射頻場內，那么輻射干擾一方面由電路感應直接對PLC內部產(chǎn)生輻射，另一方面由通信線路感應對PLC的通信網(wǎng)絡產(chǎn)生輻射，最終引起電磁干擾的產(chǎn)生。

1.2 系統(tǒng)外引線的干擾

系統(tǒng)外引線的干擾（又稱傳導干擾），其干擾介質包括電源、信號線與接地系統(tǒng)，該干擾現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)在我國的工業(yè)現(xiàn)場，具體表現(xiàn)為三大類現(xiàn)象。①電源導致的干擾現(xiàn)象，由于PLC系統(tǒng)主要通過電網(wǎng)來實現(xiàn)供電，但因電網(wǎng)需要供應較廣闊的覆蓋面積需求，如此極易造成輸電過程中眾多干擾因素（如電網(wǎng)內部變化、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等）通過輸電線路造成干擾，產(chǎn)生電源引入干擾造成PLC控制系統(tǒng)的故障。②信號線產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，在PLC系統(tǒng)中各類信號傳輸線一方面具有傳輸各類有用信息的功能，但另一方面卻通過變送器供電電源、共用信號儀表、信號線等引入一些外部干擾信號，進而導致電磁干擾問題的產(chǎn)生。③接地系統(tǒng)造成的混亂干擾現(xiàn)象，電子設備電磁兼容性（EMC）可以通過接地系統(tǒng)來達到有效目的，接地系統(tǒng)正確運行可以同時實現(xiàn)對電磁干擾與設備外發(fā)干擾現(xiàn)象的抑制，一旦接地系統(tǒng)錯誤運行則會導致信號被嚴重干擾，就會造成PLC系統(tǒng)工作的癱瘓。

1.3 PLC系統(tǒng)內部的干擾

PLC系統(tǒng)內部的干擾，是因內部元器件與電路之間的電磁輻射而造成的干擾現(xiàn)象。主要的輻射干擾類型有：元器件之間因相互不匹配使用而產(chǎn)生輻射干擾；邏輯電路間的輻射干擾；模擬地與邏輯地間的輻射干擾等，這些PLC系統(tǒng)內部的干擾現(xiàn)象同樣為造成整個電磁干擾問題的產(chǎn)生。

2 自動化控制系統(tǒng)抗電磁源干擾的措施

2.1 更換隔離性能較好的供電電源，減少電網(wǎng)引入干擾

電源是PLC控制系統(tǒng)的重要元素，在PLC系統(tǒng)中具有各種供電電源的電磁干擾因素會通過電源產(chǎn)生電網(wǎng)引入干擾問題。因此，不能忽視各類供電電源對PLC控制系統(tǒng)的影響，為了實現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)的抗電磁源干擾，需要更換隔離性能較好的各類供電電源，從而減少或抑制因電網(wǎng)引入而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象。

2.2 合理挑選傳輸電纜，根據(jù)傳輸信號種類分層敷設

在PLC自動控制系統(tǒng)中，傳輸電纜的挑選也十分重要，因為傳輸電纜也是一種電磁干擾介質，能夠通過信號線向PLC系統(tǒng)引入干擾因素。為此，應根據(jù)不同類型的信號需求來挑選相應的傳輸電纜，并根據(jù)傳輸信號種類進行分層敷設，這樣才能減少因信號線與動力電纜出現(xiàn)平行敷設而產(chǎn)生電磁干擾問題。由于動力電纜具有輻射電磁干擾，特別是變頻裝置饋電電纜引入的輻射電磁干擾更為嚴重，為此信號電纜與動力電纜需要區(qū)分出來，可挑選銅帶鎧裝屏弊電力電纜，這易于減少動力線造成的電磁干擾。

2.3 加裝信號濾波器，采用軟件抗干擾技術

因信號線之間的傳輸會造成電磁干擾，為此需要在信號兩極之間加裝信號濾波器，這樣既可減少信號接入計算機之前信號線與地間并接電容而產(chǎn)生的共模干擾，又可相應抑制差模干擾的現(xiàn)象。當然，因電磁干擾問題較為繁雜，僅靠信號濾波器來抑制干擾還不夠，還應積極采用軟件抗干擾技術來輔助，在PLC控制系統(tǒng)軟件設計與組態(tài)過程中加入抗干擾軟件技術，以此來提高PLC系統(tǒng)軟件結構的可靠性。具體的軟件抗干擾技術措施有：①通過動態(tài)零點技術定時校正參考點電位來實現(xiàn)電位漂移的控制；②通過數(shù)字濾波與工頻整形采樣來實現(xiàn)周期性干擾消除的效果等。

2.4 完善接地系統(tǒng)，保障安全與抑制電磁干擾

接地系統(tǒng)是PLC自動控制系統(tǒng)中的主要成分之一，因而需要完善接地系統(tǒng)以保障系統(tǒng)的安全及抑制系統(tǒng)的電磁干擾。一般來說，浮地、直接接地、電容接地是接地系統(tǒng)的三種主要方式，作為一種高速低電平控制裝置的PLC控制系統(tǒng)，其需要通過直接接地方式來保障系統(tǒng)安全與抑制電磁干擾。PLC系統(tǒng)的控制裝置會受到信號電纜分布電容及輸入裝置濾波等因素的干擾，因而PLC控制系統(tǒng)應選用一點接地與串聯(lián)一點的接地方式，并控制裝置之間的信號交換頻率不能超過1MHz。而對于集中布置的PLC系統(tǒng)來說，可采用并聯(lián)一點接地方式，將接地點選擇在各裝置的柜體中心，通過單獨的接地線引向接地極，以保障系統(tǒng)安全及抑制電磁干擾。

綜上分析，人們需要重視電磁干擾潛在的危害性，在產(chǎn)品設計過程中充分考慮各種產(chǎn)生電磁干擾現(xiàn)象的因素，進而實現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)中抗電磁源干擾的高效目的。

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