電子自動(dòng)化裝置的干擾與抑制技術(shù)探究

劉 勇

（蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,215104）

1 電子自動(dòng)化裝置的干擾概述

伴隨著電子自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，電子自動(dòng)化裝置也變得越來越先進(jìn)，電子自動(dòng)化裝置的種類和功能都發(fā)生了較大的變革，有力的服務(wù)于工業(yè)。然而，在工業(yè)控制現(xiàn)場作業(yè)的電子自動(dòng)化裝置卻受到諸多干擾的影響。由于在工業(yè)控制現(xiàn)場分布著種類眾多、數(shù)量巨大的電磁信號，并且這些雜散的電磁信號在頻率上是不盡相同的，由此而帶來了噪音。眾所周知，工業(yè)控制現(xiàn)場的噪聲不受接受者的影響和控制，獨(dú)立于有用信號而存在，因此其是絕對的。同時(shí)，不同忽視的一點(diǎn)是電子自動(dòng)化裝置的干擾來源于噪聲，是噪聲達(dá)到一定數(shù)值后而形成的。對于電子自動(dòng)化裝置而言，其接受和受影響的信號包括有用信號和干擾信號，通常情況下，干擾信號可以通過一定的技術(shù)手段或者設(shè)備的感受等等條件下消除，而噪聲因其存在的絕對性而無法被消除只能被降低。本文首先分析探索了電子自動(dòng)化裝置的干擾產(chǎn)生和傳播的幾種因素，詳見下述：

(1)靜電干擾因素分析

靜電干擾是指在電子自動(dòng)化裝置運(yùn)行過程中，由于產(chǎn)生的電場與裝置中的電容耦合并對電子自動(dòng)裝置產(chǎn)生干擾而形成的電磁干擾現(xiàn)象。其中電子自動(dòng)化裝置受到來自電動(dòng)機(jī)裝置、動(dòng)力線路、變壓器、磁鐵、交流接觸器等所能夠產(chǎn)生不同程度的磁場的設(shè)備的干擾。這些設(shè)備在一定條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生諸如交變電磁場等干擾信號，例如：流過較大電流的動(dòng)力線周圍存在著較強(qiáng)的電場，電場強(qiáng)度隨著電路和動(dòng)力線之間電容強(qiáng)度的增大而變大從而對周圍的電路產(chǎn)生干擾。

(2) 磁場耦合干擾因素分析

磁場耦合干擾是一種感受式干擾，其產(chǎn)生主要是由于電子裝置流過較強(qiáng)的電流線路時(shí)，而在其周圍形成變化的電磁場，電磁波的產(chǎn)生伴隨著電子自動(dòng)化裝置的運(yùn)行，而產(chǎn)生于裝置所在的空間內(nèi)，電弧影響的電磁輻射、觸點(diǎn)電器運(yùn)行產(chǎn)生電火花輻射干擾、高頻感應(yīng)加熱爐運(yùn)行產(chǎn)生電磁輻射干擾等是電磁輻射干擾的常見類型，也是極易被電子自動(dòng)化裝置吸收而干擾裝置正常運(yùn)行的主要電磁波。此外，交變電磁場的存在使其附近的動(dòng)力線、變壓器、交流電動(dòng)機(jī)、交流接觸器以及電磁鐵等也會(huì)產(chǎn)生被干擾現(xiàn)象的發(fā)生。

(3)共模干擾因素分析

電子自動(dòng)化裝置的接口通產(chǎn)采用差分形式完成信號的傳輸，但裝置收發(fā)器的共模電壓具有規(guī)定的范圍，當(dāng)線路之中的共模電壓超出既定范圍時(shí)，就會(huì)對電子自動(dòng)化裝置產(chǎn)生干擾。這中干擾通常伴隨著強(qiáng)大的干擾信號，輕則影響到電子自動(dòng)化裝置的正常通信，嚴(yán)重時(shí)則能夠?qū)﹄娮幼詣?dòng)化裝置的零部件，尤其是通信接口產(chǎn)生破壞。此外，高頻感應(yīng)加熱爐、可控硅中頻爐以及各種有觸點(diǎn)電器所產(chǎn)生的電火花、電弧等都會(huì)產(chǎn)生電磁波，而當(dāng)電磁波達(dá)到一定程度后就會(huì)對裝置產(chǎn)生干擾。

(4)共組抗干擾因素分析

在電子自動(dòng)化裝置中電阻和電感存在于各個(gè)電子回路之間的公共導(dǎo)線上，當(dāng)任意一個(gè)回路的電流流過個(gè)電路之間的公共導(dǎo)線時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致公共導(dǎo)線上產(chǎn)生電壓降落的現(xiàn)象，這一阻抗壓降耦合到其他電子回路中就形成了共組抗干擾。共組抗干擾的存在帶來電路狀態(tài)瞬變情況的發(fā)生以及高頻電路受到嚴(yán)重干擾的情況發(fā)生。

(5)漏電耦合及電網(wǎng)干擾因素分析

影響電子自動(dòng)化裝置的漏電耦合干擾是由于控制裝置內(nèi)部與內(nèi)部之間、內(nèi)部與外部之間本不應(yīng)該有電氣聯(lián)系的的部分之間的電氣絕緣性能下降，而導(dǎo)致控制設(shè)備相互之間及裝置內(nèi)部發(fā)生漏電流，進(jìn)而刑場漏電耦合干擾。例如，在空氣極其潮濕的環(huán)境里，電子自動(dòng)化裝置由于內(nèi)部零部件工作運(yùn)行時(shí)會(huì)散發(fā)熱量，而導(dǎo)致零部件凝結(jié)露水，由此造成器件內(nèi)部之間，內(nèi)部與外部之間的絕緣電阻下降而產(chǎn)生漏電耦合干擾?？傊?，漏電耦合干擾的產(chǎn)生通常與惡劣的空氣環(huán)境，裝置工作溫度過高等有關(guān)。

電網(wǎng)在電子自動(dòng)化裝置的運(yùn)行起到能源供給的作用，是裝置運(yùn)行的動(dòng)力來源。但在電子自動(dòng)化裝置實(shí)際運(yùn)行和工作過程中電網(wǎng)也會(huì)對其產(chǎn)生干擾信號。電網(wǎng)在為電子自動(dòng)化裝置提供交流電過程中，需要在電網(wǎng)上連接一些用電設(shè)備，而這些用電設(shè)備的使用則是電網(wǎng)電壓產(chǎn)生干擾信號的重要幫兇。例如：在切斷大感性負(fù)載所產(chǎn)生的浪涌過壓時(shí)，會(huì)疊加在電網(wǎng)電壓上造成在啟動(dòng)用電設(shè)備過程中出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)電壓下降的現(xiàn)象；而大功率可控硅的出發(fā)導(dǎo)通則會(huì)加劇電網(wǎng)電壓波形的畸變；各種高頻輻射干擾信號則會(huì)被電力傳輸線索接受，從而造成各種高頻干擾吸納后在通過電子自動(dòng)化裝置的過程中，電源變壓器初級、次級之間的寄生電容耦合到次級，如此以來，就會(huì)造成電子自動(dòng)化裝置在連接電網(wǎng)工作的工作電源含有各種頻率的干擾信號對其產(chǎn)生不可估量的影響。

2 電子自動(dòng)化裝置的干擾抑制措施

針對上文論述的對電子自動(dòng)化裝置運(yùn)行過程中常見的幾種干擾因素的成因及其影響的分析之后，如何克服諸多對電子自動(dòng)化裝置產(chǎn)生干擾的因素成為電子自動(dòng)化裝置有效運(yùn)行過程中的亟待解決的問題。但不可忽視的事情是抑制干擾的措施實(shí)施過程中有時(shí)會(huì)涉及到對電子自動(dòng)化裝置本身結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)的限制，如普通數(shù)字和模擬控制裝置只能采用硬件方面的抗干擾措施，而微機(jī)控制裝置的抗干擾措施則可以有效利用軟件方面的措施。因此本文將針對性的提出幾種有效抑制干擾的措施，對于降低甚至消除干擾具有重要的理論指導(dǎo)意義。

2.1 靜電屏蔽用于靜電干擾的抑制

對于常見的靜電干擾因素而言，通常采用靜電屏蔽的方式減少或消除信號干擾。由靜電理論知識，我們知道處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)等電位，導(dǎo)體內(nèi)部沒有場，因此根據(jù)靜電干擾產(chǎn)生的原因和干擾的途徑，結(jié)合金屬導(dǎo)體的特性，采取以接地為主的方式將裝置金屬導(dǎo)體和相應(yīng)的電力線之間的靜電進(jìn)行評比處理?；蛘呖梢詫⒀b置進(jìn)行屏蔽處理，再將相應(yīng)的屏蔽體進(jìn)行接地處理，這樣做的好處非常多，這樣既可以保護(hù)被屏蔽裝置免受外來電場的干擾，金屬屏蔽線對傳輸信號線中靜電干擾的抑制具有非常突出的作用。

2.2 磁屏蔽用于磁場耦合干擾的抑制

在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行過程中，尤其是在其特定的工作環(huán)境下，許多設(shè)備能夠產(chǎn)生強(qiáng)磁場，包括近場干擾的磁場耦合干擾在內(nèi)的諸多磁場都能夠?qū)ζ涓浇目刂蒲b置產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，磁屏蔽措施的工作原理同靜電屏蔽在諸多方面類似，采用高導(dǎo)此材料制造的屏蔽體能夠有效的將裝置進(jìn)行屏蔽處理，此外，采用采用干擾體進(jìn)行屏蔽處理，能夠保障裝置在運(yùn)行過程中不接觸或者吸收散布在空氣中的磁信號。這種方法有效的抑制了干擾源所產(chǎn)生的磁輻射無法向外傳輸，對屏蔽體起到一種有效的保護(hù)作用。

2.3 電磁屏蔽用于電磁輻射干擾的抑制

電磁輻射隨著交變電磁場的頻率變化而變化，頻率越高，輻射越強(qiáng)。因此針對這一現(xiàn)象，電磁輻射干擾主要是由于高頻電磁場所產(chǎn)生。電磁屏蔽的工作原理就是利用包括銅、鋁等在內(nèi)的電阻率低的金屬材料制作成屏蔽層，當(dāng)高頻電磁場對金屬屏蔽層產(chǎn)生作用時(shí)，就會(huì)在屏蔽層內(nèi)產(chǎn)生渦流，而此時(shí)渦流產(chǎn)生的磁場能夠有效的減弱，甚至消除干擾電磁場的作用，由此對裝置起到電磁屏蔽保護(hù)的作用。不可否認(rèn)的是電磁屏蔽既可以屏蔽干擾源，又可以屏蔽被保護(hù)對象，因此電磁屏蔽具有靜電屏蔽相同的作用，能夠起到很好的保護(hù)作用。

2.4 共組抗干擾的抑制

共組抗干擾的存在具有一定的普遍性，在不同電子回路的公共線路上都可以產(chǎn)生共組抗干擾，但主要包括電源共組抗干擾和公共線路共組抗干擾。針對共組抗干擾產(chǎn)生的原理我們可以采用高質(zhì)量的電燎并加太電源的功率容限以獲取較小的電源內(nèi)阻，另外一點(diǎn)事分開設(shè)置模擬電路和數(shù)字電路的電源線及地線，將其獨(dú)立接到相應(yīng)的電源輸出端上。最后盡量選用長度盡量短且截面積大一些的電源線和地線，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是降低了電源線和地線的阻抗，減少了有公共電源線和地線帶來的回路間的共組抗干擾。為了減少由強(qiáng)電設(shè)備帶來的共組抗干擾，在電子自動(dòng)化裝置的工作地和安全地一起時(shí)則必須保障足夠小的接地電阻，應(yīng)保障在多電源供電情況下，公共地線的截面積足夠大，且長度足夠短以此降低公共地線阻抗帶來的共組抗干擾。

2.5 漏電耦合干擾及電網(wǎng)干擾的抑制

漏電耦合干擾產(chǎn)生的原因大多是由于設(shè)備內(nèi)部環(huán)境不佳導(dǎo)致絕緣電阻下降進(jìn)而出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。為此工作人員應(yīng)該定期檢查、清理電子自動(dòng)化裝置，以及信號線上的灰塵或雜物。此外技術(shù)人員再設(shè)計(jì)信號線路布局時(shí)需要考慮留有一定的間隙，采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧?/p>

對于電網(wǎng)干擾的抑制主要考慮到電網(wǎng)電壓中的浪涌過壓成分以及高額干擾成分，因此可以選用壓敏電阻吸收浪涌過壓，采取在裝置電源變壓器的兩側(cè)和整流電路上加高頻率波來抑制。此外可以通過使用直流穩(wěn)壓電古和直流退歐電路進(jìn)行電網(wǎng)中低頻干擾的抑制。而交流穩(wěn)壓電源在提高電路抗電網(wǎng)高、低頻干擾能力方面具有顯著的作用。

3 總結(jié)

通過本文的分析，我們知道電子自動(dòng)化裝置的干擾主要來源于電場、磁場以及電磁場等產(chǎn)生的信號干擾。而針對這些干擾的措施主要從兩方面入手：第一是從隔離的角度出發(fā)，即通過屏蔽層從電路上吧干擾源和受干擾電路隔離，以此降低或者削弱干擾源同被保護(hù)對象之間的干擾作用，保障有用信號的傳輸，抑制干擾信號的作用。第二從濾波的角度出發(fā)，就是采用相應(yīng)的技術(shù)手段或者材料對信號進(jìn)行有效篩選和傳輸。總之為抑制干擾，可對電子自動(dòng)化裝置的電流設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、線路及線路板設(shè)置以及裝置屏蔽條件等多方面入手，有針對性的采取抑制措施。

[1]羅鳴.芻議電子自動(dòng)化控制裝置的干擾及抑制[J].中國科技縱橫，2010，(14)：237，259.

[2]盧俊棋.論工業(yè)電子自動(dòng)化控制裝置常見干擾及對策[J].廣東科技，2008，(24)：57—59.

[3]袁臣虎，高圣偉，張獻(xiàn)等.三相整流電路電磁干擾分析與預(yù)測[c].，／天津市電機(jī)工程學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2009：25-30.