工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的抗干擾技術剖析

高山

摘要：工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在中國的工業(yè)發(fā)展中起到了非常重要作用，隨著社會經濟在不斷地發(fā)展，工業(yè)化水平也在不斷的提高。但就從工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在工業(yè)化發(fā)展中的應用以及現(xiàn)狀來看，有不少因素都在影響著工業(yè)自動化控制系統(tǒng)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(yè)自動化得到更好的發(fā)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(yè)；自動化控制；抗干擾技術

1 自控系統(tǒng)的抗干擾能力下降帶來的結果分析

1.1 由于自控系統(tǒng)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(xù)性，致使供電中斷，從而影響了系統(tǒng)的正常運行。

1.2 當壓力失壓情況發(fā)生時，UPS等輔助設備就會停止工作，影響自動控制系統(tǒng)的正常運行，而且對于事故的記錄數(shù)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(jié)點大面積抖動。

自動化控制系統(tǒng)有著集成電路功率小、運行環(huán)境復雜等等特性，嚴重影響了自動化系統(tǒng)的防過電壓能力及抗干擾能力，隨著自控系統(tǒng)在這些方面的能力逐漸下降，電力生產的運行也相繼出現(xiàn)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(yè)自動化控制系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)；2）通過供電耦合進入供電系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)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(tài)沖擊等通過輸電線路傳到電源，干擾控制系統(tǒng)。

（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(tǒng)，使控制器邏輯數(shù)據發(fā)生變化、故障甚至死機。

2.3 來自接地系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)將無法正常的工作。

自控系統(tǒng)的地線包括屏蔽地、系統(tǒng)地和交流地、保護地等等。接地系統(tǒng)混亂對自控系統(tǒng)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(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。

此外，接地線、屏蔽層和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內有會出現(xiàn)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(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產生的地環(huán)流就可能在地線上產生不等電位分布，影響自控系統(tǒng)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(tǒng)的邏輯運算和數(shù)據存貯，造成數(shù)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(tǒng)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(yè)自動化系統(tǒng)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(yè)自動化系統(tǒng)的抗干擾性有著非常重要的作用。為了進一步提高工業(yè)自動化系統(tǒng)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(yè)自動化控制系統(tǒng)的干擾。

3.2 選擇性能好的電源

在工業(yè)化自控系統(tǒng)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(tǒng)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(yōu)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(yè)自動化控制系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)靜電屏蔽。

3.4 自動化控制系統(tǒng)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(huán)節(jié)，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(xiàn)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(shù)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(tǒng)的設計

自動化控制系統(tǒng)的數(shù)據會受現(xiàn)場環(huán)境的影響，通?，F(xiàn)場環(huán)境干擾信號線之后，數(shù)據就會出現(xiàn)混亂現(xiàn)象，測量的精準度也會受到影響，往往出現(xiàn)死機或者是誤動作的情況，而出現(xiàn)這些問題的原因，大多跟接地系統(tǒng)具有直接的關系。若要實現(xiàn)抗干擾目標，就必須規(guī)劃接地系統(tǒng)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(fā)的發(fā)射出干擾。就接地本身而言，工業(yè)上主要有三種形式，即信號安全接地、系統(tǒng)接地以及電纜屏蔽接地等等。一旦接地系統(tǒng)出現(xiàn)混亂，各接地點的電位分布會出現(xiàn)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(huán)路形成電流，致使系統(tǒng)無法正常工作。

4 結語

綜上所述，隨著經濟的發(fā)展以及根據工業(yè)生產的需要，自動化控制系統(tǒng)基本上走進了所有現(xiàn)代化的工業(yè)生產中，但是自動化控制系統(tǒng)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(tǒng)運行的干擾源，并對其抗干擾措施進行分析及研究，使工業(yè)生產在專業(yè)領域上實現(xiàn)更大的發(fā)展和突破。

參考文獻

[1]陶權.探析自動化控制系統(tǒng)的抗干擾設計[J].制造業(yè)自動化，2012（4）.

[2]李世發(fā).基于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的抗干擾措施的研究[J].硅谷，2011（13）.

[3]劉冬.淺談自動化控制系統(tǒng)的抗干擾[J].科技與企業(yè)，2012（14）.

[4]史建民.PLC控制系統(tǒng)的干擾分析及現(xiàn)場抗干擾的措施[J].科技風，2011，19（22）：159.

（作者單位：施耐德電氣（中國）有限公司）