計算機控制系統(tǒng)的抗干擾方法分析

孫永文

【摘? 要】隨著計算機技術的發(fā)展，其在現(xiàn)代化工業(yè)控制當中已普遍運用，在一些復雜的環(huán)境當中，計算機控制系統(tǒng)常常不可避免地受到各種干擾影響，這些干擾因素的存在，可能會使控制系統(tǒng)的各種性能和控制指標下降，甚至產(chǎn)生不良后果。論文分析探討了計算機控制系統(tǒng)的干擾因素、作用方式，并對抗干擾解決方案進行了分析和說明。

【Abstract】With the development of computer technology， it has been widely used in modern industrial control. In some complex environment， computer control system is often inevitably affected by various kinds of interference. The existence of these interference factors may make the performance of the control system and the control index decline， and even produce adverse consequences. This paper analyzes and discusses the interference factors and action modes of computer control system， and analyzes and explains the solution of anti-interference.

【關鍵詞】計算機控制系統(tǒng);干擾;抗干擾策略

【Keywords】computer control system; interference; strategy of anti-interference

【中圖分類號】TP273+.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）06-0128-02

1 引言

計算機控制系統(tǒng)的干擾問題是普遍存在的，對其內外部的干擾因素進行抑制和消除的過程，就是實施抗干擾的過程。在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程當中，常常要求計算機控制系統(tǒng)能夠安全可靠并且連續(xù)性地工作，而較差的工作環(huán)境，會使得外界干擾因素加重，因此，在這種情況下，就必須要通過提高計算機控制系統(tǒng)的抗干擾能力，來保證其運作的可靠性。

2 計算機控制系統(tǒng)的干擾因素

對計算機控制系統(tǒng)造成干擾的因素，是指除了有用信號以外的各種噪聲或者使計算機控制設備不能夠正常運行的破壞性因素。這些干擾因素的存在，使得計算機控制系統(tǒng)的各項性能發(fā)生變化，從而無法按照預定的程序或控制邏輯順利進行工作?？垢蓴_技術，就是針對這些干擾因素而采取的抑制和消除手段。為有效地解決干擾因素對計算機控制系統(tǒng)的影響，就必須要弄清計算機控制系統(tǒng)當中這些干擾信息的來源[1]。干擾信息源往往是錯綜復雜的，可以將其分為內部干擾以及外部干擾2種。計算機控制系統(tǒng)的內部干擾因素，往往是由計算機系統(tǒng)的結構布局以及設計和制造工藝的缺陷產(chǎn)生的，具體表現(xiàn)形式如內部邏輯電路電磁輻射造成的相互干擾，多點接地而造成的電位差引入的干擾信號等。計算機控制系統(tǒng)的外部干擾因素和計算機所處的使用環(huán)境有關，常見的外部干擾因素包括，來自空間輻射的干擾和來自電源或信號線導入的干擾。

例如，供電網(wǎng)絡的電壓或電流變化通過輸電線路或電磁波引入系統(tǒng)的干擾，以及在雷雨天氣時產(chǎn)生的干擾電波、氣象條件引起的干擾和地磁場干擾等[2]?，F(xiàn)代化工業(yè)環(huán)境的復雜化，使得計算機系統(tǒng)的使用環(huán)境往往比較惡劣，因此，容易受到各種各樣的干擾，這些干擾因素的存在使得計算機控制系統(tǒng)的精度受到嚴重的影響，不但降低計算機系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，嚴重時還會導致計算機系統(tǒng)運行混亂，發(fā)生嚴重的故障。總而言之，計算機控制系統(tǒng)的干擾因素是多方面的，它有可能是由系統(tǒng)本身產(chǎn)生，也有可能受外界因素的影響而產(chǎn)生，這些干擾因素通過不同的途徑作用于計算機控制系統(tǒng)，最終引起的后果和干擾強度以及干擾因素的性質直接相關。干擾因素是客觀存在的，不能夠避免，只能通過提高抗干擾技術來對干擾信號進行消除和抑制。

3 計算機控制系統(tǒng)干擾因素的作用方式

計算機控制系統(tǒng)干擾因素的作用方式，主要可分為共模干擾、差模干擾以及長線傳輸干擾這3類。

第一，共模干擾作用方式。對于應用于過程控制的計算機而言，其不同的接地點之間，由于電位差的存在會對放大器造成一定的干擾，這個干擾就叫作共模干擾，也可以稱作縱向或者共態(tài)干擾。共模干擾可能是交流干擾，也可能是直流干擾，它的幅值可能達到幾伏甚至是更高，具體的幅值由計算機系統(tǒng)運行現(xiàn)場的外部環(huán)境以及設備接地情況決定。

第二，差模干擾作用方式。差模干擾又可稱為串模干擾。差模干擾指的是串聯(lián)和信號源回路之間的干擾。差模干擾產(chǎn)生的原因包括空間磁場耦合、信號回路中各個元件的參數(shù)變化等。

第三，長線傳輸干擾作用方式。計算機控制系統(tǒng)從現(xiàn)場信號到現(xiàn)場執(zhí)行機構，信號傳輸需要一段距離的線路，對于頻率較高的信號而言，很多情況需要視為長線傳輸，在這種情況下，信號相對容易受到外界干擾，容易產(chǎn)生延遲和反射，當信號到達執(zhí)行機構時已經(jīng)嚴重畸變。

4 計算機控制系統(tǒng)的抗干擾措施

雖然計算機控制系統(tǒng)由于自身以及外界的影響，會受到各種各樣的干擾因素的影響，但是通過合理應用抗干擾措施，能夠極大地減少和控制干擾作用。針對計算機控制系統(tǒng)存在的主要的干擾源，應該盡可能地從衰減干擾信號能量、阻止剩余的干擾信號進入控制系統(tǒng)的角度采取抗干擾措施，主要的抗干擾措施有：抑制空間感應干擾、抑制電源系統(tǒng)干擾、借助軟件進行抗干擾、“地”線配置實現(xiàn)抗干擾以及過程通道抗干擾。

4.1 抑制空間感應干擾的策略

空間感應是電磁場在空間傳播的過程中產(chǎn)生的，一般可以借助于屏蔽或者正確接地設計進行解決。電磁場屏蔽的方式解決分布電容問題，其主要措施是避免高頻率的電磁場輻射干擾，將連接大地的第一組金屬材料作為屏蔽層，屏蔽層采用高導磁材料并接大地，能夠很好地起到防止磁感應以及磁耦合的作用。

4.2 抑制電源系統(tǒng)干擾的策略

由電源系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾是計算機控制系統(tǒng)的一個主要干擾源，能夠在一定程度上提高電源系統(tǒng)抗干擾水平。出于防范其他用電設備干擾的目的，在有條件的環(huán)境下，可以給計算機控制系統(tǒng)單獨從配電室直接引電源線，達到“凈化電源”的目的。在通常情況下，為抑制電源系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，還需要合理配置和使用穩(wěn)壓和濾波設備，例如，通過采用交流穩(wěn)壓器或者電源低通濾波器置于電源輸入端[3]。還可以采用抗干擾能力比較強的開關穩(wěn)壓電源，由于其具有高功率、低能耗的特點，能夠減小系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾影響。還可以采用將大系統(tǒng)進行模塊化劃分，采用分布式獨立供電的方式，能夠有效減小各功能模塊通過公共電源時造成的相互影響，從而減少電源系統(tǒng)干擾。

4.3 借助軟件設計實現(xiàn)抗干擾

在很多比較惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，計算機控制系統(tǒng)除了要在一些硬件方面采取有效的抗干擾措施以外，還必須同時借助軟件方式，對影響控制系統(tǒng)的一些干擾因素進行防范。可以通過以下的一些措施來進行解決：

第一，針對不同的信號特征，采用不同的軟件濾波或多種濾波方式相結合，消除或降低干擾信號的影響，如針對連續(xù)的慢速變化的信號，可采用中值濾波消除隨機干擾。此外，常用的軟件濾波方法還包括限幅、加權平均、遞推平均、限幅平均消抖以及數(shù)字濾波等方法。

第二，采用指令冗余技術和設置軟件陷阱，可以使“跑飛”的程序重新回到正軌，能夠有效消除隨機干擾，提高系統(tǒng)可靠性。

第三，利用“看門狗”技術，一旦程序某階段運行超過限定時間，就確認系統(tǒng)已經(jīng)進入“死機”狀態(tài)，立即進行CPU復位，使之返回正常程序流程。

4.4 “地”線配置實現(xiàn)抗干擾

對于計算機實時控制系統(tǒng)，采用正確的接地配置是抑制和消除干擾信號的一個主要方法。接地和屏蔽的正確結合，可以解決很多的干擾問題。計算機控制系統(tǒng)的地線包括直流地線、設備安全保護地線以及電源交流地線。計算機必須具備良好地線，機房地線也應該在周圍鋪設網(wǎng)狀的線，并且接地電阻值必須在合理范圍內。計算機控制系統(tǒng)當中的每一個裝置只能具有一個接地點，系統(tǒng)地線為了減少接地電阻，應該盡量保持短而粗的特點。此外，要注意不能夠將交流地線當作設備的安全保護地線。

5 結語

綜上所述，論文對干擾的原因、作用方式和抗干擾措施進行了全面的剖析，計算機系統(tǒng)處在復雜的作業(yè)環(huán)境下，容易受到內外部干擾因素的影響，這些干擾因素無法完全被避免，但是能夠利用抗干擾技術得到很好的抑制與消除處理。針對不同的干擾因素和使用環(huán)境，需要采取有針對性的抗干擾措施，以保證計算機控制系統(tǒng)的正常運行。

【參考文獻】

【1】黨杰.計算機控制系統(tǒng)干擾來源影響及抗干擾措施探究[J].電子測試，2015（04）：116-117+102.

【2】柯敏毅.工業(yè)控制計算機系統(tǒng)中的常見干擾及處理措施[J].工業(yè)控制計算機，2000（05）：57-59+61.

【3】李影穎.后方倉庫計算機控制系統(tǒng)干擾源及抗干擾對策[J].數(shù)碼世界，2018（06）：392.