電子控制設(shè)備的抗干擾設(shè)計(jì)研究

谷廣超 胡皓宇

關(guān)鍵詞：電子控制設(shè)備；干擾因素；解決辦法

我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量提出了更高的要求。而電子控制設(shè)備具有諸多優(yōu)勢，尤其是可以在惡劣的作業(yè)環(huán)境中正常運(yùn)行，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，還能減輕工作人員的壓力。然而，高性能的電子控制設(shè)備內(nèi)部存在諸多元件，因?yàn)槭艿礁鞣N因素的干擾，這些元件往往會出現(xiàn)異常情況，從而導(dǎo)致電子控制設(shè)備無法穩(wěn)定運(yùn)行[1]?；诖?，為能夠有效提高電子控制設(shè)備的綜合運(yùn)行水平，必須針對這些干擾因素，采取相應(yīng)的解決措施，以提高工業(yè)生產(chǎn)的綜合效益。

1電磁輻射干擾及解決辦法

電子控制設(shè)備運(yùn)行期間往往會對其外部的電磁波進(jìn)行吸收，從而形成一定的電磁輻射。當(dāng)該設(shè)備處于高頻環(huán)境時(shí)，可能會致使觸電電氣設(shè)備的運(yùn)行溫度增高，并產(chǎn)生火花與電弧，甚至?xí)霈F(xiàn)輻射電磁波。值得注意的是，當(dāng)電子控制設(shè)備的正常運(yùn)行遭受到電磁波的干擾，同時(shí)隨著電磁波強(qiáng)度的增大，將會給電子控制設(shè)備帶來更為嚴(yán)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(shí)上，濾波器屬于一種電路的傳播網(wǎng)絡(luò)，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(yīng)用價(jià)值的頻率比例，濾波器能夠有選擇性地降低頻率，以達(dá)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(yùn)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(huán)等特殊的濾波元件應(yīng)用到濾波電路中，能夠很好地優(yōu)化電波的諧波特性。

（2）設(shè)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(yīng)當(dāng)科學(xué)設(shè)置電子控制設(shè)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(shè)備運(yùn)行期間存在的危險(xiǎn)電壓，還能夠在最大限度降低地線環(huán)路對電子控制設(shè)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(shè)備不在初級與次級之間布設(shè)屏蔽層，從而實(shí)現(xiàn)對工模的有效抑制。然而，因?yàn)槔@組之間存在寄生電容，當(dāng)電氣控制設(shè)備存在較大的工作頻率時(shí)，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(shè)備實(shí)現(xiàn)衰減大，需要在初級和次級之間對屏蔽層進(jìn)行合理設(shè)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(tǒng)的電磁干擾進(jìn)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(dǎo)電的物體，如金屬隔板式等實(shí)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(jìn)行嚴(yán)格控制。②磁場屏蔽。該類屏蔽主要是由具備極強(qiáng)導(dǎo)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(yōu)異的導(dǎo)磁性能與低磁特性，能夠?qū)Υ磐òl(fā)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(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，既能獲得安全保護(hù)的效果，防止發(fā)生觸電故障，還能為電子控制設(shè)備提供更為科學(xué)、精準(zhǔn)的基準(zhǔn)定位。接地是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，在具體建設(shè)過程中，相關(guān)人員必須對可能影響電子控制設(shè)備運(yùn)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(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，將接地設(shè)計(jì)成一點(diǎn)多接、多點(diǎn)接地、混合接地。在高科技時(shí)代背景下，應(yīng)重視對隔離技術(shù)的有效利用，以盡量減少接地?fù)Q流現(xiàn)象的發(fā)生。接地電阻是評估接地的重要指標(biāo)，通常設(shè)置成10Q。對于電子控制設(shè)備而言，必須結(jié)合具體運(yùn)行特點(diǎn)，對接地電路進(jìn)行有效的接地設(shè)計(jì)，具體涉及以下幾點(diǎn)。①低頻電路方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采取“一點(diǎn)接地”的設(shè)計(jì)策略，若選擇多點(diǎn)接地的設(shè)計(jì)方式，則在實(shí)際使用過程中很可能出現(xiàn)接地環(huán)路、閉合等不良現(xiàn)象，一旦低頻或是脈沖磁場穿過這一環(huán)路，就會產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲，使不同接地點(diǎn)之間形成電位差，從而導(dǎo)致電子控制設(shè)備無法穩(wěn)定運(yùn)行。針對這一問題，應(yīng)當(dāng)依托干線式接地線路或是放射式接地線路，來實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地設(shè)計(jì)。②高頻電力方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采取“多點(diǎn)接地”的設(shè)計(jì)策略，盡管該電路的地線很短，但是能夠產(chǎn)生較大的阻抗壓降，分布電容會對其產(chǎn)生較大的干擾，使其無法實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地，故可利用平面式多點(diǎn)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(shè)備運(yùn)行過程中相對常見的干擾現(xiàn)象，主要由于電子控制設(shè)備中的電阻和電感同時(shí)作用在回路導(dǎo)線上，當(dāng)其進(jìn)入作業(yè)狀態(tài)時(shí)，回路導(dǎo)線會成為電流的流動(dòng)載體，導(dǎo)致回路電壓下降，引發(fā)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(shè)備中電路的良好運(yùn)行，究其根源是多個(gè)電路共用一根地線，致使地線的電壓和所有電路的運(yùn)行狀態(tài)處于正比例狀態(tài)。

針對共阻抗干擾問題，相關(guān)人員需要采取有效的措施，讓地線導(dǎo)致的電壓降到最低，合理調(diào)節(jié)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(shí)保障電子控制設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，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(dú)的地線，將功率放大器和電源地進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)對共阻抗干擾問題的有效控制[5]。另外，對于電阻內(nèi)阻，必須做好相應(yīng)的校對和調(diào)整處理工作，以提升電子控制設(shè)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(xiàn)象的發(fā)生。然后，結(jié)合模擬電路的實(shí)際特性，合理設(shè)置電阻數(shù)值，有效連接輸入和輸出口，以達(dá)到對共阻抗干擾控制的目的：對于電源導(dǎo)線的設(shè)置，建議對其具體長度進(jìn)行嚴(yán)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(shí)際危害。

3靜電干擾及解決辦法

在電子控制設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行過程中，時(shí)常會遇到靜電干擾現(xiàn)象。從強(qiáng)電流層面來看，靜電能夠由電力線直接傳人電子控制設(shè)備的內(nèi)部，從而造成設(shè)備電場強(qiáng)度增加，此時(shí)電容器和動(dòng)力線本身就會產(chǎn)生靜電干擾問題，并且在實(shí)際運(yùn)行期間也會產(chǎn)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(jìn)一步拉開動(dòng)力線與干擾線路之間的距離，從而讓動(dòng)力線與電線能夠保持在平行的方向，還能夠持續(xù)地進(jìn)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(shè)備運(yùn)行中存在的靜電問題，規(guī)避該設(shè)備與靜電之間的互相接觸。同時(shí)，可考慮使用其他屏蔽體，利用相對應(yīng)的接力方法來對靜電干擾進(jìn)行合理管控，即通過深入研究電子控制設(shè)備運(yùn)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(shè)備或相關(guān)部件，從而實(shí)現(xiàn)電子控制設(shè)備與靜電之間的充分隔離，最終有效避免靜電導(dǎo)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(shè)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?qū)Φ馗袘?yīng)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(xiàn)實(shí)情況中，由于電子控制設(shè)備中的線路存在不平衡性，常常會出現(xiàn)共模噪聲轉(zhuǎn)換成常模噪聲的情況，從而嚴(yán)重影響電子控制設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

針對噪聲干擾的處理，首先必須考慮對線路的科學(xué)布設(shè)。通常導(dǎo)線的種類與長短、走線的方法、布線的情況等都會影響導(dǎo)線對噪聲的耦合。只有確保線路布設(shè)的科學(xué)性與有效性，才能夠讓屏蔽、濾波、接地等其他電子控制設(shè)備的抗干擾措施發(fā)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(qiáng)電子控制設(shè)備的抗干擾能力．則必須確保線路布設(shè)的科學(xué)性與合理性，針對外部線路的布設(shè)，應(yīng)當(dāng)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(yán)格控制不同線路之間的距離。當(dāng)受到工程現(xiàn)場環(huán)境的影響，導(dǎo)致信號線路無法與高壓線路、動(dòng)力線路保持較遠(yuǎn)的距離時(shí)，需要借助電容器與信號線路進(jìn)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(jī)柜配線布設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)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(shù)進(jìn)行綜合性分析與考慮，且收集強(qiáng)電信號的接口電路必須配備專門的外殼，電子控制設(shè)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(tǒng)的抗干擾作用非常關(guān)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(wǎng)，當(dāng)遇到雷擊、短路、系統(tǒng)設(shè)備操作不當(dāng)、運(yùn)行負(fù)荷改變等問題時(shí)，將會嚴(yán)重影響供電電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致電子控制設(shè)備不能正常運(yùn)行。各類工礦企事業(yè)單位對各類電子控制設(shè)備的使用，導(dǎo)致電網(wǎng)中產(chǎn)生大量的諧波，如果這些干擾源傳人電子控制設(shè)備中，必然會大大降低設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量和性能，使數(shù)據(jù)控制出現(xiàn)錯(cuò)誤，甚至設(shè)備損壞?；诖?，應(yīng)當(dāng)選擇220V交流電先進(jìn)入交流變壓器或交流電源濾波器，然后進(jìn)入設(shè)備來實(shí)現(xiàn)供電。為了讓電子控制設(shè)備在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好運(yùn)行，減少電源的噪聲干擾，就需要加大設(shè)備電源的儲備量，確保電源具備良好的動(dòng)態(tài)特性。

5結(jié)束語

隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，電子控制設(shè)備以其突出的自動(dòng)化優(yōu)勢在我國工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，能夠有效提高工業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量，以及更好地保障人員的生命安全。然而，在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于受到噪聲、電磁、電網(wǎng)等多方面因素的干擾，導(dǎo)致電子控制設(shè)備難以安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因此，企業(yè)必須針對電子控制設(shè)備中可能存在的各種干擾因素加以深入分析和研究，并結(jié)合自身具體情況，針對出現(xiàn)的每一種干擾因素提出科學(xué)合理的解決措施，進(jìn)一步優(yōu)化電子控制設(shè)備的抗干擾設(shè)計(jì)，從而顯著提升電子控制設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行水平，保證設(shè)備始終處于穩(wěn)定、高效的運(yùn)行狀態(tài)，最終為工業(yè)企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。