自動(dòng)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(shè)備自動(dòng)化控制已經(jīng)越來(lái)越普及，為了確保企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)的順利運(yùn)行，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的抗干擾功能越來(lái)越倍受重視，其是工業(yè)可靠運(yùn)行的保障。由于在PLC自動(dòng)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(yīng)抗電磁源干擾措施，進(jìn)而保障自動(dòng)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(diǎn)探討有效解決自動(dòng)化控制系統(tǒng)中抗電磁源干擾問(wèn)題的相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)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(lái)源

1.1 空間的輻射干擾

一般來(lái)說(shuō)，空間輻射電磁場(chǎng)（EMI）的分布十分復(fù)雜，且內(nèi)部構(gòu)成元素多樣，包括電力網(wǎng)絡(luò)、雷電、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備、雷達(dá)、無(wú)線電廣播等，而這些設(shè)備構(gòu)成元素所產(chǎn)生的干擾即稱(chēng)之為：空間的輻射干擾。電磁場(chǎng)受到輻射干擾的原因與PLC系統(tǒng)設(shè)置場(chǎng)地有關(guān)，它如果被設(shè)置在射頻場(chǎng)內(nèi)，那么輻射干擾一方面由電路感應(yīng)直接對(duì)PLC內(nèi)部產(chǎn)生輻射，另一方面由通信線路感應(yīng)對(duì)PLC的通信網(wǎng)絡(luò)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(chēng)傳導(dǎo)干擾），其干擾介質(zhì)包括電源、信號(hào)線與接地系統(tǒng)，該干擾現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)在我國(guó)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，具體表現(xiàn)為三大類(lèi)現(xiàn)象。①電源導(dǎo)致的干擾現(xiàn)象，由于PLC系統(tǒng)主要通過(guò)電網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)供電，但因電網(wǎng)需要供應(yīng)較廣闊的覆蓋面積需求，如此極易造成輸電過(guò)程中眾多干擾因素（如電網(wǎng)內(nèi)部變化、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等）通過(guò)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(hào)線產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，在PLC系統(tǒng)中各類(lèi)信號(hào)傳輸線一方面具有傳輸各類(lèi)有用信息的功能，但另一方面卻通過(guò)變送器供電電源、共用信號(hào)儀表、信號(hào)線等引入一些外部干擾信號(hào)，進(jìn)而導(dǎo)致電磁干擾問(wèn)題的產(chǎn)生。③接地系統(tǒng)造成的混亂干擾現(xiàn)象，電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）可以通過(guò)接地系統(tǒng)來(lái)達(dá)到有效目的，接地系統(tǒng)正確運(yùn)行可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁干擾與設(shè)備外發(fā)干擾現(xiàn)象的抑制，一旦接地系統(tǒng)錯(cuò)誤運(yùn)行則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)被嚴(yán)重干擾，就會(huì)造成PLC系統(tǒng)工作的癱瘓。

1.3 PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，是因內(nèi)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(lèi)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(nèi)部的干擾現(xiàn)象同樣為造成整個(gè)電磁干擾問(wèn)題的產(chǎn)生。

2 自動(dòng)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(huì)通過(guò)電源產(chǎn)生電網(wǎng)引入干擾問(wèn)題。因此，不能忽視各類(lèi)供電電源對(duì)PLC控制系統(tǒng)的影響，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(lèi)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(hào)種類(lèi)分層敷設(shè)

在PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)中，傳輸電纜的挑選也十分重要，因?yàn)閭鬏旊娎|也是一種電磁干擾介質(zhì)，能夠通過(guò)信號(hào)線向PLC系統(tǒng)引入干擾因素。為此，應(yīng)根據(jù)不同類(lèi)型的信號(hào)需求來(lái)挑選相應(yīng)的傳輸電纜，并根據(jù)傳輸信號(hào)種類(lèi)進(jìn)行分層敷設(shè)，這樣才能減少因信號(hào)線與動(dòng)力電纜出現(xiàn)平行敷設(shè)而產(chǎn)生電磁干擾問(wèn)題。由于動(dòng)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(yán)重，為此信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜需要區(qū)分出來(lái)，可挑選銅帶鎧裝屏弊電力電纜，這易于減少動(dòng)力線造成的電磁干擾。

2.3 加裝信號(hào)濾波器，采用軟件抗干擾技術(shù)

因信號(hào)線之間的傳輸會(huì)造成電磁干擾，為此需要在信號(hào)兩極之間加裝信號(hào)濾波器，這樣既可減少信號(hào)接入計(jì)算機(jī)之前信號(hào)線與地間并接電容而產(chǎn)生的共模干擾，又可相應(yīng)抑制差模干擾的現(xiàn)象。當(dāng)然，因電磁干擾問(wèn)題較為繁雜，僅靠信號(hào)濾波器來(lái)抑制干擾還不夠，還應(yīng)積極采用軟件抗干擾技術(shù)來(lái)輔助，在PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與組態(tài)過(guò)程中加入抗干擾軟件技術(shù)，以此來(lái)提高PLC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的可靠性。具體的軟件抗干擾技術(shù)措施有：①通過(guò)動(dòng)態(tài)零點(diǎn)技術(shù)定時(shí)校正參考點(diǎn)電位來(lái)實(shí)現(xiàn)電位漂移的控制；②通過(guò)數(shù)字濾波與工頻整形采樣來(lái)實(shí)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(dòng)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(lái)說(shuō)，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(guò)直接接地方式來(lái)保障系統(tǒng)安全與抑制電磁干擾。PLC系統(tǒng)的控制裝置會(huì)受到信號(hào)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(yīng)選用一點(diǎn)接地與串聯(lián)一點(diǎn)的接地方式，并控制裝置之間的信號(hào)交換頻率不能超過(guò)1MHz。而對(duì)于集中布置的PLC系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可采用并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，將接地點(diǎn)選擇在各裝置的柜體中心，通過(guò)單獨(dú)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(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮各種產(chǎn)生電磁干擾現(xiàn)象的因素，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中抗電磁源干擾的高效目的。

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