工業自動化控制系統的抗干擾技術分析

鄭天舒

（北京中科大洋科技發展股份有限公司,北京 100193）

工業自動化控制系統在我國的工業發展中起到了重要作用，社會經濟在不斷地發展，工業化水平也在不斷的提高。但就從工業自動化控制系統在工業化發展中的應用以及現狀來看，有不少因素影響著工業自動化控制系統的正常運作，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，只有將這些影響因素一一解決，才能讓工業自動化得到更好的發展。然而，想要將這些問題解決，就必須分析并指出其干擾源，并進一步地制定出能有效解決問題的相應措施。

1 工業自動化控制系統主要的干擾源分析

根據不同的分類方法，能夠將干擾源進行劃分，包括技術性干擾源、寬頻干擾源、窄頻干擾源、輻射性干擾源、導體性干擾源、連續性干擾源等等。在此對一些主要的常見的干擾源進行詳盡的分析。

1.1 輻射干擾源

輻射干擾是指射頻設備、雷電以及高頻感應的相關設備還有電弧電路等等對工業自動化控制系統所產生的干擾。就此類干擾源來說，并沒有辦法可以對其進行抑制，為了減少其影響，主要是通過切斷或者是減弱電磁干擾傳播的途徑。具體的措施如：使用等電位的聯機、屏蔽、保護隔離以及合理分布線路和裝設防雷裝置等等，通過這些措施實現全方位防雷保護措施。

1.2 傳導干擾源

傳導干擾主要有兩種，由電源線引入的干擾和由信號線引入的干擾。

1.2.1 通過電源線引入的干擾

通過電源線引入的干擾是工業現場較為常見的一種。這類干擾主要是有兩個方面的來源，一是直接通過供電電源系統竄入控制系統中，二是通過供電電源的耦合而進入控制系統。由于常見的控制系統是由電網的電源進行供電的，許多因素會對控制系統造成影響和干擾，例如電網的波動、大功率用電設備的開啟或停止、電網短路的暫態沖擊等等都會通過輸電電源線路傳送，對控制系統帶來一定的影響。對在輸送的過程中產生的干擾來說，可以使用鎧裝電纜對其進行抑制，并將動力電纜與信號電纜進行分離。對變頻器產生的干擾來說，通常是對變頻器加裝一個隔離變壓器、并保證安裝的位置能夠盡量的和檢測開關保持距離，其走線應盡量使用鋼管單獨的穿并將變頻器單獨安裝到鐵皮箱內，使其對外部屏蔽等等。

1.2.2 通過信號線引入的干擾

當一根導線中有電流流過，在其周圍會產生一個感應磁場，感應磁場能夠引起其相鄰的導線產生感應電流，若這個感應電流增大到一定的值時，就會對檢測開關后級接收信號的設備產生干擾和影響。由于線路中總是有電流流過的，所以和控制系統相連接的各種信號線中都會受到外部信號對其的干擾，從而導致控制器的邏輯數據發生變化、錯誤動作或是死機。最常用的抑制信號線引入的干擾信號的方法就是選用屏蔽電纜，并可以把數條信號線上的屏蔽層編程辮子狀并接地。

1.3 設計施工中產生的干擾源

在設計施工過程中所產生的干擾主要是在工程技術的設計、安裝以及調試和設備的型號、操作等等因素所造成的，例如，在實際的操作中，開關高功率設備或是高頻發生器以及控制器之間的空間距離不夠，或是接地的系統較為混亂造成的干擾。對于這一類干擾，主要的抑制措施是設計出合理的接地系統。

2 相應的抗干擾措施

為了實現控制系統能夠在工業電磁的環境中減少或是避免內部外部的電磁信號干擾，必須能夠在進行設計和施工的過程中采取合理有效的抗干擾措施。在抗干擾措施實施的過程中應當遵循抑制干擾源、能夠切斷或是減弱電磁干擾傳播的途徑等原則。

2.1 電源隔離及電源線路的抗干擾

在電源的設計中，特別是在應用一些大功率期間以及變頻器的場合中，應該重視對電源的隔離以及在電源線路上實施合理的抗干擾措施。例如對于PLC邏輯控制器的電源，可以在其輸入端加裝隔離變壓器，可以在其初級繞組以及次級繞組分別加裝屏蔽層，屏蔽層可以靠接地，二次側接線可以采用雙絞線等等方法。

2.2 軟件設計方式抗干擾

通過軟件設計的方式來減少干擾是抗干擾措施中十分重要的一項。具體操作是在計算機相關程序中，合理應用中位值濾波法以及慣性濾波法、平均值濾波法還有限幅平均的濾波法等等方法。通過對信號進行數字化處理，實現降低干擾信號強度的目的，能夠有效的對輸入信號的可靠性有一定的提升。

2.3 管線設計方式抗干擾

管線設計即指合理的設計信號線、電源線以及通信線路管道，選擇適當的電纜并正確的進行敷設，在選用信號電纜的過程中，也應充分考慮實用性、經濟性等以及抗干擾性。就目前來說，普遍使用標準型號的電纜。在進行敷設信號時，應當注意類別不同的信號應有不同的電纜進行傳輸，信號電纜應當按照其傳輸的信號類型的不同來進行分層的敷設，模擬信號與數字信號不能共用同一根電纜。信號線的電纜杜絕接頭的現象發生，要用完整的電纜。信號線電纜應當遠離感性負載例如大功率的電動機等等。

2.4 合理設計接地系統

合理的設計接地系統是抗干擾的一個有效措施。正確合理的接地設計不僅能夠抑制電磁干擾，也能夠抑制設備對外發出干擾信號；然而，錯誤的接地系統設計能夠引入較強的干擾信號，導致系統無法正常運作。在對接地系統進行設計時，應該嚴格地將工作接地和保護接地兩者區分開來。

2.5 合理選擇器件

在對期間進行選擇時，應當根據所選的電子產品所具有的基本特性來進行選擇。為了降低茶末干擾，可以在傳輸過程中使用電流信號來替換電腦呀信號，利用雙積分型的RC以及AD濾波器來消除高頻的干擾。若設備是以雙差分的輸入型的絞合線以及差動放大器來作為主要器材，為了能夠使信號線路上的共模抑制比得到一定程度的提升，那么應該結合阻抗匹配，其中包含了屏蔽地線、單邊接地以及光電隔離等等措施，這樣就可以消除共模干擾。

2.6 保障施工現場的工作順利開展

由于在施工現場對工業自動化控制系統進行實際的操作和施工過程中，現場的條件是較為復雜的，在施工過程中必須由經驗豐富的工作人員進行現場的指揮以及監督。施工人員必須能夠按照設計中提出的要求進行施工，應當重視接地線以及強點弱點之間的安全距離。在施工完畢以后，必須有條理，按步驟進行現場測試等。

3 結語

工業的發展推動了國家經濟以及社會的發展，是未來發展規劃中重要的組成部分，工業自動化控制系統在目前得到了廣泛的應用，取得了較大的發展，然而，在其運作的過程中依然存在著許多的干擾因素。應當對工業自動化進程中的抗干擾措施加以重視，應當在電源、軟件、管線等方面的設計上加強完善，選擇合適的器件、重視現場施工中的工作質量，促進工業自動化朝著更好的方向不斷發展和前進。

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