工業自動化控制系統的抗干擾技術剖析

李曉亮,耿小強（東軟集團股份有限公司,沈陽 110179）

?

工業自動化控制系統的抗干擾技術剖析

李曉亮,耿小強
（東軟集團股份有限公司,沈陽 110179）

摘 要：自動化控制系統在工業領域的應用極大地推動了工業發展，有效提高了工業生產效益，但是在實際操作中工業自動化控制系統也暴露出很多問題，特別是受到多種因素的干擾，嚴重影響了工業自動化控制系統的穩定性，針對這個情況，應積極采取有效的抗干擾技術，最大程度地降低或者消除各種干擾源。本文分析了工業自動化控制系統的干擾情況，闡述了工業自動化控制系統的抗干擾技術，以供參考。

關鍵詞：工業；自動化控制系統；抗干擾技術

近年來，我國工業發展逐漸朝著自動化、信息化、智能化方向發展，越來越多的自動化控制系統被應用在工業生產中，然而工業自動化控制系統應用現狀卻不理想，各種各樣的干擾源對于自動化控制系統的穩定、正常運行產生了直接影響，所以應充分了解工業自動化控制系統受到的干擾情況，有針對性地進行抗干擾處理，提高工業自動化控制系統運行的穩定性。

1 工業自動化控制系統的干擾分析

1.1 傳導干擾

（1）信號線引入干擾。電流通過信號線過程中產生感應磁場，相鄰信號線受到感應磁場影響會產生一定的感應電流，隨著感應電流的增大，和檢測開關相連接的接收設備會受到干擾影響，由于信號線中電流持續流過，會影響和信號線相連接的自動化控制系統正常運行，使得控制器邏輯數據不穩定，甚至發生死機或者錯誤動作。

（2）設計施工干擾。工業自動化控制系統在施工設計階段，由于操作、設備型號、調試、安裝、工程技術設計等因素，安裝設計過程中，接地系統混亂或者控制器、高頻發生器或者開關高功率設備之間的距離較短，造成工業自動化控制系統設計施工干擾。

（3）電源線干擾。工業現場的電源線干擾非常常見，其主要來自兩個方面，一方面是工業自動化控制系統受到供電電源耦合影響；另一方面，干擾信號通過供電電源系統進入自動化控制系統。工業自動化控制系統主要通過電網電源供電，其運行過程中經常受到很多因素的干擾和影響，例如，電網短路暫態沖擊、大功率用電設備停止或者開啟、電網波動等都會影響工業自動化控制系統的正常運行。

1.2 輻射干擾

工業自動化控制系統受到的輻射干擾主要是指電弧電路、高頻感應設備、雷電、射頻設備等產生的干擾，對于這種干擾源，在實際應用中沒有很好的方法進行消除，而可以通過減弱或者直接切斷電磁干擾傳播途徑，采用裝設防雷設備、合理布置線路、保護隔離、等位機屏蔽或者聯機等措施，保障工業自動化控制系統的安全運行。

2 工業自動化控制系統的抗干擾技術

2.1 軟件設計

工業自動化控制系統設計過程中，采用慣性濾波、限幅濾波、中位值濾波、平均值濾波等方法通過計算機程序對系統信號實現數學處理，消除或者減少干擾信號的強度、數量，保障輸入信號的穩定性和可靠性，這種方法計算機程序很容易移植，便于修改系統參數，有效提高數字濾波的穩定。

2.2 管線設計

為了減少工業自動化控制系統的干擾，應優化管線設計，包括通信線、電源線、信號線管道等，電源線設置應和通信管線保持足夠距離，并且使用金屬管道覆蓋通信管線，正確敷設電纜線路，結合抗干擾、經濟性、實用性等因素，選擇合適的信號電纜線，其中最常見的是雙芯屏蔽雙絞線，電纜線敷設過程中應注意以下問題：其一，對于不同信號，敷設不同電纜線路，結合傳輸信號類型，分層敷設電纜線路；其二，不能使用同一根多芯電纜同時傳輸數字信號和模擬信號，電纜和電源線不能共用；其三，不能在同一個線槽中放置電源線纜和信號線纜，避免平行、近距離的進行敷設施工，若電源線纜和信號線纜必須放置在一起，兩種線纜應保持60cm以上的距離；其四，大功率電動機應和信號線纜保持適當的距離。

2.3 電源設計

若工業生產現場包含變頻器和大功率器件，對于電源線路采取科學有效的抗干擾措施，對電源設備進行有效隔離，在進線電源分級部位設置避雷器，使用隔離變壓器設置在PLC電源輸入端，對于隔離變壓器的次級繞組和初級繞組，裝設屏蔽層，然后做好可靠接地，通過雙絞線作為二次側接線。

2.4 接地設計

工業生產現場環境變化會干擾信號線，發生誤動作、測量精度下降、死機、程序跑飛、系統數據混亂等現象，這主要是由于接地系統設置不合理，對于工業自動化控制系統應做好接地設計，通過正確、合理的接地設計，有效抑制工業自動化控制系統受到電磁干擾影響，在實際應用中包括信號屏蔽接地、系統接地和安全接地。工業自動化控制系統接地設計過程中，嚴格區分保護接地和工作接地，保護接地電阻不能超過2歐姆，強電設備接地點和接地極接地點之間保持10m以上的距離，埋設在工業生產現場建筑物周圍10m的區域。信號源接地設計，在信號側接地設置屏蔽層，若信號線中間如果有接頭，做好絕緣處理，牢固連接屏蔽層，防止信號線多點接地，連接多芯對絞電纜線和屏蔽雙絞線，相互連接好各個屏蔽層，然后進行絕緣處理以后，選擇合適接地位置進行單點接地。另外，計算機接入信號之前，在大地和信號線之間連接電容，有效減少共模干擾，將濾波器裝設在信號兩極之間，減少差模干擾。

2.5 選擇合適器件

結合不同電子設備的特性，選擇合適的器件，例如，通過設置RC、AD雙積分濾波器，使電流信號和電壓信號轉換傳輸過程中消除高頻干擾，有效減少差模干擾。采用雙絞線和差動輸入器，做好單邊接地、屏蔽地線和光電隔離，消除共模干擾。

3 結束語

工業自動化控制系統在實際應用中容易受到各種各樣的干擾影響，而干擾抑制是一項非常復雜、系統的項目，應綜合考慮多方面因素，在施工設計過程中結合自動化控制系統的規格和型號，做好各方面的抗干擾設計，提高工業自動化控制系統的安全性和可靠性。

參考文獻：

［1］李世發.基于工業自動化控制系統的抗干擾措施的研究［J］.硅谷,2011（13）：86.

［2］趙琳,翟諾,申敏.工業控制系統中應用的PLC抗干擾技術［J］.自動化技術與應用,2008（09）：129-131+76.

［3］宋家杰.PLC控制系統中的工程問題研究［D］.南京理工大學,2004.

［4］張鐵軍.工業過程控制計算機系統的抗干擾技術［J］.天津冶金,2002（05）：29-31+44.

［5］周有為.工業自動化控制系統的干擾及預防措施［J］.科技創新與應用,2014（15）：90-91.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.009