論工業(yè)控制自動(dòng)化系統(tǒng)的干擾問題

摘 要：自動(dòng)化系統(tǒng)是在機(jī)電功能、信息采集功能和控制功能上引進(jìn)的人機(jī)控制技術(shù)，并將機(jī)電設(shè)備與采集處理設(shè)備用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)。自動(dòng)化系統(tǒng)投入工業(yè)應(yīng)用環(huán)境運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)總會(huì)受到電網(wǎng)、空間與周圍環(huán)境干擾。文章分析了工業(yè)微機(jī)控制系統(tǒng)的干擾來源并提出了相應(yīng)的抑制措施。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化系統(tǒng)；工業(yè)控制；干擾

對(duì)于工業(yè)微機(jī)控制系統(tǒng)，干擾主要來源于兩個(gè)方面：一是空間干擾，即電磁場(chǎng)的干擾；二是電網(wǎng)干擾，這是對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的主要干擾。電網(wǎng)在周圍大功率設(shè)備運(yùn)行中，特別是啟動(dòng)過程中，將串入尖峰干擾或電壓跌落，從而導(dǎo)致CPU工作不正常，存儲(chǔ)器內(nèi)容被破壞。

1 干擾的定義及分類

在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)中分布著各種各樣的雜散電磁信號(hào)，它們的頻率可以從直流至1000MHz甚至更高。噪聲是絕對(duì)的，它的產(chǎn)生和存在不受接收者的影響，是獨(dú)立的，與有用信號(hào)無關(guān)，干擾信號(hào)是相對(duì)有用信號(hào)而言的，只有噪聲達(dá)到一定的數(shù)值，并且和有用信號(hào)一起進(jìn)入電子控制裝置，并影響裝置正常工作時(shí)，才稱這類噪聲為干擾，干擾在一定的條件下可以消除，而噪聲一般只能減弱而不能消除，干擾的分類方法有很多種，按其產(chǎn)生和傳播的方式可分為下述6種。

1.1 靜電干擾

靜電干擾實(shí)際上是電場(chǎng)通過電容器或分布電容耦合到受擾裝置而形成的干擾，例如：流過較大電流的動(dòng)力線周圍存在著較強(qiáng)的電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)可以通過該動(dòng)力線和周圍的電路之間存在的分布電容向其周圍的電路施加干擾，而且電場(chǎng)強(qiáng)度越大，受擾電路與該動(dòng)力線距離越近，以及它們之間平行走線的距離越長，這種由動(dòng)力線施加在受擾電路中的靜電干擾越強(qiáng)。

1.2 磁場(chǎng)耦合干擾

它是一種感受式干擾，主要是由靠近電子裝置的流過較強(qiáng)電流的線路周圍的變化電磁場(chǎng)對(duì)電子裝置回路耦合所形成的干擾，如：動(dòng)力線、變壓器、交流電動(dòng)機(jī)、交流接觸器、電磁鐵等產(chǎn)生磁場(chǎng)的器件周圍都存在著較強(qiáng)的交變電磁場(chǎng)，這種交變電磁場(chǎng)會(huì)使其附近的電子線路產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和感生電流，從而形成干擾。

1.3 電磁輻射干擾

由空間電磁波被電子裝置接收而形成的干擾稱電磁輻射干擾，例如：高頻感應(yīng)加熱爐和可控硅中頻爐及各種有觸點(diǎn)電器所產(chǎn)生的電火花、電弧都會(huì)產(chǎn)生輻射電磁波，當(dāng)它們附近的電子裝置所接收到的電磁波達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，就可能形成電磁輻射干擾。

1.4 共阻抗干擾

由于電子控制裝置中各個(gè)電子回路間的公共導(dǎo)線存在著電阻和電感，當(dāng)一個(gè)回路的電流流過這段公共導(dǎo)線時(shí)，會(huì)在導(dǎo)線上產(chǎn)生電壓降，這一阻抗壓降耦合到其它電子回路中就形成了共阻抗干擾。

1.5 漏電耦合干擾

該干擾是指由于控制裝置內(nèi)部與內(nèi)部或內(nèi)部與外部本不應(yīng)該有電氣聯(lián)系的部分之間的電氣絕緣性能下降而造成各部分之間有漏電流而形成的干擾，例如：工作在空氣濕度較大場(chǎng)合下的控制裝置，由于裝置內(nèi)部器件工作時(shí)的發(fā)熱可能會(huì)在器件上凝結(jié)露水，這樣便造成器件內(nèi)部與外部各線之間的絕緣電阻下降而產(chǎn)生漏電耦合干擾，漏電耦臺(tái)干擾一般發(fā)生在工作環(huán)境惡劣的條件下。

1.6 電網(wǎng)干擾

一般電子控制裝置的工作電源是通過從電網(wǎng)獲得的交流電經(jīng)變換處理得到的，接在電網(wǎng)上的一些用電設(shè)備在工作時(shí)可能對(duì)電網(wǎng)施加干擾，使電網(wǎng)電壓含有干擾信號(hào)，例如：切斷大感性負(fù)載所產(chǎn)生的浪涌過壓會(huì)疊加到電網(wǎng)電壓上；啟動(dòng)大的用電設(shè)備會(huì)造成短時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)電壓下降；大功率可控硅的觸發(fā)導(dǎo)通會(huì)使電網(wǎng)電壓波形畸變；電力傳輸線會(huì)接收各種高頻輻射干擾信號(hào)，從而使電網(wǎng)上含有各種高頻干擾信號(hào)，電網(wǎng)上所含的低頻干擾信號(hào)可以通過電子控制裝置的電源變壓器耦合到次級(jí)；高頻干擾信號(hào)可以通過電源變壓器初、次級(jí)間的寄生電容耦合到次級(jí)，這樣就可能使電子裝置的工作電源含有各種頻率的干擾信號(hào)而影響裝置工作。

2 場(chǎng)干擾及解決辦法

場(chǎng)干擾：系統(tǒng)周圍的空間總存在著磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、靜電場(chǎng)，如太陽及天體輻射；廣播、電話、通訊發(fā)射臺(tái)的電磁波；周圍設(shè)備發(fā)出的電磁輻射等。這些場(chǎng)干擾會(huì)通過電源或傳輸線影響各功能模塊的正常工作，使其中的電平發(fā)生變化或產(chǎn)生脈沖干擾信號(hào)。解決場(chǎng)干擾：

（1）解決場(chǎng)干擾的主要方法是良好的屏蔽和正確的接地。

（2）消除靜電干擾最簡(jiǎn)單的方法是把感應(yīng)體接地，接地時(shí)要防止形成接地環(huán)路。

（3）防止電磁場(chǎng)干擾，可采用帶屏蔽層的信號(hào)線，并將屏蔽層單端接地。

（4）不要把導(dǎo)線的屏蔽層當(dāng)作信號(hào)線或公用線來使用。

（5）在布線方面，不要在電源電路和檢測(cè)、控制電路之間使用公用線，也不要在模擬電路和數(shù)字脈沖電路之間使用公用線，以免互相串?dāng)_。

3 增加軟件抗干擾技術(shù)

各種形式的干擾最終會(huì)反映在系統(tǒng)的微機(jī)模塊中，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集誤差、控制狀態(tài)失靈、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)竄改以及程序運(yùn)行失常等后果，雖然在系統(tǒng)硬件上采取了上述多種抗干擾措施，但仍然不能保證微機(jī)系統(tǒng)正常工作。因?yàn)檐浖垢蓴_是屬于微機(jī)系統(tǒng)的自身防御行為，實(shí)施軟件抗干擾的必要條件是：

（1）使微機(jī)硬件系統(tǒng)良好接地，遠(yuǎn)離干擾場(chǎng)，對(duì)強(qiáng)場(chǎng)干擾做好屏蔽。

（2）保護(hù)系統(tǒng)的程序及固化常數(shù)不會(huì)因干擾的侵入而變化。

（3）RAM區(qū)中的重要數(shù)據(jù)在干擾侵入后可重新建立，并且系統(tǒng)重新運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)不允許的數(shù)據(jù)。

（4）PLC間的數(shù)據(jù)交換及傳輸采用CRC校驗(yàn)。

（5）設(shè)置WATCHDOG功能，由硬件配合，監(jiān)視軟件的運(yùn)行情況，遇到故障進(jìn)行相應(yīng)的處理。

（6）設(shè)置軟件陷阱，當(dāng)程序指針失控而使程序進(jìn)入非程序空間時(shí)，在該空間中設(shè)置攔截指令，使程序進(jìn)入陷阱，然后強(qiáng)迫其轉(zhuǎn)入初始狀態(tài)。

（7）采用自動(dòng)化系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)束語

總之，工業(yè)微機(jī)控制系統(tǒng)近年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用。微機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)工程的概念，它不同于一般的個(gè)人計(jì)算機(jī)，不能只從計(jì)算機(jī)的概念來認(rèn)識(shí)它。工業(yè)微機(jī)控制系統(tǒng)除要求有完善的控制功能外，還要求具有很高的抗干擾性能和穩(wěn)定性。否則，再完善的功能設(shè)計(jì)，因抗干擾性能不好，則在干擾出現(xiàn)時(shí)就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)失靈，給工業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的后果。

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