儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)干擾與抗干擾的分析研究

畢曉峰

摘 要：自動(dòng)化儀表是由若干自動(dòng)化電子元件構(gòu)成的自動(dòng)化技術(shù)工具，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制中具有廣泛的應(yīng)用，其工作的穩(wěn)定性對(duì)于生產(chǎn)工藝技術(shù)的控制至關(guān)重要，直接影響到現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。自動(dòng)化儀表是一種“信息機(jī)器”，其自動(dòng)控制過程的實(shí)質(zhì)就是電信號(hào)輸入、轉(zhuǎn)化和輸出的過程。由于在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，儀表控制系統(tǒng)的工作環(huán)境比較復(fù)雜，運(yùn)行中可能會(huì)受到各種干擾因素的影響，繼而使得儀表的測(cè)量乃至自動(dòng)控制過程出現(xiàn)偏差。因此，我們必須要對(duì)儀表運(yùn)行的干擾因素進(jìn)行分析，并采取有效的抗干擾措施，才能確保自動(dòng)化儀表的可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)；干擾因素；抗干擾措施；分析研究

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等逐漸應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和儀表控制領(lǐng)域，形成的儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)也極大地提高了儀表控制的準(zhǔn)確性，推動(dòng)了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和信息化發(fā)展。但是在儀表自動(dòng)化水平提高的同時(shí)，儀表控制系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，再加上工業(yè)生產(chǎn)中復(fù)雜、惡劣的工作環(huán)境，使得儀表控制系統(tǒng)在工作中經(jīng)常會(huì)受到許多干擾因素的影響。不僅會(huì)影響到儀表測(cè)量和信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致儀表的損壞。經(jīng)過對(duì)儀表自動(dòng)控制的研究，我認(rèn)為工業(yè)生產(chǎn)中干擾因素主要有電磁干擾、機(jī)械干擾、溫度濕度干擾和內(nèi)部干擾等幾種。我們?cè)诠ぷ髦幸欢ㄒ獙?duì)各種干擾因素高度重視，認(rèn)真分析并采取相應(yīng)的抗干擾措施，才能確保儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

1 自動(dòng)控制儀表干擾來源的分析

1.1 電磁干擾

儀表控制信號(hào)為電信號(hào)，因此很多儀表儀器經(jīng)常會(huì)受到周邊環(huán)境中電磁信號(hào)和無線電波的干擾，生產(chǎn)中較為常見的就是對(duì)講機(jī)電波信號(hào)對(duì)儀表設(shè)備和控制柜的干擾，會(huì)造成了儀表數(shù)據(jù)的異常。周圍環(huán)境中存在電磁干擾，會(huì)使一些設(shè)備在工作中會(huì)出現(xiàn)電磁畸變、電感耦合等情況。電磁干擾看不見、摸不到，但是它對(duì)儀表設(shè)備的干擾是確確實(shí)實(shí)存在的，不僅會(huì)影響到儀表的準(zhǔn)確性，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致控制儀表的損壞，電磁感應(yīng)對(duì)儀表設(shè)備的干擾不容忽視。

1.2 機(jī)械干擾

機(jī)械干擾主要是指對(duì)儀表的沖擊、振動(dòng)等。機(jī)械干擾會(huì)造成儀表設(shè)備物理結(jié)構(gòu)的損壞，使儀表及其信號(hào)傳輸線路等發(fā)生松動(dòng)、變形和損壞等問題。機(jī)械干擾對(duì)儀表設(shè)備的破壞是最為直接的，一方面會(huì)影響到控制儀表結(jié)構(gòu)的完整性和工作的穩(wěn)定性，嚴(yán)重的還會(huì)對(duì)儀表的使用功能造成難以修復(fù)的破壞。因此，工作人員在操作過程中應(yīng)該細(xì)心處理，盡量避免和降低人為因素和環(huán)境因素帶來的機(jī)械干擾的發(fā)生。

1.3 溫度和濕度干擾

自動(dòng)化儀表屬于精密電子設(shè)備，因此對(duì)于環(huán)境中溫度和濕度的干擾自然也是非常敏感的。在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，溫度和濕度的變化要比一般環(huán)境要高，變化要頻繁，這種情況下則必然會(huì)使控制儀表受到干擾影響。控制儀表長期處于高溫度、高濕度的環(huán)境下工作，不僅容易使儀表外殼以及內(nèi)部元器件生銹、老化，并且還會(huì)直接影響和損害到儀表內(nèi)部的電容、電阻，繼而影響儀表的正常運(yùn)行，甚至使儀表設(shè)備無法使用，提前報(bào)廢。

1.4 內(nèi)部干擾

以上幾種都屬于外部干擾因素，除此以外，還有一些內(nèi)部干擾因素，比如控制儀表在工作運(yùn)行的過程中，內(nèi)部元器件產(chǎn)生的變壓器噪音、元器件本體噪音等等。這些干擾因素雖然容易被人們所忽視，但都會(huì)對(duì)控制儀表的工作穩(wěn)定性產(chǎn)生干擾。

2 自動(dòng)控制儀表的抗干擾措施研究

2.1 對(duì)電磁干擾信號(hào)進(jìn)行屏蔽處理

信號(hào)干擾是很難完全消除的，所以只能采取屏蔽信號(hào)的辦法使干擾得到控制和減少。屏蔽保護(hù)處理的原理就是通過屏蔽將正常信號(hào)和干擾信號(hào)分隔開，使兩信號(hào)互不影響，從而降低干擾信號(hào)對(duì)正常信號(hào)的干擾影響，確保儀表正常信號(hào)的良好穩(wěn)定傳輸。屏蔽設(shè)備主要包括電路元件、電路盒子、信號(hào)線等，使用金屬導(dǎo)體把這些被屏蔽對(duì)象包圍起來，可以起到抑制電流性噪聲藕合的作用。由于正常信號(hào)和干擾信號(hào)在電流性噪音超聲的耦合現(xiàn)象上是不同的，因而該方法可以有針對(duì)性地屏蔽部分信號(hào)，從而起到抑制干擾和磁屏蔽的作用。對(duì)于實(shí)際工作中的靜電感應(yīng)，可通過屏蔽電纜的辦法予以解決。

2.2 物理方式隔離

物理隔離是一種最簡單實(shí)用的抗干擾方式，并且二次影響最小。在實(shí)際的操作過程中主要應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是要確保絕緣材料可靠的質(zhì)量和良好的絕緣效果，能夠有效防止設(shè)備和線路漏電；二是要合理鋪設(shè)絕緣電路，不要使線路發(fā)生覆蓋和纏繞，同時(shí)在鋪設(shè)中注意將不同類型和規(guī)格的線路分開；三是要避免電流感應(yīng)的發(fā)生，將信號(hào)較弱的電路使用短線進(jìn)行連接，信號(hào)較強(qiáng)的電路使用長線進(jìn)行連接，以防止電位差的產(chǎn)生。

2.3 接地保護(hù)

接地保護(hù)是最常用的一種抗干擾和保護(hù)方式，在保護(hù)儀表設(shè)備和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，還可以保護(hù)工作人員的人身安全。接地處理的主要方式是在金屬部分連接出一個(gè)導(dǎo)線，并將其與大地相連，如此當(dāng)設(shè)備儀器發(fā)生短路時(shí)，短路電流就會(huì)不經(jīng)設(shè)備而直接進(jìn)入大地，從而起到保護(hù)設(shè)備的作用。接地保護(hù)可以有效減弱干擾信號(hào)，避免產(chǎn)生共模和抑制差模，起到保護(hù)儀表系統(tǒng)的作用。

2.4 平衡抑制

電路具有平衡關(guān)系，平衡抑制就是通過合理利用電路平衡關(guān)系產(chǎn)生電位差，并使其與干擾信號(hào)相互抵消，從而達(dá)到抑制干擾的目的。在實(shí)際的操作中，平衡抑制對(duì)于減少干擾具有非常明顯的作用。

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（作者單位：河鋼集團(tuán)邯鋼自動(dòng)化部）