自动化控制计算机系统中的常见干扰及处理措施

摘要：自动化控制系统的可靠性虽然很高，但整个系统在实际运行中经常会出现参数突变、设备失控、死机等意外问题。对于屡次发生的故障和处理总结表明干扰是引起故障的主要原因。系统的抗干扰能力关系到整个系统的安全、稳定运行，将直接关系到企业的经济效益。本文重点探讨自动化控制计算机系统中的常见干扰及处理措施。

关键词：自动化控制；计算机系统；干扰；处理措施

工业控制计算机（以下称PLC）是一种用于工业生产自动化控制的设备。尽管其制造厂采取了一些措施，使得它的可靠性较高，但还有许多外部因素也会使它产生干扰，造成程序误变或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中高度重视，多方配合才能有效地增强系统的抗干扰性能。本文就此问题提出一些抗干扰的措施[1]。

一、自动化控制计算机系统中的常见干扰分析

控制系统干扰因素的分析

（一）来自系统外部引线的干扰

这种干扰主要由于电源、信号线路等引起的干扰，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较为严重，主要表现在以下几个方面：

1.由电源引起的干扰

控制系统一般由工业电网供电，工业系统中的某些大型设备的启动、停机等，可能引起电源过压、欠压、浪涌、下陷及产生尖峰等干扰，这些电压噪声干扰均会通过电源内阻耦合到自动化系统的电路，给系统造成极大的危害。

2.由于信号线路引入的干扰

此干扰主要有两种信息途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往容易被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这种干扰往往非常严重。由信号线引入的干扰会引起 I / O 信号工作异常和测量精度大大降低，严重时可能引起元器件损伤。对于隔离性能较差的系统，还可能导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。此种干扰经常发生于信号传输距离长的控制系统上[2]。

3.由于接地系统混乱引起的干扰

接地不合理或是错误接地反而会引入严重的干扰信号，使自动化系统无法正常工作。自动化控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等，如果接地系统混乱，对自动化系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。

（二）由于自动化系统内部引起的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。

（三）来自空间辐射的干扰

电气设备、电子设备的高密度应用以及由电力网络、雷电、无线电广播和雷达等产生的空间辐射电磁场，其主要以电磁感应的方式直接对自动化内部和通信网络的通信线路产生干扰。

二、自动化控制计算机系统干扰的处理措施

根据对自动化系统干扰的分析，可以制订以下几个方面的措施来减少电压扰动。

1.为了保障自动化系统正常运行，应尽量少选用产生电压扰动的类型。主要措施是督促生产厂家提高设备功能模块的性能品质，特别是对元器件的老化筛选严格把关，保证其性能的稳定性[3]。

2.自动化系统和干扰设备应分开电源线路供电。因为大功率电机、大容量电容器组在起动和通电时引起电压降低；大功率整流设备、开关模式电源产生大量谐波；大功率电焊机等引起电源电压的剧烈波动。这些干扰设备产生的电压扰动通过电源线路的阻抗耦合将干扰自动化系统的正常工作。将220V 交流供电改为220V 直流供电方式，退出UPS，改为由变电站直流小母线直接向RTU 供电。

3.自动化系统设备安装位置应远离产生电磁场的设备。因为变压器、大功率电机、大电流的配电线路都能在其附近产生强大的电磁场，强大的空间电磁场将直接干扰自动化系统的正常工作。在采集回路中串接光电隔离器，提高工作电压等级。

4.自动化系统设备电源线路上切断电源的保护电器动作应有延时。保护电器稍带一些延时，可在不影响其保护功能的前提下躲过雷电脉冲，避免不应有的间断供电。在软件中增加延时模块，提高伪甄别能力。（1）自动化系统设备单相电源线路上应限制所接自动化设备的台数。（2）自动化系统设备电源线和信号线宜在同一通道内布线，避免产生涌压的大包绕环。两套自动化控制系统设备电源线和信号线未布置在同一通道内，形成了一大面积的包绕环，当空间产生高频变电磁场时，此包绕环内将感应产生幅值甚大的涌压，将干扰甚至损坏自动化系统。（3）自动化系统设备配线时应尽可能避免电源线对信号线的干扰。

5.电源线和信号线宜采用屏蔽电缆、穿钢管电线或双绞线。当电源线靠近信号线时，产生的电磁场将干扰信号线，为此信号线应加屏蔽并在两端接地。两者交叉时应作直角交叉以减少电磁场的感应。钢管有屏蔽作用，PVC 管无屏蔽作用；

6.单芯电线组成的电源回路应以金属管等外护物作屏蔽。电源线路采用电缆，因电缆线芯系对称布置，线芯通过电流产生的电磁场可互相抵消。电源线路如采用单芯电线，施工中难以做到线芯的对称布置，回路周围将产生电磁场。为此由单芯电线组成的电源回路应套以金属管槽作屏蔽。

7.自动化控制系统设备电源线和信号线应远离建筑物防雷装置的引下线至少2m，否则应加以屏蔽。装设防雷装置的建筑物遭受雷击时，防雷引下线将瞬间通过幅值数千安计的波形陡度很大的雷电冲击电流，其周围空间将产生强大的瞬变电磁场，自动化控制系统设备电源线、信号线如靠近引下线将感应产生涌压，轻则干扰重则击穿损坏设备。

8.装设防雷击、防干扰容性隔离变压器，可综合解决防雷击、防电磁干扰、防谐波干扰、防地电位升高问题。

9.自动化控制系统设备电源线路应注意保证线芯的连接质量。大量的电压扰动是在电气装置内部产生的，因此用电设备应尽量少选用产生电压扰动的类型。如采用12 脉冲的桥式整流器代替6 脉冲的桥式整流器，节能型的荧光灯电感镇流器代替谐波含量较大的电子镇流器[4]。

此外，外部配线之间存在着互感和分布电容，进行信号传送时会产生窜扰。为了减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出信号应分别使用各自的电缆，集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线要使用屏蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧要悬空，而控制器侧要接地。配线时在 30 米以下的短距离，直流和较输入、输出信号线最好不要使用同一电缆管，如果要走同一配线管时，输入信号要使用屏蔽电缆。30-300米距离的配线时，直流和交流输出、输入信号 线要分别使用各自电缆，并且输入信号线一定要用屏蔽线。对于 300 米以上长距离配线时，则可用中间继电器转换信号，或使用远程I/O通道。对于控制器的接地线要与电源线或动力线分开，输入、输出信号线要与高电压、大电流的动力线分开配线。

结论

在实际应用中可以同时利用硬件和软件等抗干扰技术，综合考虑各方面的因素，合理有效的抑制干扰，采取具体分析，让自动化控制系统满足要求，达到稳定可靠的运行状态，保证工业设备安全高效运行。干扰的分布参数是很复杂的，因此在抗干扰时，应当采用适当的措施，既要考虑效果，又要考虑价格因素，还要因现场情况而定。采用的措施只要能解决问题即可，往往过多的抗干扰措施有可能会产生额外的干扰，要具体情况具体解决，随机应变。

参考文献：

[1] 奚泱. 罩式炉过程控制计算机系统的软件架构设计及开发[J]. 科技传播，2013，08：216-217+186.

[2] 崔秀兰. 前馈控制与反馈控制在工业自动化控制系统的应用[J]. 科技创业家，2013，18：75.

[3] 刘春兰. 自动化控制系统在电力系统中的应用研究[J]. 四川工程职业技术学院学报，2013，02：39-41.

[4] 吴一鸣. 自动化控制系统抗电磁源干扰的措施探讨[J]. 无线互联科技，2013，09：80.