对现代仪表的电磁干扰问题及防御措施

【摘要】本文笔者对电磁干扰，混杂在信息中的无用成分的分析，在自动控制技术领域中，以干扰电场或磁场的形式出现，电子计算机监控系统的使用自动化仪表来防御电磁的干扰。

【关键词】自动仪表；电磁干扰；防御措施

1 自动仪表系统电磁干扰的来源在整个自动仪表系统中，电磁干扰源有的在系统内部，有的在系统外部。

1.1内部电磁干扰源主要有

1.1.1信号线相互之间的串扰；

1.1.2多点接地造成的电位差；

1.1.3寄生振荡；

1.1.4元件热噪音，触点电势的影响；

1.1.5相邻回路之间的耦合；

1.1.6数字地和模拟地的影响。

1.2外部电磁干扰源有

1.2.1电台及雷达发射的电磁波；

1.2.2太阳及其它天体辐射的电磁波；

1.2.3气象条件，如空中雷电、气温、湿度，地磁场的影响；

1.2.4周围电气装置、高压线、汽车、日光灯等发生的电场或磁场干扰；

1.2.5工厂内的直流电机、电焊机、电钻产生的火花；

1.2.6电机、接触器的启停和通断；

1.2.7供电电源的波动；

1.2.8各接点的电位差。

2 电磁干扰抑制措施制定原则

在实际工作环境中，干扰总是客观存在的。内部干扰与系统结构有关，它可以通过精心设计、改变结构布局和生产工艺等方法，将内部干扰抑制到工程所允许的程度。外部干扰是随机的，只能针对不同情况，采用不同处理的方法。但是，为了保证系统的正常工作，

应遵守以下原则：

2.1努力分析清楚干扰来自何方、属于何种性质、有针对性地采取抗干扰的办法。

2.2应优先采用减少干扰源，其后考虑提高系统抗干扰能力的顺序原则。

2.3在采取的措施中，应考虑到费用少，效果好的综合指标，以实用为目的。

2.4干扰是不可能完全抑制的，考虑到一旦抗干扰失败，如何采取保护措施，使其影响小，是完全必要的。

3 几种电磁干扰抑制措施

3.1总体设计中的抗干扰措施

无论控制系统的规模如何，在总体设计时就应充分考虑系统的抗干扰措施，尽量提高它的抗干扰能力。例如在选择控制室的位置时，应避免在高电压、大电流、强辐射的工作环境中工作，如果必须在这种情况下工作，则应对机房或装置进行有效的屏蔽；又如电源，有条件的应采用单一供电回路，避免其它设备启停对电源的干扰。如果要采集的信号或控制的对象很远，应通过隔离的办法切断系统与外界在电路上的联系，并采用可靠的接地措施。另外，在具体电路设计上，还应注意提高系统抗干扰的能力。

3.2信号隔离

在信号传输网络中，为了避免形成接地环路引入的电位差，同时也为了切断干扰噪音的通道，需要将输入和输出的信号与系统本体在电路上分开，我们把这种措施称之为信号隔离。采取信号隔离措施之后，系统的信号传输功能仍保持不变。信号隔离的方法很多，主要有开关量隔离法、光电耦合法、固态继电器法、隔离放大器法等等。

3.3电源干扰的抑制

在自动控制系统中，来自电源的干扰占很大比例。在条件允许的情况下，可采用单独供电措施，同时为了防止电源进线受到工业现场以及其它各种干扰，应该尽量避开大的动力干线、干扰大的相线、可控硅装置的电源线等等。在具体运用中，还可以使自动仪表系统的电磁干扰及其抑制措施

3.4数字滤波

在计算机实时控制和测量系统中，除了采用硬件措施来提高系统的抗干扰能力之外，充分利用计算机高速、大容量的特点，发挥软件的优势，保证系统不因干扰而停止工作，又满足工程所要求的精度和速度，采用数字滤波技术是一种经济、有效的方法，它可有效消除信号中的噪声和干扰。

3.5软件容错

计算机由于干扰等原因，会使传送的数据和程序产生错误。所以发挥计算机软件优势，编制软件容错程序，通过信息冗余和时间冗余等达到克服干扰的目的，主要方法有：奇偶校验法、检查和法、多次读入及读出法、多存储区法、指令复执法、程序卷回法。

4 接地与屏蔽

接地与屏蔽是自动系统抗电磁干扰的重要方式。

4.1自动仪表系统中“地”种类

从电路的观点来看，“地”是电位的参考点。在不同的系统中，参考点各不相同。但是，一个系统无论大小如何，必须有一个“地”作为电位参考点。它可以是大地，也可以不是大地。如低压配电网是把大地作为配电网络的参考点，而在一些仪器和控制装置中，则往往把直流电源的负极性端作为“地”。在一个较大的微机控制和测试系统中，各部分自成一体，有几个相互独立的“地”，它们之间若要相互传送信息，必须把这些“地”连接起来，进行等电位连结。自动仪表系统中的“地”主要有以下几种：

4.1.1机壳地，又称屏蔽地，使它和大地相处于相等电位可以避免机壳带电危及人身安全，也可以起到屏蔽外界干扰的作用。机壳地上一般都有较重的噪音。

4.1.2数字地，数字电路部分的等电位点例如微型计算机内的地线。这部分电路的电平较高（5～18v），功率较大，又是脉冲性质的信号，因而地线上的噪音也较严重，达几十毫伏。

4.1.3模拟地，指一些传感器上的微弱信号地，它一般电平较低、功率小、信号变化也是渐变的，因而地线上较为平静。

4.1.4系统地，指系统的最终回流点，要求它应有一个稳定的电平，以消除各种回流电荷的影响。

4.2抗干扰性接地与屏蔽的方法

从理论上讲，一个系统的所有接地点与大地之间应具有零阻抗，可以把各部分的参考点与“地”相连，但是实际上这是不可能的。所以需要进行抗干扰性接地，具体方法有：

4.2.1单点接地

单点接地中所示的单点接地连接办法可以消除因地电位差引起的干扰。为了减少公共电阻，接地线应尽量选的粗一些。最好使用汇流铜排，采用分别回流的方法接地。如图1所示。

对于有多个机柜的控制系统，为了最大限度地避免公共阻抗耦合，可将机柜对地浮置，各柜接地点汇集到一点，然后接入大地。如图2所示。

注：1一浮离接地板；2一绝缘板

4.2.2双层浮空加保护屏蔽

浮空又称浮接、浮置，它是把仪器的信号放大器的公共线既不接外壳，也不接地的抗干扰措施。双层浮空加保护屏蔽的方案就是建立在这个基础上的抗干扰措施。如图3所示。

注：（a）信号源浮地，接收端接地时，在接地端接地：（b）信号源接地，接收端浮地时，在信号源接地：（c）信号源及接收端均接地时在两端也均接地：

4.2.3屏蔽接地

在测量和控制系统中，噪音主要是经由信号传输电缆引人的，所以使用屏蔽电缆是抑制噪音窜入的一个重要方法。但是，无论是对电场屏蔽还是磁场屏蔽都应使之正确接地，否则起不到屏蔽作用。由于信号源和接收电路有浮地和接地两种情况，所以屏蔽接地的方法也有几种不同的形式，如图4。

5 结束语

综上所述，根据电磁干扰产生的来源，列举了几种自动化仪表系统抗干扰的措施，其中对接地与屏蔽措施进行了详细的讨论。在自动化仪表系统的设计和安装过程中可以进行灵活应用，当然，在实际应用中，抑制电磁干扰的方法远远不止本文所讨论的几个方面，比如对公共阻抗偶合、静电偶合、互感偶合等偶合干扰，要根据不同情况制定不同的抑制方法。