初探工业自动化系统的抗干扰措施

摘要：工业自动化控制系统对工业的现代化发展起着非常重要的作用，但就目前的应用和发展情况看，工业自动化受干扰的问题亟待解决。本文主要对工业自动化系统的抗干扰措施进行了简要分析。

关键词：工业；自动化控制；抗干扰

中图分类号：F407文献标识码： A

引言

目前很多工业生产场地都安装有很多控制设备，如PLC（这是由大规模集成微处理芯片构成的可编程控制器）、分散型控制系统（DCS）、工业控制机（IPC）以及各种复杂多样的测量控制化控制系统等。拥有很多输入输出接口，电路工作环境复杂庞大，往往形成复杂恶劣的电磁环境，导致工作信号经常受干扰，使得工作信息的收集不准确，数据采集偏差大、电压电流不稳定等事故，往往使系统出现失控现象，影响工作正常进行。所以为了提高系统整体稳定性就必须采取一些抗干扰措施。

一、干扰来源及途径分类

1、干扰感应模型

系统地讲，所有用来传输电磁能量的装置都有可能成为干扰源，即干扰变量的根源。干扰源存在部位不统一，系统内外都可能会形成干扰源。干扰变量容易与敏感设备产生耦合，发生一系列电磁活动，产生较分散的振幅和频率，不同程度地损害敏感设备。其中耦合方式主要有电流耦合、电感耦合、电容耦合或者电磁辐射感应形成的电磁场耦合方式，造成的影响都不容小觑。

2、常见干扰源

干扰源的分类标准比较多样，按不同的标准分类不同。一般可分为自然干扰源和技术性干扰源，根据频率不同又分为宽频和窄频干扰源，导体干扰源、电源干扰源、辐射干扰源以及有序、无序（泄露）干扰源等等。通过长期实践观察就不难发现，其实工地干扰来源主要有两个方面：一个方面是变频器和雷电干扰，另一方面是线路干扰，主要是电流较大引起的。前者主要是由于空间和线路电磁辐射而形成的。下面是一些工业自动化控制系统中最常出现的一些干扰事例。主要是电磁辐射干扰、传导干扰以及人工设计施工引起的干扰。

（1）辐射干扰。这一类干扰源主要是雷电、电路、高频感应装置等设备空间辐射产生的。该类干扰源通常无法抑制，主要靠切断电流消除电磁感应来减少干扰。主要是采取一些基本措施如合理规制线路、装设防雷装置，进行全面防雷保护。

（2）传导干扰。这一类干扰主要是由一些线路引起的。其中以电源线干扰最常见。原因要不就是由供电电源系统直接窜入，要不就是与供电电源耦合进入。一般用电网电源对控制系统进行供电，很多大型用电设备在启动、关闭时往往会引起电磁感应影响直接传给供电电源，从而干扰控制系统；其次就是由信号线引入的干扰。信号到现在流通电流的瞬间会产生电磁感应，周围若存在导线就会使之产生瞬间感应电流，感应电流达到一定数值就会对信号接收产生干扰。很多信号线在运行的时候都会有干扰信号产生影响周围线路，从而引起控制器变化或死机。对此通常选用绝缘电缆，形成屏蔽并将屏蔽层接地，以降低干扰。

（3）设计施工引起的干扰。这一类主要是人为施工以及一些工程技术性设计、安装和操作等一些行为引起的，比如因为接地系统设计不合理造成系统混乱引起的干扰，设备高频发生器距离控制器设计不合理引起的等等。该类干扰主要通过改善接地系统的设计，提高技术含量来解决。

（4）信号传输线干扰

信号传输线与自控系统是连接一起的，主要在传输信息时起着一定的作用，然而在此传输过程中，一些干扰信号通过电网或者是电磁辐射入侵到这些信号传输线中去对其造成干扰，而后者的入侵方式，即信号线上的外部感应干扰，将会使信号工作出现异常，而且在测量过程中误差很容易产生，另外，还会损伤自控系统中的各种元件。工业自控系统干扰源的分类主要是依据其产生原因进行的，通常情况下，由于干扰源的干扰模式不尽相同，便可将其分为共模干扰和差模干扰这两种。其中，前者主要是在受到信号电位差的影响，而使接地电位差以及信号感应电业产生了叠加现象的情况下形成的，而后者的形成则是因为在信号两级的干扰电压和不均衡电路转换共模干扰的作用下，形成了电压叠加。

二、自控系统的抗干扰能力下降带来的后果分析

自动化控制系统有着运行环境复杂、集成电路功率小等特性，严重影响了自动化系统的抗干扰能力和防过电压能力，随着自控系统在这些方面的能力下降，电力生产的运行也相继出现各种问题。

1、由于自动化控制系统设备表现在防过电压方面的能力水平比较低，导致在雷电的天气中，设备产生不同程度的损伤，而且不能保证供电的连续性，致使供电中止，影响系统的正常运行。

2、一旦出现了失压情况，UPS等附属设备将会停上工作，那么必将阻碍自动化控制系统的正常运行，而且对于事故的记录数据也会由此丢失。

3、电磁干扰对设备的运行产生不利的影响，最终导致误报或者节点大面积抖动。

三、自动化控制系统的抗干扰措施

1、有经验的工程师进行现场指导

工程的现场施工条件较复杂，则一定要由工程师进行现场指挥，以保证施工的人员按照设计的要求进行施工。在施工时，还要特别注意接地线强弱电流之间的安全界限。施工结束之后，还要按功能和区域有步骤地进行现场测试。

2、在处理信号的时候采用滤波技术

处理信号时采用滤波技术，就可以处理好传输信号特定频率，在过滤器中剔除其中的很多干扰信号，使整个工业自动化控制系统的干扰减少。目前滤波技术的相关产品很多，其中主要有机械滤波器、晶体滤波器等等。随着科技的发展，一些体积较小、使用效率较高的滤波器也相继问世，促进了工业自动化控制系统的发展。此外，在计算机编程时，通常采用中位值滤波、惯性滤波、平均值滤波和限幅滤波等方式进行信号的处理，以减少甚至消除自动化控制系统干扰信号的强度和数量，使信号可靠性增强。

3、屏蔽电磁和静电

选择一个用较好的金属材料制造出来的容器，把自动化控制系统需要进行保护的部分放入其中，以便让内部的磁场不影响外部电路的工作，实现静电屏蔽。而对于那些频率较高的干扰性磁场，则需要采用可以进行屏蔽的金属电涡流，消耗自动化控制系统受到的干扰量。有效的结合静电屏蔽以及电磁场的屏蔽可以使工业自动化控制系统的抗干扰性得到很大的提高。

4、电源设计

在变频器和大功率的电器应用较多的场所，要制定好电源隔离和线路上的各项抗干扰措施，例如PLC电源的输入端要使用隔离变压器，并对隔离变压器的初级和次级的绕组加上屏蔽层，对进线的电源进行分级并加装上避雷器等。在输电过程中的干扰情况，可以用铠装电缆抑制，此外将信号电缆和动力电缆分开。

5、接地点的完善

目前的接地方式主要有电容接地、直接接地和浮地接地等。自动化控制系统是低电而高速的控制装置，应该用直接接地的方式。但由于信号电缆分布电容和输入装置滤波的影响，目前的自控系统大多采用的是串连一点或一点接地的方式。由于各个装置中心接地是以独立的接地线进行引向接地，若信号线的中间出现接头的情况，屏蔽层要进行牢固的连接和绝缘处理。

结束语

在进行工业建设的工程中，要结合具体的工作环境，仔细分析工业自动化控制系统的干扰源，并对控制系统进行型号和规格的设计，在施工的过程中进行规范的安装和调试，并制定合理可靠的解决措施，使工业自动化控制系统能免受各种干扰的影响正常运转，使工业的发展越来越向现代化、科技化靠拢。

参考文献

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