工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)剖析

李曉亮,耿小強(qiáng)（東軟集團(tuán)股份有限公司,沈陽(yáng) 110179）

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工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)剖析

李曉亮,耿小強(qiáng)
（東軟集團(tuán)股份有限公司,沈陽(yáng) 110179）

摘 要：自動(dòng)化控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用極大地推動(dòng)了工業(yè)發(fā)展，有效提高了工業(yè)生產(chǎn)效益，但是在實(shí)際操作中工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)也暴露出很多問(wèn)題，特別是受到多種因素的干擾，嚴(yán)重影響了工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，針對(duì)這個(gè)情況，應(yīng)積極采取有效的抗干擾技術(shù)，最大程度地降低或者消除各種干擾源。本文分析了工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的干擾情況，闡述了工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；抗干擾技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)發(fā)展逐漸朝著自動(dòng)化、信息化、智能化方向發(fā)展，越來(lái)越多的自動(dòng)化控制系統(tǒng)被應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，然而工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀卻不理想，各種各樣的干擾源對(duì)于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、正常運(yùn)行產(chǎn)生了直接影響，所以應(yīng)充分了解工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)受到的干擾情況，有針對(duì)性地進(jìn)行抗干擾處理，提高工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的干擾分析

1.1 傳導(dǎo)干擾

（1）信號(hào)線引入干擾。電流通過(guò)信號(hào)線過(guò)程中產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，相鄰信號(hào)線受到感應(yīng)磁場(chǎng)影響會(huì)產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，隨著感應(yīng)電流的增大，和檢測(cè)開關(guān)相連接的接收設(shè)備會(huì)受到干擾影響，由于信號(hào)線中電流持續(xù)流過(guò)，會(huì)影響和信號(hào)線相連接的自動(dòng)化控制系統(tǒng)正常運(yùn)行，使得控制器邏輯數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，甚至發(fā)生死機(jī)或者錯(cuò)誤動(dòng)作。

（2）設(shè)計(jì)施工干擾。工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)在施工設(shè)計(jì)階段，由于操作、設(shè)備型號(hào)、調(diào)試、安裝、工程技術(shù)設(shè)計(jì)等因素，安裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，接地系統(tǒng)混亂或者控制器、高頻發(fā)生器或者開關(guān)高功率設(shè)備之間的距離較短，造成工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工干擾。

（3）電源線干擾。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電源線干擾非常常見，其主要來(lái)自兩個(gè)方面，一方面是工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)受到供電電源耦合影響；另一方面，干擾信號(hào)通過(guò)供電電源系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)化控制系統(tǒng)。工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要通過(guò)電網(wǎng)電源供電，其運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常受到很多因素的干擾和影響，例如，電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊、大功率用電設(shè)備停止或者開啟、電網(wǎng)波動(dòng)等都會(huì)影響工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.2 輻射干擾

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)受到的輻射干擾主要是指電弧電路、高頻感應(yīng)設(shè)備、雷電、射頻設(shè)備等產(chǎn)生的干擾，對(duì)于這種干擾源，在實(shí)際應(yīng)用中沒(méi)有很好的方法進(jìn)行消除，而可以通過(guò)減弱或者直接切斷電磁干擾傳播途徑，采用裝設(shè)防雷設(shè)備、合理布置線路、保護(hù)隔離、等位機(jī)屏蔽或者聯(lián)機(jī)等措施，保障工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2 工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

2.1 軟件設(shè)計(jì)

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用慣性濾波、限幅濾波、中位值濾波、平均值濾波等方法通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)ο到y(tǒng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)處理，消除或者減少干擾信號(hào)的強(qiáng)度、數(shù)量，保障輸入信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性，這種方法計(jì)算機(jī)程序很容易移植，便于修改系統(tǒng)參數(shù)，有效提高數(shù)字濾波的穩(wěn)定。

2.2 管線設(shè)計(jì)

為了減少工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的干擾，應(yīng)優(yōu)化管線設(shè)計(jì)，包括通信線、電源線、信號(hào)線管道等，電源線設(shè)置應(yīng)和通信管線保持足夠距離，并且使用金屬管道覆蓋通信管線，正確敷設(shè)電纜線路，結(jié)合抗干擾、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等因素，選擇合適的信號(hào)電纜線，其中最常見的是雙芯屏蔽雙絞線，電纜線敷設(shè)過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題：其一，對(duì)于不同信號(hào)，敷設(shè)不同電纜線路，結(jié)合傳輸信號(hào)類型，分層敷設(shè)電纜線路；其二，不能使用同一根多芯電纜同時(shí)傳輸數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，電纜和電源線不能共用；其三，不能在同一個(gè)線槽中放置電源線纜和信號(hào)線纜，避免平行、近距離的進(jìn)行敷設(shè)施工，若電源線纜和信號(hào)線纜必須放置在一起，兩種線纜應(yīng)保持60cm以上的距離；其四，大功率電動(dòng)機(jī)應(yīng)和信號(hào)線纜保持適當(dāng)?shù)木嚯x。

2.3 電源設(shè)計(jì)

若工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)包含變頻器和大功率器件，對(duì)于電源線路采取科學(xué)有效的抗干擾措施，對(duì)電源設(shè)備進(jìn)行有效隔離，在進(jìn)線電源分級(jí)部位設(shè)置避雷器，使用隔離變壓器設(shè)置在PLC電源輸入端，對(duì)于隔離變壓器的次級(jí)繞組和初級(jí)繞組，裝設(shè)屏蔽層，然后做好可靠接地，通過(guò)雙絞線作為二次側(cè)接線。

2.4 接地設(shè)計(jì)

工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境變化會(huì)干擾信號(hào)線，發(fā)生誤動(dòng)作、測(cè)量精度下降、死機(jī)、程序跑飛、系統(tǒng)數(shù)據(jù)混亂等現(xiàn)象，這主要是由于接地系統(tǒng)設(shè)置不合理，對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)做好接地設(shè)計(jì)，通過(guò)正確、合理的接地設(shè)計(jì)，有效抑制工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)受到電磁干擾影響，在實(shí)際應(yīng)用中包括信號(hào)屏蔽接地、系統(tǒng)接地和安全接地。工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)過(guò)程中，嚴(yán)格區(qū)分保護(hù)接地和工作接地，保護(hù)接地電阻不能超過(guò)2歐姆，強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)和接地極接地點(diǎn)之間保持10m以上的距離，埋設(shè)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)建筑物周圍10m的區(qū)域。信號(hào)源接地設(shè)計(jì)，在信號(hào)側(cè)接地設(shè)置屏蔽層，若信號(hào)線中間如果有接頭，做好絕緣處理，牢固連接屏蔽層，防止信號(hào)線多點(diǎn)接地，連接多芯對(duì)絞電纜線和屏蔽雙絞線，相互連接好各個(gè)屏蔽層，然后進(jìn)行絕緣處理以后，選擇合適接地位置進(jìn)行單點(diǎn)接地。另外，計(jì)算機(jī)接入信號(hào)之前，在大地和信號(hào)線之間連接電容，有效減少共模干擾，將濾波器裝設(shè)在信號(hào)兩極之間，減少差模干擾。

2.5 選擇合適器件

結(jié)合不同電子設(shè)備的特性，選擇合適的器件，例如，通過(guò)設(shè)置RC、AD雙積分濾波器，使電流信號(hào)和電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸過(guò)程中消除高頻干擾，有效減少差模干擾。采用雙絞線和差動(dòng)輸入器，做好單邊接地、屏蔽地線和光電隔離，消除共模干擾。

3 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中容易受到各種各樣的干擾影響，而干擾抑制是一項(xiàng)非常復(fù)雜、系統(tǒng)的項(xiàng)目，應(yīng)綜合考慮多方面因素，在施工設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的規(guī)格和型號(hào)，做好各方面的抗干擾設(shè)計(jì)，提高工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。

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DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.009