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1、工业自动化控制系统的干扰及预防措施摘要:分析了工业自动化控制系统在现场施工、生产中产生干扰的各种原因， 并找出了解决的方法。关键词：工业自动化控制系统；抗干扰；措施 1工业自动化控制系统中的干扰及来源1.1干扰源及一般分类影响自控系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在 电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划 分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等； 按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同， 分为共模干扰和差模干扰。共
2、模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、接 地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共 模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏。 差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感 应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影 响测量与控制精度。1.2干扰的主要来源及途径121来自空间的辐射干扰空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电网、电气设备的暂态过程、雷电、无 线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分 布极为复杂。1.2.2来自系统外引线的干扰主要通过电源
3、和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场 较严重。 来自电源的干扰。自控系统的正常供电电源均由电网供电。由于电 网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电流。尤其是 电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备启停、交直流传动装置引起的谐 波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。实际上，由于分布参 数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。 来自信号线引入的干扰。与自控系统连接的各类信号传输线，除了传输 有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：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，这往往被忽 视；二
4、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，这是 很严重的。由信号引入干扰会引起I/ O信号工作异常和测量精度大大降低，严重 时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将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。来自接地系统混乱的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC ）的有效手段之一。正确地接地，既能抑制电磁干 扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误地接地，反而会引入严重的干扰 信号，使自控系统将无法正常工作。自控系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对 自控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
5、在地电位差， 引起地环路电流，影响系统正常工作。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下， 屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若 系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分 布，影响自控系统内逻辑电路和模拟电路的正常工作。逻辑地电位的分布干扰容 易影响自控系统的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟 地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。2主要抗干扰措施2.1采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰在自控系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入自控系统主要通过自 控系
6、统的供电电源（如CPU电源、1/ O电源等）、变送器供电电源和与自控系统 具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于自控系统供电的电 源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和自控系统有直接 电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施， 但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源 耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择 分布电容小、采用多次隔离和屏蔽及漏感技术的配电器，以减少自控系统的干扰。 此外，为保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提 高供电的安全可靠
7、性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种自控系统 的理想电源。2.2电缆的敷设不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敷 设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电 缆靠近平行敷设，以减少电磁干扰。2.3硬件滤波及软件抗干扰措施由于电磁干扰的复杂性，要根本消除干扰影响是不可能的，因此在自控系统 的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠 性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰；定时 校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术， 设计相应的软件标志位；采用间接跳
8、转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。 由于工业环境恶劣，干扰信号较多，I/O信号传送距离较长，常常会使传送的 信号有误。为提高系统运行的可靠性，使自控系统在信号出错情况下能及时发现 错误，并能排除错误的影响继续工作，在程序编制中可采用软件容错技术。2.4正确选择接地点，完善接地系统接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。系统接地方 式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对自控系统而言，它属高 速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤 波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以自控系统接地 线采用一点接地和串联一点接地方式
9、。集中布置的自控系统适于并联一点接地方 式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大， 应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜 体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于22m m的 铜导线，总母线使用截面大于60m m的铜排。接地极的接地电阻小于2Q,接地 极最好埋在距建筑物1015m远处（或与控制器间不大于50m ），而且自控系 统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在自控系统侧接地； 信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地； 多
10、个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接 好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接地。3结语以上的措施，经若干自控系统现场实际运行表明，能够基本消除现场干扰信 号的影响，保证系统的可靠运行。自控系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因 此，在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，对有些 干扰情况还需做具体分析，采取对症下药的方法，才能够使自控系统正常工作。随着社会经济的快速发展，工业化水平日益提高，在市场经济体制下，加快 竞争力，提高工业化竞争水平，也变得日益重要，而作为工业生产中的得力辅助 工具的自动化控制系统，如何解决其抗干扰问题，提高其自控系统的利用率，减 少利用成本，也成为亟待结局的任务。相信随着我国社会经济和科学技术的发展， 这一问题将得到更好的解决并有所发展。参考文献:1汤勇前.谈谈PLC控制系统抗干扰J.企业家天地(理论版).2011(05)2 国产60万kW超临界机组自控系统首次成功应用J.广西电力建设科技 信息.2007(03)3 李彦斌.窑炉系统PLC抗干扰工业设计分析J.现代商贸工业.2009(16)4 孙建平.自动化控制系统在油气集输系统的应用J.数字石油和化工. 2007(09)5 姬克宁.集散式自动化控制系统在污水处理厂的应用J.装备制造.2009(04)
