自動化控制系統(tǒng)的干擾分析及防治措施
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生開明，孟廣耀，孟 行，石英訓(xùn)
（青島理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東 青島 266033）
摘要：針對自動化控制系統(tǒng)中常見的干擾問題進(jìn)行了分析研究，找出了控制系統(tǒng)干擾產(chǎn)生的原因，提出了對應(yīng)的抗干擾措施。試驗(yàn)結(jié)果表明，控制系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)的干擾問題得到了很好的解決，確保了自動化設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：自動化；控制系統(tǒng)；干擾；防治中圖分類號：TP273
0 引言
自動化控制系統(tǒng)由于可靠性高、集成度高等原因，越來越多地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，使得流水線作業(yè)更加便捷，大大提高了生產(chǎn)效率，而其在工作過程中產(chǎn)生的干擾對生產(chǎn)影響很大。本文針對自動化控制系統(tǒng)中常見的干擾問題進(jìn)行了分析研究，采用查閱資料、實(shí)際現(xiàn)場檢測等方法找出控制系統(tǒng)干擾產(chǎn)生的原因，并且提出了一系列的抗干擾措施。
1 自動化控制系統(tǒng)干擾的主要來源
從干擾產(chǎn)生的位置方面來看，可分為控制系統(tǒng)外部的干擾和控制系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。其中來自控制系統(tǒng)外部的干擾是主要方面，也是出現(xiàn)最頻繁的。外部的干擾按照干擾源的不同又可以細(xì)分為電源引起的干擾、外部連接線路引起的干擾。
1.1 電源引起的干擾
在控制系統(tǒng)中，當(dāng)設(shè)備啟動或是停止的瞬間．供電電壓會發(fā)生突變，可能會引起供電電源的過壓、欠壓、浪涌等干擾問題，如圖1所示，這些干擾會通過電源內(nèi)阻耦合到控制系統(tǒng)的電路中，從而引起控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至是死機(jī)。
1.2連接線路引起的干擾
與控制系統(tǒng)相連接的線路產(chǎn)生干擾的途徑主要有靜電感應(yīng)干擾、電磁輻射干擾（見圖2）、接地系統(tǒng)混亂引起的干擾等。
靜電感應(yīng)是電場通過電容耦合的途徑串入其他的線路中，從而引起對輸入或輸出信號的干擾。在控制系統(tǒng)中，檢測信號和控制信號都是通過傳輸線路傳送的，線路之間一般都是平行的且間隔較近，比如繼電器模組的輸入／輸出信號線路、I/O擴(kuò)展板的輸入／輸出線路、開關(guān)電源的連接線路等都會因?yàn)榇嬖陟o電感應(yīng)而產(chǎn)生干擾。
電磁輻射干擾往往在生產(chǎn)中被忽視。在自動化控制系統(tǒng)的周圍空間里會存在大量電氣設(shè)備、電子設(shè)備、無線電廣播、雷達(dá)等產(chǎn)生的電磁場，他們會以電磁感應(yīng)的方式對控制系統(tǒng)內(nèi)部的通信線路進(jìn)行干擾，使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定、信號指示燈無規(guī)律閃爍，甚至出現(xiàn)控制器亂碼的現(xiàn)象。常見的電磁輻射干擾見圖2。
接地線不合理或是錯誤接地會引起嚴(yán)重的干擾信號，自動化控制系統(tǒng)中的接地線主要是系統(tǒng)地線、屏蔽地線和保護(hù)地線等，如果接地系統(tǒng)混亂，即由于各個接地點(diǎn)的電位分布不均，不同接地點(diǎn)間會存在電位差，引起地環(huán)路電流，干擾系統(tǒng)正常工作。
1.3 其他常見的干擾
儀表電源的波動、信號線連接點(diǎn)的接觸電阻等都會對控制系統(tǒng)產(chǎn)生較大的干擾。
2 對控制系統(tǒng)采取的抗干擾措施
2.1 電壓突變干擾對應(yīng)的措施
供電電源的電壓突變是由于供電系統(tǒng)的回路中接有大功率用電設(shè)備造成的，因此電壓突變干擾是一種能量型的干擾，在電源開關(guān)閉合或斷開的瞬間，回路中的大功率用電設(shè)備會使回路中的電壓突變過低或過高，從而使系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。在控制系統(tǒng)電路中接入磁飽和穩(wěn)壓器就可以很好地解決回路中電壓突變的問題。磁飽和穩(wěn)壓器（見圖3）是一種特殊的變壓器，它與普通變壓器的不同之處在于磁飽和穩(wěn)壓器的鐵芯工作在磁飽和狀態(tài)，鐵芯在飽和之后，一定范圍內(nèi)，一次電壓的波動引起磁通的變化量非常小，這樣二次感應(yīng)電壓可以維持在基本穩(wěn)定狀態(tài)。
電路在遭雷擊和在接通、斷開電感負(fù)載或大型負(fù)載時常常會產(chǎn)生很高的操作過電壓，這種瞬時過電壓（或過電流）稱為浪涌電壓（或浪涌電流），是一種瞬變干擾。對于控制系統(tǒng)中由于電力線或信號線中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓（或感應(yīng)電流）可以采用氧化鋅壓敏電阻（見圖4），它適用于交流電源電壓的浪涌吸收、各種接點(diǎn)間的浪涌電壓吸收、三極管、晶閘管等電力電子器件的浪涌電壓保護(hù)。
2.2靜電感應(yīng)干擾對應(yīng)的措施
對于靜電感應(yīng)引起的干擾可以采用信號電纜線屏蔽的方法，將所有出入控制系統(tǒng)的電纜線均使用帶有屏蔽層的電纜，屏蔽電纜如圖5所示，在干擾強(qiáng)度較大的情況下可以采用雙層屏蔽的電纜。另外，還可以采用其他的抗干擾措施，例如使用穿線鋼管屏蔽、帶蓋的鋼質(zhì)電纜槽等，穿線鋼管具有良好的靜電屏蔽能力和電磁屏蔽能力。
2.3 電磁感應(yīng)引起干擾對應(yīng)的措施
對于電磁感應(yīng)引起的干擾可以采用對絞線(見圖6)，對絞線是成對的兩根導(dǎo)線相互紐絞而形成的電線電纜。由于這兩根導(dǎo)線的位置反復(fù)交替，相對于整條線路，其分布電容、分布電感綜合形成的耦合條件就非常接近，因此耦合導(dǎo)致的干擾電勢幾乎可以抵消，采用對絞線的方法既可以有效抑制電磁感應(yīng)引入的干擾又可以抑制靜電感應(yīng)引入的干擾。
2.4 對接地干擾采取的措施
良好的接地是自動化系統(tǒng)正常工作的重要條件之一。良好的接地可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害，接地線要與自動化控制系統(tǒng)的接地端相連，基本單元必須接地，如果需要擴(kuò)展單元，則需將其接地點(diǎn)與基本單元的接地點(diǎn)接在一起，同時為了抑制附加在電源及輸入輸出端的干擾，應(yīng)給自動化控制系統(tǒng)接以專用的地線，接地線應(yīng)與動力設(shè)備（電動機(jī)）的接地點(diǎn)分開。
2.5 其他干擾對應(yīng)的措施
另外需要注意的是，儀表的供電系統(tǒng)應(yīng)該單獨(dú)布置，而且所選的電網(wǎng)容量應(yīng)足夠大，足夠?yàn)檎麄�自動化設(shè)備提供電力，信號線選用銅線可以保證可靠的導(dǎo)電連接。
3結(jié)語
本文對現(xiàn)代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)常見的干擾問題進(jìn)行分析，并針對不同的干擾來源提出相應(yīng)的抗干擾措施。在實(shí)際生產(chǎn)中可能會出現(xiàn)多種干擾，就需要對不同的干擾具體分析，提出合理的解決措施，使自動化控制系統(tǒng)保持在穩(wěn)定可靠的運(yùn)行狀態(tài)，確保整體設(shè)備的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。
