廖揚(yáng)華

（上海優(yōu)科環(huán)境工程技術(shù)有限公司，中國 上海 200949）

近年來，我國工業(yè)化水平不斷提高，自動化系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營中發(fā)揮著重要的作用，各種自動化檢測設(shè)備和傳感器被廣泛應(yīng)用在各個(gè)環(huán)節(jié)。結(jié)合工業(yè)自動化系統(tǒng)存在的干擾項(xiàng)，有針對性地采取有效抗干擾措施，提高工業(yè)自動化系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

1 工業(yè)自動化系統(tǒng)主要的干擾來源

通常情況下，工業(yè)自動化系統(tǒng)干擾源主要是按照干擾產(chǎn)生原因進(jìn)行分類。根據(jù)噪聲干擾模式，可將工業(yè)自動化系統(tǒng)干擾源分為差模干擾和共模干擾，差模干擾主要是由不均衡電路轉(zhuǎn)換電壓和兩級信號干擾電壓疊加而形成的干擾；共模干擾主要是由于信號電位差造成信號感應(yīng)電壓和接地電位差疊加而形成的干擾。在工業(yè)自動化系統(tǒng)應(yīng)用過程中，其主要的干擾來源有以下幾種：

1.1 電源干擾

工業(yè)自動化系統(tǒng)必須供電運(yùn)行，但是自動化系統(tǒng)電源在應(yīng)用過程中會受到電磁干擾，在開關(guān)操作和電網(wǎng)內(nèi)部會受到短路沖擊和浪涌，影響電源的穩(wěn)定運(yùn)行。由于自動化系統(tǒng)存在分布電容，必須絕對隔離電網(wǎng)沖擊和浪涌。

1.2 雷電電磁波干擾

雷電電磁波干擾是工業(yè)自動化系統(tǒng)運(yùn)行過程中最主要的外圍干擾源。雷擊電磁脈沖通過數(shù)據(jù)傳輸線路和電源傳輸線路會輸入浪涌電壓和電流，從而影響自動化系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 地電位干擾

通常情況下，自動化控制系統(tǒng)需要獲取基準(zhǔn)電位，再進(jìn)行接觸，獲得接地基準(zhǔn)點(diǎn)，在系統(tǒng)基準(zhǔn)點(diǎn)中，由于單相接會產(chǎn)生大量短路電流，因此工業(yè)自動化系統(tǒng)易受到地電位干擾，導(dǎo)致整個(gè)工業(yè)自動化系統(tǒng)運(yùn)行的出錯(cuò)和混亂[1]。

1.4 信號傳輸線干擾

工業(yè)自動化系統(tǒng)內(nèi)部包含各種信號傳輸線，信號傳輸線主要是傳輸有效信息，但是在信號傳輸過程中，信號傳輸線不可避免會侵入部分干擾信號，一方面，由于信號傳輸線受到電磁輻射干擾，使得傳輸線外部產(chǎn)生感應(yīng)干擾，導(dǎo)致信號工作異常，甚至?xí)p壞自動化系統(tǒng)的各種元器件；另一方面，干擾信號通過供電電源對系統(tǒng)造成干擾。另外，對于隔離和絕緣性能較差的自動化系統(tǒng)，電磁輻射干擾會引起系統(tǒng)的互相干擾，造成工地系統(tǒng)總線回流，導(dǎo)致邏輯數(shù)據(jù)的誤動和變化。

2 工業(yè)自動化系統(tǒng)的抗干擾方法

2.1 使用高性能電源

工業(yè)自動化系統(tǒng)要盡量使用高性能電源，自動化控制電氣儀表進(jìn)行供電，通過電氣連接和供電電源，提高工業(yè)自動化系統(tǒng)的隔離性能。同時(shí)，有效結(jié)合工業(yè)自動化系統(tǒng)的電氣儀表供電和變送電器電源，提高自動化系統(tǒng)的抑制抗干擾能力。另外，確保電網(wǎng)供電的連續(xù)性，采用不間斷的供電電源，提高電源的可靠性和安全性，最大限度降低電源對工業(yè)自動化系統(tǒng)的干擾。

2.2 準(zhǔn)確設(shè)計(jì)接地點(diǎn)，完善接地

當(dāng)前，工業(yè)自動化系統(tǒng)接地主要包括浮地接地、電容接地和直接接地等，由于工業(yè)自動化系統(tǒng)是一種低電高速的控制裝置，適合直接接地方式，但是考慮到信號電纜分布電容和輸入裝置濾波的影響，自動化系統(tǒng)不同裝置的信號傳送頻率低于1MHz，因此自動化系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì)可以采用串聯(lián)一點(diǎn)和一點(diǎn)接地方式，用單獨(dú)接地線將自動化系統(tǒng)的各種電力裝置進(jìn)行接地。對于集中布置的自動化系統(tǒng)可采用并聯(lián)一點(diǎn)接地形式，各個(gè)裝置柜體中心采用單獨(dú)接線方式。如果系統(tǒng)裝置間的距離較遠(yuǎn)，可使用串聯(lián)一點(diǎn)節(jié)點(diǎn)方式，用絕緣電纜或者銅母線連接各個(gè)裝置的柜體中心接地點(diǎn)，將接地極直接連接接地母線。自動化系統(tǒng)的接地線要采用截面直徑大于10mm的銅導(dǎo)線，將接地極和自動化系統(tǒng)裝置保持10～15m距離，總母線應(yīng)采用截面直徑超過40mm銅排，并且自動化控制系統(tǒng)的接地點(diǎn)要和強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)保持10m以上的距離[2]。對于中間有接頭的信號線，應(yīng)牢固連接屏蔽層，做好絕緣處理，連接總屏蔽多芯對絞電纜和屏蔽雙絞線時(shí)，合理設(shè)計(jì)各個(gè)屏蔽層的間距，相互連接好，進(jìn)行絕緣處理，選用合適的接地位置進(jìn)行單點(diǎn)接地。自動化系統(tǒng)信號源接地設(shè)計(jì)，應(yīng)在信號測加裝屏蔽層進(jìn)行接地。

2.3 科學(xué)屏蔽電磁和靜電

根據(jù)電磁學(xué)原理，采用合適的金屬材質(zhì)制作封閉的金屬容器，將自動化系統(tǒng)中需要保護(hù)的零器件放在金屬容器中，避免內(nèi)部電磁場影響自動化系統(tǒng)外部電路的正常運(yùn)行，有效屏蔽靜電，例如對PLC電源加裝隔離變壓器，在隔離變壓器的次級和初級繞組上加屏蔽層，在分級進(jìn)線的電源設(shè)備上安裝避雷器。另外，為了避免工業(yè)自動化系統(tǒng)受到高頻磁場的干擾，可使用具有良好屏蔽效果的金屬電渦流，抵消自動化系統(tǒng)的干擾量，將信號電纜和動力電纜分開，有效屏蔽電磁場干擾和靜電干擾，提高工業(yè)自動化系統(tǒng)的抗干擾性。

2.4 采用信號處理濾波技術(shù)

為了進(jìn)一步提高工業(yè)自動化系統(tǒng)的抗干擾性，要積極采用信號處理濾波技術(shù)，處理傳輸信號的特定頻率，通過濾波器剔除和過濾干擾信號，減少信號傳輸線中干擾信號對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的干擾。當(dāng)前，市場上有多種濾波技術(shù)產(chǎn)品，如機(jī)械濾波器、晶體濾波器和其他濾波器等，結(jié)合工業(yè)自動化系統(tǒng)的運(yùn)行要求，在計(jì)算機(jī)編程過程中采用中位值濾波、慣性濾波等信號處理方式，減少干擾信號，增加信號可信度，各種類型的濾波器對于提高工業(yè)自動化系統(tǒng)的抗干擾性有著非常重要的作用。

2.5 合理敷設(shè)電纜

在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，不同類型的信號必須由不同的電纜線路進(jìn)行傳輸，按照傳輸信號的種類，對信號電纜進(jìn)行分層敷設(shè)，避免同一電纜線路同時(shí)傳送信號和動力電源，嚴(yán)禁動力電纜和信號線平行敷設(shè)，盡量減少工業(yè)自動化系統(tǒng)的電磁干擾。

2.6 軟件抗干擾和硬件濾波措施

工業(yè)自動化系統(tǒng)的電磁干擾非常復(fù)雜，不可能徹底消除電磁干擾，因此在自動化系統(tǒng)組態(tài)和軟件設(shè)計(jì)時(shí)，必須對軟件系統(tǒng)采取抗干擾措施，提高軟件系統(tǒng)的安全性和可靠性。常用的抗干擾措施主要包括頻率整形采樣和數(shù)字濾波，可有效消除工業(yè)自動化系統(tǒng)的周期性干擾。采用動態(tài)零點(diǎn)，注意校正參考基點(diǎn)電位，防止自動化系統(tǒng)的電位漂移，并且利用信息冗余技術(shù)，合理設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的標(biāo)志位，通過設(shè)置軟件陷阱、間接跳轉(zhuǎn)等方式，提高軟件系統(tǒng)的可靠性。另外，由于工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營環(huán)境非常惡劣，在I/O信號傳送過程中易受到各種類型的干擾信號，為了提高工業(yè)自動化系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，可在系統(tǒng)中應(yīng)用軟件容錯(cuò)技術(shù)，編寫計(jì)算機(jī)程序，使自動化系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤信號，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)束語

工業(yè)自動化系統(tǒng)的抗干擾處理是一項(xiàng)重要工作，必須綜合考慮可能出現(xiàn)的多種干擾源，仔細(xì)分析自動化系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，做好工業(yè)自動化系統(tǒng)的施工、安裝和調(diào)試，提高系統(tǒng)的運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

[1]李世發(fā).基于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的抗干擾措施的研究[J].硅谷,2011,13:86.

[2]廖振偉.變電站自動化系統(tǒng)智能測控裝置軟件開發(fā)方法研究[D].西安電子科技大學(xué),2001.