简析化工仪表控制系统抗干扰技术
摘要：本文通过简要分析过程控制系统中产生干扰信号和可能引控制系统联锁动作不可靠因素，针对性地提出一般解决方法，并结合具体事例，总结了防范措施。为仪表安装工作提供了理论依据, 从而有效的提高了仪器仪表测量的准确性。
关键字：仪表控制系统抗干扰防范措施
1．引言
随着DCS、现场总线技术的应用，被控及检测对象分布在装置不同的地方，它们与控制站之间有较长的距离，受到噪声干扰的风险也随之增大。其次，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的电磁环境中，同时也受到来自自空间的辐射、系统外引线干扰等问题。因此，除有用信号外，必然会有一些与被测信号无关的电流或电压存在，这种无关的电流或电压通称为“干扰”（噪声）。在测量过程中，这些干扰若不能很好地处理，那它将歪曲测量结果，严重时可能使仪表或控制站不能正常工作。大量实践说明，抗干扰性能是现代化工业所面临的重要问题，尤其是在DCS、现场总线技术的广泛应用，有效地排除和抑制各种干扰，已成为必需探讨和解决的问题。因此，要提高控制系统可靠性，一方面要求生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
2. 干扰源及干扰因素分析
影响DCS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、干扰模式和干扰的波形性质的不同划分。其中：按干扰产生的原因不同，分为放电干扰、浪涌干扰、高频振荡干扰等；按噪声的波形、性质不同，分为持续干扰、偶发干扰等；按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、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。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。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，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
由于测控信号是一种微弱的直流或变化缓慢的交变信号，最后还有过长距离传输过程，因此像大功率电机和其它电气设备产生的磁场，高压电气设备产生的电场以及各种
电磁波辐射等等的存在和变化都将以不同的途径和不同的方式混入测控系统中。通常来说干扰仪表测控系统的干扰源主要有电力网络和电气设备的暂态过程、雷电等引起空间的辐射干扰和系统电源线、信号引线、接地等引起的系统外引线干扰。这些干扰总体上分为两大类：外部干扰和内部干扰，详细分析无外乎由于辐射、温度、湿度、振动、传输、感应、电源、接地几个方面。下面对常见的几种干扰机制进行分析:
2.1 传导干扰
2.1.1 当几种信号电缆在一起传输时，由于绝缘材料老化、漏电而影响到其它信号，即在其它信号中引入干扰。
2.1.2 在一些现场仪表中，采用220V电源供电，有时设备烧坏，或者人为因素，造成电源与信号电缆间短路，强电窜入弱电，造成较大的干扰和设备损坏。
2.1.3 由于接地不合理引起的共模干扰。如果信号电缆的两端同时接地，则两点的接地系统可能出现电位差异△E，可能会在信号电缆上产生一个很大的环流，叠加在信号电流上，造成模拟量信号波动，严重时可能引起卡件故障。
2.1.4 在运行过程中，卡件发出的采集信号长时间接地，形成的接地电流超过允许值，导致通道损坏。
以上这几种传导干扰中，由于现代仪控系统自身的设备状态都有保障，因此，由于绝缘材料老化或设备烧坏等原因引起的干扰较少出现，而由于接地引起的干扰较为常见，也比较难以捉摸，应该给予足够的重视。
2.2 电容电感耦合干扰
工业控制系统有几十乃至几百个输入输出通道分布在其中，导线之间形成相互耦合是通道干扰的主要原因之一
在被控现场，往往有很多信号走电缆槽或者走电缆管同时接入控制系统，这些信号电缆在一起走线，之间均有分布电容存在，会通过这些分布电容将干扰加到别的信号电缆上。另外，在交变信号电缆的周围会产生交变的磁通，而这些交变磁通会在并行的导体之间产生电动势，这也会造成线路上的干扰。
2.3 计算机供电线路上引入的干扰
在大型电气设备启动和开关装置动作频繁的地方，电动机的启动、开关的闭合产生的火花会在其周围产生很大的交变磁场．这些交变磁场既可以通过在信号电缆上耦合产生干扰，也可能通过在电源电缆上耦合产生高频干扰，这些干扰如果超过容许范围，同样会影响系统的工作。
2.4 电和磁的干扰
电和磁可以通过电路和磁路对控制系统仪表产生干扰作用，电场和磁场的变化会在控制仪表的有关电路或导线中感应出干扰电压，从而影响控制仪表的正常工作。电和磁的干扰对于控制仪表来说，是最为普遍和最为严重的干扰。
控制仪表是由敏感的电子线路构成，它们的工作电流很小，并带有微处理器，故受电磁干扰的影响很大。电磁环境同温度、湿度、尘埃、振动、光、有害气体一样，是控制仪表工作环境的一个部分，只是它不易为人们感受到罢了。为了保证它们能正常工作并有较高的可靠性，控制仪表在设计和制造过程中必须经受再现和模拟其工作现场可能遇到的电磁干扰环境的各种试验，以使它们的技术特性符合电磁兼容性要求，否则便会性能下降，工作不正常或发生故障。
控制仪表受电磁环境干扰的干扰源主要来自靠近敷设的动力线、各类开关装置、接触器、继电器、电焊机以及对讲机、广播电台、电视台等产生的电磁辐射。带有静电荷的操作人员也能产生干扰。干扰源产生的干扰可以是磁的、电的或电磁的，它们通过仪表的供电线、信号输入输出线和外壳，以电感耦合，电容耦合、电磁辐射等形式串入干扰电压或因本地和远方的地(零)电位不同而直接导入。
特别需要注意的是变送器在联校、检查和维护时使用的无线电对讲机。其天线附近会形成很强的电磁场。因为距离变送器近。所以对仪表有很大的干扰。为此，变送器在安装时，应考虑密封屏蔽，使用金属导线管或屏蔽电缆接线。对讲机离仪表不要太近，功率不要太大，且不要在仪表盖打开的情况下使用。
3. 通用的抗干扰技术
已知装置控制系统需要“三要素”同时满足才会受到干扰，因此只要消除三个要素中任意一个，干扰就不存在了，因此消除和减弱噪声干扰的方法亦应针对三项因素采取措施，即：⑴消除或抑制噪声源；⑵阻截干扰传递途径；⑶增强仪表电路自身的抗干扰能力。随着装置的自动化水平日益提高，智能化仪表的普遍应用，以上几种措施在硬件方面通常采取隔离、屏蔽、抑制、接地、双绞、滤波技术实施完成。在软件方面，像数字滤波、数字处理等更多的抑制干扰的措施和方法得以应用，仪表测控系统安全水平大大提高。
3.1 隔离的主要目的是通过隔离元件把干扰源的路径切断，从而达到抑制干扰的效果
3.1.1 隔离包含两种意义：一为可靠绝缘，即保证导线之间不会产生漏电流，所以要求导线绝缘材料的耐压等级、绝缘电阻必须符合规定；另一为合理配线，即要求信号线尽量避开干扰源。譬如
3.1.2屏蔽是抑制干扰的重要方法。屏蔽和抑制是用金属导体把被屏蔽的元件、组合件、电路及信号线包围起来，主要用于抑制电容性藕合噪声，效果很好，除了电气屏蔽，还有强交变磁场的干扰，因此还应考虑磁屏蔽，即用导磁性能好的导体进行屏蔽。要是屏蔽起
作用，屏蔽层必须接地，有的采用单点接地，有的采用多点接地，多点接地不便时，在两端接地。主要的理论依据是：屏蔽层也是一个导线，当其长度与电缆芯传送信号的四分之一波长接近时，屏蔽层相当于一根天线。在DCS系统中，低频的信号线，只能将屏蔽层的一端接地，否则屏蔽层两端的电位差会在屏蔽层中形成电流，产生干扰，对于信号频率较高的（100KHZ）信号推荐两端接地。
3.2 接地按其作用可分为保护性接地和功能性接地。
3.2.1 保护性接地
放电击接地：为了防止电气设备绝缘损坏或产生漏电时，使平时不带电的外露导电部分带电而导致电击而将设备外露导电部分接地，称为放电击接地。这种接地，也是通常的狭义的“保护接地”，它又分为保护导体接地（PE，也称为保护接地），和保护中性导体接地（PEN，也称为保护接零）两种。
3.2.2 防雷接地：：将雷电导入大地，防止雷电流、雷磁场使设备受到损害。
3.2.3 防静电接地：将静电导入大地，防止雷电流、雷磁场使设备受到损害。
3.2.4 放电蚀接地：地下埋入金属体作为牺牲阳极或阴极，防止电缆、金属管等受到电蚀。
3.3 功能性接地
3.3.1 逻辑地：也称为电源地，逻辑地一般可以在机柜内以星型方式联结到一点，该点一般也是与机柜绝缘的汇流条。通常，逻辑地可与屏蔽地共用汇流条。
3.3.2 屏蔽接地：将电气干扰源引入大地，抑制外来电磁干扰对电子设备的影响，同时也可减少自身对外的干扰。
3.3.3 本安接地：保证系统向防爆区传送的能量在规定范围以内，将安全栅等设备安全地连接到供电电源的零电位点。
良好的接地是使工业控制机系统稳定运行、消除干扰的重要措施。如果应用得法，可以明显提高系统的抗干扰能力
3.4 双绞：双绞线代替两根平行导线是抑制磁场干扰的有效方法。在双绞线每个绞扭环中会通过交变的磁通，这这些变化的磁通会在周围的导体中产生电动势，他有点刺痛感应定律决定，而相邻绞扭环中在同一导体上的电动势方向相反，相互抵消，因此对电磁干扰起到了较好的抑制效果。在单位长度内的交数越多，抑制干扰的能力越强。
3.5 软件抗干扰技术：工业现场的复杂环境硬件抗干扰措施无能为力，譬如工控机死机了或者控制出错了。这将给生产带来严重后果，因此使用软件抗干扰措施避免和减轻这些意外事故犹为重要。通常使用的软件抗干扰技术有：实时控制软件运行过程中的自监视法、实时控制系统的互监视法和重要数据备份法。
4. 防止干扰和设备损坏的一般方法
4.1 硬件抗干扰技术是仪表控制系统设计时首选的抗干扰措施，它能有效抑制干扰源，阻断干扰传输通道。若硬件措施得当，可以将绝大多数干扰拒之门外，常用的硬件设计抗干扰措施如下：
4.1.1 系统电源
系统电源应该有冗余，各路配电模件应该有独立的截峰二极管（过压）、自动断路器（过流）等保护。DCS系统接地点和动力强电系统接地如果共地，接地电阻必须≤1Ω，DCS如果单独接地,接地电阻≤4Ω，DCS供电要尽量来自负荷变化小的电网上。要严格防止强电通过端子排线路串入24VDC供电回路，并定期检查机柜电源系统是否正常、供电电压是否在规定范围内、系统接地是否可靠、良好、线路绝缘是否合格，停、送电按要求程序执行.此外，位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性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是DCS控制理想电源。通过以上工作，这方面的风险就可以有效避免。
4.1.2 电缆敷设
4.1.2.1 电缆分类
在DCS工程项目中常见的信号可以作如下分类:
Ⅰ类信号:热阻信号、热电偶信号、毫伏信号、应变信号等低电平信号
Ⅱ类信号：0～5V、1～5V、4～20mA、0～10mA模拟量输入信号；4～20mA、0～10mA 模拟量输出信号，电平型开关量输入信号；触点型开关量输入信号；脉冲量输入信号；24VDC 小于50mA的阻性负载的开关量输出信号。
Ⅲ类信号：20V～48VDC感性负载或者电流大于50mA的阻性负载的开关量输出信号。
Ⅳ类信号：110VAC或110VAC开关量输出信号，此类型号的馈线可以视作电源线处理布线问题。
其中，Ⅰ类信号很容易被干扰，Ⅱ类信号容易被干扰，而Ⅲ类和Ⅳ类信号在开关动作瞬间会成为强烈的干扰源，通过空间环境干扰附近的信号线。
对于Ⅰ类信号必须采用屏蔽电缆，最好是屏蔽双绞电缆；Ⅱ类信号尽可能采用屏蔽电缆，其中用于控制联锁的模入模出信号、开入信号，必须采用屏蔽电缆，最好是屏蔽双绞电缆；Ⅲ类信号允许与220V电源线一起走线，也可与Ⅰ、Ⅱ一起走线，但后者情况Ⅲ类信号必须采用屏蔽电缆，最好为屏蔽双绞电缆，且与Ⅰ、Ⅱ类信号电缆相距150mm以上。条件允许的情况下，Ⅰ～Ⅳ类信号尽可能采用屏蔽电缆或屏蔽双绞电缆，必须保证屏蔽层只有一点接地，且接地状态良好。
4.1.1.2 正确敷设电缆的前提是对信号电缆进行正确分类，将不同种类的信号线隔离铺设（不在同一电缆槽中，或用隔板隔开），使模拟信号部分，相互间的信号耦合为最小。
4.2.1.3 禁止大功率的开关量出线信号、电源线、动力线等电缆与直接进入DCS系统的Ⅰ、Ⅱ类信号电缆并行捆绑，这些线的电缆与信号电缆之间的距离应该大于 600mm。建议单独走线。绝对禁止多芯电缆中部分芯传输Ⅰ或Ⅱ类信号其它芯用于传输Ⅲ类或Ⅳ类信号。严禁同一信号的几芯线分布在不同的几条电缆中。当动力线和信号线平行敷设时，两者必须保持一定的间距，不同信号辐值的信号线不宜穿在同一导线管内。在采用金属汇线槽敷设时，不同辐值导线、电缆与电力线需用金属隔板隔开。
信号回路必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。
4.1.1.2 仪表信号电缆与电力电缆交叉敷设时，宜成直角，与电力电缆平行敷设时，两者之间的最小距离应符合下表的规定：
4.1.1.3 线缆敷设的防雷要求
年平均雷暴日超过40d／A的地区，控制系统线缆的敷设必须考虑有关的防雷措施。不能使用非金属的汇线桥架，采用金属或金属网屏蔽的汇线桥架时，应保证桥架间有良好的电气连接，并必须在桥架两端接地，如果桥架距离较长，应每隔30米设一个接地点，桥架的接地宜采用等电位连接，也允许就近与第有良好接触的金属设施连接。
4.1.3 信号隔离
对于模拟量输入输出（AI/AO）回路，要防止从现场来的强电串入卡件，以及就地设备与DCS系统不共地可能产生的电势差。重要回路应该采取信号隔离器。对于数字量输入输出（DI/DO）回路，常用的解决方法就是对DI/DO信号采用继电器隔离。比如对于一个马达控制关反馈输入回路：现场的常开接点闭合时，继电器线圈带电，输出接点闭合，接点信号引入开关量采集卡件。这样，强电就不会串入卡件的信号回路，发生故障时，也主
要检修隔离的外回路。采用继电器进行信号隔离的缺点是：需要给外回路添加供电回路；采用电磁隔离和光电隔离技术的开关量隔离器，可以减少为外回路供电的工作量。。
4.2 硬件滤波措施是使用较多的一种方法，技术比较成熟，但同时也增加了设备，提高了成本，而且电子设备的增加有可能带来新的干扰源。由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能的，因此在控制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。软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、，可靠性高，功能多样，使用灵活，具有许多硬件滤波措施所不具备的优点，当然它需要占一定的运行时间。软件抗干扰是以牺牲少量的运行速度和程序空间来达到抗干扰目的的方法，系统可采用指令冗余、设置软件陷阱以及数据冗余技术等软件抗干扰措施。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；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性
4.2.1 算术平均值法
对于一点数据连续采样多次，计算其算术平均值，以其平均值作为该点采样结果。这种方法可以减少系统的随机干扰对采集结果的影响。一般3～5次平均即可。
4.2.2比较取舍法
当控制系统测量结果的个别数据存在偏差时，为了剔除个别错误数据，可采用比较取舍法，即对每个采样点连续采样几次，根据所采数据的变化规律，确定取舍，从而剔除偏差数据。例如,“采三取二”即对每个采样点连续采样三次，取两次相同的数据为采样结果。
4.2.3 中值法
根据干扰造成采样数据偏大或偏小的情况，对一个采样点连续采集多个信号，并对这些采样值进行比较，取中值作为该点的采样结果。
4.2.4 一阶递推数字滤波法
这种方法是利用软件完成RC低通滤波器的算法，实现用软件方法代替硬件RC滤波器。一阶递推数字滤波公式为Yn=QXn+(1-Q)Yn-1式中Q -数字滤波器时间常数；Xn－第n次采样时的滤波器输入；Yn－第n次采样时的滤波器输出。采用软件滤波器对消除数据采集中的误差可以获得满意的效果。但应注意，选取何种方法应根据信号的变化规律选择。4.2.5 逻辑错误检测
在系统正常运行时，控制器的输入、输出信号和内部的信号（如辅助继电器的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。因此，可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为 ON状态，就应该按故障处理。例
如我厂三胺装置的压缩机系统润滑油控制油压力开关有两个限位开关动作，这两个信号不会同时为ON状态，若它们同时为ON，说明至少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。在梯形图中，用这两个限位开关对应的输入继电器的常开触点串联，来驱动一个表示限位开关故障的辅助继电器
4.2.6 延时确认
对于开关量输入，可采用软件延时20ms，对同一信号作两次或两次以上读入，结果一致才确认输入有效。
4.2.7 封锁干扰
某些干扰是可以预知的，如控制器的输出命令使执行机构（如大功率电动机）动作，常常会伴随产生火花。电弧等干扰信号，它们产生地干扰信号可能使DCS接收错误的信息。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁可编程序控制器的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。
5. 抗干扰的其它措施
在正常维护和检修过程中应严格遵守自动化仪表的检维修规定，遵照相关的操作规程、规范进行作业，养成良好的作业习惯，以避免人为造成不良后果。
5.1 进入系统机规室，应穿防静电工作服，触摸卡件、模块时，必须带静电释放腕套，从机架上拆下的卡件要放在接地良好的防静电毡上，不要随意摆弄。
5.2 检修中，拆下来的无论电源线或是仪表信号线应做好绝缘及标识。
5.3 在机柜室内严禁使用手机、对讲机等对控制系统有干扰的电子设备。
5.4 保证控制室的清洁卫生，若外围环境较恶劣（如粉尘等），可考虑向控制室内通洁净、干燥的仪表风，以保证控制室内微正压。
6. 结束语
化工仪表控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计和安装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DCS控制系统正常工作。
第9章计算机控制系统中的抗干扰技术 ●本章的教学目的与要求 掌握各种干扰的传播途径与作用方式以及软硬件抗干扰技术。 ●授课主要内容 ●干扰的传播途径与作用方式 ●软硬件抗干扰技术 ●主要外语词汇 ●重点、难点及对学生的要求 说明：带“***”表示要掌握的重点内容，带“**”表示要求理解的内容，带“*”表示要求了解的内容，带“☆”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容 ●干扰的类型*** ●干扰的传播途径***☆ ●各类干扰的抑制方法*** ●辅助教学情况 多媒体教学课件（POWERPOINT） ●复习思考题 ●干扰的类型 ●干扰的传播途径 ●各类干扰的抑制方法 ●参考资料 刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义
干扰是客观存在的，研究抗干扰技术就是要分清干扰的来源，探索抑制或消除干扰的措施，以提高计算机控制系统的可靠性和稳定性。 9.1 干扰的传播途径与作用方式 干扰是指有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。产生干扰信号的原因称为信号源。干扰源通过传播途径影响的器件或系统称为干扰对象。干扰源、传播途径及干扰对象构成了干扰系统的三个要素。 9.1.1 干扰的来源 1．外部干扰 2．内部干扰 9.1.2 干扰传播途径 干扰传播途径主要有：静电耦合、磁场耦合、公共阻抗耦合。 1. 静电耦合 静电耦合是通过电容耦合窜入其他线路的。 2. 磁场耦合 在任何载流导体周围都会产生磁场，当电流变化时会引起交变磁场，该磁场必然在其周围的闭合回路中产生感应电势引起干扰，它是通过导体间互感耦合进来的。 3公共阻抗耦合 公共阻抗耦合干扰是由于电流流过回路间公共阻抗，使得一个回路的电流所产生的电压降影响到另一回路。 9.1.3 干扰的作用方式 按干扰作用方式的不同，可分为串模干扰、共模干扰和长线传输干扰。 1. 串模干扰 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，它串联在信号源回路中，与被测信号相加输入系统. 图9.6 串模干扰示意图图9.7 共模干扰示意图
控制系统抗干扰设计与措施 发表时间：2019-01-25T15:03:19.950Z 来源：《基层建设》2018年第35期作者：刘江山[导读] 摘要：控制系统的抗干扰能力关系到整个系统的可靠运行。 国网新疆电力有限公司电力科学研究院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830011 摘要：控制系统的抗干扰能力关系到整个系统的可靠运行。抗干扰设计可以通过设备选型和综合抗干扰设计进行，采用优质电源、铠装屏蔽电缆以及选择正确的接地方式等措施提高抗干扰能力。 关键词：控制系统、电磁干扰、抗干扰设计 1概述 随着科学技术的发展，控制系统在工业中的应用越来越广泛。控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力关系到整个系统的可靠运行。自动化系统中所使用的各种类型控制系统，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多在强电电路和设备所造成的恶劣电磁环境中运行。要提高控制系统可靠性，这就要求控制系统生产厂家用提高设备的抗干扰能力；同时在工程设计、安装调试和使用维护中引起高度重视，增强系统的抗干扰性能。 2控制系统中电磁干扰源及对系统的影响 2.1系统信号的干扰 控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，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；二是信号线受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坏。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰。控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。 接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地反而会引入严重的干扰信号，使控制系统无法正常工作。 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，形成干扰信号回路。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，影响控制系统内逻辑电路和模拟电路的正常工作。控制系统工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响控制系统的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序故障或死机。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。 2.2控制系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的互相电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器间的互相不匹配使用等。这属于控制系统制造厂对系统内部进行电磁兼容设计内容，但要选择具有较多应用业绩或经过考验的系统。 3控制系统工程的抗干扰设计为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从设计阶段开始便采取抑制措施：抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径、提高装置和系统的抗干扰能力。 控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产有较强抗干扰能力的产品，使用部门在工程设计、安装调试和运行维护中予以全面考虑，才能保证系统的电磁兼容性的运行可靠性。 3.1设备选型 在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，尤其是抗外部干扰能力，如采用浮空技术、隔离性能好的控制系统系统；其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作；另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩，国内工业现场的电磁干扰相比欧美地区高许多，对系统抗干扰性能要求更高，因此要求进口设备的抗干扰能力更高。 3.2综合抗干扰设计 主要考虑来自系统外部的几种干扰抑制措施。主要包括：对控制系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是动力电缆，分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还必须利用软件手段，进一步提高系统的安全可靠性。 4抗干扰措施 4.1采用性能优良的电源 在控制系统中，电源占有极重要的地位。电源干扰串入控制系统主要通道（如CPU电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与控制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，对于控制系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器和控制系统的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但效果不大。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少控制系统的干扰。目前采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种理想电源。 4.2电缆的选择及敷设 为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆，采用了铠装屏蔽动力电缆，从而降低了动力线产生的电磁干扰。 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。 4.3正确选择接地方式，完善接地系统 接地的目的通常有2个，其一为了安全，其二为了抑制干扰。完善的接地系统是控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。 信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在控制系统侧接地；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；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，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。
技术装备 52 MODERN URBAN TRANSIT 6/2009现代城市轨道交通 0引言 列车控制系统在地铁信号的发展过程中，经历了从单向轨道电路到双向无线通信的变革。目前广泛应用于地铁列车控制系统的是基于无线通信的列车控制系统（ＣＢＴＣ）（图１）。而无论基于无线局域网还是专用无线网的通信，都存在同频或邻频干扰的问题。为此，如何引入技术手段，提高ＣＢＴＣ系统的抗干扰能力，保证其可靠、稳定运行十分重要。 1无线局域网 １．１结构 无线局域网（ＷＬＡＮ）是计算机 网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，利用电磁波完成数据交互，实现传统有线局域网的功能。ＷＬＡＮ的核心结构如图２所示。 从图２可以看到，ＷＬＡＮ的工作层有介质访问控制层（ＭＡＣ）和物 理层（ＰＨＹ），其中物理层分为ＰＬＣＰ（物理层收敛过程）子层和ＰＭＤ（物理机制相关）子层。ＰＬＣＰ子层通过将ＭＡＣ层信息映射到ＰＭＤ子层，使ＭＡＣ层对物理层的依赖减到最低，而ＰＭＤ子 层则提供了控制无线介质 的方法和手段。ＷＬＡＮ的物理层采用扩频工作方式，包括ＦＨＳＳ（跳频扩频）、ＤＳＳＳ（直接序列扩频）、ＨＲ／ＤＳＳＳ（高速直接序列扩频）和ＯＦＤＭ（正交分复用），无线工作频段为ＩＳＭ：２．４～２．４８７５ＧＨｚ以及Ｕ－ＮＩＩ：５．７２５～５．８５０ ＧＨｚ（取决于采用的标准）。在ＩＥＥＥ８０２．１１结构内还包含两个管理实体（ＭＡＣ层管理实体ＭＬＭＥ和ＰＨＹ 物理层管理实体ＰＬＭＥ）和管理信息库（ＭＩＢ），从而控制ＭＡＣ层和ＰＨＹ层的工作状态。 １．２ＭＡＣ层干扰问题 无线局域网的ＭＡＣ层的载波监听多路访问／冲突检测方法（ＣＳＭＡ／ＣＤ）协议问题，从理论上讲，ＭＡＣ层的ＣＳＭＡ／ＣＤ协议完全能够满足局域网级的多用户信道竞争问题，但是，对应无线环境而 邱鹏：南京恩瑞特实业有限公司轨道交通事业部，助理工程师，南京 ２１１１０６ 关于ＣＢＴＣ系统无线通信 抗干扰技术的研究 邱鹏 李亮 摘 要：研究基于无线传输的ＣＢＴＣ系统车－地通信抗干扰技术，通过 分析无线局域网中的同频干扰，结合重复累积码、感知无线电、一致性测试３项技术，提出１套在ＣＢＴＣ系统设计和系统运营两个阶段抑制同频干扰的完整解决方案。 关键词：车地通信；同频干扰；重复累积码；感知无线电；一致性测试 注：ＬＬＣ即逻辑链路控制；ＷＥＰ即有线等效保密 图2WLAN 的核心结构 图1CBTC 系统框图 车载部分 车载ＡＴＣ定位 数据通信部分 无线传输系统 轨旁网络装置 ＡＴＳ 轨旁ＡＴＣ系统 ＬＬＣ ＷＥＰＭＡＣ ＰＨＹ ＤＳＳＳ ＦＨ ＩＲ ＯＦＤＭＭＡＣＭｇｍｔ ＭＩＢ ＬＬＣ ＭＡＣ 业务接口 ＭＡＣ管理业务接口ＭＡＣ子层 ＭＡＣ管理层 ＰＨＹ业务接口 ＰＨＹ管理业务接口ＰＨＹ管理层 ＰＬＣＰ子层ＰＭＤ 子层
PLC控制系统抗干扰技术设计策略 中文摘要 自动化系统所使用的各种类型PLC中，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。 关键词PLC,industry automation,anti-interference,可编程控制器,自动化
Title:PLC control system anti-jamming technology design strategy Abstract Automation systems used in various types of PLC , some centrally installed in the control room , some installation on production sites and electrical equipment , most of them in a harsh electromagnetic environment formed by the strong electric circuits and power installations . Keywords PLC industry automation anti-interference Programmable controllers automation
第六章计算机控制系统的抗干扰技术 6.1 工业现场的干扰及对系统的影响 在对生产过程的计算机控制过程当中，常常会因为各种各样的干扰导致控制不准确或失常。很多从事计算机控制的人员都会有这样的经历，当他把经过千辛万苦安装和调试好的样机投入工业现场进行运行时，却不能够正常工作。为什么在实验室调试时就很好，到了现场就不行呢，原因就是在生产现场的工业环境中有强大的干扰，微机系统如果没有采取抗干扰措施，或者措施不力。（当然，还有其它原因，比如设计本身的不完善导致出错，或者在运输安装过程中对设备有所损坏，接线不正确等，但这类原因可以比较容易发现并迅速改正。）因此，抗干扰技术对于计算机控制系统来讲是非常重要的。 所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。在生产过程中，人们不断的积累各种抗干扰技术，可以分为硬件措施和软件措施。一个成功的抗干扰系统是硬件和软件相结合构成的。硬件抗干扰效率高，但要增加系统的投资和设备；软件抗干扰投资低，以CPU的开销为代价的，影响到系统的工作效率和实时性。 6.1.1 干扰的来源 微机控制系统所受到的干扰源分为外部干扰和内部干扰。 1 外部干扰 外部干扰指那些与系统结构无关，而是由外界环境因素决定的，主要是空间电与磁的影响，环境温度，湿度等气象条件也是外来干扰。外部干扰的主要来源有：电源电网的波动、大型用电设备(如天车、电炉、大电机、电焊机等)的启停、高压设备和电磁开关的电磁辐射、传输电缆的共模干扰等。 2 内部干扰 内部干扰则是由系统结构，制造工艺等决定的。内部干扰主要有：系统的软件干扰、分布电容或分布电感产生的干扰、多点接地造成的电位差给系统带来的影响等。长线传输的波反射，多点接地的电位差，元器件产生的噪声也属于内部干扰。 6.1.2 干扰的作用途径 1 传导耦合 干扰由导线进入电路中称为传导耦合。电源线、输入输出信号线都是干扰经常窜入的途径。 6.1.3 干扰的作用形式 各种干扰信号通过不同的耦合方式进入系统后，按照对系统的作用形式又可分为共模干扰和串模干扰。 1 共模干扰(共态干扰)
PLC控制系统的抗干扰措施 0 前言PLC（可编程控制器）是一种用于工业生产自动化控制的设备，生产厂家在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，所以具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作。尤其是当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或者安装使用不当，都不能保证PLC的正常运行。所以要提高PLC控制系统的可靠性，就要从多方面提高系统的抗干扰能力。 1 干扰源及其分类 影响PLC控制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。 干扰类型通常按噪声产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。 1、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。 2、按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等。 3、按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。 （1）共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、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（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。 （2）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。 2 PLC控制系统干扰的主要来源 1、来自空间的辐射干扰。空间的辐射电磁场（EMI），主要由电力网络、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，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小特别是频率有关。
PLC控制系统的抗干扰设计 为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：抑制干扰源；切断或衰减电磁干扰的传播途径；提高装置和系统的抗干扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。 pic控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具体情况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。进行具体工程的抗干扰设计时，应注意以下两个方面。 1)设备选型 在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性(EMC)，尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统；其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比、耐压能力、允许在多火电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作。 2)综合抗干扰设计 主要考虑来自系统外部的几种抑制措施。主要内容包括：对PLC 系统及外引线进行屏蔽，以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是原理动力电缆，分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外，还必须利用软件手段，进一步
提高系统的安全可靠性。 在PLC控制系统中，电源占有极其重要的地位。电网干扰串入PLC 控制系统，丰要是通过PLC系统的供电电源(如CPL电源、I/O电源等)、变送器供电电源和与PLC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PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好的电源，而对于变送器供电的电源和与PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并未受到足够的重视，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、抑制带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的配电器，以减少PLC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性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。 (1) PLC电源线、I/O电源线、输入信号线、输出信号线、交流线、直流线都应尽量分开布线。开关量信号线与模拟量信号线也应分开布线，且后者应采用屏蔽线，并且将屏蔽层接地。数字传输线也要用屏蔽线，并且要将屏蔽层接地。由于双绞线中电流方向相反、大小相等，可将感应电流引起的噪声相瓦抵消，故信号线多采用双绞线或屏蔽
第 9 章计算机控制系统中的抗干扰技术 由于工业现场的工作环境往往十分恶劣，计算机控制系统不可避免地受到各种各样的干扰。这些干扰可能会影响到测控系统的精度，使系统的性能指标下降，降低系统的可靠性，甚至导致系统运行混乱或故障，进而造成生产事故。干扰可能来自外部，也可能来自内部；它可通过不同的途径作用于控制系统，且其作用程度及引起的后果与干扰的性质及干扰的强度等因素有关。干扰是客观存在的，研究抗干扰技术就是要分清干扰的来源，探索抑制或消除干扰的措施，以提高计算机控制系统的可靠性和稳定性。本章首先介绍干扰的种类及传播途径，然后根据硬件和软件抗干扰措施的不同，分别加以论述。 9.1 干扰的传播途径与作用方式 干扰是指有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。产生干扰信号的原因称为干扰源。干扰源通过传播途径影响的器件或系统称为干扰对象。干扰源、传播途径及干扰对象构成了干扰系统的三个要素。抗干扰技术就是通过对这三要素中的一个或多个采取必要措施来实现的。为了有效地抑制和消除干扰，首先需要分清干扰的来源、传播途径，以及干扰的作用方式。 9.1.1 干扰的来源 计算机控制系统中干扰的来源是多方面的，有时甚至错综复杂。总体上，按照来源，干扰可分为外部干扰和内部干扰。外部干扰与系统所在环境和使用条件有关，与系统内部结构无关。内部干扰则由系统结构布局、制造工艺引入。 1. 外部干扰 外部干扰与系统结构无关，是由使用条件和外部环境因素决定的。外部干扰主要有：天电干扰，如雷电或大气电离作用引起的干扰电波；天体干扰，如太阳或其他星球辐射的电磁波；周围电气设备发出的电磁波干扰；电源的工频干扰；气象条件引起的干扰，如温度、湿度；地磁场干扰；火花放电、弧光放电、辉光放电等产生的电磁波等。 2. 内部干扰 内部干扰是由系统的结构布局、线路设计、元器件性质变化和漂移等原因造成的，主要有：分布电容、分布电感引起的耦合感应；电磁场辐射感应；长线传输的波反射；多点接地造成的电位差引入的干扰；寄生振荡引起的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等。 3. 电场耦合 电场耦合，又称静电耦合，是通过电容耦合窜入其他线路的。这些分布电容的存在，可以对频率为ω的干扰信号提供1/jωC的电抗通道，电场干扰就可以由该通道窜入系统，形成干扰。
控制系统中的抗干扰技术 工业的高速发展对控制系统的依赖性越来越强。分散型控制系统(Distributed Control System)、可编程控制器(Program mable Logic Controller )、现场总线控制系统( Fidlebus Control System)以及各种测量控制仪表已是构成工业自动化的主要硬件设施。随着微电子技术的高速发展和电路集成化程度的提高，单位面积内大规模集成芯片元器件数越来越多，所传递的信号电流也越来越小，系统的供电电压也越来越低，现已降到 5 V、3 V乃至1.8 V。因此，芯片对外界的干扰也越趋敏感，所以显示出来的抗干扰能力也就越来越低。 想要提高控制系统的抗干扰能力，我们除了在设计控制系统本体的时候提高其抗干扰能力之外更重要的是如何提高控制系统在工程应用时的抗干扰技术，例如对噪声的产生以及噪声在传播途径中加以有效的抑制等等。 1电缆的静电屏蔽和电磁屏蔽在控制系统中线缆非常重要因为它在控制系统中最长，容易通过近场的耦合干扰控制系统，并且它还像一根拾取和辐射噪声的天线。所以用屏蔽来抑制线缆的静电感应和电磁感应是抗干扰的方法之一。 1.1电容性耦合的抑制静电屏蔽：当受感应导线的外层包上屏蔽 层以后那么感应的噪声电压便作用在屏蔽层上，我们在为屏蔽层提供一个良好的接地那么屏蔽层上的电压为零所以受感应导体
上的噪声电压也为零，所以有效的抑制了电场的耦合。所以我们在工业现场无论是电源电缆或是信号电缆都应采用屏蔽电缆。 1.2电感性耦合的抑制 电感性耦合即为线路间磁场的相互作用。在这里我们主要谈谈采用电磁屏蔽，包括双绞电缆和同轴电缆的使用。 （1）对作为噪声源的导线施行电磁屏蔽 如果我们对一段导线增加屏蔽那么电流流过后，全部通过导体的屏蔽体返回到干扰源。由于流过屏蔽体上的电流产生磁通量，且与导体产生的磁通量大小相等方向相反，这样在屏蔽体的外面，不存在磁通量，既这段导线被屏蔽了。但是在低频时不宜两端接地。 （2）对作为信号线路施行电磁屏蔽。信号线路防外界磁场干扰的最好方法是减少接收环路的面积以减少干扰磁场对接收环路产生的磁通量密度。对于减少接收环路面积只有加屏蔽体两端接地才可以做到，才有电磁屏蔽作用，但是这种情况下电流的频率不宜太低。 （3）双绞线的电磁屏蔽原理及应用。双绞线本身是一种电磁屏蔽形式。对作为噪声源的导线实施电磁屏蔽。 图 1 是双绞线作为噪声源实施电磁屏蔽的原理图。当双绞线 中有电流流过时在导线绞合所组成的很小的环路内产生相应的 磁通。而在环路外由于两边导线流过的电流方向相反，产生的磁通方向相反从而大部分磁通被抵消。这种方式常用于供电线 路上。 对信号线实施电磁屏蔽。
通信系统中的抗干扰技术 1. 引言 1.1通信系统中的主要干扰及抗干扰技术 无线传输极易受到各种其他无线电波的干扰。不管是GSM系统还是CDMA 系统，都是干扰受限系统，干扰的大量存在会极大地影响网络的通信质量和系统的容量。移动通信系统中主要存在以下干扰：同频干扰，临频干扰，互调干扰，多址干扰，噪声干扰。目前主要的抗干扰技术有：扩频技术，功率控制技术，间断传输技术，多用户检测技术等。本文主要讨论扩频技术中的直接序列扩频技术。 1. 2直序扩频系统的应用背景： 直接序列扩频（DSSS— Direct Sequenee SpreadSpectrum技术是当今人们所熟知的扩频技术之一。这种技术是将要发送的信息用伪随机码（PN码）扩展到 一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息。 它是二战期间开发的，最初的用途是为军事通信提供安全保障，是美军重要的无线保密通信技术。这种技术使敌人很难探测到信号。即便探测到信号，如果不知道正确的编码，也不可能将噪声信号重新汇编成原始的信号。有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil 提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利 #2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪 八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。 直序扩频解决了短距离数据收发信机、女口：卫星定位系统（GPS）、3G移动通信系统、WLAN （IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g）和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率（无线电频谱是有限的因此也 是一种昂贵的资源）提供帮助。 直序扩频通信系统的工作原理如图1-1所示。
可编程序控制器系统的抗干扰及措施 可编程控制器（以下称PLC）是一种用于工业生产自动化控制的设备。尽管其制造厂采取了一些措施，使得它的可靠性较高，但还有许多外部因素也会使它产生干扰，造成程序误变或运算错误，从而产生误输入井引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。随着PLC应用的日渐广泛，其抗干扰问题也显得日益重要。本文就此问题提出一些抗干扰的措施。 一、控制系统中干扰及其来源 1、干扰源及一般分类 影响PLC控制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。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、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（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。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。 2、PLC系统中干扰的主要来源及途径 （1）来自空间的辐射干干扰 空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、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。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。（2）来自系统外引线的干扰 主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 a来自电源的干扰 PLC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路。尤其是电网内部的变化，
机电工程技术!""#年第$$卷第#期 浅谈测试系统的抗干扰技术 柴春吉 !山西运城市农机局"山西运城 "##"""# !!收稿日期!!""$"%""%$ 摘要!本文从干扰形成的三要素入手#为提高测试系统的抗干扰能力提出了各种抗干扰的具体措施和方法$关键词!干扰源%干扰途径%测试系统中图分类号!&’($ 文献标识码!) 文章编号!%""(*(#(!+!""#,"#*""%#*"! %前言 随着国民经济和社会生产的迅速发展&测试系统已经广泛应用到科学研究和生产实践的各个领域$由于存在干扰&测试系统的稳定度和精确度受到了直接的影响&严重时不能正常工作&还会造成差错&影响生产&甚至于引起事故$因此&从系统的设计’制造’使用方式以及工作环境等各个方面都不得不优先考虑抗干扰问题&对干扰的研究成了测试技术的重要课题$ !干扰形成和抗干扰措施 干扰的形成必须具备三个要素&即干扰源’干扰途径和对干扰敏感性较高的接收器(通常为检测装置的前级电路)$综观减弱或消除干扰的方法&都是从形成干扰的*三要素+着眼采取的一些措施$ (%)消除和抑制干扰源 抗干扰积极的措施是消除干扰源$例如&使产生干扰的电气设备远离检测装置%将整流子电机改为无刷电机%在继电器’接触器等设备上增加消弧装置等措施$ (!)破坏干扰途径 对于以,路-的形式浸入的干扰&可采取诸如提高绝缘性能的方法以抑制泄露电流的干扰途径%采用隔离变压器’光电继电器等切断地环路干扰途径%采用滤波’选频’屏蔽等技术手段将干扰信号引开%对数字信号可采用整形’限幅等信号处理方法切断干扰途径%改变接地形式以消除共阻抗耦合干扰途径等$ 对于以,场-的形式侵入的干扰&一般采取各种屏蔽措施&如静电屏蔽’磁屏蔽’电场屏蔽等$也可以兼用对付,路-的某些措施$ ($)削弱接收电路对干扰的敏感性 高输入阻抗的电路比低输入阻抗的电路易受干扰&模拟电路比数字电路抗干扰能力差&这些都说明&对于被干扰对象来说存在着对干扰的敏感性问题$在电路中采用选频措施就是削弱电路对全频带噪声干扰的敏感性%在电路中采用负反馈就是削弱电子装置内部噪声干扰源影响的有力措施%其它如对信号传输线采用双绞线’对输入电路采用对称结构等措施&都是削弱电子装置对噪声干扰的敏感性$ $抗干扰的方法 总的来说&要有效地抑制干扰&首先要找到干扰的发源地&防患于发源处是抗干扰技术的积极措施$当产生了不可避免的干扰时&削弱干扰途径的耦合以及提高接收器的抗干扰能力就成了非常重要的方法$常用的方法有! (%)屏蔽技术 屏蔽就是用一个金属罩将信号源或测量线路包起来&使信号不受外界电磁信号的干扰$屏蔽的目的就是隔断,场-的干扰$常用的屏蔽手段有!静电屏蔽’电磁屏蔽和低频磁屏蔽等几种$ (!)接地技术 接地是一种技术措施&它起源于强电技术$电子检测装置中的,地-是指输入与输出信号的公共零电位$在电子检测装置中的所谓接地&就是指接电信号系统的基准电位$常用的地线种类有!保护接地线’信号地线’信号源地线和负载地线&它们在电子检测装置中至少要有三种分开的地线&并通过一点接地$若设备使用交流电源供电时&则交流电源地线应和保护地线相连$使用这种接地方式&可以避免因公共地线各点电位不均所产生的干扰$ ($)浮置(浮空’浮接)技术 检测装置的电路与大地之间没有任何导电性的直流联系就称为浮置$采用干电池的万用表就是浮置的特例$浮置与屏蔽’接地相反&是阻断干扰电压的通路$ 检测系统被浮置后&明显地加大了系统的信号放大器公共线与地(或外壳)之间的阻抗&因此浮置与接地相比&能大大减小共模干扰电流$ (#)对称(平衡)电路 对称电路指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路&对地或对其它导线’电路结构对称&对应阻抗相等$例如&电桥电路和差分放大器等电路都属于对称电路 使电路对称的目的在于使这两根导线所检测到的噪声相等&这种情况下的噪声是一个共模信号&因而可以在负载上自行抵消$有时屏蔽后仍不能满足降低噪声要求时&可以再结合对称电路措施$ (-)滤波技术 专题综述
控制工程中的 抗干扰技术 KONGZHI GONGCHENG ZHONG DE KANG GANRAO JISHU 徐义亨 编著 中控集团 2008年4月 前 言 控制系统的抗干扰无疑是一门专业技术。它应该包括两大方面，一是在对系统本体的电子线路、结构以及软件进行设计时应考虑的抗干扰措施；二是控制系统在工程应用中的抗干扰技术。本书讨论的是后者。 控制系统在生产过程的应用中，最困难和最迷惑的问题之一是如何抑制控制系统所面临的种种噪声。由于笔者切身感受到干扰对控制系统的正常运行所带来的麻烦乃至如雷击之类所带来的灾害，迫使我们去正
视控制系统抗干扰问题的调查和研究。 我们在实践中发现，由于工程环境的多样性和复杂性，解决这一类问题非常耗时，也很伤人脑筋。再则，从事自动化工程的人们在工科大学里，一般没有机会专门去接受控制系统抗干扰方面的培训，而且大多数与此相关的文献资料又都零散地刊登在许多不同的书刊上，并非所有的工程师都有条件或都能方便、快速地找到所需的资料。为此，似乎就有必要编写一本包含控制系统抗干扰技术在工程实践中方方面面的参考书，以给从事自动化工程的人们提供一种实用的帮助。 世界上的许多事件，其深层次的基本单元和基本规律并不复杂。通过抗干扰技术的深入研究，实际遇到的大多数的干扰问题往往源出于那些基本的噪声源和基本的耦合途径。任何的干扰现象都可以用一些基本的物理概念来解释，这就是所谓的“天道崇简”。因而将多样而又复杂的干扰问题分解为一系列简单的机理，是编写本书时所作的一种尝试。 本书除第1章概述外，后面其它章在内容上是可以独立的。其中有关控制系统的雷电防护，汇总了笔者和其同仁们在近几年所作的大量工作。每章的最后都列出了一些参考文献，为那些期望了解更多信息的人们提供一种方便。 由于控制系统的抗干扰技术涉及的学科和领域非常广泛，而且又是不断发展中的边缘学科，尽管笔者竭尽其力，但限于水平，总感到内容十分单薄，错误不当之处在所难免，敬请读者不吝指正。 徐义亨 于中控科技园 2008年3月
PLC控制系统抗干扰的分析与措施 Analysis and measures of anti interference in PLC controlsystem 聂朋 NIE Peng （合肥工业大学,安徽合肥230069） (Hefei Technology University, Hefei 230069, China) 摘要：针对PLC的工业控制系统的干扰进行分析，本文提出了几种解决PLC控制系统抗干扰的解决措施，包括总结了几种影响PLC系统的因素，并一对一的提出切实可行的解决方案，如从设计上采取措施，从硬件配置方面提高系统的抗干扰能力，从软件设计方面提高系统抗干扰能力，采用性能优良的电源等。实践表明，这些抗干扰的措施简单易行、经济实用，提高了控制系统的可靠性。 关键词：PLC系统；设计；抗干扰；技术 Abstract:Analysis of interference in industrial control system PLC, this paper puts forward several solving PLC control system anti jamming measures, includingsummarized several factors affecting the PLC system, and one to one of thepractical solutions, such as from the design to take measures to improve the anti-interference ability of the system from the hardware configuration andimprove the anti-jamming ability of the system from the aspect of software design, using the excellent performance of power supply etc.. The practice shows that the anti interference measures are simple, economical and practical, to improve the reliability of the control system. Keywords:PLCsystem;;design; anti-jamming; technology 0引言 如果将控制系统的抗干扰作为一门技术的话，它应该包括两大方面。一是在对系统本体的电子线路、结构以及软件进行设计时应考虑的抗干扰措施；二是控制系统在工程应用中的抗干扰技术。本书讨论的是后者。控制系统在生产过程的应用中，最困难和最迷惑的问题之一是如何抑制plc控制系统所面临的种种噪声。