浅谈控制系统的信号干扰与应对措施

　　王亚波陈磊
　　【摘要】介绍控制系统在不同的工业环境中受到来自系统本身以及外界的干扰；并且通过分析产生干扰的原因，提出了解决主要抗干扰措施。
　　【关键词】控制系统；抗干扰
　　一、引言
　　工业的快速发展对控制系统的依赖性越来越强。分散型控制系统、可编程控制器、以及各种控制仪表已是构成工业自动化的主要硬件设施。随着微电子技术的快递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，芯片对外界的干扰越趋敏感，所以显示出来的抗干扰能力也就越来越低。
　　二、控制系统的主要干扰源
　　1。无线通讯设备
　　造成对控制系统干扰的信号源有以下几种。
　　1）无线电台AM，FM，TV；
　　2）移动通讯工具；
　　3）手持无线电对讲机。
　　无线通讯设备的干扰是所有控制系统的信号源最不可避免的一种，主要是因为现今大多数仪表设备和计算机系统，其关键性部位，如微处理器、视频电路等，时钟频率越高，速度越快，信号频谱也越丰富，对高频信号也越敏感，而自身也越容易受干扰。再一个就是绝大多数安装维护都使用手持对讲机和其他移动通讯设备。
　　2。盘柜内部的干扰
　　盘柜内部的干扰主要来源于盘柜内部的元器件、不合理走线、系统接线等因素。DCS模板内部元器件及电路间可能产生电磁辐射，例如逻辑电路相互辐射及其可能对模拟电路产生影响，这些都会对模板带来一定的干扰。
　　盘柜内部走线的数量是相当大的，包括电缆和内部二次接线，由于空间有限，盘柜内部强电和弱电信号没有分开布置，而是一起捆扎布置在走线槽中。电源线、外回路供电信号线产生的交变磁场就会对一般的模拟量信号线产生干扰。
　　3。接地产生的干扰
　　良好的接地可以有效抑制电磁干扰的影响，而且能够抑制设备向外系统发出干扰，但是如果系统接地错误或者出现异常，就很可能引入较大的干扰信号，严重时会使整个控制系统无法工作。控制系统的接地一般包括系统接地、信号接地、电源接地等，接地系统混乱对控制系统的干扰主要是由于各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在电位差，引起环路电流，影响系统的正常工作。
　　4。信号线引入系统的干扰
　　这也是我们现场最为常见的一种干扰。信号线将就地信号输入到控制机柜，其经过的现场环境十分复杂，极其容易产生干扰。信号选型不当、模拟量信号线距离大电流电缆太近都可能被外部磁场产生差模干扰，直接迭加在信号回路中进入系统。
　　三、抑制干扰的措施
　　1。利用多种手段解决无线通讯设备的干扰，如下：
　　1）要求设计和维护部门要正确选型。
　　2）在安装时，不但要考虑防火、防爆，而且要考虑密封屏蔽。
　　3）建议使用对讲机时与仪表设备之间的距离应大于1。5m。
　　4）对严禁近距离内使用无线电对讲机的关键设备周围，应予以提示告警与标志，以对外来人员进行提示。
　　5）降低无线电对讲机的额定功率，将大大减少使用时产生的电磁波辐射干扰。
　　2。选择正确的系统接地方式，完善系统接地
　　信号线屏蔽层应在DCS控制系统侧接地，以保证整个系统信号的参考地的接地电位是一致的，避免由于在现场侧接地造成地环路，引入共模干扰。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，同时选择适当的接地处单点连接，一般选择在控制端。
　　3。电缆的正确选择和施工可有效减少干扰
　　对于不同的信号要选用不同的电缆进行传输。DCS系統中开关量信号的传输信号理论上可以不用屏蔽电缆，但是严禁用同一根电缆的不同芯线同时传输动力电源和信号。但是如果开关量信号线的辐射路径要经过强电流设备空间或距离较远时要考虑使用计算机专用屏蔽电缆。而模拟量信号电缆必须使用计算机专用屏蔽电缆。这种电缆的信号导线是扭绞在一起的，一是可以大大减少信号回路包围的面积，二是两根信号线到干扰源的距离大致相等，导线分布电容也基本相等，减少了感应耦合进入信号回路的差模干扰。
　　施工过程中信号电缆应按照传输信号种类分层敷设，至少要保证信号线和大电流电缆的分层敷设，如果由于空间问题不能保证信号线与大电流电缆的有效距离（不小于60cm），可以考虑在信号线外套用金属管等屏蔽措施以减少干扰。对于控制机柜内部的电缆或二次线，最好不要破坏信号电缆的纽绞形式，机柜内部的电源线、模拟量信号线、开关量信号线最好分开捆扎、分层布置，不同的信号不要使用同一个信号接插件。
　　4。良好的维护可以有效减少干扰的产生
　　对控制系统卡件、机箱、电源定期进行清灰可以有效减少机柜内模板之间干扰的产生，接线端子良好的紧固也可以有效减少热电势带来的干扰。
　　四、小结
　　控制系统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，合理有效地抑制干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取区别对待的方法，既要保证控制系统安全高效运行，又要节省不必要的抗干扰投资。才能够使控制系统正常工作，保证工业设备安全高效运行。