摘要：随着电子式仪表的广泛应用，仪表及控制系统的可靠性越来越受到人们的重视，其直接影响到生产装置运行的安全、稳定，而系统可靠运行的关键之一是系统的抗干扰能力。在长期的工作实践中发现，由于干扰源比较复杂，干扰和接地问题引起的故障表现得不直接，仪表及控制系统的抗干扰和接地问题往往混淆或忽略。如果抗干扰措施得不到保证，轻则引起测量误差，重则可能造成设备损坏。本文对仪表控制系统的干扰源及抗干扰措施进行分析研究。
关键词：仪表；控制系统；抗干扰；措施
1引言
干扰问题一直困扰着自动控制系统正常功能的顺利实现，干扰不仅会造成测量误差，甚至还会造成保护误动，危害极大。要彻底解决这个问题，必须分析信号干扰产生的来源和传播信息途径，只有屏蔽干扰源，切断传播途径，或把干扰强度降到最大可能低的限度内，并增强设备的抗干扰性能，才能从根本上解决干扰问题。
2仪表控制系统干扰分析
2.1来自信号线引入的干扰
（1）在被控现场往往有很多信号同时接入计算机，这些信号线不管走电缆槽还是电缆管，都是很多根信号在一起走线。这些信号之间均有分布电容存在，会通过分布电容将干扰加到别的信号线上，同时，在交变信号线周围产生多个交变磁通，而这些交变磁通在并行的导体之间产生电动势，造成线路上的干扰。（2）信号线受空间电磁辐射感应产生干扰。电磁辐射主要由电力网络和电气设备的暂态过程、无线电等产生。在氯碱工业中有很多大型电气设备频繁启动，大的开关装置频繁动作，这些电动机的启动、开关的闭合（暂态过程）产生的火花会在其周围产生很大的交变磁场，这些交变磁场通过在信号线上耦合产生干扰。（3）雷电干扰。当出现雷电天气时，会在其周围产生高压电场，信号回路感应出很高的冲击电压，这种冲击电压强烈干扰回路，使回路无法工作甚至烧毁安全栅或输入卡件。（4）生产流程中的用电设备绝缘不良，以及其他情况导致用电设备漏电，在测量线路上也可产生纵向干扰。
2.2静电干扰
电场、电压型干扰源对信号线以及信号线对地之间总有分布电容，通过电容耦合，信号线上势必会出现干扰的分流电压。由于DCS控制系统都有金属外壳，可屏蔽掉外部静电感应。静电感应主要对信号传输系统产生干扰。该干扰系统由于信号电缆周围存在着静电电容而引起。由于平行导线间存在着分布电容，通过分布电容的耦合，一根导线上的电位会在另一根导线上感应出相应的电位。当两根信号线和动力线平行敷设时，由于动力线到两根信号线的距离不等，分布电容也不等，从而会在两根信号线上产生电位差。
2.3电源引入的干扰
工业计算机系统由电网供电，因电网会遭受所有电磁波的干扰而在线路上感应电压和电流，特别是电网内部的变化，如开关操作浪涌等，都通过输电线路传入电源原边，造成控制系统的故障。
3控制系统的抗干扰措施
控制系统的抗干扰是一个系统工程，既要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，又要求安装施工单位在工程设计、安装施工中予以全面考虑，还要求使用单位按要求进行使用维护保养。
3.1抑制干扰源
从制造单位角度，电源的波动造成的电压畸变将对控制系统产生影响。为了抑制此干扰，就要保持电压稳定，通常采用以下几种抗干扰方法：（1）使用高品质的隔离变压器，衰减从电源进线导入的高频干扰信号从而获得稳定的电源。（2）用频谱均衡法抑制电源中的瞬变干扰。从工程设计和施工角度，可采取以下措施：第一，仪表信号电缆的敷设路径应避开高电压、大电流等设备的区域。第二，仪表信号电缆与电力电缆应按照规范或设计要求距离敷设，切忌混敷在同一桥架内；如果现场情况无法达到规范要求，应采取有效的隔离措施（如在中间须设置隔板等）。（3）电路中采用低通滤波器抑制高次谐波。低通滤波器的内部电容采用不同的电感组合方式，其获得的抑制高次谐波的效果也不同。一般在电源中既使用滤波器又使用隔离变压器，但要注意电源一定要先接入滤波器再接隔离变压器。
3.2合理可靠的接地
完善可靠的接地系统是控制系统抗干扰的重要措施之一。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆接地本身非常复杂，如果在工程安装中没有设置好接地系统，那么其他抗干扰措施往往起不到作用。仪表接地系统由接地线、接地汇流排、公用连接板、接地体组成。
（1）电气仪表、电气设备的接地部分和接地体连接用的金属导体称为接地线。接地线按作用分为接地支线、接地分干线、接地总干线。接地线一般采用双绞线，接地支线截面积为1～2.5mm2，接地分干线截面积为4～25mm2，接地总干线截面积为16～100mm2。（2）接地汇流排宜采用铜条，当仪表盘内同时有保护接地和工作接地时，应单独设置汇流排。汇流排应用绝缘子与其他物体绝缘。（3）埋入地中并和大地接触的金属导体称为接地体。接地体一般采用长2.5m的57×3.5镀锌钢管或50mm×50mm×5mm的角钢。在生产实践中经常采用保护接地和工作接地单独设置接地体的方式，防止接地体发生故障时保护接地的地电流影响工作系统正常工作。曾有这样的实例，某电解分厂突然发现单级离子膜工序很多仪表点不正常，连锁停车。仪表人员从盘后给信号，显示一切正常，在检定室检定抽查的一次表也合格，因此判定是线路干扰所致。经检查发现，因现场施工破坏了接地极（保护接地和工作接地共用），保护接地主干线的电流反串到工作接地主干线，干扰了仪表信号。接地电阻值为4Ω，最高不超过10Ω，用专用表检测。值得注意的是各DCS生产企业对接地电阻值及接地体要求不同，应根据实际情况处理。（4）连接。仪表盘、仪表柜、仪表柜内的接地端子或接地汇流排，经各自的分干线连接至接地连接板，再由接地总干线与接地体连接；各汇流排、分干线应彼此绝缘；接地线的连接必须牢固可靠。接地支线与仪表和接地汇流排的连接为螺栓连接；接地分干线与接地汇流排和公用连接板的连接用焊接或螺栓连接；接地分干线、接地总干线与接地体的连接为焊接。螺栓连接时应装配防松零件。
3.3阻断干扰路径
在实际应用中，有些情况无法避免电磁环境干扰，这就要阻断干扰侵入信号回路的途径，使电磁干扰对信号的影响最小。可以采取下列措施：（1）仪表信号导线的扭绞。通过把两根信号线进行扭绞处理，可以大大减少磁通面积。扭绞的程度越高，即绞合的间距越小，抗干扰效果越好。动力电缆静电感应对信号电缆产生干扰时，由于信号导线扭绞，两根信号电缆与动力电缆的间距基本相同，对地电容也就很小，感应电势几乎为零。（2）屏蔽。在仪器用电缆的设计中，为了保证较好的屏蔽效果，测量电缆一般选用带屏蔽层的电缆，一些模拟量信号电缆甚至选用高频低损耗物理发泡射频同轴电缆。目前带屏蔽的信号电缆在设计中一般采用的屏蔽层材料为：铝带（铝塑复合带）包绕屏蔽、铜网（镀锡铜网）编织屏蔽和铜带（铜塑复合带）绕包屏蔽。
3.4提高抗干扰能力
要削弱接收电路对干扰的敏感性，必须提高检测装置的抗干扰能力。一般来说，低输入阻抗的电路比高输入阻抗的电路抗干扰能量强，数字电路比模拟线路的抗干扰能力强。因此，仪表检测系统检测装置应具备对有用信号敏感、抗干扰的特性。利用滤波技术抑制串模信号的干扰，常用的滤波器有RC滤波器和LC滤波器等几种。另一方面，通过输入/输出软件抗干扰技术、软件冗余技术、程序运行失常软件抗干扰技术提高仪表系统的抗干扰性能。
3.5软件抗干扰措施
采取硬件抗干扰后，虽然大部分干扰信号可以被过滤掉或屏蔽掉，但是因为干扰信号产生的原因种类多样，情况复杂，且具有很大的随机性，很难保证控制系统完全不受干扰影响。因此为了保证高精度、高稳定性的测量与控制，往往在硬件抗干扰措施的基础上，采取软件抗干扰技术加以补充，作为硬件措施的辅助手段。抗干扰能力的软件通常有重复执行指令、数字滤波等，方法简单、便于设计和修改、消耗的人力物力较少，在控制系统中获得了广泛的应用。对于控制系统装置（如PLC），其数据输入、输出、存储等系统属于弱电系统，其数据传输极易受到干扰，从而造成数据误差、控制失灵误动、程序混乱死机等，严重时会使系统程序破坏。因此，软件抗干扰主要是对数据进行分析处理达到预期目的。
4结语
综上所述，影响仪表控制系统的干扰信号比较多，企业需要根据实际情况，找出影响因素，运用多种抗干扰措施，比如主动切断干扰源、隔断干扰途径、提高抗干扰能力等方面来提高仪表系统的抗干扰能力。应加强对仪表系统的巡检，防止因仪表系统检测不精确而影响正常的生产活动。
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论文作者:王志远,胡浩翔
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/2
标签：抗干扰论文; 干扰论文; 信号论文; 仪表论文; 控制系统论文; 电缆论文; 信号线论文; 《电力设备》2018年第11期论文;