【摘 要】针对自控化设备的大量使用，现场存在的干扰也是各种各样，了解干扰形成原因，找到解决干扰的方法，是各类自动化设备可以正常运行的基础。
【关键词】干扰；干扰来源；干扰处理
随着自动化工业的迅速发展，自动化设备的使用也越来越频繁，而自控仪表的使用场合的往往存在着一定的复杂和多样性，因此也决定了仪表在使用过程会存在这样或那样的干扰，而这些干扰对仪表(特别是二次仪表)来说影响是很大的。下面就对仪表在现场抗干扰方面来和大家共同探讨一下：
1 仪表干扰的一般分类及来源：
对控制系统而言，干扰源一般是以干扰源的模式来分类，可分为差模干扰和共模干扰。
差模干扰：差模干扰也叫串模或对称干扰，它是指作用在信号两极之间的干扰电压，干扰信号同时从信号的二极引入，方向与信号电流方向一致地，并与原信号相叠加。它主要由电网串入、地电位差等原因引入的。
共模干扰：共模干扰也叫共地或不对称干扰，它一般是指作用在信号线与地(大地)之间的干扰电压。干扰信号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。
干扰信号的来源：来自电源的干扰：这种干扰是来源于电源系统，如电网不稳定，大型设备的起停等等。来自信号线的干扰：由于信号线上传输的是有效的信号，如果串入其他的信号，那么就会对仪表内部的信号处理电路产生影响，如出现跳字，误动作甚至元器件损坏(特别一些CMOS芯片)等，而这些干扰源一般来外部空间的电磁辐射对信号线产生的干扰，也就是感应干扰。
来自接地系统的干扰：接地措施一般是防止电磁干扰的有效方法，但错误的接地反而会引会更为严重的干扰。对于一套控制系统来说地线可分为交流地和信号屏蔽地。
2 干扰的抑制
2.1串模干扰的抑制
串模干扰与被测信号所处的地位相同，因此一旦产生串模干扰，就不容易消除，因此应当首先防止它的产生。防止串模干扰的措施一般有以下这些：
信号导线的扭绞。由于把信号导线扭绞在一起能使信号回路包围的面积大为减少，而且是两根信号导线到干扰源的距离能大致相等，分布电容也能大致相同，所以能使由磁场和电场通过感应耦合进入回路的串模干扰大为减小。
屏蔽。为了防止电场的干扰，可以把信号导线用金属包起来。通常的做法是在导线外包一层金属网（或者铁磁材料），外套绝缘层。屏蔽的目的就是隔断“场”的耦合，抑制各种“场”的干扰。屏蔽层需要接地，才能够防止干扰。以上的几种方法是主要是针对与不可避免的干扰场形成后的被动抑制措施，但是在实际过程中，我们应当尽量避免干扰场的形成。譬如注意将信号导线远离动力线；合理布线，减少杂散磁场的产生；对变压器等电器元件加以磁屏蔽等等，采取主动隔离的措施。
2.2共模干扰的抑制
由于仪表系统信号多为低电平，因此，共模干扰也会使仪表信号产生畸变，带来各种测量的错误。防止共模干扰通常采取的措施如下：
接地。通常仪表和信号源外壳为安全起见都接大地，保持零电位。信号源电路以及仪表系统也需要稳定接地。但是如果接地方式不恰当，将形成地回路导入干扰。通常，仪表回路采用在系统处单点接地，但是事实上，信号源侧对地不可能绝缘，所以，从这个意义上来说，不可能彻底的消除地电位差引进的干扰。所以为了提高仪表的抗干扰能力，通常在低电平测量仪表中都把二次仪表“浮地”，也就是将二次仪表与地绝缘。以切断共模干扰电压的泄漏途径，使干扰无法进入。在实际应用中，我们通常将屏蔽和接地结合起来应用，往往能够解决大部分的干扰问题。如果将屏蔽层在信号侧与仪表侧均接地，则地电位差会通过屏蔽层形成回路，由于地电阻通常比屏蔽层的电阻小的多，所以在屏蔽层上就会形成电位梯度，并通过屏蔽层与信号导线间的分布电容耦合到信号电路中去，因此屏蔽层也必须一点接地。并且，信号导线屏蔽层接地应与系统接地同侧。
事实上，由于二次仪表的外壳为了安全，是需要接地的。而仪表的输入端与外壳之间一定存在分布电容和漏阻抗，因此，浮地不可能把泄漏途径完全切断，因此，必要的时候，通常采用的是双层屏蔽浮地保护。也就是在在仪表的外壳内部再套一个内屏蔽罩，内屏蔽罩与信号输入端已经外壳之间均不做电气连接，内屏蔽层引出一条导线与信号导线的屏蔽层相连接，而信号线的屏蔽在信号源处一点接地，这样使仪表的输入保护屏蔽及信号屏蔽对信号源稳定起来，处于等电位状态。
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另外，经常采用的抗干扰措施还有隔离，也是通过阻止干扰回路的形成来抑制干扰。这些方法的作用是叠加的。通常，我们会采取其中的一种或几种方法来提高信号测量的抗干扰能力。
3 对干扰信号的分析及处理方法：
对于二次仪表来说干扰信号对它的影响主要体现在以下二个方面，一是仪表内部参数被自行修改或出现错乱，自行复位甚至死机；二是仪表显示值会异常跳动。
3.1仪表内部参数被自行修改或出现错乱，自行复位甚至死机：
通过对现场的观察，可以发现此类现像一般出现在仪表输出的继电器动作瞬间或外部的大型电器设备的起停瞬间，因此此类的干扰一般是来自电源部份的，其干扰类型可以归为差模干扰。
如仪表内部的参数被自行修改，从仪表的硬件上分析，是因为内部的E2PROM被错误的擦写；复位，死机从硬件上可以分析是由于CPU内部的程序被干扰信号冲乱，导致CPU的复位或程序的错乱。以上的这些现像就是因为干扰信号通过继电器电路或电源电路直接串入了仪表内部的数字电路，从则造成E2PROM和CPU的产生错误的读写信息导致程序的混乱。
为了防止此类现像的出现，就要从源头入手。通过上面的分析可以得出干扰源是通过继电器电路或电源电路引入的。那边我们就要从这两个方面入手来寻找干扰的来源。
从现场的经验来看，发生此类现像的原因主要由于仪表供电电源与一些大型设备的供电采用了共相的电源或两组供电电缆靠的太近；继电器输出的触点直接去接大电流的设备。由于这些大型设备在起停的瞬间都会产生一些高次诣波或浪涌冲击，这些干扰源就通过电源线引入到了仪表的电源或继电器的触点上，从而对仪表产生的影响。
此类的干扰的产生一般是不能消除的，我们只能预防它的产生。
如大型的设备的供电与仪表供电采用不同相或不同组的电源，或是在仪表的电源加装低通滤波器；
对于继电器输出触点来说，接外部控制设备时一般都要通过加装中间继电器后再接入外部的控制设备，或是在继电器触点两端加装RC吸收电路(以输出容量为220V/3A的继电器为例，可选用33Ω/2W和0.22U/450V的高压电容，采用先串后并的方式接到输出触点两端)。
通过以上的措施基本上可以达到一定的抗干扰效果。
3.2仪表显示值会异常跳动
仪表的显示值在现场产生异常跳动，此类的干扰是最为头痛的，它即可能是有串模干扰也有可能是共模干扰，而我们只能从现场的实际情况进行处理了。
此类现像的干扰主要是从信号线串入的，干扰的来源主要是来自于附近的大功率的变频器，布线槽，或是接地系统。
我们可以通过以下的几个措施来消除它：近端有变频器的可以将变频器远离仪表盘柜；布线槽中的信号线不能与电源线缠绕在一起，应平行并分开放置；信号线采用带屏蔽层的电缆，当屏蔽层接地时，应注意不能将同一根电缆的屏蔽层两头都接地，只要接一头就可以了。对于小电流的信号(如热电阻，热电偶，常用的标准信号：4-20mA等等)可以在信号两端并接一电容来减少干扰，推荐使用0.01U/50V的钽电容，注意此种电容是有极性的，而有一定的耐压，接入时请确定其信号极性及耐压后再接入。
控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，它具有多样性和复杂性，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，具体处理，才能够使控制系统正常工作。
4 结论
在电气化飞速发展的现代社会，仪表在各个领域中的应用越来越广泛。为了保证仪表测量结果的高精度性，采用必要的方式控制干扰因素，确保在仪表测量过程中不受周围干扰因素影响，提高仪表配置的抗干扰能力就显得非常重要。当然，抑制仪表干扰的方法并不是只有以上几种，但无论是何种方法，只要应用得当能为我们服务，都应该在实践中将其发扬起来，以求更好的抗干扰技术。
参考文献：
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[2]曹骞,张世杰.浅谈自动化仪表的干扰及抑制措施[J].装备制造技术,2011,05:65-68.
[3]侯胜华.冶金仪表的干扰及抗干扰系统设计[J].仪器仪表用户,2016,07:30-32.
论文作者:蒋毅
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第16期
论文发表时间:2016/11/15
标签：干扰论文; 仪表论文; 信号论文; 屏蔽论文; 抗干扰论文; 导线论文; 继电器论文; 《低碳地产》2016年8月第16期论文;