摘要：自动化控制系统中能否安全可靠的运行，仪表信号能够排除干扰，准确反馈尤为重要。本论文通过实践应用验证，对安装工程中仪控系统信号干扰的来源及输入方式的分析，对干扰的来源及输入方式进行分类，从而分析提出防干扰的应用措施，提高自动化控制中的稳定性和可靠性。
关键词：自动化；控制；抗干扰；分析；应用
随着工业化和自动化程度的不断提高，仪控系统监视、控制的I/O点数逐渐增多。仪控系统采用集成化的电子设备越来越多，分散控制系统的应用越来越普遍，对工厂的安全、经济、简便运行起到越来越重要的作用。现就工程中常见的仪控干扰因素及应对措施分析论述如下：
1.仪控系统信号干扰来源及输入方式分析
1.1干扰来源
凡是能在空间产生电磁场的电器设备和输电线路都能成为外部干扰源，即电气干扰。
a）工频干扰：大功率工频输电线（电缆）或电源变压器、发电机和连接这些设备的电源线等，使低电频的信号受到干扰。
b）射频干扰：大功率的高频发生装置、晶体管变流装置、直流电机整流子碳刷的滑力、电气装置接点断开时的火花、电焊机的弧光以及通讯用的对讲机等，都产生强烈的高频电磁波，以空间辐射的形式向四周扩散，从而传播到弱电路中，引起电气干扰。
c）感应干扰：在交流强电导线或设备周围存在交变磁场，当弱电信号导线经过上述磁场附近时，将以电磁感应的形式，耦合到有用的信号回路中去。
1.2干扰输入方式
在现场，各类干扰会通过不同途径与仪表电路耦合。干扰的耦合方式常有以下几种。
a）电容耦合：由2个电路之间的静电效应而引起的干扰。若干扰线与测量线平衡敷设时，相当于2个电路间有一电容器存在，干扰线的干扰电压经过此电容耦合到测量线上产生干扰电压。
b）电阻耦合：当测量线和电源线（或其它高电平导线）之间绝缘不良，存在漏电阻时，将产生漏电流而使测量装置产生很大干扰。
c）电感耦合：2个电路之间存在互感，其中1个电路的电流变化，通过磁交链影响到另一个电路的电路变化，产生干扰电流。
d）共阻抗耦合：2个电路间有公共阻抗，其中1个电路的电流以公共阻抗产生压降，就要在另1个电路中产生干扰电压。如1个电源给几个仪表同时供电，由于电源存在内阻，书店线路也有一定的阻抗，所以只要任1台仪表的电流发生变化，都会影响另一台仪表的供电电压，造成干扰。
e）差模干扰：干扰信号与有用信号叠加在一起，使接收器的1个输入电压相对地对另1个输入端电位发生变化，称为差模干扰。
f）共模干扰：由于接地不合理引起的干扰。如果信号电缆的两端同时接地，则2点的接地系统可能出现电位差异ΔE，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，形成干扰。
以上这几种干扰输入方式，由于现在仪控系统设计完善和设备状态的改进，电阻耦合和共阻抗耦合引起的干扰较少出现，而由于接地引起的共模干扰和电感耦合干扰在施工过程中较为常见，也比较难以排查，应该予以足够重视。
2.防止干扰的一般方法
清楚了干扰的输入方式，就知道如何采取防护措施，增强弱电信号回路的抗干扰能力。从安装角度总结了一些常用的抑制干扰技术和预防措施。
2.1物理性隔离
增大电子控制装置、信号导线与干扰源、动力线之间的距离是降噪的有效措施。但由于设计、设备组装、布线空间等条件限制，只能尽量去做。
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弱电信号导线应避免和强电导线相互平行敷设，更不得捆扎在一个线束中，或使用同一根电缆。强电电缆与弱点电缆应分开敷设，并按电力电缆、控制电缆、信号电缆由上到下排列。若只能放在同一桥架内，之间要装隔板。仪控电缆不可以放在高压电场内。对与电容式设备的二次电缆，施工要与地靠近平直。在发电机或高压电缆等附近有较强辐射处，要注意应有铜皮或铝箔等做成密封箱来起屏蔽作用，
同一个信号回路的2根导线，需取自同一根电缆中。弱电信号回路不应与强电系统共用接地线。上述物理性隔离一般设计都会考虑到，但是在安装过程中还是要注意，有助于提高安装质量，减少联合调试时的工作量。
在污水项目中，出现过一个问题，在PLC控制间操作循环水泵时，循环水泵时而能够连锁动作，时而没有反应。检查线路回路、PLC模块均没有问题，发现其中从MCC控制柜引至PLC控制间的连锁信号电缆和循环水泵的电力电缆有一段距离是共用一段电缆桥架。而两种电缆之间未加任何隔离措施。初步分析是信号电缆与电力电缆之间存在电容耦合，干扰信号至使信号不稳定，于是将此段公用电缆桥架中信号电缆和电力电缆改用中间带隔板的电缆桥架并用铝箔加强隔开。隔开后起到屏蔽作用，信号不稳定状况消失，控制室操作正常。
2.2电隔离
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，以及就地设备与分散控制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，常用解决办法就是对DI/DO信号采用继电器隔离，或者采用电磁隔离和光电隔离技术的隔离器。使用隔离器不仅减少外电路对内电路的干扰，而且有助于提高系统的安全性。
在某腈纶纺丝项目试运行时，发现现场一调节阀位置反馈信号出现失真：控制指令为50％开度，但是位置反馈信号围绕50％上下以较大幅度波动，2块冗余的卡件采集得到的信号都是如此。查就地信号没有故障，因此判断可能是接地问题引起的。现场调节阀自带电源，电源有接地点A，和分散控制器系统接地点B可能存在电势差，不对称接地在信号回路上产生电流，叠加在4～20mA的模拟信号上。该干扰即为前面所述共模干扰。
采取的措施是在信号回路C/D处增加信号隔离器该隔离器即为继电器，采用电隔离的办法，使干扰回路被断开，信号恢复了正常。
2.3平衡
利用电路上的平衡关系，让2根传输同一信号的导线具有相同的干扰电压，可使干扰电压在这2根导线的负载上自行抵消。用这种方法，能有效地抑制外电路的电磁干扰（差模干扰）。双绞线是平衡电路的一种形式，这是双绞线本身就是一个平衡结构的缘故。
2.4正确和良好的接地
接地就是要与地保持同电位。对电测装置来说，“地”是指基准电位点，接地就是使与基准电位的各点连接。所以电测装置的接地，一方面是输入、输出信号有公共零电位，使得各级电信号有一个基准电位作参考；另一方面也是屏蔽体接至基准零电位以抑制干扰的需要。
地电位十分复杂，大地本身各点电位经常不是相同的。为了尽量削弱干扰，采取“等点位接地”的原则，且接地电阻要小并稳定。
分散控制系统接地，一般是相对独立的。各机柜采用有绝缘护套的导线和电缆牢固的接到地线汇流铜排上，最后从汇流铜排用大截面（大于25mm2）带绝缘护套的铜导线或电缆连接至接地网。介入分散控制系统的屏蔽电缆，一般都采用在机柜侧接地，就地设备侧屏蔽电缆做好绝缘浮空，以保证系统接地点的一致性。
3.结束语
根据工程实践，在自动化仪表控制系统应用中，抗干扰问题是非常值得关注的。抗干扰其实是一个非常复杂的系统工程，在设计、施工、调试各个环节都要周密的考虑到仪控系统的干扰问题。因此，要求在安装调试过程中，处处要注重仪控系统的抗干扰措施的优化，特别是接地的正确性，是保证仪控设备正常运行的关键。另外，试运行期间要慎重使用对讲机等高频通讯工具，尤其在现场电子设备比较多的地方。
参考文献：
[1]自动化仪表工程施工及质量验收规范：GB_50093-2013
[2]热工测量和仪控仪表的安装：中国水利电力出版社
[3]检查与仪表：机械工业出版社
[4]自动控制原理：科学出版社
论文作者:段新亮
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/6/28
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