自动化仪表系统的干扰问题与解决方式

隋文军

（河钢承钢自动化中心，承德 067002）

自动化仪表系统的干扰问题与解决方式

隋文军

（河钢承钢自动化中心，承德 067002）

文章首先简要分析自动化仪表系统的主要干扰问题，在此基础上针对自动化仪表系统中的重要组成部分，提出了相应的干扰抑制措施，以期对干扰问题的解决有所帮助。

自动化仪表系统 干扰 抑制

1 自动化仪表系统的主要干扰问题

1.1 电磁干扰

自动化仪表系统的电磁干扰主要分为传导干扰与辐射干扰。前者通过仪表信号线引入干扰，后者通过干扰磁场产生辐射干扰仪表系统中的信号线。自动化仪表系统的电磁干扰主要来源于工作环境，如装置区内部电力或电子设备的交变电流，是产生交变磁场的重要因素。该磁场能够在一定范围内对自动化控制仪表的测控回路产生干扰。

1.2 漏电耦合干扰

回路间绝缘性能较差是导致自动化仪表漏电耦合干扰的主要原因。这种情况造成高电位回路通过绝缘电阻向低电位回路漏电，进而对系统运行产生干扰。回路间的绝缘电阻值越小，漏电耦合干扰越大。

1.3 共阻抗耦合干扰

在自动化仪表系统中，若2个及以上回路共用1个阻抗，则在其中1个回路产生电流的情况下，会导致其他回路产生干扰电压。干扰电压的大小受电流大小的直接影响，进而形成共阻抗耦合干扰。这类干扰主要分为电源内阻、公共地线、信号输出三种形式的共阻抗耦合干扰。

1.4 静电干扰

干扰电场一般会通过电容耦合的方式在自动化仪表系统的信号线上产生干扰。对于自动化仪表系统而言，其信号线上的2根平行导线间存在分布电容。由于2根导线为平行分布，故在电容耦合的作用下，其中1根导线上的电位会在另1根导线上感应出相应电位。若是信号线与动力线的敷设距离较近，便会使2根导线产生电位差，从而对自动化仪表系统产生静电干扰。

2 自动化仪表系统的干扰问题与解决方式

2.1 抑制干扰的原则

在自动化仪表系统的实际运行中，不可避免地存在着干扰现象。对于内部干扰而言，自动化仪表系统的结构设计是产生干扰的关键性因素，可采取优化系统结构布局、改进生产工艺等方法，将内部干扰控制在系统可靠运行允许的范围内。对于外部干扰而言，由于干扰形式多样且具有随机性，所以要根据具体情况采取相应的处理方法。从整体上来看，抑制自动化仪表系统干扰应遵循以下原则。

针对性原则。在抑制干扰过程中，要分清干扰类型、干扰性质、干扰来源等，采取针对性的抗干扰措施，将干扰控制在自动化仪表系统可接受的程度。

顺序原则。在解决自动化仪表系统干扰问题时，先采取减少干扰源的措施，之后再采取提高系统抗干扰能力的措施。

实用原则。综合考虑成本费用因素，选用效果好、费用少的干扰抑制措施，保证干扰抑制措施具备较强的实用性。

安全原则。想要完全抑制干扰是不可能的，若采取的抗干扰措施失败，则必须采取保护措施，降低抗干扰措施的负面影响，保证自动化仪表系统的安全运行。

2.2 干扰的抑制方法

2.2.1 仪表电源干扰的抑制

在自动化仪表系统中，共存着数字电路与模拟电路。由于电源端口最易受电磁干扰，所以必须采取有效的抑制措施。具体的，①分开数字电路的电源模拟与电路的直流电源，减小数字电路直流电源内阻，从而降低数字信号对模拟电路的干扰。②将滤波器安装在电源端口是常见的干扰抑制方法，但是这种方法对具有上百兆赫兹以上的频率噪声无法起到良好的抑制效果。为此，建议将群脉冲干扰抑制器安装在仪表电源中，不仅能够向信号源反射低频干扰信号，而且能够有效吸收高频噪声，通过反射与吸收相结合，达到良好的抑制干扰效果。③对电源进行隔离，选用DC变换器，消除通过自动化仪表的电源电路引入强干扰的现象，避免对CPU系统造成过大干扰。

2.2.2 印制电路板干扰的抑制

印制电路板是提供电路器件电气连接的重要硬件部分，其性能与自动化仪表的性能密切相关。为了控制自动化仪表系统的成本，经常采取均匀布局、减少空间的做法设计印刷电路板，但是没有考虑电磁的兼容问题，进而导致信号辐射的产生。为了解决这一问题，可采取以下做法：①适当加粗电源线和地线，将其分别布设在印制板的两面，有效避免因电源线和地线过细而造成电源和电位随负载变化，抑制噪声产生。②分割印制电路板上的元器件空间，集中放置同组的元器件，确保元器件之间互不干扰。先按照电源和电压对元器件进行初步分组，而后再按照数字与模拟、电流的大小进行细分组，保证组内的元器件具备相关性，统一元器件的排列方向。

2.2.3 单片机干扰的抑制

自动化仪表系统的微处理器通常为单片机系统。为保证单片机系统稳定运行，必须提高输入和输出信号的正确性。数字电路和模拟电路是单片机应用系统的组成部分，两部分存在着相互干扰，主要表现为线间耦合形成的串扰通路以及辐射对电源造成的干扰。所以，应对单片机系统采取有效的干扰抑制措施。具体的，在电磁兼容设计中，要做好接地设置，有效隔离功率与频率；在电源设计中，要充分考虑电源特性，如功率裕度、电源类型、供电方式等因素；在单片机系统中引入降频控制技术，以保障系统正常运行为前提，最大程度地降低频率。

2.2.4 模数转换器干扰的抑制

在自动化仪表系统模数转化器运行过程中，若受到较强的干扰噪声，则会影响运行的可靠性。数模转换器干扰主要来源于自动化仪表系统的安置环境，一旦发生外部温度变化、设备预热及引线电感等现象，就会产生干扰。具体的抑制措施：①选用积分式或双积分式的模数转换器。该类型模数转换器采用均值转换原理，可有效降低高频噪声影响，避免瞬间干扰的产生。②将转换器集成在传感器上，增强自动化仪表的抗干扰性，有效降低线路干扰影响。③为了抵消积分过程中因低频正负半波产生的干扰，可将同步采样频率设置为干扰频率的整数倍，有效抑制自动化仪表周围环境带来的低频干扰。④相较电压传输，电流传输具备传输距离长、干扰耐受能力强的特点，所以应当将电压传输替代为电流传输。⑤为降低共模电流，可采用浮地技术对地电流进行隔离。⑥屏蔽法是抑制高频共模干扰的有效方法，在干扰信号较强时，利用这种方法能够消除屏蔽体与传输线在分布电容上的共模电压。⑦在模数转化器中采用软件滤波技术，以降低周边环境对系统的干扰。

3 结论

综上所述，自动化仪表系统作为工业生产中不可或缺的重要组成部分之一，其运行稳定与否至关重要。如果出现干扰问题，则会对系统的运行可靠性造成影响。为此，必须在分析干扰问题的基础上，针对系统中的重要组成部分，采取合理可行的干扰抑制措施，从而最大程度地降低干扰，保证系统正常运行。

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Discussion on Interference Problem and Solution of Automatic Instrument System

SUI Wenjun
(Hegang Steel Automation Center, Chengde 067002)

In this paper, the main interference problems of automatic instrumentation system are briefly analyzed. On the basis of the above, an appropriate interference suppression measure is proposed for the important components of automatic instrumentation system, so as to solve the interference problem.

automated instrumentation system, interference, suppression