工业自动化控制系统的抗干扰技术剖析

李晓亮+耿小强

摘 要：自动化控制系统在工业领域的应用极大地推动了工业发展，有效提高了工业生产效益，但是在实际操作中工业自动化控制系统也暴露出很多问题，特别是受到多种因素的干扰，严重影响了工业自动化控制系统的稳定性，针对这个情况，应积极采取有效的抗干扰技术，最大程度地降低或者消除各种干扰源。本文分析了工业自动化控制系统的干扰情况，阐述了工业自动化控制系统的抗干扰技术，以供参考。

关键词：工业；自动化控制系统；抗干扰技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.009

近年来，我国工业发展逐渐朝着自动化、信息化、智能化方向发展，越来越多的自动化控制系统被应用在工业生产中，然而工业自动化控制系统应用现状却不理想，各种各样的干扰源对于自动化控制系统的稳定、正常运行产生了直接影响，所以应充分了解工业自动化控制系统受到的干扰情况，有针对性地进行抗干扰处理，提高工业自动化控制系统运行的稳定性。

1 工业自动化控制系统的干扰分析

1.1 传导干扰

（1）信号线引入干扰。电流通过信号线过程中产生感应磁场，相邻信号线受到感应磁场影响会产生一定的感应电流，随着感应电流的增大，和检测开关相连接的接收设备会受到干扰影响，由于信号线中电流持续流过，会影响和信号线相连接的自动化控制系统正常运行，使得控制器逻辑数据不稳定，甚至发生死机或者错误动作。

（2）设计施工干扰。工业自动化控制系统在施工设计阶段，由于操作、设备型号、调试、安装、工程技术设计等因素，安装设计过程中，接地系统混乱或者控制器、高频发生器或者开关高功率设备之间的距离较短，造成工业自动化控制系统设计施工干扰。

（3）电源线干扰。工业现场的电源线干扰非常常见，其主要来自两个方面，一方面是工业自动化控制系统受到供电电源耦合影响；另一方面，干扰信号通过供电电源系统进入自动化控制系统。工业自动化控制系统主要通过电网电源供电，其运行过程中经常受到很多因素的干扰和影响，例如，电网短路暂态冲击、大功率用电设备停止或者开启、电网波动等都会影响工业自动化控制系统的正常运行。

1.2 辐射干扰

工业自动化控制系统受到的辐射干扰主要是指电弧电路、高频感应设备、雷电、射频设备等产生的干扰，对于这种干扰源，在实际应用中没有很好的方法进行消除，而可以通过减弱或者直接切断电磁干扰传播途径，采用装设防雷设备、合理布置线路、保护隔离、等位机屏蔽或者联机等措施，保障工业自动化控制系统的安全运行。

2 工业自动化控制系统的抗干扰技术

2.1 软件设计

工业自动化控制系统设计过程中，采用惯性滤波、限幅滤波、中位值滤波、平均值滤波等方法通过计算机程序对系统信号实现数学处理，消除或者减少干扰信号的强度、数量，保障输入信号的稳定性和可靠性，这种方法计算机程序很容易移植，便于修改系统参数，有效提高数字滤波的稳定。

2.2 管线设计

为了减少工业自动化控制系统的干扰，应优化管线设计，包括通信线、电源线、信号线管道等，电源线设置应和通信管线保持足够距离，并且使用金属管道覆盖通信管线，正确敷设电缆线路，结合抗干扰、经济性、实用性等因素，选择合适的信号电缆线，其中最常见的是双芯屏蔽双绞线，电缆线敷设过程中应注意以下问题：其一，对于不同信号，敷设不同电缆线路，结合传输信号类型，分层敷设电缆线路；其二，不能使用同一根多芯电缆同时传输数字信号和模拟信号，电缆和电源线不能共用；其三，不能在同一个线槽中放置电源线缆和信号线缆，避免平行、近距离的进行敷设施工，若电源线缆和信号线缆必须放置在一起，两种线缆应保持60cm以上的距离；其四，大功率电动机应和信号线缆保持适当的距离。

2.3 电源设计

若工业生产现场包含变频器和大功率器件，对于电源线路采取科学有效的抗干扰措施，对电源设备进行有效隔离，在进线电源分级部位设置避雷器，使用隔离变压器设置在PLC电源输入端，对于隔离变压器的次级绕组和初级绕组，装设屏蔽层，然后做好可靠接地，通过双绞线作为二次侧接线。

2.4 接地设计

工业生产现场环境变化会干扰信号线，发生误动作、测量精度下降、死机、程序跑飞、系统数据混乱等现象，这主要是由于接地系统设置不合理，对于工业自动化控制系统应做好接地设计，通过正确、合理的接地设计，有效抑制工业自动化控制系统受到电磁干扰影响，在实际应用中包括信号屏蔽接地、系统接地和安全接地。工业自动化控制系统接地设计过程中，严格区分保护接地和工作接地，保护接地电阻不能超过2欧姆，强电设备接地点和接地极接地点之间保持10m以上的距离，埋设在工业生产现场建筑物周围10m的区域。信号源接地设计，在信号侧接地设置屏蔽层，若信号线中间如果有接头，做好绝缘处理，牢固连接屏蔽层，防止信号线多点接地，连接多芯对绞电缆线和屏蔽双绞线，相互连接好各个屏蔽层，然后进行绝缘处理以后，选择合适接地位置进行单点接地。另外，计算机接入信号之前，在大地和信号线之间连接电容，有效减少共模干扰，将滤波器装设在信号两极之间，减少差模干扰。

2.5 选择合适器件

结合不同电子设备的特性，选择合适的器件，例如，通过设置RC、AD双积分滤波器，使电流信号和电压信号转换传输过程中消除高频干扰，有效减少差模干扰。采用双绞线和差动输入器，做好单边接地、屏蔽地线和光电隔离，消除共模干扰。

3 结束语

工业自动化控制系统在实际应用中容易受到各种各样的干扰影响，而干扰抑制是一项非常复杂、系统的项目，应综合考虑多方面因素，在施工设计过程中结合自动化控制系统的规格和型号，做好各方面的抗干扰设计，提高工业自动化控制系统的安全性和可靠性。

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