计算机控制系统的抗干扰方法分析

孙永文

【摘  要】随着计算机技术的发展，其在现代化工业控制当中已普遍运用，在一些复杂的环境当中，计算机控制系统常常不可避免地受到各种干扰影响，这些干扰因素的存在，可能会使控制系统的各种性能和控制指标下降，甚至产生不良后果。论文分析探讨了计算机控制系统的干扰因素、作用方式，并对抗干扰解决方案进行了分析和说明。

【Abstract】With the development of computer technology， it has been widely used in modern industrial control. In some complex environment， computer control system is often inevitably affected by various kinds of interference. The existence of these interference factors may make the performance of the control system and the control index decline， and even produce adverse consequences. This paper analyzes and discusses the interference factors and action modes of computer control system， and analyzes and explains the solution of anti-interference.

【关键词】计算机控制系统;干扰;抗干扰策略

【Keywords】computer control system; interference; strategy of anti-interference

【中图分类号】TP273+.5                                             【文献标志码】A                                                 【文章編号】1673-1069（2021）06-0128-02

1 引言

计算机控制系统的干扰问题是普遍存在的，对其内外部的干扰因素进行抑制和消除的过程，就是实施抗干扰的过程。在现代化生产过程当中，常常要求计算机控制系统能够安全可靠并且连续性地工作，而较差的工作环境，会使得外界干扰因素加重，因此，在这种情况下，就必须要通过提高计算机控制系统的抗干扰能力，来保证其运作的可靠性。

2 计算机控制系统的干扰因素

对计算机控制系统造成干扰的因素，是指除了有用信号以外的各种噪声或者使计算机控制设备不能够正常运行的破坏性因素。这些干扰因素的存在，使得计算机控制系统的各项性能发生变化，从而无法按照预定的程序或控制逻辑顺利进行工作。抗干扰技术，就是针对这些干扰因素而采取的抑制和消除手段。为有效地解决干扰因素对计算机控制系统的影响，就必须要弄清计算机控制系统当中这些干扰信息的来源[1]。干扰信息源往往是错综复杂的，可以将其分为内部干扰以及外部干扰2种。计算机控制系统的内部干扰因素，往往是由计算机系统的结构布局以及设计和制造工艺的缺陷产生的，具体表现形式如内部逻辑电路电磁辐射造成的相互干扰，多点接地而造成的电位差引入的干扰信号等。计算机控制系统的外部干扰因素和计算机所处的使用环境有关，常见的外部干扰因素包括，来自空间辐射的干扰和来自电源或信号线导入的干扰。

例如，供电网络的电压或电流变化通过输电线路或电磁波引入系统的干扰，以及在雷雨天气时产生的干扰电波、气象条件引起的干扰和地磁场干扰等[2]。现代化工业环境的复杂化，使得计算机系统的使用环境往往比较恶劣，因此，容易受到各种各样的干扰，这些干扰因素的存在使得计算机控制系统的精度受到严重的影响，不但降低计算机系统的可靠性和稳定性，严重时还会导致计算机系统运行混乱，发生严重的故障。总而言之，计算机控制系统的干扰因素是多方面的，它有可能是由系统本身产生，也有可能受外界因素的影响而产生，这些干扰因素通过不同的途径作用于计算机控制系统，最终引起的后果和干扰强度以及干扰因素的性质直接相关。干扰因素是客观存在的，不能够避免，只能通过提高抗干扰技术来对干扰信号进行消除和抑制。

3 计算机控制系统干扰因素的作用方式

计算机控制系统干扰因素的作用方式，主要可分为共模干扰、差模干扰以及长线传输干扰这3类。

第一，共模干扰作用方式。对于应用于过程控制的计算机而言，其不同的接地点之间，由于电位差的存在会对放大器造成一定的干扰，这个干扰就叫作共模干扰，也可以称作纵向或者共态干扰。共模干扰可能是交流干扰，也可能是直流干扰，它的幅值可能达到几伏甚至是更高，具体的幅值由计算机系统运行现场的外部环境以及设备接地情况决定。

第二，差模干扰作用方式。差模干扰又可称为串模干扰。差模干扰指的是串联和信号源回路之间的干扰。差模干扰产生的原因包括空间磁场耦合、信号回路中各个元件的参数变化等。

第三，长线传输干扰作用方式。计算机控制系统从现场信号到现场执行机构，信号传输需要一段距离的线路，对于频率较高的信号而言，很多情况需要视为长线传输，在这种情况下，信号相对容易受到外界干扰，容易产生延迟和反射，当信号到达执行机构时已经严重畸变。

4 计算机控制系统的抗干扰措施

虽然计算机控制系统由于自身以及外界的影响，会受到各种各样的干扰因素的影响，但是通过合理应用抗干扰措施，能够极大地减少和控制干扰作用。针对计算机控制系统存在的主要的干扰源，应该尽可能地从衰减干扰信号能量、阻止剩余的干扰信号进入控制系统的角度采取抗干扰措施，主要的抗干扰措施有：抑制空间感应干扰、抑制电源系统干扰、借助软件进行抗干扰、“地”线配置实现抗干扰以及过程通道抗干扰。

4.1 抑制空间感应干扰的策略

空间感应是电磁场在空间传播的过程中产生的，一般可以借助于屏蔽或者正确接地设计进行解决。电磁场屏蔽的方式解决分布电容问题，其主要措施是避免高频率的电磁场辐射干扰，将连接大地的第一组金属材料作为屏蔽层，屏蔽层采用高导磁材料并接大地，能够很好地起到防止磁感应以及磁耦合的作用。

4.2 抑制电源系统干扰的策略

由电源系统产生的干扰是计算机控制系统的一个主要干扰源，能够在一定程度上提高电源系统抗干扰水平。出于防范其他用电设备干扰的目的，在有条件的环境下，可以给计算机控制系统单独从配电室直接引电源线，达到“净化电源”的目的。在通常情况下，为抑制电源系统产生的干扰，还需要合理配置和使用稳压和滤波设备，例如，通过采用交流稳压器或者电源低通滤波器置于电源输入端[3]。还可以采用抗干扰能力比较强的开关稳压电源，由于其具有高功率、低能耗的特点，能够减小系统产生的干扰影响。还可以采用将大系统进行模块化划分，采用分布式独立供电的方式，能够有效减小各功能模块通过公共电源时造成的相互影响，从而减少电源系统干扰。

4.3 借助软件设计实现抗干扰

在很多比较恶劣的工业生产环境下，计算机控制系统除了要在一些硬件方面采取有效的抗干扰措施以外，还必须同时借助软件方式，对影响控制系统的一些干扰因素进行防范。可以通过以下的一些措施来进行解决：

第一，针对不同的信号特征，采用不同的软件滤波或多种滤波方式相结合，消除或降低干扰信号的影响，如针对连续的慢速变化的信号，可采用中值滤波消除随机干扰。此外，常用的软件滤波方法还包括限幅、加权平均、递推平均、限幅平均消抖以及数字滤波等方法。

第二，采用指令冗余技术和设置软件陷阱，可以使“跑飞”的程序重新回到正轨，能够有效消除随机干扰，提高系统可靠性。

第三，利用“看門狗”技术，一旦程序某阶段运行超过限定时间，就确认系统已经进入“死机”状态，立即进行CPU复位，使之返回正常程序流程。

4.4 “地”线配置实现抗干扰

对于计算机实时控制系统，采用正确的接地配置是抑制和消除干扰信号的一个主要方法。接地和屏蔽的正确结合，可以解决很多的干扰问题。计算机控制系统的地线包括直流地线、设备安全保护地线以及电源交流地线。计算机必须具备良好地线，机房地线也应该在周围铺设网状的线，并且接地电阻值必须在合理范围内。计算机控制系统当中的每一个装置只能具有一个接地点，系统地线为了减少接地电阻，应该尽量保持短而粗的特点。此外，要注意不能够将交流地线当作设备的安全保护地线。

5 结语

综上所述，论文对干扰的原因、作用方式和抗干扰措施进行了全面的剖析，计算机系统处在复杂的作业环境下，容易受到内外部干扰因素的影响，这些干扰因素无法完全被避免，但是能够利用抗干扰技术得到很好的抑制与消除处理。针对不同的干扰因素和使用环境，需要采取有针对性的抗干扰措施，以保证计算机控制系统的正常运行。

【参考文献】

【1】党杰.计算机控制系统干扰来源影响及抗干扰措施探究[J].电子测试，2015（04）：116-117+102.

【2】柯敏毅.工业控制计算机系统中的常见干扰及处理措施[J].工业控制计算机，2000（05）：57-59+61.

【3】李影颖.后方仓库计算机控制系统干扰源及抗干扰对策[J].数码世界，2018（06）：392.