隋文軍

（河鋼承鋼自動化中心，承德 067002）

自動化儀表系統(tǒng)的干擾問題與解決方式

隋文軍

（河鋼承鋼自動化中心，承德 067002）

文章首先簡要分析自動化儀表系統(tǒng)的主要干擾問題，在此基礎(chǔ)上針對自動化儀表系統(tǒng)中的重要組成部分，提出了相應(yīng)的干擾抑制措施，以期對干擾問題的解決有所幫助。

自動化儀表系統(tǒng) 干擾 抑制

1 自動化儀表系統(tǒng)的主要干擾問題

1.1 電磁干擾

自動化儀表系統(tǒng)的電磁干擾主要分為傳導(dǎo)干擾與輻射干擾。前者通過儀表信號線引入干擾，后者通過干擾磁場產(chǎn)生輻射干擾儀表系統(tǒng)中的信號線。自動化儀表系統(tǒng)的電磁干擾主要來源于工作環(huán)境，如裝置區(qū)內(nèi)部電力或電子設(shè)備的交變電流，是產(chǎn)生交變磁場的重要因素。該磁場能夠在一定范圍內(nèi)對自動化控制儀表的測控回路產(chǎn)生干擾。

1.2 漏電耦合干擾

回路間絕緣性能較差是導(dǎo)致自動化儀表漏電耦合干擾的主要原因。這種情況造成高電位回路通過絕緣電阻向低電位回路漏電，進(jìn)而對系統(tǒng)運行產(chǎn)生干擾?；芈烽g的絕緣電阻值越小，漏電耦合干擾越大。

1.3 共阻抗耦合干擾

在自動化儀表系統(tǒng)中，若2個及以上回路共用1個阻抗，則在其中1個回路產(chǎn)生電流的情況下，會導(dǎo)致其他回路產(chǎn)生干擾電壓。干擾電壓的大小受電流大小的直接影響，進(jìn)而形成共阻抗耦合干擾。這類干擾主要分為電源內(nèi)阻、公共地線、信號輸出三種形式的共阻抗耦合干擾。

1.4 靜電干擾

干擾電場一般會通過電容耦合的方式在自動化儀表系統(tǒng)的信號線上產(chǎn)生干擾。對于自動化儀表系統(tǒng)而言，其信號線上的2根平行導(dǎo)線間存在分布電容。由于2根導(dǎo)線為平行分布，故在電容耦合的作用下，其中1根導(dǎo)線上的電位會在另1根導(dǎo)線上感應(yīng)出相應(yīng)電位。若是信號線與動力線的敷設(shè)距離較近，便會使2根導(dǎo)線產(chǎn)生電位差，從而對自動化儀表系統(tǒng)產(chǎn)生靜電干擾。

2 自動化儀表系統(tǒng)的干擾問題與解決方式

2.1 抑制干擾的原則

在自動化儀表系統(tǒng)的實際運行中，不可避免地存在著干擾現(xiàn)象。對于內(nèi)部干擾而言，自動化儀表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計是產(chǎn)生干擾的關(guān)鍵性因素，可采取優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局、改進(jìn)生產(chǎn)工藝等方法，將內(nèi)部干擾控制在系統(tǒng)可靠運行允許的范圍內(nèi)。對于外部干擾而言，由于干擾形式多樣且具有隨機(jī)性，所以要根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的處理方法。從整體上來看，抑制自動化儀表系統(tǒng)干擾應(yīng)遵循以下原則。

針對性原則。在抑制干擾過程中，要分清干擾類型、干擾性質(zhì)、干擾來源等，采取針對性的抗干擾措施，將干擾控制在自動化儀表系統(tǒng)可接受的程度。

順序原則。在解決自動化儀表系統(tǒng)干擾問題時，先采取減少干擾源的措施，之后再采取提高系統(tǒng)抗干擾能力的措施。

實用原則。綜合考慮成本費用因素，選用效果好、費用少的干擾抑制措施，保證干擾抑制措施具備較強(qiáng)的實用性。

安全原則。想要完全抑制干擾是不可能的，若采取的抗干擾措施失敗，則必須采取保護(hù)措施，降低抗干擾措施的負(fù)面影響，保證自動化儀表系統(tǒng)的安全運行。

2.2 干擾的抑制方法

2.2.1 儀表電源干擾的抑制

在自動化儀表系統(tǒng)中，共存著數(shù)字電路與模擬電路。由于電源端口最易受電磁干擾，所以必須采取有效的抑制措施。具體的，①分開數(shù)字電路的電源模擬與電路的直流電源，減小數(shù)字電路直流電源內(nèi)阻，從而降低數(shù)字信號對模擬電路的干擾。②將濾波器安裝在電源端口是常見的干擾抑制方法，但是這種方法對具有上百兆赫茲以上的頻率噪聲無法起到良好的抑制效果。為此，建議將群脈沖干擾抑制器安裝在儀表電源中，不僅能夠向信號源反射低頻干擾信號，而且能夠有效吸收高頻噪聲，通過反射與吸收相結(jié)合，達(dá)到良好的抑制干擾效果。③對電源進(jìn)行隔離，選用DC變換器，消除通過自動化儀表的電源電路引入強(qiáng)干擾的現(xiàn)象，避免對CPU系統(tǒng)造成過大干擾。

2.2.2 印制電路板干擾的抑制

印制電路板是提供電路器件電氣連接的重要硬件部分，其性能與自動化儀表的性能密切相關(guān)。為了控制自動化儀表系統(tǒng)的成本，經(jīng)常采取均勻布局、減少空間的做法設(shè)計印刷電路板，但是沒有考慮電磁的兼容問題，進(jìn)而導(dǎo)致信號輻射的產(chǎn)生。為了解決這一問題，可采取以下做法：①適當(dāng)加粗電源線和地線，將其分別布設(shè)在印制板的兩面，有效避免因電源線和地線過細(xì)而造成電源和電位隨負(fù)載變化，抑制噪聲產(chǎn)生。②分割印制電路板上的元器件空間，集中放置同組的元器件，確保元器件之間互不干擾。先按照電源和電壓對元器件進(jìn)行初步分組，而后再按照數(shù)字與模擬、電流的大小進(jìn)行細(xì)分組，保證組內(nèi)的元器件具備相關(guān)性，統(tǒng)一元器件的排列方向。

2.2.3 單片機(jī)干擾的抑制

自動化儀表系統(tǒng)的微處理器通常為單片機(jī)系統(tǒng)。為保證單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定運行，必須提高輸入和輸出信號的正確性。數(shù)字電路和模擬電路是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成部分，兩部分存在著相互干擾，主要表現(xiàn)為線間耦合形成的串?dāng)_通路以及輻射對電源造成的干擾。所以，應(yīng)對單片機(jī)系統(tǒng)采取有效的干擾抑制措施。具體的，在電磁兼容設(shè)計中，要做好接地設(shè)置，有效隔離功率與頻率；在電源設(shè)計中，要充分考慮電源特性，如功率裕度、電源類型、供電方式等因素；在單片機(jī)系統(tǒng)中引入降頻控制技術(shù)，以保障系統(tǒng)正常運行為前提，最大程度地降低頻率。

2.2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器干擾的抑制

在自動化儀表系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)化器運行過程中，若受到較強(qiáng)的干擾噪聲，則會影響運行的可靠性。數(shù)模轉(zhuǎn)換器干擾主要來源于自動化儀表系統(tǒng)的安置環(huán)境，一旦發(fā)生外部溫度變化、設(shè)備預(yù)熱及引線電感等現(xiàn)象，就會產(chǎn)生干擾。具體的抑制措施：①選用積分式或雙積分式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該類型模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用均值轉(zhuǎn)換原理，可有效降低高頻噪聲影響，避免瞬間干擾的產(chǎn)生。②將轉(zhuǎn)換器集成在傳感器上，增強(qiáng)自動化儀表的抗干擾性，有效降低線路干擾影響。③為了抵消積分過程中因低頻正負(fù)半波產(chǎn)生的干擾，可將同步采樣頻率設(shè)置為干擾頻率的整數(shù)倍，有效抑制自動化儀表周圍環(huán)境帶來的低頻干擾。④相較電壓傳輸，電流傳輸具備傳輸距離長、干擾耐受能力強(qiáng)的特點，所以應(yīng)當(dāng)將電壓傳輸替代為電流傳輸。⑤為降低共模電流，可采用浮地技術(shù)對地電流進(jìn)行隔離。⑥屏蔽法是抑制高頻共模干擾的有效方法，在干擾信號較強(qiáng)時，利用這種方法能夠消除屏蔽體與傳輸線在分布電容上的共模電壓。⑦在模數(shù)轉(zhuǎn)化器中采用軟件濾波技術(shù)，以降低周邊環(huán)境對系統(tǒng)的干擾。

3 結(jié)論

綜上所述，自動化儀表系統(tǒng)作為工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要組成部分之一，其運行穩(wěn)定與否至關(guān)重要。如果出現(xiàn)干擾問題，則會對系統(tǒng)的運行可靠性造成影響。為此，必須在分析干擾問題的基礎(chǔ)上，針對系統(tǒng)中的重要組成部分，采取合理可行的干擾抑制措施，從而最大程度地降低干擾，保證系統(tǒng)正常運行。

[1]陳莉莉.儀表自動化優(yōu)化設(shè)計分析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2013，（9）：132-134.

[2]徐利紅.工業(yè)自動化儀表抗電磁干擾設(shè)計探討[J].科技信息，2010，（11）：98-99.

[3]姚嘉俊.自動化儀表（DCS）常見故障以及預(yù)防性維護(hù)方法[J].科學(xué)家，2016，（4）：125-127.

[4]朱立信，朱麗華.自動化儀表常規(guī)故障剖析及調(diào)試選擇[J].電子世界，2014，（4）：74-76.

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