孫永文

【摘? 要】隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其在現(xiàn)代化工業(yè)控制當(dāng)中已普遍運(yùn)用，在一些復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)常常不可避免地受到各種干擾影響，這些干擾因素的存在，可能會(huì)使控制系統(tǒng)的各種性能和控制指標(biāo)下降，甚至產(chǎn)生不良后果。論文分析探討了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的干擾因素、作用方式，并對(duì)抗干擾解決方案進(jìn)行了分析和說(shuō)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.

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng);干擾;抗干擾策略

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

【中圖分類號(hào)】TP273+.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）06-0128-02

1 引言

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的干擾問(wèn)題是普遍存在的，對(duì)其內(nèi)外部的干擾因素進(jìn)行抑制和消除的過(guò)程，就是實(shí)施抗干擾的過(guò)程。在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，常常要求計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠安全可靠并且連續(xù)性地工作，而較差的工作環(huán)境，會(huì)使得外界干擾因素加重，因此，在這種情況下，就必須要通過(guò)提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力，來(lái)保證其運(yùn)作的可靠性。

2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的干擾因素

對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)造成干擾的因素，是指除了有用信號(hào)以外的各種噪聲或者使計(jì)算機(jī)控制設(shè)備不能夠正常運(yùn)行的破壞性因素。這些干擾因素的存在，使得計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能發(fā)生變化，從而無(wú)法按照預(yù)定的程序或控制邏輯順利進(jìn)行工作?？垢蓴_技術(shù)，就是針對(duì)這些干擾因素而采取的抑制和消除手段。為有效地解決干擾因素對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的影響，就必須要弄清計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中這些干擾信息的來(lái)源[1]。干擾信息源往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，可以將其分為內(nèi)部干擾以及外部干擾2種。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)部干擾因素，往往是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局以及設(shè)計(jì)和制造工藝的缺陷產(chǎn)生的，具體表現(xiàn)形式如內(nèi)部邏輯電路電磁輻射造成的相互干擾，多點(diǎn)接地而造成的電位差引入的干擾信號(hào)等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的外部干擾因素和計(jì)算機(jī)所處的使用環(huán)境有關(guān)，常見(jiàn)的外部干擾因素包括，來(lái)自空間輻射的干擾和來(lái)自電源或信號(hào)線導(dǎo)入的干擾。

例如，供電網(wǎng)絡(luò)的電壓或電流變化通過(guò)輸電線路或電磁波引入系統(tǒng)的干擾，以及在雷雨天氣時(shí)產(chǎn)生的干擾電波、氣象條件引起的干擾和地磁場(chǎng)干擾等[2]?，F(xiàn)代化工業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化，使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用環(huán)境往往比較惡劣，因此，容易受到各種各樣的干擾，這些干擾因素的存在使得計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的精度受到嚴(yán)重的影響，不但降低計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行混亂，發(fā)生嚴(yán)重的故障。總而言之，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的干擾因素是多方面的，它有可能是由系統(tǒng)本身產(chǎn)生，也有可能受外界因素的影響而產(chǎn)生，這些干擾因素通過(guò)不同的途徑作用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，最終引起的后果和干擾強(qiáng)度以及干擾因素的性質(zhì)直接相關(guān)。干擾因素是客觀存在的，不能夠避免，只能通過(guò)提高抗干擾技術(shù)來(lái)對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行消除和抑制。

3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)干擾因素的作用方式

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)干擾因素的作用方式，主要可分為共模干擾、差模干擾以及長(zhǎng)線傳輸干擾這3類。

第一，共模干擾作用方式。對(duì)于應(yīng)用于過(guò)程控制的計(jì)算機(jī)而言，其不同的接地點(diǎn)之間，由于電位差的存在會(huì)對(duì)放大器造成一定的干擾，這個(gè)干擾就叫作共模干擾，也可以稱作縱向或者共態(tài)干擾。共模干擾可能是交流干擾，也可能是直流干擾，它的幅值可能達(dá)到幾伏甚至是更高，具體的幅值由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的外部環(huán)境以及設(shè)備接地情況決定。

第二，差模干擾作用方式。差模干擾又可稱為串模干擾。差模干擾指的是串聯(lián)和信號(hào)源回路之間的干擾。差模干擾產(chǎn)生的原因包括空間磁場(chǎng)耦合、信號(hào)回路中各個(gè)元件的參數(shù)變化等。

第三，長(zhǎng)線傳輸干擾作用方式。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)從現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，信號(hào)傳輸需要一段距離的線路，對(duì)于頻率較高的信號(hào)而言，很多情況需要視為長(zhǎng)線傳輸，在這種情況下，信號(hào)相對(duì)容易受到外界干擾，容易產(chǎn)生延遲和反射，當(dāng)信號(hào)到達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)已經(jīng)嚴(yán)重畸變。

4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾措施

雖然計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由于自身以及外界的影響，會(huì)受到各種各樣的干擾因素的影響，但是通過(guò)合理應(yīng)用抗干擾措施，能夠極大地減少和控制干擾作用。針對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)存在的主要的干擾源，應(yīng)該盡可能地從衰減干擾信號(hào)能量、阻止剩余的干擾信號(hào)進(jìn)入控制系統(tǒng)的角度采取抗干擾措施，主要的抗干擾措施有：抑制空間感應(yīng)干擾、抑制電源系統(tǒng)干擾、借助軟件進(jìn)行抗干擾、“地”線配置實(shí)現(xiàn)抗干擾以及過(guò)程通道抗干擾。

4.1 抑制空間感應(yīng)干擾的策略

空間感應(yīng)是電磁場(chǎng)在空間傳播的過(guò)程中產(chǎn)生的，一般可以借助于屏蔽或者正確接地設(shè)計(jì)進(jìn)行解決。電磁場(chǎng)屏蔽的方式解決分布電容問(wèn)題，其主要措施是避免高頻率的電磁場(chǎng)輻射干擾，將連接大地的第一組金屬材料作為屏蔽層，屏蔽層采用高導(dǎo)磁材料并接大地，能夠很好地起到防止磁感應(yīng)以及磁耦合的作用。

4.2 抑制電源系統(tǒng)干擾的策略

由電源系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)主要干擾源，能夠在一定程度上提高電源系統(tǒng)抗干擾水平。出于防范其他用電設(shè)備干擾的目的，在有條件的環(huán)境下，可以給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)單獨(dú)從配電室直接引電源線，達(dá)到“凈化電源”的目的。在通常情況下，為抑制電源系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，還需要合理配置和使用穩(wěn)壓和濾波設(shè)備，例如，通過(guò)采用交流穩(wěn)壓器或者電源低通濾波器置于電源輸入端[3]。還可以采用抗干擾能力比較強(qiáng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，由于其具有高功率、低能耗的特點(diǎn)，能夠減小系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾影響。還可以采用將大系統(tǒng)進(jìn)行模塊化劃分，采用分布式獨(dú)立供電的方式，能夠有效減小各功能模塊通過(guò)公共電源時(shí)造成的相互影響，從而減少電源系統(tǒng)干擾。

4.3 借助軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)抗干擾

在很多比較惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)除了要在一些硬件方面采取有效的抗干擾措施以外，還必須同時(shí)借助軟件方式，對(duì)影響控制系統(tǒng)的一些干擾因素進(jìn)行防范?？梢酝ㄟ^(guò)以下的一些措施來(lái)進(jìn)行解決：

第一，針對(duì)不同的信號(hào)特征，采用不同的軟件濾波或多種濾波方式相結(jié)合，消除或降低干擾信號(hào)的影響，如針對(duì)連續(xù)的慢速變化的信號(hào)，可采用中值濾波消除隨機(jī)干擾。此外，常用的軟件濾波方法還包括限幅、加權(quán)平均、遞推平均、限幅平均消抖以及數(shù)字濾波等方法。

第二，采用指令冗余技術(shù)和設(shè)置軟件陷阱，可以使“跑飛”的程序重新回到正軌，能夠有效消除隨機(jī)干擾，提高系統(tǒng)可靠性。

第三，利用“看門狗”技術(shù)，一旦程序某階段運(yùn)行超過(guò)限定時(shí)間，就確認(rèn)系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入“死機(jī)”狀態(tài)，立即進(jìn)行CPU復(fù)位，使之返回正常程序流程。

4.4 “地”線配置實(shí)現(xiàn)抗干擾

對(duì)于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，采用正確的接地配置是抑制和消除干擾信號(hào)的一個(gè)主要方法。接地和屏蔽的正確結(jié)合，可以解決很多的干擾問(wèn)題。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的地線包括直流地線、設(shè)備安全保護(hù)地線以及電源交流地線。計(jì)算機(jī)必須具備良好地線，機(jī)房地線也應(yīng)該在周圍鋪設(shè)網(wǎng)狀的線，并且接地電阻值必須在合理范圍內(nèi)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中的每一個(gè)裝置只能具有一個(gè)接地點(diǎn)，系統(tǒng)地線為了減少接地電阻，應(yīng)該盡量保持短而粗的特點(diǎn)。此外，要注意不能夠?qū)⒔涣鞯鼐€當(dāng)作設(shè)備的安全保護(hù)地線。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，論文對(duì)干擾的原因、作用方式和抗干擾措施進(jìn)行了全面的剖析，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處在復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境下，容易受到內(nèi)外部干擾因素的影響，這些干擾因素?zé)o法完全被避免，但是能夠利用抗干擾技術(shù)得到很好的抑制與消除處理。針對(duì)不同的干擾因素和使用環(huán)境，需要采取有針對(duì)性的抗干擾措施，以保證計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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【3】李影穎.后方倉(cāng)庫(kù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)干擾源及抗干擾對(duì)策[J].數(shù)碼世界，2018（06）：392.