干擾對(duì)控制系統(tǒng)的影響及避免措施研究

張紅玲

（阿自倍爾自控工程（上海）有限公司，上海 200083）

干擾對(duì)控制系統(tǒng)的影響及避免措施研究

張紅玲

（阿自倍爾自控工程（上海）有限公司，上海 200083）

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，推動(dòng)電子計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)入了嶄新的領(lǐng)域。而電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益普及，使得以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)逐漸進(jìn)入各個(gè)行業(yè)。當(dāng)前我國(guó)電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)還相對(duì)不完善，人們?cè)谑褂每刂葡到y(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)了許多的問(wèn)題，其中控制系統(tǒng)的干擾問(wèn)題尤為嚴(yán)重。對(duì)此，本文以干擾對(duì)控制系統(tǒng)的影響及避免措施作為研究主題，分析干擾產(chǎn)生的主要途徑，并對(duì)避免措施進(jìn)行了考察，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)部門(mén)提供參考。

干擾；控制系統(tǒng)；影響；避免措施

0.前言

當(dāng)今的社會(huì)無(wú)疑是一個(gè)以電子通信為基礎(chǔ)的信息社會(huì)，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在許多領(lǐng)域和行業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。事實(shí)上，目前的許多工作已經(jīng)用到計(jì)算機(jī)，其中表現(xiàn)最為突出的當(dāng)屬以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，控制系統(tǒng)能夠大幅度地提升工作的準(zhǔn)確度，減少工作的時(shí)間，降低成本，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。

但受制于我國(guó)電子計(jì)算機(jī)技術(shù)水平較低的情況，控制系統(tǒng)仍然存在不少問(wèn)題，而干擾問(wèn)題無(wú)疑是這其中最為嚴(yán)重的一類(lèi)問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，電子計(jì)算機(jī)工作的環(huán)境較為復(fù)雜，這導(dǎo)致控制系統(tǒng)很容易受到外部環(huán)境的干擾。干擾一旦出現(xiàn)，將會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)的工作效率造成較大的影響，這是相關(guān)部門(mén)必須重視的問(wèn)題。

1.干擾產(chǎn)生的主要途徑

1.1靜電產(chǎn)生的干擾

靜電無(wú)處不在，暴露在自然環(huán)境中的物體，一般狀態(tài)下會(huì)帶有大量的靜電電荷，當(dāng)靜電電荷出現(xiàn)聚集之時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生規(guī)模較小的靜電電場(chǎng)。一般而言，靜電電場(chǎng)的影響力度不會(huì)太大，只會(huì)對(duì)那些較小的電氣單元產(chǎn)生影響。但是，如果靜電電場(chǎng)中的電荷聚集過(guò)多，將會(huì)產(chǎn)生較大的能量，這些能量一旦一次性釋放，就很可能對(duì)控制系統(tǒng)中的電氣單元造成破壞。所以，靜電干擾是干擾產(chǎn)生的源頭之一。

1.2電源產(chǎn)生的干擾

電源是控制系統(tǒng)不可或缺的關(guān)鍵組成，但同時(shí)電源對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)較大的威脅，威脅的來(lái)源在于電源會(huì)產(chǎn)生電磁。在設(shè)計(jì)和制造的時(shí)候，工作人員會(huì)使用隔離材質(zhì)將電源與控制系統(tǒng)中的其他電器元件進(jìn)行隔離，但是受到使用年限和操作技術(shù)的影響，電源會(huì)逐漸突破隔離，繼而對(duì)控制系統(tǒng)造成電磁干擾。電源的電磁能是逐漸累積的，一旦失去隔離，電源累積的電磁能將會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)造成重大干擾。

1.3信號(hào)產(chǎn)生的干擾

信號(hào)干擾來(lái)自電氣感性單元。就實(shí)際來(lái)看，當(dāng)電流流經(jīng)感性單元時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，這種電磁磁場(chǎng)會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)造成干擾。另外，一些來(lái)自外部空間的現(xiàn)象，如雷電等，也會(huì)對(duì)電氣感性單元造成電磁干擾。最后，還需要考慮的一種特殊情況是，控制系統(tǒng)的電壓波動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中感性單元的辨別紊亂，這時(shí)感性單元會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤的信號(hào)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)干擾。

1.4接地產(chǎn)生的干擾

接地產(chǎn)生的干擾來(lái)自接地地點(diǎn)不均形成的環(huán)形電路，當(dāng)線路長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)之時(shí)，會(huì)造成多個(gè)這樣的環(huán)形電路。這些電路不僅會(huì)造成靜電干擾，還會(huì)造成信號(hào)干擾，從而對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。

1.5干擾的影響

就以上談及的干擾來(lái)說(shuō)，它們會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)造成較為嚴(yán)重的破壞。來(lái)自靜電和電源的干擾將可能破壞控制系統(tǒng)電氣單元，甚至直接導(dǎo)致控制系統(tǒng)癱瘓。而來(lái)自信號(hào)的干擾會(huì)擾亂控制系統(tǒng)的信號(hào)收集整理工作，造成控制系統(tǒng)工作出現(xiàn)失誤。總之，干擾一旦出現(xiàn)，將會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)造成巨大的破壞，使相關(guān)行業(yè)遭受損失。

2.避免措施

2.1采取屏蔽及隔離技術(shù)

干擾一旦產(chǎn)生，減少其影響的方法無(wú)非兩種，隔離與屏蔽，下面便對(duì)這兩種方法分別進(jìn)行介紹：

（1）首先來(lái)看隔離。隔離又稱(chēng)為“遠(yuǎn)離技術(shù)”，即是把容易受到干擾的電氣單元與干擾源進(jìn)行隔離。隔離法的優(yōu)點(diǎn)在于效果明顯，并且操作成本較低，因而成為當(dāng)前最普遍使用的一種防止干擾的手段。

隔離干擾源時(shí)，為了避免干擾信號(hào)增大的情況，要在較強(qiáng)電流回路上加設(shè)獨(dú)立的線路，這時(shí)尤其要注意這條獨(dú)立的線路絕不能和信號(hào)線路安裝在一處。并且，要把電流強(qiáng)度不一致的信號(hào)線路進(jìn)行遠(yuǎn)離處理，從而減少信號(hào)線路之間的彼此影響。最后要注意的一點(diǎn)是，必須區(qū)分強(qiáng)度不同的電壓線路，絕不能使用一條電線相連，這樣做的目的仍然在于降低電路中回路形成的可能性，以確?？刂葡到y(tǒng)不受干擾，能夠正常工作。

（2）再者來(lái)看屏蔽。屏蔽也稱(chēng)為“抑制技術(shù)”，其工作原理在于，在干擾源附近安裝屏蔽設(shè)施，以減少其干擾的影響。

在現(xiàn)實(shí)使用中，工作人員在進(jìn)行接地工作時(shí)，將屏蔽設(shè)施埋入地下，可以對(duì)電源產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾進(jìn)行屏蔽。針對(duì)那些容易產(chǎn)生干擾的耦合電路，我們可以同時(shí)選用同軸電纜及雙絞線，以實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的屏蔽，甚至達(dá)到零干擾的理想狀態(tài)。此外，雙絞屏蔽線的抑制干擾手段也是工作人員的良好選擇。相較前一種屏蔽方法，雙絞屏蔽線具有同軸電纜及雙絞線的雙重作用，不但可以抑制耦合電路的磁場(chǎng)干擾，還可以防止電場(chǎng)干擾對(duì)控制系統(tǒng)的影響。所以，使用雙絞屏蔽線抑制耦合電路干擾越來(lái)越受到相關(guān)部門(mén)的青睞。

2.2確保接地線路的正確和可靠

就當(dāng)前的實(shí)際使用情況來(lái)看，為了防止干擾和噪聲對(duì)控制系統(tǒng)造成的不良影響，許多部門(mén)采用接地的方法，以化解干擾和噪聲的破壞。此外，在上文我們探討的屏蔽抑制技術(shù)也涉及到了接地法。我們可以推測(cè)，假設(shè)可以將兩種接地法進(jìn)行優(yōu)化整合，互取兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，就可以大大提升其抗噪抑?jǐn)_的能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種優(yōu)化整合后的接地方法確實(shí)效果顯著，但需要對(duì)接地時(shí)的接地位置進(jìn)行科學(xué)地配屬，以防止地面環(huán)形回路的出現(xiàn)。

上文提到，接地產(chǎn)生的干擾來(lái)自接地點(diǎn)不均形成的多個(gè)環(huán)形電路。其實(shí)，接地產(chǎn)生的干擾的表現(xiàn)形式有多種，如信號(hào)線路接地產(chǎn)生的干擾、屏蔽設(shè)備接地產(chǎn)生的干擾、不同接地點(diǎn)電壓差異產(chǎn)生的干擾、接地方式錯(cuò)誤導(dǎo)致的干擾等。

為了防止接地造成的各種干擾，要使用“一點(diǎn)接地法”進(jìn)行抑制，即把接地電線中的某個(gè)點(diǎn)確定為接地點(diǎn)。一點(diǎn)接地法的使用有兩種模式，分別為“并聯(lián)模式”和“串聯(lián)模式”。兩個(gè)模式是針對(duì)抑制不同干擾而使用的，比如并聯(lián)模式在防止信號(hào)干擾上具有較好的效果；而串聯(lián)模式則在抑制噪聲干擾上具有較好的效果，針對(duì)這兩種模式要根據(jù)具體的情況來(lái)進(jìn)行選用。

為了更好地確保生產(chǎn)安全和工作人員的生命安全，在進(jìn)行接地工作時(shí)務(wù)必確保每一項(xiàng)具體步驟都符合操作規(guī)范。同時(shí)，要將整個(gè)計(jì)算機(jī)外設(shè)設(shè)備（控制系統(tǒng)、金屬機(jī)箱、操作平臺(tái)等等）進(jìn)行接地處理，使其插入的電源處于零電位的狀態(tài)，這樣不僅能保障控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還能夠確保工作人員的生命安全。如果接地工作出現(xiàn)了一絲馬虎，那么控制系統(tǒng)的計(jì)算和運(yùn)作就很可能遭受干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)損壞，甚至突然崩潰的情況。最后，工作人員還要注意，控制系統(tǒng)內(nèi)部的電氣單元容易被腐蝕，當(dāng)發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)采取修復(fù)措施。

2.3信號(hào)電纜的選取

為了避免信號(hào)線路產(chǎn)生的干擾，工作人員要選擇那些質(zhì)量好的、具有屏蔽功能的信號(hào)電纜。在選擇信號(hào)線電纜時(shí)，要注意電纜的絕緣參數(shù)和電阻參數(shù)必須要在控制系統(tǒng)規(guī)定的范圍之內(nèi)。另外，信號(hào)線路最好選擇使用雙絞線，這樣不僅可以滿足控制設(shè)備的通信需求，又可以對(duì)信號(hào)干擾進(jìn)行有效的屏蔽。

2.4抑制電源干擾

要有效抑制控制系統(tǒng)中的電源干擾，關(guān)鍵在于使供電系統(tǒng)的電壓趨于穩(wěn)定。從實(shí)際情況來(lái)看，大部分控制系統(tǒng)的電力來(lái)自電網(wǎng)，而電網(wǎng)的電壓往往是不夠穩(wěn)定的。并且，電網(wǎng)還會(huì)對(duì)其附近的信號(hào)線路產(chǎn)生影響，從而加大了干擾的程度。對(duì)此，相關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)采用不間斷電源作為供電方式，以確保供電電壓的穩(wěn)定，提升供電的安全性，抑制電源干擾的影響。

2.5減少外部環(huán)境產(chǎn)生的干擾

由于控制系統(tǒng)暴露在外部環(huán)境之中，而外部環(huán)境中存在著大量的無(wú)線電信號(hào)，如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)等等，這些無(wú)線電信號(hào)的存在對(duì)于控制系統(tǒng)的正常工作造成了一定程度的影響。對(duì)此，要確?？刂葡到y(tǒng)外圍沒(méi)有這些無(wú)線電信號(hào)，或者在控制系統(tǒng)外部增設(shè)屏蔽設(shè)備。另外，要保持控制系統(tǒng)工作環(huán)境的穩(wěn)定和清潔，以避免靜電干擾的產(chǎn)生。

結(jié)語(yǔ)

總之，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在為人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)方便的同時(shí)，也不可避免地存在著問(wèn)題。這其中，干擾問(wèn)題是相關(guān)部門(mén)和人員必須重視的一點(diǎn)。為了保證控制系統(tǒng)安全、高效地運(yùn)行，工作人員需要采取必要的防干擾措施，更重要的是從根本上消除干擾源的產(chǎn)生，以確保控制系統(tǒng)的良好運(yùn)行。

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