電氣控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)措施淺論

張坤

【摘要】通過(guò)減少電路的電容、電感和共阻抗耦合，設(shè)置濾波、整形、延時(shí)電路、避開干擾，采用隔離措施、屏蔽措施，正確選擇接地、接零與“浮置”等技術(shù)措施，降低干擾。

【關(guān)鍵詞】電氣控制系統(tǒng) 抗干擾 技術(shù)措施

電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)向外發(fā)出電磁干擾，對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，干擾其它正在運(yùn)行的電子設(shè)備、電氣設(shè)備、通信設(shè)備等的正常工作，同時(shí)來(lái)自空間環(huán)境的電磁干擾也會(huì)對(duì)電網(wǎng)、傳輸信號(hào)、電氣設(shè)備等產(chǎn)生干擾，如此種種，電磁干擾反復(fù)交疊形成復(fù)雜的電磁干擾，使得正常運(yùn)行的設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)看似沒有原因的故障。電磁干擾的存在使得供電質(zhì)量下降、功率因數(shù)降低、絕緣老化加速、噪音增加，造成過(guò)壓、過(guò)流及控制系統(tǒng)誤動(dòng)作、精度降低等，因此干擾問題不容忽視，必須采取有效措施予以解決。

1減少電路的電容、電感和共阻抗耦合

控制信號(hào)線盡量遠(yuǎn)離各種動(dòng)力線、高壓線，并采用垂直或輻射狀布線;繞開和遠(yuǎn)離能產(chǎn)生高電位和大量電流的接地點(diǎn)（如避雷器、并聯(lián)電容器組、電容式電壓互感器、電容型套管以及變壓器中性點(diǎn)等的接地點(diǎn)）。弱電信號(hào)線不得與操作傳輸線和脈沖功率線同走一根電纜;不同電平信號(hào)線分用不同電纜分層布置，不得混合捆綁成束。一對(duì)信號(hào)線盡量同走一根纜，并最好采用雙絞，使磁場(chǎng)干擾信號(hào)相互抵消。采用高質(zhì)量雙穩(wěn)壓電源和配用專用電源導(dǎo)線，使電源內(nèi)阻和導(dǎo)線電阻小，共阻抗小;各電路電源線直接由電源輸出端放射性布線，分別配電，避免鏈形布線;基準(zhǔn)線和電源線應(yīng)盡量增大截面積。大電流電路（如信號(hào)燈、繼電器）的公共線與邏輯回路的公共線分開，并分別設(shè)置穩(wěn)壓電源，減小共阻抗耦合干擾;提高公共零線對(duì)地絕緣，以免將地電位引入零線。提高控制裝置的絕緣水平，避免漏電阻造成干擾;盡量少用中間端子板，減少接觸電阻。

2設(shè)置濾波、整形、延時(shí)電路、避開干擾

濾波器具有選頻特性，對(duì)經(jīng)傳導(dǎo)耦合的干擾是一種有效的技術(shù)防護(hù)措施。對(duì)交流電源進(jìn)線加裝濾波器，可抑制中波段高頻干擾;還可抑制電源波形失真干擾;對(duì)直流可分別濾除高、低頻干擾成分;在各個(gè)信號(hào)線的輸入端采用濾波電路，既可防高、低頻干擾信號(hào)的侵入，又可抑制過(guò)電壓及觸點(diǎn)抖動(dòng)造成的干擾。采用高噪聲容限的電路，并適當(dāng)提高電路的門檻電壓（如比較器的基準(zhǔn)電壓），可避開一些低幅干擾。對(duì)持續(xù)時(shí)間短的脈沖干擾，在不影響操作運(yùn)行質(zhì)量的前提下，采用延時(shí)元件或積分門限元件也可有效避開干擾。

3采用隔離措施、屏蔽措施

采用電隔離裝置傳遞開關(guān)信號(hào)，可有效防止干擾的直接引入。常用的隔離器有電磁隔離和光電隔離。將產(chǎn)生電磁干擾的設(shè)備和電子設(shè)備的金屬外殼可靠接地，使之成為與地等電位的屏蔽體;污染嚴(yán)重者，可將整個(gè)機(jī)房屏蔽。電源變壓器、電壓（電流）互感器、沖擊繼電器等應(yīng)在一二次繞組間加裝屏蔽層（單層或雙層），抑制電網(wǎng)的工頻干擾。原邊側(cè)屏蔽接地，副邊側(cè)屏蔽接零。若將鐵芯也同時(shí)接地，效果更佳。信號(hào)、控制線路的屏蔽電纜（或電纜溝）與脈沖功率的屏蔽電纜分設(shè)。電纜屏蔽層的接地原則上采用一端接地法。對(duì)可能接受強(qiáng)過(guò)電壓而危及設(shè)備安全的屏蔽電纜，也可采用二端接地法，但要保證流過(guò)電流不可過(guò)大，以防破壞屏蔽層。采用變壓器隔離。變壓器在抗干擾問題中的特殊地位：變壓器是聯(lián)系幾個(gè)獨(dú)立電路的橋梁，兩個(gè)及兩個(gè)以上的獨(dú)立電路在變壓器內(nèi)以磁耦合的方式聯(lián)系著，在電的聯(lián)系上卻互相絕緣。所以變壓器作為一種隔離手段在抗干擾中得到廣泛的應(yīng)用。例如穩(wěn)壓變壓器，對(duì)電網(wǎng)電壓變化有不大于1的穩(wěn)定度，而且相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器，對(duì)脈沖干擾有良好的衰減作用。在變壓器的使用中可把原繞組和副繞組及反饋繞組分別繞在兩個(gè)磁芯上，兩磁芯上再用一匝環(huán)線匝鏈，這樣不但減少了每個(gè)變壓器原、次繞組之間的雜散電容，而且也減少了耦合電容。不間斷電源系統(tǒng)（UPS）UPS在近幾年發(fā)展頗為迅速，并且在不少計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、大型精密儀器、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)以及重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)中得到了較廣泛的應(yīng)用。UPS系統(tǒng)是防止電源中斷、電源電壓波動(dòng)以及抑制噪聲干擾比較完善的設(shè)備。

UPS的3種形式：（1）連續(xù)系統(tǒng)，在市電發(fā)生中斷或降低到某一特定電壓值時(shí)，就由蓄電池給DC-AC逆變器饋電，使負(fù)載交流供電不受影響。在整流器/充電器中有濾波器能抑制交流電網(wǎng)的噪聲。（2）順向饋電UPS系統(tǒng)，其原理是在電網(wǎng)正常時(shí)由電網(wǎng)供電，UPS系統(tǒng)使蓄電池保持滿容量狀態(tài);當(dāng)市電不正常時(shí)由故障檢測(cè)器發(fā)出訊號(hào)，通過(guò)靜開關(guān)由DC-AC逆變器提供交流電源。（3）反向饋電UPS系統(tǒng)，它與第2種形式相反，電源正常時(shí)由UPS系統(tǒng)供電。僅當(dāng)UPS系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，才通過(guò)靜開關(guān)將負(fù)載接到電網(wǎng)供電。在UPS系統(tǒng)故障排除后，則切斷電網(wǎng)供電恢復(fù)UPS系統(tǒng)供電。根據(jù)比較系統(tǒng)的測(cè)試與診約25～30的儀器隨機(jī)故障與交流電源的干擾有關(guān)。顯然，防止從交流電源渠道串入的干擾是提高儀器使用可靠性必不可少的手段，這也是近幾年UPS系統(tǒng)能在計(jì)算機(jī)及高級(jí)儀器中廣泛應(yīng)用的原因。

4正確選擇接地、接零與“浮置”

將電網(wǎng)零線和各種電氣設(shè)備外殼通過(guò)低阻導(dǎo)線（<5ω）接地，是著眼于安全的保安地線，一般無(wú)電流流過(guò)。電子裝置的外殼接地是抗干擾的層蔽。電子裝置內(nèi)部輸入、輸出信號(hào)的公共零線是信號(hào)“地線”。它不但是電路中靜態(tài)、動(dòng)態(tài)電流的通道，又是引起內(nèi)部干擾的薄弱環(huán)節(jié)，所以電子裝置中的“接地”（實(shí)際為“接零”）方法應(yīng)予以重視。保安地線與電子裝置的信號(hào)地線應(yīng)分別設(shè)置。電子裝置中，信號(hào)地線、信號(hào)源地線和負(fù)載地線也應(yīng)分別設(shè)置，且負(fù)載地線與信號(hào)地線應(yīng)在電氣上絕緣，隔離傳輸信號(hào)。幾種地線若在電位上需連通時(shí)，應(yīng)盡量選擇合適位置一點(diǎn)接地，以防地電位差干擾。一般對(duì)弱電回路、邏輯回路等抗干擾能力差的電子電路，采用“浮置”（或稱浮空、浮接）的運(yùn)行方式，使零線與地絕緣，這樣可阻斷來(lái)自地電位差的干擾電流，抑制共模干擾。

各種干擾錯(cuò)綜復(fù)雜，嚴(yán)重影響著自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至?xí)p壞設(shè)備、危及人身安全。為此，在設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試過(guò)程中要充分重視干擾問題的嚴(yán)重性，并根據(jù)實(shí)際情況，制定合理、有效的抗干擾措施，使干擾最大程度地得到抑制或消除，為系統(tǒng)正常運(yùn)行提供切實(shí)可行的保障。

參考文獻(xiàn)：

• 周純.電氣控制與PLC控制系統(tǒng)抗干擾問題研究.中國(guó)新產(chǎn)品新技術(shù)，2018（10）.