控制系統中的抗干擾技術論文
控制系統中的抗干擾技術論文
隨著微電子技術的高速發展和電路整合化程度的提高，單位面積內大規模整合晶片元器件數越來越多，所傳遞的訊號電流也越來越小，系統的供電電壓也越來越低，現已降到5V、3V乃至1.8V。因此，晶片對外界的干擾也越趨敏感，所以顯示出來的抗干擾能力也就越來越低。
想要提高控制系統的抗干擾能力，我們除了在設計控制系統本體的時候提髙其抗千擾能力之外更重要的是如何提高控制系統在工程應用時的抗干擾技術，例如對噪聲的產生以及噪聲在傳播途徑中加以有效的抑制等等。
1電纜的靜電遮蔽和電磁遮蔽
在控制系統中線纜非常重要因為它在控制系統中最長，容易透過近場的耦合干擾控制系統，並且它還像一根拾取和輻射噪聲的天線。所以用遮蔽來抑制線纜的靜電感應和電磁感應是抗干擾的方法之一。
1.1電容性耦合的抑制
靜電遮蔽：當受感應導線的外層包上遮蔽層以後那麼感應的噪聲電壓便作用在遮蔽層上，我們在為遮蔽層提供一個良好的接地那麼遮蔽層上的電壓為零所以受感應導體上的噪聲電扭也為零，所以有效的抑制了電場的耦合。所以我們在工業現場無論是電源電纜或是訊號電纜都應採用遮蔽電纜。
1.2電感性耦合的抑制
電感性耦合即為線路間磁場的相互作用。在這裡我們主要談談採用電磁遮蔽，包括雙絞電纜和同軸電纜的使用。
(1)對作為噪聲源的導線施行電磁遮蔽
如果我們對一段導線增加遮蔽那麼電流流過後，全部透過導體的遮蔽體返回到干擾源。由於流過遮蔽體上的電流產生磁通量，且與導體產生的磁通量大小相等方向相反，這樣在遮蔽體的外面，不存在磁通量，既這段導線被遮蔽了。但是在低頻時不宜兩端接地。
(2)對作為訊號線路施行電磁遮蔽。
訊號線路防外界磁場干擾的最好方法是減少接收環路的面積以減少干擾磁場對接收環路產生的磁通量密度。對於減少接收環路面積只有加遮蔽體兩端接地才可以做到，才有電磁遮蔽作用，但是這種情況下電流的頻率不宜太低。
(3)雙絞的電磁遮蔽原理及應用。
雙絞線本身是一種電磁遮蔽形式。
對作為噪聲源的導線實施電磁遮蔽的原理圖。當雙絞線中有電流流過時在導線絞合所組成的很小的環路內產生相應的磁通。而在環路外由於兩邊導線流過的電流方向相反，產生的磁通方向相反從而大部分磁通被抵消。這種方式常用於供電線路上。
對訊號線實施電磁遮蔽。
圖2是雙絞線訊號線實施電磁遮蔽的原理圖。當雙絞線在噪聲的磁通中每根導線均被感應出感應電流，其感應方向如圖2所示。這樣同一根導線在相鄰兩個環的兩段上流過的感應電流大小相等方向相反，從而被抵消。所以在總的效果上，導線並沒有產生感應電流。
(4)同軸電纜和遮蔽雙絞線。
同軸電纜是一種用金屬編織網作遮蔽的電纜，在很大的範圍內，具有均勻不變的低損耗的特性阻抗，可用於高頻乃之超髙頻的頻段。無論是遮蔽雙絞線，或者同軸電纜，為了抑制電容性耦合，一般是單端接地，通常是在控制室側接地。
2控制系統的接地
從電氣角度來看，大地具有導電性且有無限大的容電量，所以我們可以把大地作為一個等電位點或者等電位面。接地的作用有兩點：(1)保護人身和裝置安全，如保護地、防雷地、防靜電等。(2)抑制干擾，如工作地、遮蔽地、模擬地、數字地等。
下面我們來分析幾個例子。
2.1不遮蔽接地幹線會帶來干擾
現象：有DCS系統採用單獨接地，但訊號總是不穩定。
原因：經過現場考察發現，其接地幹線長數十米，從樓頂沿外牆敷設到接地體，沒有穿管遮蔽，過長的接地幹線，如果沒有遮蔽措施，接地幹線也象是一根天線，可以接受大量的干擾訊號，使控制系統無法穩定工作，乃至系統卡被燒燬。
結論：接地幹線應愈短愈好，必要時也應該採取遮蔽措施
2.2和其它接地系統要保持一定距離現象：某DCS採用單獨接地，發現訊號干擾很大。
原因:DCS系統的單獨接地體和原有的接地網相距不到5m。
結論：若DCS採用單獨接地，其接地體和電氣接地網相距必須大於5m，和防雷接地體相距必須大於20m。
2.3等電位接地也要考慮接地引入點的位置
現象：有DCS系統採用等電位接地，但訊號中常常出現訊號不規則的波形。
原因：離DCS的接地引入點不到幾米處有大功率電動機的接地點。
結論：要保持和防雷地、大電流髙電壓裝置的接地點有不小於10m的距離。
3控制系統的.雷電防護
(1)雷電對控制系統侵害的途徑：靜電感應、電磁感應、反擊、電磁場輻射等。
(2)雷電電脈衝的基本防護措施：①遮蔽：遮蔽分為電纜的遮蔽和控制
室的遮蔽。第一，電纜的遮蔽：許多行業規範對遮蔽電纜的接地，原則上是一端接地另一端不接地。但是單端接地只能防靜電感應抑制不了電磁感應所產生的干擾。所以延伸出了訊號傳輸線的雙層遮蔽，電纜採用雙層遮蔽，兩個遮蔽層的層與層之間是絕緣的，內層單端接地，抑制電容性耦合;外層兩端或多端接地，抑制電感性耦合。雙層遮蔽電纜的外遮蔽層可採用下述方法實現：鎧裝電纜的鎧裝層;敷設電纜的金屬線槽、金屬管等;鋼筋混凝土結構的電纜溝。第二，控制室的遮蔽：控制室的遮蔽方式大體有建築物的自身遮蔽、金屬網格的格柵型大空間遮蔽以及金屬板材圍成的殼體遮蔽等。殼體遮蔽的遮蔽效果最好，但投資也很大，適用於實驗室裝置。建築物自身對遮蔽也有一定的效果，但效果不理想。而格柵型大空間的遮蔽可以透過選擇網格寬度的大小來滿足控制系統的需要，平衡投資的大小和效果的好壞，格柵型大空間的遮蔽最為理想。②合理佈線：A減少感應環路面積以減小互感，從而抑制干擾的電感性耦合。B和引下線保持一定距離。③浪湧保護器：浪湧保護器是一種限制瞬態過電壓和分流浪湧電流的器件。其基本原理是，它並接在被保護裝置的附近，在沒有浪湧出現時為高阻抗，當出現浪湧時就在很短的時間內(ns級)將雷電流釋放到地使浪湧保護器變為低阻抗，從而保護了被保護裝置。④接地和等電位連線：防雷工程的接地系統用於雷電流的釋放;抑制雷電電磁脈衝的電磁感應和靜電感應;將分開的儀表裝置透過等電位連線，以減少控制系統的裝置在金屬構件與裝置之間或裝置與裝置之間因雷擊產生的電位差。
4控制室的靜電防護
靜電在工程中的應用：靜電除塵、靜電噴塗、靜電淨化、靜電覆印等。
4.1靜電放電的特點
(1)由於靜電放電的時間是ns級的峰值電流可達數十安培，所以說瞬間的功率十分巨大。(2)由於電流波形的上升時間很短，即di/dt很大，所以可以感應出幾百伏乃至上千伏的高電位，從而產生出強電場。由於電流脈衝上升時間極快，持續時間極短，所以產生的靜電放電電磁脈衝其能量足以使電子部件中敏感元件損壞。
4.2控制室靜電防護的基本措施
防止控制系統和電路不受靜電放電的干擾和破壞，控制室的設計即靜電防護工作區的建立應採取的基本方法，一般有：
(1)抑制千擾源，減小或消除源頭上的靜電積累。防止靜電的產生是最徹底的方法，從產生靜電的原理看，應該從降低有關物體的絕緣度著手，使兩物體即使摩擦也不產生或少產生靜電。(2)鋪設具有-定電阻率的防靜電地面，它不僅可以匯出人體靜電，也為活動的裝置提供了靜電接地的條件。(3)操作人員宜穿防靜電制服。防靜電制服通常是由導電纖維或經抗靜電改性的織物製成。用於防止人體靜電的積累。(4)操作人員穿防靜電鞋也是一種可行的措施。因為人是導體，在人體靜電防護中最主要的措施是保證人體始終靜電接地。(5)控制櫃以及電纜的遮蔽層都必須保持良好的接地。(6)設定溫、溼度控制。
上述諸措施中，控制控制室的溫度和溼度和防靜電地面的設定和接地必須在控制室的設計階段提前考慮。