电气干扰及对策

微电子技术和计算机技术应用于机械工程领域对于提高产品的产量与质量、节约能源和材料、实现生产的现代化管理等方面都具有重要的作用。机械电气控制系统是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电气控制装置用相关软件有机结合而构成的系统。电气控制系统投入工业应用环境运行时，系统总会受到电网、空间与周围环境干扰。若系统抗干扰性能差，则各电气功能模块将不能进行正常的运行，最终将导致系统产生故障，无法正常的工作。
1 电气控制系统的干扰源
从电气控制系统在实际工况下受干扰的现象来看，系统所受到的干扰源分为电源干扰、信号传输过程干扰、场干扰等，如图1所示。

1.1供电电源产生的干扰。工业现场的电网污染严重，大功率设备会造成电网的输出功率严重波动，使得电网电压大幅度地涨落、浪涌。其中大功率开关的通断，电动机的启停等原因，电网上常常出现很高的尖峰脉冲干扰。其幅度大的可达数百伏甚至上千伏，而脉宽一般为μS数量级。对于电气控制系统来说，危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰。图2示出了尖峰脉冲的形状。据统计，电源的投入、瞬时短路、欠压、过压、电网窜入的噪声引起电气控制系统出现误操作，控制系统无法完成预定任务。

1.2信号传输过程干扰。信号传输过程干扰主要来源于长线传输。当系统中有电气设备线路表面破损，接地系统设置不合理，或者传感器探头部件绝缘不好等，以及各通道的传输线由于为了不知方便常常处于同根电缆或捆扎在一起，尤其是信号线与交流电源线处于同一根管道时，产生的共模或差模电压都会影响系统，使系统无法工作。
1.3场干扰。电气控制系统中所使用的各种类型电气元件，有的是集中安装在控制室，有的是分散安装在生产现场的各单机设备上，显然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，这些场干扰会通过电源或传输线影响各功能模块的正常工作，使其中的电平发生变化或产生脉冲干扰信号。
2 电气控制系统抗干扰措施
针对电气控制系统受到干扰的情况，解决电气控制系统抗干扰的技术主要包含：电源抗干扰措施、信号传输过程抗干扰措施、屏蔽和接地抗干扰措施、软件抗干扰技术。
2.1电源抗干扰措施。2.1.1配电系统的抗干扰措施。解决供电干扰首先从配电系统上采取措施。其次可采用分布式供电方案，就是将组成系统的各部分分别用独立的变压、整流、滤波、稳压电路构成的直流电源供电，这样就减少了集中供电的危险性，而且也减少了公共阻抗以及公共电源的相互耦合，提高了供电的可靠性，也有利于电源散热。另外，交流电的引入线应采用通导率大的粗导线，直流输出线应采用双绞线，扭绞的螺距要小，并尽可能合理设置配线长度。2.1.2设置监视电源电路。实施抗干扰措施在配电系统中是必不可少的，但这些仍难抵御微秒级的干扰脉冲及瞬态掉电，特别是后者属于恶性干扰，可能产生严重的事故。因此应采取进一步的保护性措施，即使用电源监视电路。电源监视电路需具有监视电源电压瞬时短路、瞬间降压和微秒级干扰及掉电的功能；及时输出供CPU接受的复位信号及中断信号等功能。2.1.3 UPS。UPS，即不间断电源。UPS最适合的工业应用领域是电网突然掉电，而计算机不能停止工作或者需要一个充足的时间保护重要数据的场合。目前的UPS除了不间断供电之外，还具备过压、欠压保护功能，软件监控功能等。其中在线式UPS还具备与电网隔离、强抗干扰特性，是高可靠性控制系统的最佳选择。
2.2信号传输过程抗干扰措施。抑制过程通道上的干扰，主要措施有传输信号线选择、电流传输、光电隔离等。2.2.1传输信号线选择。在长线传输中，双绞线、同轴电缆、光缆等是较常用的几种传输线。双绞线是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质，由于双绞线构成的各个环路，改变了线间电磁感应的方向，使其相互抵消，因而对电磁场的干扰有一定的抑制效果。同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体(铜网)和一根位于中心轴线的内导线(电缆铜芯)组成，并且内导线和圆柱导体及圆柱导体和外界之间都是用绝缘材料隔开，它的特点是抗干扰能力好，传输数据稳定，价格也便宜，同样被广泛使用。光缆是由一组光导纤维组成的、用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。与其他传输介质相比较，光缆的电磁绝缘性能好，信号衰变小，频带较宽，传输距离较大。2.2.2电流传输。长线传输时，用电流传输代替电压传输。电流环最大优点是低阻抗传输线对电磁燥声不敏感，可获得较好的抗干扰能力。2.2.3光电隔离。利用光电耦合器的电流传输特性，实现电信号的传送。输入与输出绝缘隔离，信号单向传输，无反馈影响，抗干扰性强，响应速度快。
2.3屏蔽和接地抗干扰措施。在程控系统中，良好接地可消除各电流经公共地线阻抗时产生的感应电压，避免磁场及电位差的影响，使其形不成环路。接地是抑制干扰，使系统可靠运行的重要方法，和屏蔽结合起来使用可解决大部分电磁场干扰问题。对接地系统设计是否合理、可靠，关系到系统的安全性、抗干扰能力的强弱及通信系统的畅通。
2.4软件抗干扰技术。电气控制系统工作现场电磁干扰复杂，硬件方面虽取了一系列抗干扰措施，但仍会有干扰进入系统中，所以仅依靠硬件要想从根本上消除干扰是不可能的，因此在进行软件设计和组态时，还必须在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的安全可靠性。在CPU处理能力允许的条件下，对那些硬件和软件均可实现的功能，应尽可能用软件来完成，这样不仅硬件电路简单，引入和发出的干扰因素也相应减少，还有利于调试和提高系统的可靠性，节省硬件投资，降低成本。
3 结论
电气控制系统的防干扰是一个非常复杂的过程，设计时要根据具体的工况来全面的考虑，抗干扰措施是由工控系统开发者操作的项目，应用恰当与否取决于开发者的实践经验和对现场的深刻认识。做好抗干扰措施是电气控制系统的基础建设，首先做好它是成功的保证