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集成化程度的提高，單位面積內大規模集成芯片元器件數越來越多，所傳遞的信號電流也越來越小，系統的供電電壓也越來越低，現已降到5V、3V乃至1.8V。因此，芯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電纜的靜電屏蔽和電磁屏蔽
在控制系統中線纜非常重要因為它在控制系統中最長，容易通過近場的耦合干擾控制系統，并且它還像一根拾取和輻射噪聲的天線。所以用屏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
靜電屏蔽：當受感應導線的外層包上屏蔽層以后那么感應的噪聲電壓便作用在屏蔽層上，我們在為屏蔽層提供一個良好的接地那么屏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信號電纜都應采用屏蔽電纜。
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。在這里我們主要談談采用電磁屏蔽，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屏蔽
如果我們對一段導線增加屏蔽那么電流流過后，全部通過導體的屏蔽體返回到干擾源。由于流過屏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，這樣在屏蔽體的外面，不存在磁通量，既這段導線被屏蔽了。但是在低頻時不宜兩端接地。
(2)對作為信號線路施行電磁屏蔽。
信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。對于減少接收環路面積只有加屏蔽體兩端接地才可以做到，才有電磁屏蔽作用，但是這種情況下電流的頻率不宜太低。
(3)雙絞的電磁屏蔽原理及應用。
雙絞線本身是一種電磁屏蔽形式。
對作為噪聲源的導線實施電磁屏蔽的原理圖。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。而在環路外由于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。這種方式常用于供電線路上。
對信號線實施電磁屏蔽。
圖2是雙絞線信號線實施電磁屏蔽的原理圖。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，導線并沒有產生感應電流。
(4)同軸電纜和屏蔽雙絞線。
同軸電纜是一種用金屬編織網作屏蔽的電纜，在很大的范圍內，具有均勻不變的低損耗的特性阻抗，可用于高頻乃之超髙頻的頻段。無論是屏蔽雙絞線，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)保護人身和設備安全，如保護地、防雷地、防靜電等。(2)抑制干擾，如工作地、屏蔽地、模擬地、數字地等。
下面我們來分析幾個例子。
2.1不屏蔽接地干線會帶來干擾
現象：有DCS系統采用單獨接地，但信號總是不穩定。
原因：經過現場考察發現，其接地干線長數十米，從樓頂沿外墻敷設到接地體，沒有穿管屏蔽，過長的接地干線，如果沒有屏蔽措施，接地干線也象是一根天線，可以接受大量的干擾信號，使控制系統無法穩定工作，乃至系統卡被燒毀。
結論：接地干線應愈短愈好，必要時也應該采取屏蔽措施
2.2和其它接地系統要保持一定距離現象：某DCS采用單獨接地，發現信號干擾很大。
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采用單獨接地，其接地體和電氣接地網相距必須大于5m，和防雷接地體相距必須大于20m。
2.3等電位接地也要考慮接地引入點的位置
現象：有DCS系統采用等電位接地，但信號中常常出現信號不規則的波形。
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、大電流髙電壓設備的接地點有不小于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)雷電電脈沖的基本防護措施：①屏蔽：屏蔽分為電纜的屏蔽和控制
室的屏蔽。第一，電纜的屏蔽：許多行業規范對屏蔽電纜的接地，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。所以延伸出了信號傳輸線的雙層屏蔽，電纜采用雙層屏蔽，兩個屏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。雙層屏蔽電纜的外屏蔽層可采用下述方法實現：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，控制室的屏蔽：控制室的屏蔽方式大體有建筑物的自身屏蔽、金屬網格的格柵型大空間屏蔽以及金屬板材圍成的殼體屏蔽等。殼體屏蔽的屏蔽效果最好，但投資也很大，適用于實驗室裝置。建筑物自身對屏蔽也有一定的效果，但效果不理想。而格柵型大空間的屏蔽可以通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，格柵型大空間的屏蔽最為理想。②合理布線：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浪涌保護器：浪涌保護器是一種限制瞬態過電壓和分流浪涌電流的器件。其基本原理是，它并接在被保護設備的附近，在沒有浪涌出現時為高阻抗，當出現浪涌時就在很短的時間內(ns級)將雷電流釋放到地使浪涌保護器變為低阻抗，從而保護了被保護設備。④接地和等電位連接：防雷工程的接地系統用于雷電流的釋放;抑制雷電電磁脈沖的電磁感應和靜電感應;將分開的儀表裝置通過等電位連接，以減少控制系統的設備在金屬構件與設備之間或設備與設備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、靜電噴涂、靜電凈化、靜電復印等。
4.1靜電放電的特點
(1)由于靜電放電的時間是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)由于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。由于電流脈沖上升時間極快，持續時間極短，所以產生的靜電放電電磁脈沖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采取的基本方法，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，它不僅可以導出人體靜電，也為活動的設備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制成。用于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)控制柜以及電纜的屏蔽層都必須保持良好的接地。(6)設置溫、濕度控制。
上述諸措施中，控制控制室的溫度和濕度和防靜電地面的設置和接地必須在控制室的設計階段提前考慮。
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