自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表信號(hào)干擾的抗干擾原則和措施
干擾信號(hào)之所以能對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表產(chǎn)生影響，必須具備三個(gè)條件：干擾源產(chǎn)生干擾信號(hào)、有對(duì)干擾信號(hào)敏感的接收電路和有干擾接收電路之間的耦合通道，這三個(gè)因素缺一就不能形成對(duì)電子裝置的干擾。在解決干擾問題時(shí)，首先要搞清楚干擾源、接收電路的性能以及干擾源與接收電路之間的耦合方式，才能采取相應(yīng)措施，抑制干擾的影響。
自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表信號(hào)干擾抑制干擾的原則
針對(duì)上述分析，抑制干擾的原則是：
1、消除或抑制干擾源，如電力線和信號(hào)線隔離或遠(yuǎn)離。
2、破壞干擾途徑。對(duì)于以“路”的形式侵入的干擾，從自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表本身采取措施，如采用隔離變壓器、光電耦合器定切斷某些干擾途徑；對(duì)于以“場(chǎng)”的形式侵入的干擾，通常采用屏蔽措施。
3、削弱接受電路（被上擾對(duì)象）對(duì)干擾的敏感性。如高輸入阻抗的電路比低輸入阻抗的電路易受干擾，模擬電路比數(shù)字電路的抗干擾能力差。
對(duì)于安裝來說，抑制干擾源對(duì)其他回路的干擾是Z有效的措施，但有時(shí)由于條件限制或費(fèi)用過高等原因，很難實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，就應(yīng)該對(duì)受干擾的弱點(diǎn)信號(hào)回路、自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表采取防護(hù)措施，以增強(qiáng)器抗干擾能力。
自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表信號(hào)干擾抗干擾措施
1、屏蔽
屏蔽技術(shù)主要是抑制電磁感應(yīng)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和儀表的干擾。它是利用銅或者鋁等低阻材料或磁性材料把元件、電路、組合件或傳輸線等包圍起來，以隔離內(nèi)外部電磁的相互干擾。屏蔽包括靜電屏蔽、電磁屏蔽、低頻磁屏蔽、驅(qū)動(dòng)屏蔽。
1.1 靜電屏蔽
在靜電場(chǎng)作用下，導(dǎo)體內(nèi)部無電力線，即各點(diǎn)等電位。因此采用導(dǎo)電性能良好的金屬做屏蔽盒，并將它接地。是其內(nèi)部的電力線不外傳，同時(shí)也不使外部的電力線影響其內(nèi)部。
靜電屏蔽能防止靜電場(chǎng)的影響，可以消除或削弱兩電路之間由于寄生分布電容耦合而產(chǎn)生的干擾。
1.2 電磁屏蔽
電磁屏蔽是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽層，利用高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽體內(nèi)產(chǎn)生渦流，再利用渦流消耗高頻干擾磁場(chǎng)的能量，從而削弱高頻電磁場(chǎng)的影響。
若將電磁屏蔽層接地，同時(shí)兼有靜電屏蔽的作用。也就是說，用導(dǎo)電良好的金屬材料做成的接地電磁屏蔽層，可同時(shí)起到電磁屏蔽和靜電屏蔽兩種作用。
2、隔離
當(dāng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表的信號(hào)測(cè)量電路及信號(hào)源在兩端接地時(shí)，很容易形成環(huán)路電流，引起干擾。這時(shí)就需要采用隔離的方法，特別當(dāng)自動(dòng)裝置含有模擬與數(shù)字、高壓與低壓混合電路時(shí)，必須對(duì)電路各環(huán)節(jié)進(jìn)行隔離，這樣還可以同時(shí)起到抑制漂移和安全保護(hù)的作用。
信號(hào)隔離器又成為信號(hào)調(diào)理器，它將輸入單路或雙路電流或電壓信號(hào)，變送輸出隔離的電流或電壓信號(hào)，并提高輸入、輸出和電源之間的電氣隔離性能。在如何選配高性能信號(hào)隔離器文章中對(duì)信號(hào)隔離器做深入介紹。
3、濾波
濾波是抑制串模干擾或抑制由共模干擾轉(zhuǎn)化成串模交流信號(hào)的有效手段。它是根據(jù)信號(hào)和噪聲頻率分布范圍，將相應(yīng)頻帶的濾波器接入信號(hào)傳輸通道中，濾去或盡可能衰減噪聲，達(dá)到提高信噪比、抑制干擾的目的。在前述各種抗干擾措施下，如果仍有殘余交流干擾信號(hào)，則可依靠濾波的方法予以消除。
4、浮空
浮空是抗共模干擾的有效措施。把信號(hào)導(dǎo)線和自動(dòng)裝置電路完全用絕緣材料架空起來，不是它們和接地的金屬外殼相碰，這就叫“浮空”。一個(gè)完全浮空的電路及時(shí)存在共模電壓，也無法形成電流。無論兩根輸入導(dǎo)線對(duì)地電阻是否對(duì)稱，都不會(huì)把共模干擾轉(zhuǎn)化為串模干擾，而純共模信號(hào)是不會(huì)妨礙自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表正常工作的（在一D限度內(nèi)）。這是從防止轉(zhuǎn)化方面采取的抗干擾措施。
從本質(zhì)看，浮空和變壓器隔離、光電隔離的出發(fā)點(diǎn)是一樣的，都是設(shè)法切斷共模信號(hào)的通路。對(duì)于無源電路（如與熱電偶配合的電子電位差計(jì)和動(dòng)圈儀表），只要把測(cè)量電路架空起來，不和接地導(dǎo)體接觸，就實(shí)現(xiàn)了浮空。但是像放大器等有源電路就比較麻煩，它必須有電源。電源往往來自電網(wǎng)，電網(wǎng)又是接地的。解決的辦法是用變壓器隔離，使為放大器供電的副邊繞組浮空。
5、信號(hào)導(dǎo)線的抗干擾
熱工過程自動(dòng)化裝置的電信號(hào)都是低電壓小電流，從導(dǎo)線負(fù)荷上考慮，并不需要很大的截面積。但因工業(yè)控制信號(hào)傳送的距離較遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣。為使信號(hào)線電阻較小，并有足夠機(jī)械強(qiáng)度，通常都選用截面積不小于1mm2的多股導(dǎo)線。多股導(dǎo)線的好處是柔軟易彎曲。根據(jù)抗干擾的要求�？梢杂秒p絞線、平行線、屏蔽線或同軸電纜。
從減小干擾的角度考慮，Z根本的措施是信號(hào)線遠(yuǎn)離動(dòng)力線。萬上下一它們不可避免地在同一條電纜溝內(nèi)敷設(shè)，要分別沿溝的兩側(cè)走線，或分兩層布置，并在兩者間加接地金屬板，以資屏蔽。無屏蔽時(shí)，兩類導(dǎo)線之間的距離不可小于15cm，Z好相距60cm以上。如導(dǎo)線在管中穿過，絕對(duì)不允許將信號(hào)和動(dòng)力線穿在同一管里。
要特別注意，金屬管只有接地后才有電場(chǎng)屏蔽作用，只有鐵管才能屏蔽磁場(chǎng)干擾。雙絞線由于兩線形成的線環(huán)極小，又正反方向交替，電磁干擾在每一絞合圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因方向不同，可以互相抵消。至于同軸電纜的抗干擾能力，特別是對(duì)高頻信號(hào)的傳遞，與其他導(dǎo)線相比有更明顯的優(yōu)勢(shì)。
6、晶閘管干擾的抑制
晶閘管在自動(dòng)化控制中應(yīng)用日益廣泛，然而它是工業(yè)電子器件中很大的干擾源。
晶閘管在觸發(fā)導(dǎo)通或截止時(shí)，引起電壓、電流的急劇變化，是供電網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)干擾波，該干擾對(duì)于自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表有不利影響。（http://www.diangon.com/版權(quán)所有）為了防止或減少這種有害影響，需在晶閘管的負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)由電阻、電容串接而成的RC電路。
7、電接點(diǎn)干擾的抑制
開關(guān)和繼電器的觸點(diǎn)在斷開感性負(fù)載時(shí)，會(huì)由于電流的變化率很大而形成反向瞬時(shí)高壓，通常在幾微秒的時(shí)間內(nèi)此高壓達(dá)到電源電壓的10-20倍。它會(huì)在繼電器觸點(diǎn)上產(chǎn)生火花，不但會(huì)燒蝕觸點(diǎn)表面，而且形成電磁波干擾，是十分有害的。為此，可設(shè)置電接點(diǎn)消弧電路，既保護(hù)了接點(diǎn)，延長(zhǎng)它的壽命，又抑制了干擾信號(hào)。
Z常用的消弧電路如下圖所示，RC串聯(lián)電路u電接點(diǎn)并接，當(dāng)電源為直流時(shí)，K斷開以后L上無電流，電源電壓對(duì)電容器C充電。K接通的瞬間，電阻R使C的放電電流不致過大；K斷開的瞬間，感應(yīng)電壓經(jīng)R對(duì)C充電，致使電流減少較慢，也保護(hù)了接點(diǎn)免生電弧。
自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表信號(hào)干擾抑制干擾的原則
針對(duì)上述分析，抑制干擾的原則是：
1、消除或抑制干擾源，如電力線和信號(hào)線隔離或遠(yuǎn)離。
2、破壞干擾途徑。對(duì)于以“路”的形式侵入的干擾，從自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表本身采取措施，如采用隔離變壓器、光電耦合器定切斷某些干擾途徑；對(duì)于以“場(chǎng)”的形式侵入的干擾，通常采用屏蔽措施。
3、削弱接受電路（被上擾對(duì)象）對(duì)干擾的敏感性。如高輸入阻抗的電路比低輸入阻抗的電路易受干擾，模擬電路比數(shù)字電路的抗干擾能力差。
對(duì)于安裝來說，抑制干擾源對(duì)其他回路的干擾是Z有效的措施，但有時(shí)由于條件限制或費(fèi)用過高等原因，很難實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，就應(yīng)該對(duì)受干擾的弱點(diǎn)信號(hào)回路、自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表采取防護(hù)措施，以增強(qiáng)器抗干擾能力。
自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表信號(hào)干擾抗干擾措施
1、屏蔽
屏蔽技術(shù)主要是抑制電磁感應(yīng)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和儀表的干擾。它是利用銅或者鋁等低阻材料或磁性材料把元件、電路、組合件或傳輸線等包圍起來，以隔離內(nèi)外部電磁的相互干擾。屏蔽包括靜電屏蔽、電磁屏蔽、低頻磁屏蔽、驅(qū)動(dòng)屏蔽。
1.1 靜電屏蔽
在靜電場(chǎng)作用下，導(dǎo)體內(nèi)部無電力線，即各點(diǎn)等電位。因此采用導(dǎo)電性能良好的金屬做屏蔽盒，并將它接地。是其內(nèi)部的電力線不外傳，同時(shí)也不使外部的電力線影響其內(nèi)部。
靜電屏蔽能防止靜電場(chǎng)的影響，可以消除或削弱兩電路之間由于寄生分布電容耦合而產(chǎn)生的干擾。
1.2 電磁屏蔽
電磁屏蔽是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽層，利用高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽體內(nèi)產(chǎn)生渦流，再利用渦流消耗高頻干擾磁場(chǎng)的能量，從而削弱高頻電磁場(chǎng)的影響。
若將電磁屏蔽層接地，同時(shí)兼有靜電屏蔽的作用。也就是說，用導(dǎo)電良好的金屬材料做成的接地電磁屏蔽層，可同時(shí)起到電磁屏蔽和靜電屏蔽兩種作用。
2、隔離
當(dāng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表的信號(hào)測(cè)量電路及信號(hào)源在兩端接地時(shí)，很容易形成環(huán)路電流，引起干擾。這時(shí)就需要采用隔離的方法，特別當(dāng)自動(dòng)裝置含有模擬與數(shù)字、高壓與低壓混合電路時(shí)，必須對(duì)電路各環(huán)節(jié)進(jìn)行隔離，這樣還可以同時(shí)起到抑制漂移和安全保護(hù)的作用。
信號(hào)隔離器又成為信號(hào)調(diào)理器，它將輸入單路或雙路電流或電壓信號(hào)，變送輸出隔離的電流或電壓信號(hào)，并提高輸入、輸出和電源之間的電氣隔離性能。在如何選配高性能信號(hào)隔離器文章中對(duì)信號(hào)隔離器做深入介紹。
3、濾波
濾波是抑制串模干擾或抑制由共模干擾轉(zhuǎn)化成串模交流信號(hào)的有效手段。它是根據(jù)信號(hào)和噪聲頻率分布范圍，將相應(yīng)頻帶的濾波器接入信號(hào)傳輸通道中，濾去或盡可能衰減噪聲，達(dá)到提高信噪比、抑制干擾的目的。在前述各種抗干擾措施下，如果仍有殘余交流干擾信號(hào)，則可依靠濾波的方法予以消除。
4、浮空
浮空是抗共模干擾的有效措施。把信號(hào)導(dǎo)線和自動(dòng)裝置電路完全用絕緣材料架空起來，不是它們和接地的金屬外殼相碰，這就叫“浮空”。一個(gè)完全浮空的電路及時(shí)存在共模電壓，也無法形成電流。無論兩根輸入導(dǎo)線對(duì)地電阻是否對(duì)稱，都不會(huì)把共模干擾轉(zhuǎn)化為串模干擾，而純共模信號(hào)是不會(huì)妨礙自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表正常工作的（在一D限度內(nèi)）。這是從防止轉(zhuǎn)化方面采取的抗干擾措施。
從本質(zhì)看，浮空和變壓器隔離、光電隔離的出發(fā)點(diǎn)是一樣的，都是設(shè)法切斷共模信號(hào)的通路。對(duì)于無源電路（如與熱電偶配合的電子電位差計(jì)和動(dòng)圈儀表），只要把測(cè)量電路架空起來，不和接地導(dǎo)體接觸，就實(shí)現(xiàn)了浮空。但是像放大器等有源電路就比較麻煩，它必須有電源。電源往往來自電網(wǎng)，電網(wǎng)又是接地的。解決的辦法是用變壓器隔離，使為放大器供電的副邊繞組浮空。
5、信號(hào)導(dǎo)線的抗干擾
熱工過程自動(dòng)化裝置的電信號(hào)都是低電壓小電流，從導(dǎo)線負(fù)荷上考慮，并不需要很大的截面積。但因工業(yè)控制信號(hào)傳送的距離較遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣。為使信號(hào)線電阻較小，并有足夠機(jī)械強(qiáng)度，通常都選用截面積不小于1mm2的多股導(dǎo)線。多股導(dǎo)線的好處是柔軟易彎曲。根據(jù)抗干擾的要求�？梢杂秒p絞線、平行線、屏蔽線或同軸電纜。
從減小干擾的角度考慮，Z根本的措施是信號(hào)線遠(yuǎn)離動(dòng)力線。萬上下一它們不可避免地在同一條電纜溝內(nèi)敷設(shè)，要分別沿溝的兩側(cè)走線，或分兩層布置，并在兩者間加接地金屬板，以資屏蔽。無屏蔽時(shí)，兩類導(dǎo)線之間的距離不可小于15cm，Z好相距60cm以上。如導(dǎo)線在管中穿過，絕對(duì)不允許將信號(hào)和動(dòng)力線穿在同一管里。
要特別注意，金屬管只有接地后才有電場(chǎng)屏蔽作用，只有鐵管才能屏蔽磁場(chǎng)干擾。雙絞線由于兩線形成的線環(huán)極小，又正反方向交替，電磁干擾在每一絞合圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因方向不同，可以互相抵消。至于同軸電纜的抗干擾能力，特別是對(duì)高頻信號(hào)的傳遞，與其他導(dǎo)線相比有更明顯的優(yōu)勢(shì)。
6、晶閘管干擾的抑制
晶閘管在自動(dòng)化控制中應(yīng)用日益廣泛，然而它是工業(yè)電子器件中很大的干擾源。
晶閘管在觸發(fā)導(dǎo)通或截止時(shí)，引起電壓、電流的急劇變化，是供電網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)干擾波，該干擾對(duì)于自動(dòng)化控制系統(tǒng)和儀表有不利影響。（http://www.diangon.com/版權(quán)所有）為了防止或減少這種有害影響，需在晶閘管的負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)由電阻、電容串接而成的RC電路。
7、電接點(diǎn)干擾的抑制
開關(guān)和繼電器的觸點(diǎn)在斷開感性負(fù)載時(shí)，會(huì)由于電流的變化率很大而形成反向瞬時(shí)高壓，通常在幾微秒的時(shí)間內(nèi)此高壓達(dá)到電源電壓的10-20倍。它會(huì)在繼電器觸點(diǎn)上產(chǎn)生火花，不但會(huì)燒蝕觸點(diǎn)表面，而且形成電磁波干擾，是十分有害的。為此，可設(shè)置電接點(diǎn)消弧電路，既保護(hù)了接點(diǎn)，延長(zhǎng)它的壽命，又抑制了干擾信號(hào)。
Z常用的消弧電路如下圖所示，RC串聯(lián)電路u電接點(diǎn)并接，當(dāng)電源為直流時(shí)，K斷開以后L上無電流，電源電壓對(duì)電容器C充電。K接通的瞬間，電阻R使C的放電電流不致過大；K斷開的瞬間，感應(yīng)電壓經(jīng)R對(duì)C充電，致使電流減少較慢，也保護(hù)了接點(diǎn)免生電弧。
8、接地
接地也是抗干擾的重要手段，但是錯(cuò)誤的接地不僅起不了干擾作用，反而會(huì)使干擾加強(qiáng)。如下圖所示的三個(gè)電路，它們各自的地線都接到公共地線上，因公共地線有電阻，在地線電阻r1、r2、r3上有不同的地電流，所以形成的壓降將干擾其他電路，即為公共阻抗提供了干擾途徑。
正確的接地應(yīng)該是所有電路的接地電阻相互獨(dú)立，這樣不論各自的地電流如何，對(duì)別的電路沒有任何影響�？梢娊拥攸c(diǎn)可以共用而接地線不能共用，這是接地原則。假設(shè)電路1的輸出信號(hào)供給電路2，電路2又將信號(hào)送至電路3，這種情況下就必須將接點(diǎn)合在一處，不能分設(shè)在三個(gè)不同地點(diǎn)。
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