自控干扰分析与抑制措施

2007/8/10 15:04:24

关键词：纸机自控；干扰分析；干扰抑制　　在自动控制中，由于控制对象、测量仪表分布较分散，且与中央处理器距离较长，同时由于现场环境因素，如高压电机和高压电气设备以及大功率电机、变压器、开关电源等，产生电、磁场干扰及其他的电磁波辐射效应，另外，强电设备的启动、停止也对系统产生强烈干扰。这些干扰信号，以不同的方式和途径混入到测量信号，直接影响到控制效果。　　干扰主要是通过两种途径：一是传导，干扰由输入输出信号线、电源线、地线传导到控制系统；二是直接辐射，电磁场干扰通过容性耦合或感性耦合直接辐射进入控制系统。对测量有效信号的影响主要有两种：一种是叠加到测量信号，一般是杂乱变化、频率较高的干扰噪声，称为串模干扰；另一种是A/D转换器输入端上的公有电压干扰，是一种直流或交变的电压信号，称为共模干扰。　　串模干扰的抑制　　　来自电磁感应的干扰，一般是串模干扰。在我厂中段污水处理项目中就遇到这样一个问题：微波流量计设置后，测量信号时有时无，经厂家人员调试仍未解决。我们分析认为，测量现场与仪表柜相距约180m，且信号电缆与动力电缆在同一地沟中敷设，因传输信号为微波弱信号，由于长距离的电磁干扰，造成测量信号失准。于是将信号转换器改至测量现场，将信号提前放大（转换为4～20mA），这样信噪比产生明显变化，相对来说大大抑制了干扰，使问题得到有效解决。　　共模干扰的抑制　　　共模干扰主要来源于地线干扰。因为实际地线上的电位并不是恒定的，地线上各点存在电位差，造成电路中的共模干扰。信号线屏蔽网的两端分别接至不同的接地点，两个接地点之间会形成一定的电压差，使屏蔽网本身就成为了干扰源。另外，不同电路因共用地线，也会形成公共阻抗耦合。　　在十车间流浆箱控制中，由于电路板中部分为手工制作，板间距离也较近，在控制过程中时而出现冲浆泵转速失调。经分析认为是A/D转换模件输入端共模干扰所致。于是将电路的一端浮地，这样就切断了地线环路，从而消除地线环路电流。同时在逻辑电路板的电源线与地线间并接一个10μF的大电容和一个0.1μF的无感瓷片去耦电容以消除公共阻抗耦合，有效的旁路滤掉该逻辑电路的高频噪声。经过以上处理，有效抑制了共模干扰。　　控制总线干扰的抑制　　数据总线受到干扰是很复杂、也是多方面的，特别是同轴电缆，屏蔽层对于频率越低的电磁波的屏蔽作用越差，所以容易受低频电磁波的干扰。总线距离较长，有一些介质接头部件，造成信号衰减严重。因此总线干缆及分支器对干扰噪声很敏感，易造成传送信号增加或减少，脉冲序列的前后沿形成震荡。震荡的存在使高低电平间的阈值差变小，原有波形失真，当震荡的幅值过大或有其他干扰串入时，就无法正确分辨出脉冲电平值，通信误码率增高，导致通信时间增长或通信中断。　　在我们一分厂QCS改造中，调试过程中出现现场总线通信失败报警。考虑到该总线为同轴电缆，总长超过300m，且仅用支架架开，与动力缆仅相距10cm以内。故采取如下措施：将现场总线一端用CU16接地线单独引到工厂地，以消除地电位差；总线与动力线尽量直角交叉，另外所有总线改用100mm封闭桥架敷设；并加强电缆固定，将较小弯曲伸直，重新检查和处理接头，也是消除干扰的一个关键所在。　　抑制总线干扰，在总线安装时应采取以下措施：良好而科学的接地方案；信号线应尽量采用带屏蔽网的专用电缆，普通双胶线则将其扭合起来，节距越短，抗磁场耦合的效果也越好；信号线密集的地方将信号线铺设在封闭电缆桥架内，与动力电缆应分开铺设或用隔板隔开；电源采用三相隔离变压器来抑制高次谐波、减少外来电网干扰，或应用在线式UPS进行整流、滤波、限幅、稳压处理。　　自动化设备多是成套引进的，本文只讨论一些辅助性抑制干扰的措施，对逻辑元器件的选择，电路板线合理设计未作探讨。

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