西门子——工业现场干扰问题及处理方法

时间：2019-12-13

目前，各种干扰在各类工业现场中均存在，所以仪表及控制系统的可靠性直接影响到现代化工业生产装置安全、稳定运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。随着DCS、现场总线技术的应用，被控对象和被测信号往往分布在各个不同的地方，并且他们与控制站之间也有相当长的距离，因此，信号线和控制线均可能是长线。其次，现场往往有许多强电设备，它们的启动和工作将对测控系统产生强烈的影响。同时来自空间的辐射干扰、系统外引线干扰等问题尤为**。因此，除有用信号外，由于各种原因必然会有一些与被测信号无关的电流或电压存在，这种无关的电流或电压通称“干扰（噪声）”。

   在测量过程中，这些干扰若不能很好地处理，那它将歪曲测量结果，严重时甚至使仪表或计算机完全不能工作。大量实践说明，抗干扰性能是各种电子测量装置的一个很重要的问题，尤其是DCS、现场总线技术的广泛应用和迅速发展，有效地排除和抑制各种干扰，已成为必需探讨和解决的迫切问题，因为干扰不仅能造成逻辑混乱，使系统测量和控制失灵，以致降低产品的质量，甚至使生产设备损坏，造成事故。因此，抗干扰技术在仪表测控系统的设计、制造、安装和日常维修中都必需给予足够的重视。

   常见干扰源及对系统的干扰：

   由于测控信号往往是一种微弱的直流或变化缓慢的来自空间的辐射干扰对测控系统影响主要通过两条路径：一是直接对计算机内部辐射，由电路感应产生干扰；二是对计算机外围设备及通讯网络的辐射，由外围设备和通信线路的感应引入干扰。

   来自传输的干扰主要有两种途径：一是通过传感器供电电源或公用信号仪表的供电电源即配电器串入的电网干扰；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，严重时会引起元件损坏，逻辑出错和大的系统故障。

   自接地系统的干扰主要是接地系统混乱：测控系统的屏蔽接地线及机壳接地线、信号接地线、功率地线、交流电源地线等引起的噪声耦合干扰。

   综上所述，我们可以总结出各种干扰源（噪声源）对测量装置及检测系统产生干扰电流（电压），需同时具备三个要素：⑴噪声源；⑵对噪声敏感的接受电路；⑶噪声源到接受电路之间的传输途径。

   通用的抗干扰技术：

   既然形成对测量装置及检测系统的噪声干扰需要"三要素"，因此消除和减弱噪声干扰的方法亦应针对三项因素采取措施，即：⑴消除或抑制噪声源；⑵阻截干扰传递途径；⑶削弱接受电路对噪声干扰的敏感性。以上三方面措施均属于硬件措施。

   随着微型计算机应用于工业生产，智能传感器和智能仪表的普遍应用，在软件方面，像数字滤波、数字处理等更多的抑制干扰的措施和方法得以应用，仪表测控系统安全水平大大提高。以上几种措施通常采取隔离、屏蔽、抑制、接地保护、软件技术完成，下面对这几种技术一一介绍。

   隔离包含两种意义：一为可靠绝缘，即保证导线之间不会产生漏电流，所以要求导线绝缘材料的耐压等级、绝缘电阻必须符合规定；另一为合理配线，即要求信号线尽量避开干扰源，譬如当动力线和信号线平行敷设时，两者必须保持一定的间距，两者交叉时要尽可能垂直，导线穿管敷设时，电源线和信号线应在不同导线管内。

   不同信号辐值的信号线不宜穿在同一导线管内。在采用金属汇线槽敷设时，不同辐值导线、电缆与电力线需用金属隔板隔开。同一多芯电缆内不宜有不同辐值的信号线等等。

   屏蔽和抑制是用金属导体把被屏蔽的元件、组合件、电路及信号线包围起来，主要用于抑制电流性噪声藕合，起到一定的磁屏蔽作用。另外用双绞线代替两根平行线是抑制磁场干扰的一种行之有效的方法。

   接地保护是指通过接地保护设备和人身安全和抑制干扰。通常分为屏蔽接地、本安接地、保护接地、信号回路接地，下面分别介绍：⑴保护接地是将电气设备、用电仪表正常情况下不带电的金属部分与接地体之间做良好的金属连接，若仪表盘意外带电时，接地短路电流大多通过接地电阻；⑵工作接地是保证仪表**、可靠地正常工作，它包括信号回路接地、屏蔽接地和本安仪表接地。

   软件抗干扰技术：工业现场的复杂环境硬件抗干扰措施无能为力，譬如工控机死机了或者控制出错了。这将给生产带来可怕后果，因此使用软件抗干扰措施避免和减轻这些意外事故犹为重要。通常使用的软件抗干扰技术有：实时控制软件运行过程中的自监视法、实时控制系统的互监视法和重要数据备份法。
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