自动化控制系统和仪表抗干扰措施

对干扰形成条件和抑制干扰的科学分析，详细介绍自动化控制系统和仪表解决信号干扰所采用的屏蔽、隔离、滤波、浮空、信号线抗干扰、抗晶闸管干扰、抗继电器干扰和接地等八种抗干扰措施。

干扰信号之所以能对自动化控制系统和仪表产生影响，必须具备三个条件：干扰源产生干扰信号、有对干扰信号敏感的接收电路和有干扰接收电路之间的耦合通道，这三个因素缺一就不能形成对电子装置的干扰。在解决干扰问题时，首先要搞清楚干扰源、接收电路的性能以及干扰源与接收电路之间的耦合方式，才能采取相应措施，抑制干扰的影响。

抑制干扰的原则
针对上述分析，抑制干扰的原则是：
1、消除或抑制干扰源，如电力线和信号线隔离或远离。
2、破坏干扰途径。对于以“路”的形式侵入的干扰，从自动化控制系统和仪表本身采取措施，如采用隔离变压器、光电耦合器定切断某些干扰途径；对于以“场”的形式侵入的干扰，通常采用屏蔽措施。
3、削弱接受电路（被干扰对象）对干扰的敏感性。如高输入阻抗的电路比低输入阻抗的电路易受干扰，模拟电路比数字电路的抗干扰能力差。
对于安装来说，抑制干扰源对其他回路的干扰是最有效的措施，但有时由于条件限制或费用过高等原因，很难实现。这时，就应该对受干扰的弱点信号回路、自动化控制系统和仪表采取防护措施，以增强器抗干扰能力。

抗干扰措施
1、屏蔽
屏蔽技术主要是抑制电磁感应对自动化系统和仪表的干扰。它是利用铜或者铝等低阻材料或磁性材料把元件、电路、组合件或传输线等包围起来，以隔离内外部电磁的相互干扰。屏蔽包括静电屏蔽、电磁屏蔽、低频磁屏蔽、驱动屏蔽。

1.1 静电屏蔽
在静电场作用下，导体内部无电力线，即各点等电位。因此采用导电性能良好的金属做屏蔽盒，并将它接地。是其内部的电力线不外传，同时也不使外部的电力线影响其内部。
静电屏蔽能防止静电场的影响，可以消除或削弱两电路之间由于寄生分布电容耦合而产生的干扰。

1.2 电磁屏蔽
电磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频干扰电磁场在屏蔽体内产生涡流，再利用涡流消耗高频干扰磁场的能量，从而削弱高频电磁场的影响。
若将电磁屏蔽层接地，同时兼有静电屏蔽的作用。也就是说，用导电良好的金属材料做成接地电磁屏蔽层，可同时起到电磁屏蔽和静电屏蔽两种作用。

2、隔离
当自动化控制系统和仪表的信号测量电路及信号源在两端接地时，很容易形成环路电流，引起干扰。这时就需要采用隔离的方法，特别当自动装置含有模拟与数字、高压与低压混合电路时，必须对电路各环节进行隔离，还可以同时起到抑制漂移和安全保护的作用。

信号隔离器又成为信号调理器，它将输入单路或双路电流或电压信号，变送输出隔离的电流或电压信号，并提高输入、输出和电源之间的电气隔离性能。在《高品质信号隔离器性能判别指标》文章中对信号隔离器做深入介绍。

                               
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3、滤波
滤波是抑制串模干扰或抑制由共模干扰转化成串模交流信号的有效手段。它是根据信号和噪声频率分布范围，将相应频带的滤波器接入信号传输通道中，滤去或尽可能衰减噪声，达到提高信噪比、抑制干扰的目的。在前述各种抗干扰措施下，如果仍有残余交流干扰信号，则可依靠滤波的方法予以消除。

4、浮空
浮空是抗共模干扰的有效措施。把信号导线和自动装置电路完全用绝缘材料架空起来，不是它们和接地的金属外壳相碰，这就叫“浮空”。一个完全浮空的电路及时存在共模电压，也无法形成电流。无论两根输入导线对地电阻是否对称，都不会把共模干扰转化为串模干扰，而纯共模信号是不会妨碍自动化控制系统和仪表正常工作的（在一定限度内）。这是从防止转化方面采取的抗干扰措施。
从本质看，浮空和变压器隔离、光电隔离的出发点是一样的，都是设法切断共模信号的通路。对于无源电路（如与热电偶配合的电子电位差计和动圈仪表），只要把测量电路架空起来，不和接地导体接触，就实现了浮空。但是像放大器等有源电路就比较麻烦，它必须有电源。电源往往来自电网，电网又是接地的。解决的办法是用变压器隔离，使为放大器供电的副边绕组浮空。

5、信号导线的抗干扰
热工过程自动化装置的电信号都是低电压小电流，从导线负荷上考虑，并不需要很大的截面积。但因工业控制信号传送的距离较远、环境恶劣。为使信号线电阻较小，并有足够机械强度，通常选用截面积不小于1mm2的多股导线。多股导线的好处是柔软易弯曲。根据抗干扰的要求。可以用双绞线、平行线、屏蔽线或同轴电缆。

从减小干扰的角度考虑，最根本的措施是信号线远离动力线。万上下一它们不可避免地在同一条电缆沟内敷设，要分别沿沟的两侧走线，或分两层布置，并在两者间加接地金属板，以资屏蔽。无屏蔽时，两类导线之间的距离不可小于15cm，最好相距60cm以上。如导线在管中穿过，绝对不允许将信号和动力线穿在同一管里。

要特别注意，金属管只有接地后才有电场屏蔽作用，只有铁管才能屏蔽磁场干扰。双绞线由于两线形成的线环极小，又正反方向交替，电磁干扰在每一绞合圈内产生的感应电动势因方向不同，可以互相抵消。至于同轴电缆的抗干扰能力，特别是对高频信号的传递，与其他导线相比有更明显的优势

6、晶闸管干扰的抑制
晶闸管在自动化控制中应用日益广泛，然而它是工业电子器件中很大的干扰源。

晶闸管在触发导通或截止时，引起电压、电流的急剧变化，是供电网络上出现干扰波，该干扰对于自动化控制系统和仪表有不利影响。为了防止或减少这种有害影响，需在晶闸管的负载两端并联一个由电阻、电容串接而成的RC电路。

7、电接点干扰的抑制
开关和继电器的触点在断开感性负载时，会由于电流的变化率很大而形成反向瞬时高压，通常在几微秒的时间内此高压达到电源电压的10-20倍。它会在继电器触点上产生火花，不但会烧蚀触点表面，而且形成电磁波干扰，是十分有害的。为此，可设置电接点消弧电路，既保护了接点，延长它的寿命，又抑制了干扰信号。

最常用的消弧电路如下图所示，RC串联电路u电接点并接，当电源为直流时，K断开以后L上无电流，电源电压对电容器C充电。K接通的瞬间，电阻R使C的放电电流不致过大；K断开的瞬间，感应电压经R对C充电，致使电流减少较慢，也保护了接点免生电弧。

                               
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8、接地
接地也是抗干扰的重要手段，但是错误的接地不仅起不了干扰作用，反而会使干扰加强。如下图所示的三个电路，它们各自的地线都接到公共地线上，因公共地线有电阻，在地线电阻r1、r2、r3上有不同的地电流，所以形成的压降将干扰其他电路，即为公共阻抗提供了干扰途径。

                               
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            多个电路错误接地                                     多个电路正确接地方式

正确的接地应该是所有电路的接地电阻相互独立，这样不论各自的地电流如何，对别的电路没有任何影响。可见接地点可以共用而接地线不能共用，这是接地原则。假设电路1的输出信号供给电路2，电路2又将信号送至电路3，这种情况下就必须将接点合在一处，不能分设在三个不同地点

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