电子自动化控制中的干扰因素及改善研究

李明杰 张秀蓉 陈骏志

石家庄市科技合作与创新平台中心 河北 石家庄 050000

引言

伴随社会经济不断发展背景下，我国工业发展进程离不开电子自动化控制技术在多方领域中的具体应用，自动化控制系统的健全与完善，不仅控制着电子控制设备的运行，形成自动化控制设备体系，还对改善电气工程运行质量，在提升电气工业化生产竞争效益方面，具有关键意义。但是这项技术与其他科学技术一样，也存在技术本身的问题，对自动化生产会产生一定的影响，其最主要的问题是干扰因素的产生，会对设备造成信息错误和故障问题。因此，需要确保自动化控制设备的可靠性，需深入分析，确立解决控制系统问题的方法。

1 电子自动化控制原理

电子自动化控制其实质是确保设备运行状态中的稳定，通过自动化控制方式，完成对信息的记录和分析工作，并将自动化生产中所产生的数据自动分类与整合，以自动化技术对数据分析并呈现出最终的结果并反馈到系统中，确保数据有效流通。结合电子自动化控制原理类型来分析，主要分为两个方面，即开环控制系统和闭环控制系统。首要任务需要先明确开环控制与闭环控制两个系统的概念，但是在此之前，需要先明确反馈的概念，因为反馈是区分开环系统与闭环系统的关键因素。反馈是指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程。在开环控制系统中，系统的输入影响输出而不受输出影响的系统，其不足在于对抗干扰能力有限，无法实现精准控制。闭环系统的输入影响输出的同时又受到输出的直接或间接影响。所以，从自动化控制原理来看，“开环控制”与“闭环控制”最显著的区别在于控制系统中是否有反馈环节。 简言之，就是在控制系统中存在反馈环节的就是闭环控制，而没有反馈环节的就是开环控制。为此，在研究过程中应予以高度重视。

2 电子自动化控制出现的干扰因素

2.1 静电干扰

我国在珠三角﹑长三角等地方都集中了众多电子产品加工企业。但是很多企业在进行现场考察时，尽管提前做好了精心的设计和充分的准备工作，但是还是会因为ESD（“静电释放”）问题而影响业务进展，甚至被国际大客户拒之门外。因此，当务之急需要提升ESD技术水平，围绕静电发生的根源及危害，从问题着手，针对性做好静电防护措施。静电是一种客观存在的自然现象，对工程运行状态和安全会造成严重威胁，其产生方式一般会通过接触﹑电器之间的感应等作用方式而产生，其原因是因为在设备运行中，因所产生的电流较大，电荷数增加，形成较大电场，使电容出现耦合现象，对电子电器产品造成损坏，影响自动化控制系统运行状态。对于抗静电干扰，做好静电安全防护需要遵循两方面原则：一是抑制静电电荷的产生，阻断静电电荷的积累过程；二是采用抗静电干扰措施，其中最为普遍和有效的方法，即通过接地来处理静电问题[1]。

2.2 磁场耦合

磁场耦合干扰是指大电流周围磁场对机电一体化设备回路耦合形成的干扰。通常会产生这种磁场干扰现象的电子电器主要包含动力线﹑电动机等。在设备工作状态中受到外界因素的影响，导致出现了与信号不相关的现象，加大数据误差可能性。一般出现干扰现象需要具备三个方面的要素，即干扰源﹑传播途径和接收载体，三者缺一不可。干扰源主要是指产生干扰信号的设备。如变压器﹑继电器﹑微波设备等；传播途径是干扰信号的传播路径。主要包含两方面：一是通过空中直线传播电磁信号；二是借助导线将电磁信号传入设备；接收载体是在受到干扰信号影响的设备中的某个环节，在这个环节中融入了干扰信号，并将干扰信号自动转化为对设备运行和安全性能有影响的参数[2]。

2.3 电磁辐射

电磁干扰包含两种干扰方式，即传导干扰和辐射干扰。解决传导干扰可以采取以下方法：第一，尽可能减少每个回路的有效面积。从传导干扰产生的过程来看，如图1回路电流产生传导干扰所示。将每个电流回路看成一个感应线圈，电流流经某一回路，其他回路会产生相应的感应，以此通过电流回路间的相互作用和影响造成干扰。第二，通过屏蔽抗干扰方式，利用带有导电性质的材料，打造屏蔽层，将干扰源包裹起来，切断和降低干扰源在空间耦合通道的电磁能量传输作用[3]。

图1 回路电流产生传导干扰图

2.3.1 来源于空间辐射干扰。空间电磁辐射干扰主要是在各类干扰源的作用下产生的，如闪电雷击﹑电视﹑高频感应加热设备等。以闪电雷击为例，一般闪电引起的冲击电流可高达100千安，但上升时间仅几个微秒。闪电雷击产生的冲击电流会在建筑物的供电系统中感应到较强的电压，如果建筑物被雷电击中，对其供电系统的干扰的影响性会增大。若PLC系统置于其射频场内，就会受到辐射干扰，其影响一是直接对PLC内部的辐射；二是对PLC 通信网络的辐射。

2.3.2 源于系统外部引线干扰。系统外引线的干扰主要通过电源和信号线引入,通常称为传导干扰。一方面，是来自电源的干扰；另一方面，是来自信号线引入的干扰。系统连接的各种传输信号线除了承载各类信息交互和输出功能，还会受到外部信号的干扰及影响。从干扰的途径来说，主要包含两个方面：一是利用变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这一干扰途径在工程操作中也是常被忽视的一点，需要加以重视；二是信号传输线受空间电磁辐射感应的干扰，造成信号异常，影响信号测量的精准度，更会造成元器件损伤，使数据信息发生变化﹑出现误差﹑造成设备死机等情况[4]。

2.4 共阻抗干扰

设备装置中电阻与电感应共同作用于回路导线上，当设备处于运行状态时，电流以回路导线为流动载体，降低回路电压，发生耦合现象，并耦合到其他回路中，让电流受阻，产生共阻抗干扰。共阻抗干扰对电路的正常运行状态造成很大的影响，究其根源在于当多个电路共用一根地线，地线的电压与每个电路的工作状态成正比。解决共阻抗干扰问题可以采用两种方式：一是使地线造成电压降到最低，改变电源位置，缩短电源与功率放大器的距离，这样功率放大器地线上的电流不会流向前级的地线，以此消除干扰的影响；二是避免产生相互影响的电路共用一根地线，可以将功率放大器通过一根单独的地线连接到电源地，这样就可以有效解决这个问题。

2.5 共模干扰

共模干扰在导线与地之间传输，属于非对称性干扰，从其内涵来看，共模干扰是指任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差。在一般情况下，共模干扰幅度大﹑频率高，并且可以通过导线对周围产生辐射。共模干扰的电流大小有所差异，但是确定的是其方向是一致的。电气设备对外的干扰多以共模干扰为主，共模干扰本身对设备运行并没有危害性，但是如果共模干扰和差模干扰实现相互转换，则干扰影响范围就扩大了，其危害性也加深了。

3 电子自动化干扰现象解决的措施

3.1 接地式处理静电干扰

很多电子电器产品不管从设计原理还是设计理念上来说都很完美，但是在实际运用中却出现了很多不合理的问题，造成设备无法正常工作，影响了设备稳定的性能。其主要因素是因为在工艺安装过程中操作不当所造成的，所以容易对系统运行状态造成干扰和影响。为此，操作人员需要加强对其重视程度，选择科学合理的接地方式。按照接地种类来看，可以通过重复接地的方式。施工单位在安装时，应将配电线路的零干线和分支线的终端接地，零干线上每隔1km做一次接地。

3.2 采用良好性能的电源

电源对于电子自动化控制系统的抗干扰作用十分关键，需要合理选择电源。比如：从供电方式上来防止产生电源干扰问题。一般系统是由交流电网供电，造成供电电网电压不稳定因素包含负荷变化﹑系统设备开断操作﹑短路和雷击等。同时，在我国工业生产规模不断扩大，各企业和人们日常对电量的需求量的增加，往往很多电子设备﹑电气化铁轨机车等同时使用，造成电网存在大量的谐波。如果让这些干扰源进入电子控制系统中，系统不仅无法进行正常工作，而且也会使系统自动化控制水平降低，对数据控制出现错误，严重时则会造成设备损坏，整个系统都无法正常运转。因此，可以采用220V交流电经过交流变压器﹑交流电源滤波器等，再运送到设备来实现供电。同时，为了能够让设备在较大范围内适应的变化，减少电源的噪声干扰，设备电源需要加大储备量，保持电源的动态特性，可以选取0.5-1倍的裕量。

3.3 选择低电阻金属材料

电磁场的频率升高，相应地，电磁辐射的力度和强度也会增大，可以借助低电阻技术材料来消除电磁辐射影响和干扰。以铜﹑铝为例，操作人员可以在金属材料外部加设屏蔽层，这样会形成涡流反应，并在其作用下，防止外部电磁波对设备运行的干扰作用，以此增强屏蔽效果。

3.4 做好日常维护装置检查

装置进行正常生产之后，需要加强对维护装置的日常检查，其与设备的稳定与运行安全有着重要的作用，具体可以从以下层面进行着重关注，及时发现问题并加以改进。一是定期检查仪表设备的屏蔽层是否完好，如果出现破损的情况，需要及时处理；二是将信号之间的距离隔开，控制在最远距离点，避免信号之间的相互作用影响设备运行状态；三是检查接地系统各个连接头是否出现松动﹑锈蚀等问题，并且按照检查的相关标准和规范要求，检查接地干线与接地总干线对地的绝缘属性。

4 结束语

综合分析，目前工业发展中对电子自动化技术的应用十分广泛，其地位和应用价值也是毋庸置疑的。电子自动化技术的发展水平与工业发展成就有着直接的关联，需要进一步推广和发展电子自动化控制，提升设备的运行效率和质量。想要实现这一目标，需要加快工业发展变革，优先处理好电子自动化控制干扰问题，降低电子自动化控制的干扰对自动化设备的影响，减少发生设备故障的概率，满足工业自动化生产需求。