电子控制设备的抗干扰设计研究

谷广超 胡皓宇

关键词：电子控制设备；干扰因素；解决办法

我国工业产业的迅速发展，对工业生产的效率和质量提出了更高的要求。而电子控制设备具有诸多优势，尤其是可以在恶劣的作业环境中正常运行，不仅能够提高生产效率，还能减轻工作人员的压力。然而，高性能的电子控制设备内部存在诸多元件，因为受到各种因素的干扰，这些元件往往会出现异常情况，从而导致电子控制设备无法稳定运行[1]。基于此，为能够有效提高电子控制设备的综合运行水平，必须针对这些干扰因素，采取相应的解决措施，以提高工业生产的综合效益。

1电磁辐射干扰及解决办法

电子控制设备运行期间往往会对其外部的电磁波进行吸收，从而形成一定的电磁辐射。当该设备处于高频环境时，可能会致使触电电气设备的运行温度增高，并产生火花与电弧，甚至会出现辐射电磁波。值得注意的是，当电子控制设备的正常运行遭受到电磁波的干扰，同时随着电磁波强度的增大，将会给电子控制设备带来更为严重的不良影响。以下主要介绍几种常见的抗电磁辐射干扰的办法。

（1）滤波。事实上，滤波器属于一种电路的传播网络，具有可选择的特征，其组成部分包括源器件、电感与电容。针对输入信号中没有应用价值的频率比例，滤波器能够有选择性地降低频率，以达到滤波的目的。频率是滤波器最为重要的特性，也是滤波器插入衰减会随着运行频率的差异而改变的特征[2]。一般情况下，滤波器能够划分成低通型、高通洗型、带通型及带阻型。另外，通过将穿心电容器、铁氧体磁环等特殊的滤波元件应用到滤波电路中，能够很好地优化电波的谐波特性。

（2）设置专用供电线路或是隔离变压器。若要获得理想的抗电磁辐射干扰效果，则应当科学设置电子控制设备的供电线路，通过隔离变压器的合理安装，有利于隔离电子控制设备运行期间存在的危险电压，还能够在最大限度降低地线环路对电子控制设备的不良影响。隔离变压器类型包括：①普通的隔离变压器。该设备不在初级与次级之间布设屏蔽层，从而实现对工模的有效抑制。然而，因为绕组之间存在寄生电容，当电气控制设备存在较大的工作频率时，很可能削弱其对共模的抗干扰能力。②附带有屏蔽层的隔离变压器。若要该设备实现衰减大，需要在初级和次级之间对屏蔽层进行合理设置，以尽可能地降低耦合容量[3]。

（3）屏蔽。即利用屏蔽材料对入侵系统的电磁干扰进行吸收和反射。在功能层面上，屏蔽主要包括：①电场屏蔽。屏蔽体的制作原料多选择易于导电的物体，如金属隔板式等实心屏蔽体，若要获得更为理想的屏蔽效果，则必须对屏蔽材料的缝隙、厚度与辐射频率进行严格控制。②磁场屏蔽。该类屏蔽主要是由具备极强导磁性能的材料所制成的屏蔽体，适用于低频磁场和屏蔽直流[4]。利用屏蔽体优异的导磁性能与低磁特性，能够对磁通发挥磁分路的作用，并利用多层屏蔽或是增加屏蔽体厚度的方法，来获得更佳的屏蔽效果。

（4）接地。接地在保证电子控制设备安全、稳定运行中发挥着至关重要的作用，既能获得安全保护的效果，防止发生触电故障，还能为电子控制设备提供更为科学、精准的基准定位。接地是一项系统性的工程，在具体建设过程中，相关人员必須对可能影响电子控制设备运行的各方面因素加以综合考虑，从功能层面将接地划分成信号接地、控制接地、安全接地三大类。还需结合实际应用需求，将接地设计成一点多接、多点接地、混合接地。在高科技时代背景下，应重视对隔离技术的有效利用，以尽量减少接地换流现象的发生。接地电阻是评估接地的重要指标，通常设置成10Q。对于电子控制设备而言，必须结合具体运行特点，对接地电路进行有效的接地设计，具体涉及以下几点。①低频电路方面，设计人员应采取“一点接地”的设计策略，若选择多点接地的设计方式，则在实际使用过程中很可能出现接地环路、闭合等不良现象，一旦低频或是脉冲磁场穿过这一环路，就会产生磁感应噪声，使不同接地点之间形成电位差，从而导致电子控制设备无法稳定运行。针对这一问题，应当依托干线式接地线路或是放射式接地线路，来实现一点接地设计。②高频电力方面，设计人员应采取“多点接地”的设计策略，尽管该电路的地线很短，但是能够产生较大的阻抗压降，分布电容会对其产生较大的干扰，使其无法实现一点接地，故可利用平面式多点接地的方式，以显著降低接地阻抗，尽可能避免分布电容的干扰。

2共阻抗干扰及解决办法

共阻抗干扰是电子控制设备运行过程中相对常见的干扰现象，主要由于电子控制设备中的电阻和电感同时作用在回路导线上，当其进入作业状态时，回路导线会成为电流的流动载体，导致回路电压下降，引发耦合情况，还会耦合到其他回路中，从而形成共阻抗干扰。该干扰因素会在很大程度上影响电子控制设备中电路的良好运行，究其根源是多个电路共用一根地线，致使地线的电压和所有电路的运行状态处于正比例状态。

针对共阻抗干扰问题，相关人员需要采取有效的措施，让地线导致的电压降到最低，合理调节电源位置，确保功率放大器和电源之间保持合适的距离，避免功率放大器地线上的电流流人到前级的地线，从而切实保障电子控制设备的稳定运行。同时，不可让存在相互影响的电路共用一根地线，而是使用一根单独的地线，将功率放大器和电源地进行连接，从而实现对共阻抗干扰问题的有效控制[5]。另外，对于电阻内阻，必须做好相应的校对和调整处理工作，以提升电子控制设备的性能，即通过对容限值加以合理控制，能够最大限度地减少共阻抗干扰现象的发生。然后，结合模拟电路的实际特性，合理设置电阻数值，有效连接输入和输出口，以达到对共阻抗干扰控制的目的：对于电源导线的设置，建议对其具体长度进行严格控制，让电源电线和地线之间可以处于较高的截面，再借助公共控制地线来合理控制横截面，从而有效避免共阻抗干扰造成的实际危害。

3静电干扰及解决办法

在电子控制设备的实际运行过程中，时常会遇到静电干扰现象。从强电流层面来看，静电能够由电力线直接传人电子控制设备的内部，从而造成设备电场强度增加，此时电容器和动力线本身就会产生静电干扰问题，并且在实际运行期间也会产生各种各样的不良问题。随着电场中电线长度的不断增加，必然会进一步拉开动力线与干扰线路之间的距离，从而让动力线与电线能够保持在平行的方向，还能够持续地进行延伸，最终显著提升其抗干扰能力。

对于静电干扰问题的处理，建议采用金属隔绝方法，以解决电子控制设备运行中存在的静电问题，规避该设备与静电之间的互相接触。同时，可考虑使用其他屏蔽体，利用相对应的接力方法来对静电干扰进行合理管控，即通过深入研究电子控制设备运行中静电形成的原理，明确其静电的基本特征，然后选用合适的防静电材料来有效包裹电子控制设备或相关部件，从而实现电子控制设备与静电之间的充分隔离，最终有效避免静电导致的干扰问题[6]。

4噪声干扰及解决办法

就目前电子控制设备使用情况来看，其普遍面临噪声干扰问题，噪声可分为常模噪声与共模噪声。前者也可称为对称噪声，造成这一噪声干扰的主要原因是噪声电流和信号电流在往返两条线上是一致的，因此这类噪声的处理难度较大：后者也可称为不对称噪声或对地感应噪声，造成这一噪声干扰的主要原因是噪声电流将地作为公共回路，能够在两条线上均流过一部分，不会在往返两条线路中流过，故该类噪声的处理难度较小[7]。在现实情况中，由于电子控制设备中的线路存在不平衡性，常常会出现共模噪声转换成常模噪声的情况，从而严重影响电子控制设备的稳定运行。

针对噪声干扰的处理，首先必須考虑对线路的科学布设。通常导线的种类与长短、走线的方法、布线的情况等都会影响导线对噪声的耦合。只有确保线路布设的科学性与有效性，才能够让屏蔽、滤波、接地等其他电子控制设备的抗干扰措施发挥出显著的作用，并有效解决噪声干扰问题。可以说，若要增强电子控制设备的抗干扰能力．则必须确保线路布设的科学性与合理性，针对外部线路的布设，应当分别开展电源线路、控制线路及信号线路等不同功能线路的布线工作，并严格控制不同线路之间的距离。当受到工程现场环境的影响，导致信号线路无法与高压线路、动力线路保持较远的距离时，需要借助电容器与信号线路进行连接，利用屏蔽电缆来控制线路，并使用铁板来隔开不同等级的电缆。在机柜配线布设过程中，应当对滤波器输入线与输出线之间的间隔距离、电源配线的长度等参数进行综合性分析与考虑，且收集强电信号的接口电路必须配备专门的外壳，电子控制设备中的不同电路均要分开配线，从而有效解决噪声干扰问题。

另外，电源对于电子控制系统的抗干扰作用非常关键，在解决噪声干扰问题日寸，建议选用性能良好的电源，从供电方式上来解决噪声干扰问题。由于电子控制的供电方式主要是交流电网，当遇到雷击、短路、系统设备操作不当、运行负荷改变等问题时，将会严重影响供电电网电压的稳定性，从而导致电子控制设备不能正常运行。各类工矿企事业单位对各类电子控制设备的使用，导致电网中产生大量的谐波，如果这些干扰源传人电子控制设备中，必然会大大降低设备的运行质量和性能，使数据控制出现错误，甚至设备损坏。基于此，应当选择220V交流电先进入交流变压器或交流电源滤波器，然后进入设备来实现供电。为了让电子控制设备在更大范围内实现良好运行，减少电源的噪声干扰，就需要加大设备电源的储备量，确保电源具备良好的动态特性。

5结束语

随着社会的进步和科技的发展，电子控制设备以其突出的自动化优势在我国工业领域得到广泛应用，能够有效提高工业生产效率和质量，以及更好地保障人员的生命安全。然而，在实际运行过程中，由于受到噪声、电磁、电网等多方面因素的干扰，导致电子控制设备难以安全、稳定运行，因此，企业必须针对电子控制设备中可能存在的各种干扰因素加以深入分析和研究，并结合自身具体情况，针对出现的每一种干扰因素提出科学合理的解决措施，进一步优化电子控制设备的抗干扰设计，从而显著提升电子控制设备的自动化运行水平，保证设备始终处于稳定、高效的运行状态，最终为工业企业创造更大的效益。