浅谈仪表测控系统抗干扰技术
【摘 要】仪表作为自动化系统中的一个重要组成部分，大量的采用低电压的模拟量作为传输信号在工作环境较恶劣现场，存在着各种各样的干扰源，极易干扰测量信号的传输。在仪器仪表设计和使用时，我们必须对工作环境作全面的分析，确定干扰性质，采取相应的抗干扰措施。
【关键词】仪表测控；抗干扰；技术；通用抗干扰技术
一、干扰源及对系统的干扰
干扰的来源有很多种，我们通常所说的干扰是电气的干扰，但是在广义上热噪声、温度效应、化学效应、振动等都可能给测量带来影响，产生干扰。在测量过程中，如果不能排除这些干扰的影响，仪表就不能够正常的工作。
根据仪表输入端干扰的作用方式，可分为串模干扰和共模干扰。串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰；共模干扰是加在仪表任一输入端与地之间的干扰。
一般来说干扰仪表测控系统的干扰源主要有电力网络和电气设备的暂态过程、雷电等引起空间的辐射干扰和系统电源线、信号引线、接地等引起的系统外引线干扰。这些干扰总体上分为两大类：内部干扰和外部干扰，详细分析无外乎由于辐射、温度、湿度、振动、传输、感应、电源、接地几个方面。下面对常见的几种干扰机制进行简单分析：
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。
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。
从以上所述，我们可以总结出各种干扰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。
二、干扰的抑制防范措施
电磁干扰是指自然干扰源或人为干扰源对有用电磁信号的损害。当不希望的电压和电流影响设备性能时，称之为存在电磁干扰，我们知道，这些电压和电流一般是通过传导或电磁场辐射传给受害的设备，降低电子设备的工作质量。
为保证电子设备在特定电磁环境中免受内外电磁场干扰，综合电磁干扰的三要素，必须从设计开始便采取三方面的抑制措施：抑制噪声源以直接消除干扰原因；消除噪声源与受干扰设备之间的噪声耦合和辐射；加强电子设备抗电磁干扰的能力。
1滤波
传导干扰可分为电容性、电感性和共阻抗性三种干扰方式，传导干扰主要由互连线和电源传播。这种干扰方式比较隐蔽，仪表设备需PCB良好设计，系统采用多次滤波技术，也可综合采用屏蔽、滤波、接地和隔离等技术来解决。
2隔离
仪表测控系统可能包括很多种输入输出信号，我们可以将输入信息和输出信息进行隔离，可有效减少干扰的侵入。例如：各种设备的监控系统、微机保护装置及其它自动装置所用的模拟量，大多数都来自电压互感器，它们均处于强电回路中，不能直接进入测控系统，必须经过设置相应的隔离换压设备，而在这些隔离换压设备一、二次之间设有屏蔽层，通过屏蔽层的安全接地，起到较好的屏蔽和隔离效果。系统开关量的输入输出控制也要采取相关隔离措施，以免对系统产生影响。
3屏蔽与接地
对辐射干扰，则屏蔽是减少其辐射能量的一种最有效方法，屏蔽可以反射或吸收高频电磁能量，阻止电磁能的进一步传播扩散，把高频电磁强度降到一定限度内。带有接地的金属屏蔽壳体可以将放电电流释放到底。但是屏蔽外壳的不连续（如有接缝、开孔），静电便能造成壳体与内部电路之间（由分布电容形成）的电位差，会在电路中产生新的电压，影响电路的正常工作。解决这种放电引起的干扰，一种是将电路完全屏蔽；另一种是在外壳与电路之间增加第二层屏蔽层，屏蔽层接到电路的公共接地点上。
对于测控系统中的一些电磁敏感设备，接地电位不统一，便会产生干扰，在各种设备设计和安装使用的过程中，需将接地和屏蔽结合起来考虑，可解决大部分干扰问题。
正确处理好一次系统接地问题，减少配电场高频瞬变电压幅值和地网中不同点的瞬变电位差，很大程度上减少了干扰源。在处理一次系统接地时，应注意：设备接地线要接在地网导体的交叉处；设备接地处要增加接地网络互连线；避雷器、避雷针接地点应采用两根以上的接地线和加密接地网格。为了给微机、电子等设备一个电位基准，保证其可靠运行，防止地环流引起的干扰一定要接工作地。
系统的连接电缆采用带有金属外皮（屏蔽层）的控制电缆，当屏蔽层一端接地时，屏蔽层电压为零，可显著减少静电感应（电容耦合）电压；当两端接地时，干扰磁场在屏蔽层中感应电流，该电流产生的磁通与干扰磁通方向相反，互相抵消，因而能显著降低磁场耦合感应电压。
对输入输出电缆来说，为了避免由它引入的静电放电而在内部电路上产生危害，有必要在电缆到内部线路的人口处增加保护器件，器件的快速响应性能，使瞬态电流迅速旁路到地。注意，这里的地应该与外壳之间有最近的连接点，避免放电电流在内部电路的地线上有过长的通路。
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。
三、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。这三种措施均属于硬件措施。伴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。
而这几种措施通常采取隔离、屏蔽、接地保护、软件技术完成，下面对这几种技术介绍：
隔离包含着两种意义：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。
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，比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。
结束语
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。
参考文献：
[1]任志玲，徐浩.计算机测控系统抗干扰措施[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2008，2：120-125
[2]吴文斗，周兵，张丽莲，杨林楠.计算机测控系统中的可靠性技术[J].云南大学学报（自然科学版），2006，S2：145-148
[3]汪菊，唐翔，蔺超文.OPC技术在计算机测控系统中的应用研究[J].工矿自动化，2008，6：117-120
[4]蔺少强.微型计算机测控系统抗干扰技术综合策略[J].计算机测量与控制，2004，1：134-137