干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声波形性质来划分。按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，可分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。

计算控制系统的抗干扰特性

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第六章计算机控制系统抗干扰技术、

§1.干扰的来源和传播途径

一、干扰的来源和干扰的分类

计算机控制系统的干扰来源可分为：

外部干扰：指那些与系统结构无关，由外部环境因素所决定的。

内部干扰：指那些由系统结构、制造工艺所决定的干扰。

计算机控制系统按干扰的作用方式可分为：

串模干扰：指叠加在被测信号上的干扰噪声。

共模干扰：指模／数转换器两个输入端上公有的干扰电压。

1、串模干扰及其抑制方法

串模干扰是叠加在被测信号上的干扰信号，也

称横向干扰或正态干扰。如图。

串模干扰的表现形式可用这样一个电路来解释：

如图：

抑制串模干扰的方法：

1)加输入滤波器。

2)采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆连接一次仪表和转换设备，再屏蔽层

良好接地，就可避免干扰从传输导线窜入检测回路。



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

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除此之外还应考虑：电源与供电系统，系统的接地等，这些方面都要采取抗

干扰措施，才能更好的提高系统的可靠性。

自动化系统所使用的各种类型中，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场

和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高

控制系统可靠性，一方面要求生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应

用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，

有效地增强系统的抗干扰性能。

一、电磁干扰类型及其影响

影响控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电

压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是干扰源。

干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声波形性质来划分。按噪声产生的原

因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，可分为

持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。

共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由

电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。

共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电时，变送器输出信号的共模电压

普遍较高，有的可高达以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，影响测

控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统模件损坏率较高的主要原因），这种共模

干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电

磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的，这种干扰叠加在信号上，

直接影响测量与控制精度。

二、电磁干扰的主要来源

（一）来自空间的辐射干扰

空间辐射电磁场（）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、

电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若

系统置于其射频场内，就会受到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对内

部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对通信网络的辐射，由通信线路感应引入干扰。

辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小特别是频率有关，一般通过设置屏蔽

电缆和局部屏蔽及高压泄放元件进行保护

（二）来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较为严重，主

要有下面三类：

．来自电源的干扰

实践证明，因电源引入的干扰造成控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇

到过，后更换隔离性能更高的电源问题才得到解决。系统的正常供电电源均由

电网供电，由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电流

尤其是电网内部的变化、开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波

电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。电源通常采用隔离电源，但因

其机构及制造工艺等因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的

存在，绝对隔离是不可能的。

．来自信号线引入的干扰

与控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰

信号侵入。此干扰主要有两种途径：（）通过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，这往往被忽视；（）信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线

上的外部感应干扰，这种往往非常严重。

由信号引入的干扰会引起信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损

伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻

辑数据变化、误动和死机。控制系统因信号引入干扰造成模件损坏数相当严重，

由此引起系统故障的情况也很多。

．来自接地系统混乱的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（）的有效手段之一，正确的接地既能抑制电磁干

扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地反而会引入严重的干扰信号，使

系统无法正常工作。控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等，

接地系统混乱对系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电

位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏

蔽层两端、都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层。当发生异常状态如雷击时，

地线电流将更大。

此外，屏蔽层、接地线和大地可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现

感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱

所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响内逻辑电路和模拟电路的正

常工作。工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响的逻

辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度

下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

（三）来自 PLC 系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻

辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于制造厂家对系统内部进行

电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门无法改变，可不必过多考虑，但要选择具

有较多应用实绩或经过考验的系统。

二、抗干扰设计

为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从设计阶段开始便采取三

个方面抑制措施：抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径、提高装置和系统的抗干

扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。

控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的

产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具体

情况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。进行具体工程的抗干扰设

计时，应主要注意以下两个方面。

．设备选型

在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性，尤其是抗外

部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的系统；其次还应了解生产厂家给出的抗

干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁

场强度环境中工作等；另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩。

在选择国外进口产品要注意，我国是采用高内阻电网制式，而欧美地区是低内

阻电网。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干

扰至少要比欧美地区高倍以上，对系统抗干扰性能要求更高。在国外能正常工作的

产品在国内工业就不一定能可靠运行，这就要在采用国外产品时，按我国的标准（

）合理选择。

．综合抗干扰设计

主要考虑来自系统外部的几种抑制措施，内容包括：对系统及外引线进行屏蔽以防空

间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是动力电缆应分层布置，以防通过外引

线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还必须利用软件

手段，进一步提高系统的安全可靠性。

三、主要抗干扰措施

（一）采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰

在控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入控制系统主要通过

系统的供电电源（如电源、电源等）、变送器供电电源和与系统具有直接

电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在对于系统供电的电源，一般都采用隔离

性能较好的电源，而对于变送器供电电源以及和系统有直接电气连接的仪表供电电

源，并没受到足够的重视。虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔

离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以对

于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏

感技术）的配电器，以减少系统的干扰。

此外，为保证电网馈电不中断，可采用在线式不间断供电电源（）供电，提高供电的

安全可靠性。而且还具有较强的干扰隔离性能，是一种控制系统的理想电源。

（二）正确选择电缆的和实施敷设

为了减少动力电缆尤其是变频装置馈电电缆的辐射电磁干扰，笔者在某工程中采用了铜带

铠装屏蔽电力电缆，降低了动力线产生的电磁干扰，该工程投产后取得了满意的效果。

不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敷设，严禁用同一

电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敷设，以减少

电磁干扰。

（三）硬件滤波及软件抗干扰措施

信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤

波器可减少差模干扰。

由于电磁干扰的复杂性，要根本消除干扰影响是不可能的，因此在控制系统的软件

设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些

提高软件结构可靠性的措施包括：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰；定

时校正参考点电位，并采用动态零点，可防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的

软件标志位；采用间接跳转，设置软件保护等。

（四）正确选择接地点，完善接地系统

接地的目的通常有两个：（）为了安全，（）为了抑制干扰。完善的接地系统是

控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

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