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仪表系统的抗干扰技术

时间:2011-04-24  作者:秩名
3. 3 滤波法

滤波法是抑制差模干扰的重要手段之一。所谓的滤波法就是用电容和电感线圈或电容和电阻组成滤波器接在测量线路的输入端,以抑制干扰信号进入二次仪表或PLC、DCS等控制系统,使干扰信号衰减。这种方法对变化速度很慢的直流信号特别有效。一般使用的多为模拟滤波器,它能衰减脉冲噪声、尖峰噪声、谐波与其他杂波信号。对于共模噪声,滤波器在电源线(信号线) 和地线间构成通路,把噪声电流引入大地;对于串模噪声,滤波器在线间构成通路,使噪声电流在线间形成短路,从而消除干扰。

在实际的工程设计中,这种硬件滤波的方法一般很少用,在设计仪表电路时,交流线与直流线、输入线与输出线最好都分开走线。开关量与模拟量的I/ O线最好也分开敷设,传送模拟信号的线应采用屏蔽线。对于易遭受雷击的仪表,比如高处的仪表、空旷地带的仪表,室内部分应配置浪涌保护器。工程上较为常见的是软件滤波,即在PLC 或DCS中编写相应的程序,对输入的模拟信号进行预处理。常用的软件滤波方法有:

(1) 平均值滤波,即把N 次采样的值取平均值作为滤波器的输出,也可以根据需要增加新鲜采样的值的比重,形成加权平均值滤波。

(2) 中值滤波,即把N 次连续采样值进行排序,取其中位值作为滤波器的输出,这种方法对缓变过程的脉冲干扰滤波效果良好。毕业论文,接地。

(3) 限幅滤波,这种方法是根据采样周期和真实信号的正常变化率确定相邻两次采样的最大可能差值Δ,将本次采样和上次采样的差值小于等于Δ的信号认为是有效信号,大于Δ的信号作为噪声处理。

3.4 采用双绞线

采用双绞线可使干扰电压大为减少,这是因为双绞线使同方向的电流互相抵消。图2中画出了平行线双绞线磁感应情况。

图2不同导线的电磁感应 a)平行线 b)双绞线

由图可知,平行线回路中磁感应电流方向一致;而双绞线回路磁感应电流方向相反,相互抵消。为了减少干扰,由式(1)和式(2)均可看出应尽量减少信号线的敷设长度。

传感器的输出线及它与测量系统之间的连接线最好不要用同轴电缆,而用双芯电缆线。

3.5 隔离

隔离技术是抑制干扰的有效的手段之一。为防止高电压、大电流、大功率等强电或长输电线上产生的各种干扰信号进入仪器仪表内部,影响正常工作,可使信息传输的路径在电气上隔离,亦即隔离前后两部分线路之间无电气上的连接,在电气上是互相独立的两个系统,各自有独立的电源和参考电位,互相间毫不相关,靠非电方式来传送信息。对于模拟量输入信号,则许多场合下采用调制-解调式隔离放大器、运算放大器等,模拟量输出信号隔离则可采用直流电压隔离法及变换隔离法等,对于数字信号,可以采用光电隔离的办法。

较之模拟信号,数字信号的抗干扰能力此强,但也有采用模∕数变换隔离的方法,即在现场就地进行模∕数转换,利用模∕数转换器将易受干扰的模拟信号转换为数字信号进行传输,在接收端再采用光电隔离,以增强其在信号传输过程中的抗干扰能力。

上述方法的作用是叠加的。通常,会同时采取其中的一种或几种方法来提高信号测量的抗干扰能力。

4 结语

仪表是冶金自动化系统中的一个重要组成部分,大量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,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。


参考文献
1.邵裕森,巴筱云主编.过程控制系统及仪表.北京:机械工业出版社,2000.10~14
2.常建生主编.检测与转换技术.北京:机械工业出版社,1999.233~238
3.林德杰.过程控制仪表及控制系统.北京:机械工业出版社,2004.258
 

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