工控系统的屏蔽和接地抗干扰技术...

文章编号 1007-6832(1999)01-0070-05 工控系统的屏蔽和接地抗干扰技术* 孟传良 (贵州工业大学计算机科学与工程系，贵州贵阳 550003) 控制技术研究所摘要屏蔽是抑制干扰的重要方法。而良好的接地则是使工业控制机系统稳定运行、消除干扰的重要措施。屏蔽和接地两大技术之间的联系密切，如果应用得法，可以明显提高系统的抗干扰能力。论述了工控系统工程中使用屏蔽和接地技术的诸多要点。关键词控制；抗干扰；可靠性；屏蔽；接地中图分类号 TP391.8；TP802.1；TP802.6 文献标识码 B 0 引言工业现场动力线路密布，设备启停运转繁忙，因此存在严重的电场和磁场干扰。而工业控制系统又有几十乃至几百个输入输出通道分布在其中，导线之间形成相互耦合是通道干扰的主要原因之一。它们主要表现为电容性耦合、电感性耦合、电磁场辐射三种形式。在工业控制系统中，由前两种耦合造成的干扰是主要的，第三种是次要的。它们对电路主要造成共模形式的干扰。可以等效为图1中的干扰源Ecm。众所周知，地球是一个静电容量很大的导体，其电位非常恒定。如果把一个导体与大地紧密连接，那么该导体的电位也是恒定的。通常我们把它的电位叫作零电位，它是电位的参考点。然而，工程上不可能做到这种紧密连接，总是存在一定的接地电阻。当有电流经该导体入地时，它的电位就有波动。于是，不同的接地点之间的电位就会有差异。当我们用一根导线连接不同的接地点时，在导线中就可能有电流流动，这称为地环电流。接地抗干扰技术就是解决以地环电流为中心的一系列技术问题。图1 等效示意了信号源地线和放大器地线之间的电位差形成的干扰源EG，它对电路主要造成共模形式的干扰。　图1 地电位差和电磁干扰造成的共模电压的等效图然而，由干扰源Ecm和EG形成的共模电压，其中一部分会转换成差模电压，直接对电路造成干扰。假设信号源Es=0，即只考虑干扰源Ecm和EG的作用时。因为i1回路和i2 回路阻抗不相等，因此，回路电流i1和i2也不相等。于是两个电流的差在放大器的输入电阻上形成了差模电压。采取合适的屏蔽和正确的接地措施就可以减少和消除这些干扰。 1 屏蔽抗干扰技术 1.1 电场耦合的屏蔽和抑制技术克服电场耦合干扰最有效的方法是屏蔽。因为放置在空心导体或者金属网内的物体不受外电场的影响。请注意，屏蔽电场耦合干扰时，导线的屏蔽层最好不要两端连接当地线使用。因在有地环电流时，这将在屏蔽层形成磁场，干扰被屏蔽的导线。正确的作法是把屏蔽层单点接地，一般选择它的任一端头接地。造成电场耦合干扰的原因是两根导线之间的分布电容产生的耦合。当两导线形成电场耦合干扰时，导线１在导线２上产生的对地干扰电压VN为：　式中，V1和ω是干扰源导线1的电压和角频率；R和C2G是被干扰导线2的对地负载电阻和总电容；C12是导线1和导线2之间的分布电容。通常，C12<