抗干扰分析（精选12篇）
抗干扰分析 篇1
摘要：反辐射武器是当今世界各国竞相发展的精确制导武器,然而在复杂电磁干扰环境下,反辐射武器如何还能精确打击目标已成为世界各国反辐射武器研究的重要课题。据此,通过较系统地分析反辐射武器的特点和对抗措施,对几种反辐射武器抗干扰技术进行介绍和阐述,采用抗干扰措施后,可显著提高反辐射武器的抗干扰能力。
关键词：反辐射武器,对抗措施,抗干扰,制导,雷达
1 引言
反辐射武器是一种专门攻击辐射电磁波的电子设备的精确制导武器,是压制、摧毁敌防空系统的主要硬杀伤手段。反辐射武器的出现使电子战从电子侦察、电子干扰和电子反侦察、反干扰扩展到包含电子摧毁和电子反摧毁内涵的阶段,从而使电子战技术从软杀伤发展到硬杀伤阶段。目前,各军事强国为保护其电磁辐射源,不惜人力、物力,积极开展研究对抗反辐射武器技术,并取得了良好的效果,已严重威胁到反辐射武器的性能发挥。因此,若要使反辐射武器在复杂情况下精确打击目标,它必须要有很强的抗干扰能力。
2 反辐射武器的特点
反辐射武器根据攻击方式不同,可分为发福射导弹、反辐射无人机和反辐射炸弹。
反辐射武器作为电子对抗武器系统中的一种“硬”杀伤手段,有其鲜明的特点:
(1)物理攻击,永久摧毁。电子战“软”杀伤只能使敌雷达短暂地失去探测能力,而反辐射武器攻击则是直接对敌雷达辐射源实施物理攻击,实现物理毁坏。使受到攻击的雷达具有不可使用性和不可修复性。
(2)快速攻击、命中率高。反辐射武器攻击通常都比较迅速,如反辐射导弹从发射到击中目标只需要短短1分钟左右的时间,因而可使敌雷达来不及关机就被摧毁。而目前的反辐射武器通常都具有抗关机性能,更加提高了其命中精度和毁伤概率。
(3)全方位攻击,运用灵活。现代的反辐射武器可以从雷达的各个方位进行攻击,反辐射无人机甚至可以从雷达的顶部进行俯冲攻击,而且可以在雷达附近进行巡弋待机,只要雷达一开机,就可以立即对它进行攻击。而早期的反辐射武器只能跟踪雷达的主瓣进行攻击[1]。
(4)宽频攻击,整体威慑。随着现代反辐射导引头技术的不断发展,反辐射武器导引头可以工作在很宽的频段范围内,无论是敌方的警戒雷达(频率较低)还是导弹制导、炮瞄雷达(频率较高)均在攻击范围,因而反辐射武器对敌方的各种雷达都具有很大的威胁。
3 反辐射武器对抗措施分析
目前,反辐射导弹已发展到第三代,技术性能越来越先进。但是,同任何一种先进武器一样,反辐射武器也存在着固有的缺陷,主要表现在:对目标辐射源的依赖性,超宽频带导引头的灵敏度、测角精度受到限制,导引头的分辨角比较大等。因此针对反辐射武器的上述缺陷,可以从以下几个方面着手来对其进行对抗。
3.1 干扰技术
干扰技术主要包括电子干扰、无源诱骗、有源诱骗、施放烟雾或气溶胶屏障、激光致盲干扰等[2]。
在雷达频率上施放不同调制的有源干扰,如向反辐射武器方向施放双频干扰,将使导引头混频器输出端被干扰,这种干扰足以引起反辐射武器接收机过载,从而导致导引头跟踪中断;采用与近炸引信相同重频的激光脉冲,提前引爆反辐射武器、炸弹的激光近炸引信。在雷达周围一定距离内设置有源和无源诱饵,诱骗反辐射武器;在雷达和反辐射武器之间投放烟幕、气溶胶及其它屏蔽介质,造成反辐射武器的导引误差,使反辐射武器难以截获跟踪目标雷达;使用激光致盲武器对反辐射武器进行软杀伤。
3.2 反电子侦察技术
反辐射武器主要依靠对辐射源的电子侦察完成战斗使命,反电子侦察技术可干扰被动雷达导引头对攻击目标的准确定位,降低反辐射武器的作战效能。反电子侦察技术包括低截获概率雷达技术、采用超低副瓣天线技术、双(多)基地雷达技术、雷达组网技术和雷达扩频技术、雷达间歇辐射技术等。
3.3 告警技术
反辐射武器告警系统是对抗反辐射武器的一种重要手段,其采用高分辨率目标成像和多普勒效应等技术对反辐射武器进行识别,并根据反辐射武器的威胁程度进行告警。主要包括雷达告警和光电告警(红外、紫外、可见光、激光告警)两类。
3.4 硬杀伤技术
硬杀伤对抗反辐射武器是一种更为直接有效的方法,主要包种更为直接有效的方法,主要包括使用空导弹和高炮摧毁反辐射武器及其载机平台;使用高能激光武器摧毁反辐射武器;使用射束武器摧毁反辐射武器等。
3.4 反辐射武器对抗系统
由于目前各国正在对现有各种反辐射武器进行改进,增强其隐身、抗干扰能力,增大射程、速度、威力并使其具备攻击多种电磁辐射源的能力,从而使上述一种或少数几种措施在对抗反辐射武器时不能完全达到对抗目的,甚至可能会对其毫无作用。因而必须采用系统的方法,将上述各种措施综合应用构建反辐射武器对抗系统才能更好地达到对抗目的。
4 反辐射武器抗干扰技术
防御愈强,进攻也愈坚,在如此复杂多变的电磁干扰环境下,如何提高反辐射武器的精确打击能力和抗干扰能力,提高打击的有效性是现在航空武器发展的重大课题,下面简介几种反辐射武器抗干扰技术。
4.1 复合制导技术
复合制导是采用两种或两种以上不同物理特性的探测器组成的制导系统。在制导时,若探测器串行使用,为复合制导;若并行使用,为多模制导或并联复合制导。任何一种制导方式都有其优缺点,如能取长补短则能趋利避害。远程精确制导武器都采用两种以上的制导方式构成复合制导系统,这样不仅能提高制导精度而且也能增强抗干扰能力。
因此,反辐射导弹可根据不同的用途和打击目标的特点采用各种复合制导方式。主要有以下几种:
4.1.1 被动寻的+主动雷达末制导(厘米或毫米波)
在导弹攻击初段轨道的初、中段采用被动微波导引头制导,末段采用主动雷达末制导;这种复合制导可保证对地面电磁辐射源的确认,可以有效地抗攻击末段的各种干扰,实现高精度打击电磁辐射源的目的[3]。
4.1.2 被动寻的+电视(红外)末制导
这种复合制导方式可有效对付各种电子干扰和抗雷达关机。在导弹攻击初段轨道的初、中段同上,末段采用电视(红外)末制导。也可有效地抗攻击末段的各种干扰。
目前,正在发展综合了毫米波导引头和G P S中段制导技术的新型宽带导引头。
4.2 抗雷达关机能力
通过采用捷联惯导和被动雷达导引头复合制导系统。这可以使反辐射武器弹在雷达发现来袭导弹而关机后仍能以合理摧毁率攻击目标。捕捉目标快,雷达开机几秒钟反辐射武器就可完成锁定。跟踪过程中如果雷达关机,反辐射导弹可根据记忆的目标位置,控制导弹继续飞向目标;一旦雷达再开机,导引头可重新捕获和跟踪目标。
4.3 提高信号处理能力
进一步提高被动雷达导引头的信号处理能力,装备功能齐全的信号分选与识别系统(包括软件),提高识别准确性,分选出真假目标,提高抗干扰能力。
5 结论
运用复合制导技术、抗雷达关机能力、题号信号处理能力,可显著提高反辐射武器的抗干扰能力。随着反辐射武器技术的发展以及武器系统智能化程度的提高,反辐射武器再也不是传统意义上的反辐射武器,它将成为一种包含被动雷达制导方式的复合制导弹药,它的抗干扰措施也将与其它精确制导武器抗干扰措施日趋接近。
参考文献
[1]袁忠才,时家明.反辐射武器对抗系统分析[J].电子对抗技术.2003,18(1):17-20.
[2]邹振宁.反辐射导弹对抗综述[J].飞航导弹.2006,(8):14-17
[3]刘黎明,殷宏沛.反辐射导弹对抗技术研究[J].飞航导弹.2003,(10):42-45
抗干扰分析 篇2
车地通信系统产生的自身干扰就好比随机误差，它的产生是不可避免的，但是可以降低和减弱，要想排除自身干扰因素的影响，有关部门需要采用一定的科技手段及方法，通过合理的规划和设置无线终端的位置及其发射功率，降低自身产生的同频干扰。而像自身邻频干扰，我们在实际的通信传输过程中，一定要遵循科学、合理的信道选择原则，在13个信道的选择过程中，应尽量避免选择相距较近、信号易重叠的信道，如选择1，6，13这3个信道就可以避免信号重叠。与此同时，也可以应用FHSS跳频扩频及DSSS直序扩频等高端技术，以增强系统的抗干扰能力。
4.2排除外部干扰因素的措施
4.2.1地铁沿线外部网络的管理方面
车地无线通信传输的外部干扰的主要影响因素是外部网络的干扰，因此城市地铁的相关管理部门在地铁外沿的网络建设方面应构建严格、完善的管理制度，统一规划地铁的公共网络系统的使用情况，平衡网络资源的使用。除此之外，还应加强乘客的安全意识教育，制定严格的乘车行为规范，警示和提醒乘客在乘车期间使用便携式的手机3G无线路由器及其他无线设备，呼吁大家互相监督，建立良好的监督机制，促使列车高效、安全的运营。
4.2.2通信频段的选择与应用方面
电子测量仪器抗干扰技术措施分析 篇3
[关键词]电子测量仪 干扰 抗干扰 问题 技术 措施
[中图分类号]TN97
[文献标识码]A
[文章编号]1672-5158（2013）05-0166-01
一、干扰现象
（一）、干扰的定义
干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素。对于电测系统来说，干扰就是指对电测系统或仪器的测量结果产生影响的各种内部或外部的无用信号。干扰因素包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、振动干扰和声波干扰等等，其中，电磁干扰是最为常见的干扰方式，电磁干扰对于系统的影响也最大。电磁干扰容易对系统的性能或信号传输产生有害的影响，使信号的数据发生瞬态变化，加大误差，严重时可能会导致整个系统出现故障。
（二）、干扰的来源
产生干扰必须具备三个因素：干扰源、传播途径和接受载体。对于电磁干扰来说，许多的设备都能够成为干扰源，例如继电器、变压器、微波电器、电动机、高压电线等，这些设备都能够产生电磁信号，对电子测量仪器进行参数检测造成影响。另外，宇宙射线、太阳光和雷电这些自然现象也会产生电磁信号，成为干扰源。电磁信号在空中是直线传播的，具有极强的穿透能力，电磁信号还能够通过导线传人电子测量仪器，传播的途径众多，也是电磁干扰现象十分广泛的原因之一。电子测量仪器就是很好的接受载体，它会吸收干扰信号，影响参数检测。所以，干扰是会对系统造成有害影响的，除去干扰形成因素的任何一个，都能够有效地避免干扰。抗干扰技术就是针对干扰的三个要素进行研究和处理，破坏其中的一个或几个干扰生成的要素。
二、几种常用的电子测量仪器抗干扰技术措施
电子测量仪器容易出现干扰问题，通过干扰现象的来源进行分析，可以知道，提高电子测量仪器抗干扰性能最理想的方法就是抑制干扰源，使其不向外产生干扰或者将其产生干扰造成的影响限制在允许的范围之内。对于生产车间来说，想要生产的过程中不产生干扰源几乎是不可能的。有些干扰是避免不了的，例如电网和外界环境的干扰。所以，在电子测量仪器来说，除了要对一些干扰源进行抑制之外，还需要在产品自身设计方面进行研究，提高其抗干扰性能。常见的电子测量仪器抗干扰技术措施如下所述：
（一）、屏蔽技术
屏蔽技术室利用导电或导磁材料制成的盒状的或壳状的屏蔽体，可以将干扰源或者受干扰对象包围起来，这样就可以割断或者削弱干扰源的空间耦合通道，组织干扰源向受干扰对象传输电磁能量。根据屏蔽的干扰场的性质的不同，一般可以将屏蔽分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种类型。通常采用电场屏蔽的方式来消除或者抑制由于电场耦合而引起的干扰，使用铜和铝等导电性能良好的金属材料充当屏蔽体，且屏蔽体要保持良好的接地。磁场屏蔽是为了消除或者抑制由于磁场耦合而引起的干扰，一般可以用高磁导率的材料来充当屏蔽体，从而保障磁路的畅通。对于一些电气设备，既存在电场耦合，又存在磁场耦合，例如，变压器、发电机等等，变压器的电磁屏蔽一般采取的是在变压器绕组线包的外面包一层铜皮作为漏磁短路环，漏磁短路环会产生反磁通来抵消部分的漏磁通，从而使变压器外的磁通减弱。另外，在同轴电缆中，可以在电缆线中设置屏蔽层，防止信号在传输的过程中受到电磁干扰。同时，为了防止电磁干扰发生在通信电缆里面，可以在生产车间的通信电缆外面包裹一层薄膜，这样就能够起到屏蔽外界电磁干扰的作用。需要注意的是，对电磁干扰的屏蔽效果与屏蔽层的数量和每一层的厚度是有很大关系的。
（二）、隔离技术
隔离技术是抑制干扰的有效手段之一，它是指把干扰源与接收系统隔离开来，从而让干扰耦合通道被切断，使得干扰信号无法传输。比较常见的隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。光电隔离需要用到的仪器是光电耦合器，光电隔离借助光作为媒介来耦台隔离两端输入和输出的电信号，它所具有的隔离能力比较强，能够有效地提高电子测量仪器的抗干扰能力；变压器隔离主要用在传输交流信号的过程中，需要用到隔离变压器来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰信号的强度；继电器隔离主要是利用继电器的线圈来接受电信号，在利用其触电来控制和传输电信号，这样就可以通过不和电产生联系而将强电和弱电分离开来。
（三）、滤波技术
滤波的形式有多种，主要有波形滤波、频率滤波、时间滤波、空间滤波、软件滤波和幅度滤波等。滤波主要是通过挡住噪声，只让有效地信号输出。干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽很多，所以可以采取滤波的方式来抑制干扰。根据滤波器频率的特性，可以将滤波器分为低通、高通、带通、带阻等类型。
（四）、接地技术
为了提高电子测量仪器的抗干扰性能，还可以通过接地技术来实现。接地技术主要是将电路、设备机壳等与大地相连，这样就能够给系统提供一个基准电位。接地可以分为保护接地、屏蔽体接地和信号接地三种类型。通过接地的方式，不仅能够防止设备使用时漏电造成人身安全，还能够有效地抑制干扰。
三、结束语
综上所述，在电气化的环境下，干扰现象时有发生。如果干扰源不能够消失，就需要想办法让其对其他设备的使用造成的干扰降低到最小。通过屏蔽技术、隔离技术、滤波技术和接地技术能够有效地抑制干扰信号的传输，保证电子测量仪器能够在允许的范围内进行参数检测。
参考文献
[1]诸帮田.电子电缆实用抗干扰技术[M].北京：人民邮电出版社，2010
[2]徐科军，陈荣保，张素巍.自动检测和仪表中的共性技术[M].北京，清华大学出版社
PLC抗干扰分析及措施 篇4
1 硬件抗干扰措施
1.1 PLC的电源与接地
PLC控制系统的电源由电网提供。而电网在空间中, 会受到空间电磁的干扰, 若PLC系统受到辐射干扰, 则在线路上就会有感应电压, 从而造成程序读取或运算错误, 致使产生误输入并引起误输出, 这将会造成设备的失控和误动作, 从而不能保证PLC的正常运行。应对这种情况, 可接一个隔离变压器以减少设备的干扰, 此隔离变压器应选用带屏蔽的型号, 以提高系统的可靠性。假如一个系统内部有扩展单元, 则这些单元其必须与电源共用一个控制开关, 这就使说它们的断电与通电必须保持一致, 同时进行。接地能在很大程度上消除干扰, 接地好坏与否, 会影响到PLC是否可以安全可靠运行。为了减少在电源端的干扰, PLC应该接有其专用的接地线, 此接地线应该是厂家设备上指定使用的接地线。在接地线的选择标准上, 应该尽量选择使其接地电阻足够小的接地线, 所以我们应该选择足够粗的接地线, 接地点也应该尽量靠近PLC, 以便使接地线长度不至于过长, 减小线阻。
1.2 PLC的I/O设备
开关量、模拟量等输入信号需要从I/O设备进入PLC, 信号的稳定是系统能够正常运行的关键。其输入设备质量的好坏、接线是否牢靠都将影响到控制系统的可靠性。以阀门的输入开关量为例, 阀门开关时, 需要反馈输入信号来判断阀门的状态。如果选用容易产生故障的机械限位开关, 就会影响到系统的稳定。所以在设备选型时, 应选用可靠性更高的接近开关替代机械限位开关。而对于模拟量输入信号, 其设备应选用质量好的输入设备, 并做好屏蔽。PLC上的I/O模块根据点数的不同, 有一定数量的接线端子, 接线是否牢靠将很大程度上影响到系统的正常运行。除此之外, 光电耦合器也成为了近年来抑制输入输出电路所产生干扰的有效措施之一。光电耦合器具有以下特点:首先, 良好的独立密封性使其不会受到外界光的干扰;其次, 发光二极管动态电阻很小, 而干扰源的内阻却很大, 这样就使得传送到光电耦合器的干扰信号变得很小;第三, 光电耦合器的传输比与晶体管的放大倍数比值很小, 致使其灵敏度远低于晶体管对干扰信号的灵敏度, 而光电耦合器的发光二极管需要一定大小的电流值才能发光;第四, 信号的传送过程是依靠光来实现, 减少了与其他电路的联系, 降低了故障率。所以, 就算是干扰电压的幅值较高, 但由于没有足够的能量使发光二极管发光, 还是不能形成干扰信号, 从而很好地抑制掉产生的干扰。由于光电耦合器的线性区一般是在某一固定的区域里, 因此, 应保证被传信号的变化范围始终在线性区内。选择良好的光电耦合器才能更好地保证线性耦合, 而且还要采取相应的非线性校正措施避免产生较大的误差。
1.3 PLC安装环境
由于工业环境需求, PLC在设计时, 可以适应一定的恶劣环境。但为了减少干扰, 我们应该为PLC提供最好的环境。可以将其置于空调房中, 使其环境温度保持在0℃~55℃范围之间, 并保证有足够大的散热空间和良好的通风, 同时对其对所处的环境定期进行清洁, 尽量减少粉尘和腐蚀性气体进入空调房。
2 软件抗干扰措施
采取硬件抗干扰措施可以最大程度地抑制干扰信号进入系统, 但在复杂的工业生产环境中, 很多随机的干扰不能靠硬件措施抑制, 干扰还是会进入到系统中。这时我们可以利用软件的抗干扰措施来抑制干扰。PLC自身带有功能强大的软元件, 如计数器、定时器、脉冲触发等, 利用这些软元件, 我们可以设计一些程序, 使程序可以判断信号是否有误, 防止读取误信号而导致误动作的输出。这样, 就可以利用软件的灵活性在硬件抗干扰措施的基础上进一步提高系统稳定性。
2.1 延时判断
由于噪声、粉尘、瞬间操作等因素的影响, 不可避免会导致输入信号的错误, 从而引起程序判断错误, 造成系统出错。例如当开关、按钮作为输入信号时, 由于输入信号是继电器触点, 有时会因为产生瞬间跳动引起系统误动作。这时候, 可用定时器设定一个定时时间, 定时时间根据触点跳动情况和系统自身要求的响应时间来定, 超出预期的时间范围, 就可以判断触点没有到达设定的位置, 从而判断系统产生误动作。
2.2 波动判断
有些干扰是由于输入信号的波动而产生的, 波动信号触发动作后, 可能会使设备频繁的执行重复的两个动作, 两个动作中有一个是我们不需要的误动作。例如由于液位的波动而产生的报警。当液位瞬间到达设定的预警高度之后, 系统就会报警。但由于液位波动, 可能瞬间液位会回落至预警高度以下, 致使报警启停不断, 这时候, 可以采用一个上升沿触发一个置位信号, 使报警保持, 当液位到达一定安全位置后, 复位报警信号。
2.3 范围判断
由于人为、环境、或者设备本身的影响, 有些干扰会使所需的模拟量数据远远超出工业生产的范围, 这时可通过设定的数据范围, 判断设备不能继续工作, 停止设备。例如, 在执行配方配料时, 称量物料重量的秤体由于人为的压迫, 致使重量远远超出所需重量, 这时可以通过预先设置的数据范围停止设备工作, 找出干扰源。
3 结束语
影响PLC稳定正常运行的干扰因素很多, 我们应该认真分析产生干扰的原因, 有针对性的制定措施, 深入剖析, 不断探索, 找出最好的解决办法。随着工业自动化的不断发展, 新的问题和挑战将呈现在我们面前, 需要我们这些自动化技术人员不懈的坚持和努力, 只有这样才能让自动化更好地为我们生活服务。
参考文献
[1]徐国林.PLC应用技术.机械工业出版社, 2007.
[2]周志敏.可编程序控制器实用技术问答.电子工业出版社, 2006.
[3]李长久.PLC原理及应用.机械工业出版社, 2006.
[4]李方园.PLC行业应用实践.中国电力出版社, 2007.
抗干扰分析 篇5
详细分析了GPS/INS紧耦合模型的结构和数学模型,给出了相应的EKF算法.分析了单级MVDR(Minimun Variance Distortionless Response)波束形成技术的缺陷,建立了多级MVDR波束形成技术的`设计模型.在此基础上,给出了基于GPS/INS与天线阵列相结合的导航系统抗干扰设计模型.最后对该系统的输出载波噪声比和位置误差进行了仿真分析,结果表明,单级波束形成技术由于受到自由度的限制,在多干扰存在情况下产生较大的距离误差,而多级波束形成技术可以有效抑制多干扰信号存在的影响,保证导航系统的可靠工作.
作 者：王李军 杨小牛 赵惠昌 WANG Li-jun YANG Xiao-niu ZHAO Hui-chang 作者单位：王李军,WANG Li-jun(通信系统信息控制技术国家重点实验室,浙江,嘉兴,314001;南京理工大学,电子工程系,南京,210094)杨小牛,YANG Xiao-niu(通信系统信息控制技术国家重点实验室,浙江,嘉兴,314001)
抗干扰分析 篇6
【关键字】变电站 继电保护 抗干扰技术
一、引言
近几年，随着变电站和继电保护装置的不断优化，但由于其强大磁场，让一些高电流和高电压的设备常常在二次设备运行过程中引起强电磁干扰影响。同时在变电站供电过程中，外在因素的干扰和自然因素的干扰等都会对继电保护装置和设备造成危害。因此为了保证变电站在激烈市场中迅速平稳的发展，就要对提高抗干扰技术的应用，加强继电保护工作的抗干扰性，从而保障变电站的供电安全。
二、变电站继电保护抗干扰技术
（一）变电站的含义
变电站是指电力系统中分配、交换电压以及调整电压的电力设施。其目的是为了将电能传输到较远的地方，因此把电压变为高电压，从而减少了传输时间。之后到用户附近再把高电压降低为用户所需的电压，而这种工作就是变电站的职责。
变电站可以分为降压变电站、终端变电站、电力系统变电站等。其由电力变压器、馈电线、接地开关、避雷针和隔离开关等组成。
（二）继电保护的含义
继电保护的作用就是检查电力系统中是否发生了故障，然后做出发出警告信号或隔离故障区域等的一种措施。继电保护装置尽可能的在最小的范围内用最短的时间隔离电力系统中发生故障的区域，从而减小变电站的供电影响和故障对设备造成的损失。
在电力线路和电力设备发生故障时，快速将故障隔离，从而减少设备的损坏程度，提高运行速度。且在电力设备发生故障情况时，继电保护装置能够快速的反应出来，还能够正确的对故障作出反应。其中，可以加强继电保护工作中关于可靠性和灵敏性等各方面的工作方案。此外，还要求继电保护装置在不运作时要保证自身的安全性和可靠性，要尽量减少继电保护装置的误动作和拒动作。
（三）抗干扰技术的含义
抗干扰技术是指研究电力设备发生干扰的产生根源和传播方式，从而制定出抗干扰的措施。一般来讲，干扰主要是由干扰源、接受載体和传播途径三个因素组成，缺一不可。且在运行过程中，大量的电磁信号容易受到外界各种影响因素的干扰，从而就会导致系统的不稳定和非正常运行，进而可能会造成系统出错、设备损坏严重等后果，因此干扰问题一直是变电站继电保护工作中的核心问题。
三、变电站继电保护抗干扰实际应用
（一）湛江变电站继电保护干扰的实际案例
湛江某变电站的旁路开关代路时，使用的是检无压同期重合闸方式，但是几次重合失败。随后便对其继电保护装置和二次回路进行检查，进而发现变电用的旁路母线隔离刀闸都在上层构架中，而附近也没有线路电压抽取装置。经过继电保护装置检查后，发现在线路间隔没有代路时，旁路母线的隔离开关都已拉开，从而导致了检无压方式重合失败。而当线路间隔运行时，同一电缆上的两条线路产生共模干扰，所以才造成了继电保护装置工作的不正常。
此外，该变电站还发生过干扰情况。例如：由于系统中某一母线由运行状态转为检修状态时，由于拉开其隔离开关时，产生了高电磁干扰，从而导致了相邻开关的继电保护的误动作。
（二）变电站继电保护抗干扰技术应用分析
随后，该变电站便应用了微机继电保护抗干扰技术。其继电保护的装置相比于以前所使用的方式，其微机式能够提高继电保护装置的性能，提升其装置的可靠性和安全性。同时充分利用了CPU的资源，实现了其他的测量、管理等功能，同时因其采用的是自动化功能，所以利于变电站提高其继电保护装置管理的效率，且节省了大量的人力和财力，从而能让变电站加大对供电系统创新的资金和精力，也展现了其扩张能力。
1.安全接地措施
用电设备温度过高会引起其绝缘物质层老化和机械损伤，从而减低了设备的绝缘性，进而造成了设备的操作手柄等导电部分出现高电压，发生人员触电现象。因此就需要运用接地方法，而安全接地是指当用电设备的绝缘层受到过电压的作用时，将其设备外壳接到打底。从而起到静电评比、降低电磁、实现低频磁场屏蔽等作用。
浮地方法使系统对地的电阻增大，从而使得系统不会受到干扰影响，从而提升了系统的抗干扰的能力，且还能缓和同一间路上的差模骚扰所造成的影响；而直接接地法能够保证在变电站接地网没有骚扰电流的前提下，其继电保护装置系统不会向用电设备传播骚扰。
2.继电保护硬件与软件抗干扰措施
⑴硬件抗干扰：目前，基于科技手段前提条件下，变电站继电保护抗干扰技术中引入了大量互联网和信息运用的方法。例如：VF数据采集系统、模拟系统等。首先在控制系统中选择一些低消耗的单片机，在管脚中加上电阻等；在输入回路中使用低通滤波器，从而防止频率经过混叠后增加设备损害程度，进而减少差模浪涌，降低噪声干扰程度。
⑵软件抗干扰：在继电保护装置中，除了对其硬件加强抗干扰技术之外，还要在软件方面增强应用，从而能够达到双重防护的作用，进而更好的保护用电设备的安全和供电的稳定性。首先要进行的是数据检查，继电保护装置为模拟信号的两个通道的数据一致才能被使用，且在巡检过程中，一定要将采集到的开入量和上电时进行比较，确认完毕后才能存储。
四、影响抗干扰技术的因素及改善措施
（一）影响因素
1.天气因素
变电站所在的地理位置非常容易受到天气的影响，特别是雷击时。雷击会使变电站的地网或接地线为高阻抗，从而会引起系统暂态电位的升高，从而容易造成继电保护装置的敏感度降低，发生误动作。
2.辐射干扰
在科技发展如此迅猛的时代，辐射已成为人们生活危害中最严重的污染之一。辐射不仅会对人身体造成危害，还会给人们的生活带来一些负面影响。而变电站中的电力系统往往会处在一些手机、电脑等通讯设备等环境之中，其所处范围充满着强辐射电磁和相应磁场，而这些磁场就会耦合到附近设备中，从而让线路回路感应到高电压，进而让继电保护装置产生误动作的现象。
（二）改善措施
1.合理选择，合理布局
电源是引进外部干扰的重要来源，且通过电源所引入的干扰也是多途径的。例如：高频电源系统中开关期间的导通和截止、继电保护装置中控制设备的开关频繁闭合或断开等都会引起干扰频率达到继电保护装置所设置的标准。
此外，对于设备的合理布局也是防干扰的有效措施。继电保护装置的合理布局，能够尽可能的将干扰源和干扰对象隔离，从而分别敷设高电平和低电平电缆。同时，对于不同环境的干扰强度、能力和类型等，都要选择与此相对应的设备，且在布置上合理放置设备的位置。
2.高频保护措施
作为线路保护的主要内容：高频保护，其电缆也具有特殊性。因此对于此环节的抗干扰技术的应用也要相对加强。首先可以降低底座高度，接地线使用多根线，同时增加地网的密度，而二次回路与一次电力要相隔一定的距离。其次可以在变量器和高频电缆之间加入电容器，从而控制工频电流，减少地电位差和电压降。
五、结束语
随着电力行业的发展，同时也在国际市场开始崭露头角，那么其供电的稳定性和安全性是首要问题。创新抗干扰技术，可以提高继电保护装置的管理效率，从而提升变电站的工作效率，进而为电力行业扩张了业务和市场份额，也增强了其竞争力。
参考文献：
[1]李融，王栋，关于变电站继电保护抗干扰技术探讨[J]科技创新与应用，2012年28期.
[2]王荣平，浅谈35kv变电站继电保护的运行维护及故障处理[J]科技风，2012年19期.
DCS系统抗干扰措施分析 篇7
中化镇江焦化有限公司 (以下简称“镇江焦化”) 在退城进区过程中, 坚决贯彻“以高新技术改造传统产业”的方针, 使DCS系统得到了极大范围的应用, 提高了劳动生产率、产品产量和质量。然而, 由于公司位于华电高资电厂和宏顺电厂之间, 高压线贯穿其间, 变频机、风机等大型设备的广泛应用, 各种干扰很严重。镇江焦化使用的新华ONXDC1.0 DCS系统在使用初期遇到各种了类型干扰。通过不断的探索和试验, 终于使DCS系统得以安全稳定运行, 发挥其在生产过程监视和控制的作用。
1DCS系统信号构成
DCS系统在生产过程监视和控制中要用到多种自动化仪表、计算机及相应执行机构。过程中的信号既有微弱到毫伏级的小信号, 又有数十伏的大信号, 甚至还有高达数千伏、数百安培的信号要处理。从频率方面来看, 有直流低频范围的, 也有高频/脉冲尖峰。设备仪表间的互相干扰, 设备仪表的“地 (信号参考点的电位差) ”, 就成为系统调试中必须要解决的问题。不同设备、仪表的信号要互传互送, 会存在信号参考点。即要使信号完整传送, 理想化的情况是所有设备仪表的信号有一个共同的参考点, 即共有一个“地”, 或所有设备仪表信号的参考点之间电位差为“零”。但是在实际环境中, 除了各个设备仪表“地”之间的连线电阻产生的电压降之外, 还有各种设备仪表在不同环境受到的干扰不同, 以及导线接点经受风吹雨淋氧化导致接点质量下降等诸多因素影响, 导致各个“地”之间有差别。
2DCS系统抗干扰措施
防电磁干扰可以通过屏蔽、接地、滤波、隔离等措施实现。
2.1屏蔽和接地
DCS系统在安装时, 正确合理布线工作很重要。仪表线与动力线分开敷设, 布线时必须有良好的接地系统, 并应符合下列规定:
(1) 保护地线的接地电阻值, 单独设置接地体时不应大于4 Ω, 采用联合接地体时不应大于1 Ω;
(2) 采用屏蔽布线系统时, 所有屏蔽层应保持连续性;
(3) 屏蔽层单点接地, 浮空端应做好绝缘工作。
往往单纯采用屏蔽不能提供完整的电磁干扰防护, 因为设备或系统上的电缆是最有效的干扰接收与发射天线。许多设备单台做电磁兼容实验时都没有问题, 但当两台设备连接起来以后, 就不满足电磁兼容的要求了, 这就是电缆起了接收和辐射天线的作用。唯一的措施就是加滤波器, 例如变频机在其输出端安装滤波器就可以很好地切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径, 与屏蔽共同构成完美的电磁干扰防护, 无论是抑制干扰源、消除耦合或提高接收电路的抗能力都可以采用滤波技术。
2.2滤波
2.2.1 线上干扰的类型
线上的干扰电流按照其流动路径可以分为两类:一类是差模干扰电流;另一类是共模干扰电流。共模干扰一般是由来自外界或电路其它部分的干扰电磁波在电缆与“地”的回路中感应产生的, 有时由于电缆两端的接“地”电位不同, 也会产生共模干扰。它对电磁兼容的危害很大, 一方面, 共模干扰会使电缆线向外发射出强烈的电磁辐射, 干扰电路的其它部分或周边电子设备;另一方面, 如果电路不平衡, 在电缆中不同导线上的共模干扰电流的幅度、相位发生差异时, 共模干扰则会转变成差模干扰, 将严重影响正常信号的质量, 所以人们都在努力抑制共模干扰。差模干扰主要是电路中其它部分产生的电磁干扰经过传导或耦合的途径进入信号线回路, 如高次谐波、自激振荡、电网干扰等。由于差模干扰电流与正常的信号电流同时、同方向在回路中流动, 所以它对信号的干扰是严重的, 必须设法抑制。综上所述可知, 为了达到电磁兼容的要求, 对共模干扰和差模干扰都应设法抑制。
2.2.2 滤波器的类型
滤波器是由集中参数的电阻、电感和电容, 或分布参数的电阻、电感和电容构成的一种网络。这种网络允许一些频率通过, 而对其它频率成份加以抑制。根据要滤除的干扰信号的频率与工作频率的相对关系, 干扰滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等种类。
常用的低通滤波器是用电感和电容组合而成的, 电容并联在要滤波的信号线与信号地之间 (滤除差模干扰电流) 或信号线与机壳地或大地之间 (滤除共模干扰电流) 电感串联在要滤波的信号线上。
高通滤波器用于干扰频率比信号频率低的场合, 如在一些靠近电源线的敏感信号线上滤除电源谐波造成的干扰。
带通滤波器用于信号频率仅占较窄带宽的场合, 如通信接收机的天线端口上要安装带通滤波器, 仅允许通信信号通过。
带阻滤波器用于干扰频率带宽较窄, 而信号频率较宽的场合, 如距离大功率电台很近的电缆端口处要安装带阻频率等于电台发射频率的带阻滤波器。
2.3隔离
DCS系统在调试初期, 冷鼓工段及氨分解工段部分信号显示数乱跳, 化工工段亦有部分温度显示值与实际值不对应。分析数据采集板由八个通道组成, 每个通道单独输入到采集板均正常。但是同时输入两个或多于两个外部信号时, 显示数字乱跳故障无法排除。经分析有可能是各通道没有点点隔离。这两种情况在使用隔离器后, 都正常了。隔离器之所以能起到这个作用, 就是它具有使输入/输出在电气上完全隔离的特点。换句话讲, 输入/输出之间没有共同“地”, 外来信号不管是0～10 V, 或带着共模干扰电压的0～10 V经隔离后均为0～10 V。即隔离后新建立的“地”与外部设备仪表“地”没关系。正是由于这个原因, 也实现了输入到DCS控制柜的多个外接设备仪表信号之间隔离, 即它们之间没有“地”的关系。
当然DCS向外部设备输出信号也有类似现象问题, 采用隔离器就能很好地解决问题。这类电压/电压隔离器及电压/电流隔离转换器的产品型号是WS1521、WS1522。
(1) 不管DCS向外部设备仪表发送信号, 还是外部设备仪表向其他设备发送信号, 有一种情况经常遇到:要求一个信号即能向显示仪表输送信号, 又能传送给诸如变频器之类的设备。例如, 焦炉集气槽压力调节。这就有可能在两个设备之间产生干扰, 若要彻底解决干扰问题, 通常使用隔离式信号分配器, 它的二个输出之间也是隔离的。它能实现输入信号与外部设备隔离, 同时实现接收信号设备之间隔离。
(2) 煤气风机轴位移变送器及一氧化碳探测器等设备, 接收信号设备 (数据采集模块) 接口连接为二线制方式 (即接收口为一个24 V电源与一个250 Ω相串联) , 接口的两根线一个为24 V正极、一个为250 Ω一端, 适于连接现场二线制变送器。但现场设备 (如煤气风机轴位移变送器及一氧化碳探测器等) 为四线制变送器, 输出4～20 mA, 这样进行直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离器将现场来的4～20 mA接收并隔离, 将隔离器的输出部份接到数据采集板的相应端子板上。这个产品型号为WS9030。隔离器要保证输入/输出两个部分隔离, 外加工作电源24 V在为输入、输出部份供电同时, 必须确保在电气上与两个部分隔离。这种输入/输出/外加工作电源之间全部相互隔离的器件称为三隔离或全隔离器件.这种供电方式, 不管隔离器数量多少, 均可用一台24 V电源供电, 不会产生干扰。
(3) 对于常用的4～20 mA电流信号的隔离, 通常使用不用另外再加电源的隔离器WS1562。显然省去外接电源接线更为简捷, 且功耗低、自身热量低、可靠性高。WS1562的最大特点在于不需要外接电源, 它带来了简捷可靠的优点同时也带来了使用上的局限性。WS1562对于4～20 mA信号进行的隔离传送, 从一个意义上讲是功率传送, 内部肯定有功率损耗。损耗表现在输入端和输出端电流/电压乘积的差值上。以负载电阻RL=250 Ω为例, 当输出为20 mA时输出端250 Ω上的电压为5.0 V, 而输入端的两端间电压测试为8.8 V。简单计算表明, 内部损耗等于20 mA× (8.8～5.0 V) =76 mW, 也即内部损耗为76毫瓦。从使用者角度来看, 假若输出端负载电阻RL等于250 Ω, 那么从输入端看进去的等效电阻最大值为8.8 V/20 mA=440 Ω。在这种情况下输入的4～20 mA电流源必须具有驱动440 Ω负载的能力, 才能使WS1562无源隔离器在输出端负载电阻RL等于250 Ω条件下正常工作。不过, 大部分现场仪表能满足这些条件。
(4) 对于常用的二线制变送器 (含压力、温度、流量…) , 从隔离角度可以分为隔离式及非隔离式。采用隔离式二线制变送器的主要目的是提高抗干扰能力。二线制变送器的隔离有两种方式:一种方式是传感器和变送器一体而又必须放置在现场指定地点, 对于这种情况一般把隔离器安置在中央控制室机柜中。另一种方式是传感器和变送器分成二个部分, 传感器放置在现场指定地点, 把变送器设计为隔离式的放置在控制室中 (如热电偶变送器) 。处理Pt100这类温度变送器都考虑到了Pt100的长线补偿及线性化处理 (三线制的接线方式) 。类似还有以各种热偶为传感器的隔离变送器是增加了冷端补偿。
3结束语
PLC抗干扰分析及措施 篇8
可编程控制器(PLC)作为新一代的工业控制装置,因其本身具有高可靠性、较强的工业环境适应性以及编程简单、操作方便等特性,再配上各种测量控制仪表而在工业领域得到广泛应用。但当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作,从而不能保证PLC的正常运行。
1 影响PLC控制系统可靠性的干扰及来源
PLC控制系统主要集中安装在主控室中,但是由于其系统复杂,设备种类多,输入/输出(I/O)端口多,特别是外部的连接电缆又多又长,它们大多处在强电设备所形成的恶劣电磁环境中。除了恶劣的电磁环境外,PLC系统还涉及机械振动、化学腐蚀等场合。总体来说,PLC系统的干扰主要是2种形式:电磁干扰和机械振动干扰。现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一,找出问题所在,才能提出解决问题的办法。
1.1 电磁干扰源及一般分类
电磁干扰大都产生于用电设备电流或电压急剧变化,其原因是电流改变(电压变化也同时会导致电流变化)会在用电设备周围产生可变磁场,对周边设备产生电磁辐射;电磁辐射又会在该设备的薄弱部位产生电位差,即电磁干扰。
通常电磁干扰按干扰模式不同,分为差模干扰和共模干扰。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电压,这种干扰叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。共模干扰是每个被干扰点对地的电位差,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)电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏(这就是一些系统I/O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。
1.2 PLC系统中电磁干扰的主要来源及途径
1)电网干扰。
普通供电网络,由于电网覆盖范围广,电网上会有各种各样的用电设备。电源设备的停送电操作浪涌、大型设备的起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等都会在线路上感应出电压而在PLC系统所处空间形成电磁干扰,这些电压噪声会通过电源内阻耦合到PLC系统的电路中,给系统造成极大的危害。所以PLC如果直接从公用电网供电,将是很危险的。
2)柜内干扰。
如果PLC系统与其他大电感设备、高电压设备混装,控制柜内的高压电器,大电感性负载,混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。
即使PLC系统只与小容量电器安装在一起,这些电器的通断控制同样会产生电磁干扰。
3)信号线干扰。
与PLC控制系统相连的各类信号线,除了传输各类有效的信息之外,还会有外部干扰信号侵入。外部干扰主要有2种:一是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;二是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,这是很严重的。信号线干扰会引起I/O信号工作异常并大大降低测量精度,严重时将损伤元器件。
4)接地系统的干扰。
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,可以抑制电磁干扰的影响,还可抑制设备向外发出干扰;模拟电路的影响,逻辑地与模拟地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
5)变频器的干扰。
变频器启动和运行过程中产生的谐波可以对电网产生传导干扰,从而引起电网电压畸变,影响电网的供电质量;变频器的输出也会产生较强的电磁辐射干扰,进而影响周边设备的正常工作。
1.3 非电磁干扰
1)由于机械拉扯,线路自身老化等原因造成传输信号时断时续,现场信号无法准确地传送给PLC,造成控制出错。
2)机械触点抖动,现场触点虽然只闭合一次,PLC却认为闭合了多次,但由于PLC扫描周期太短,仍可能在计数、累加、移位等指令中出错,出现错误控制结果。
3)现场执行变送器、机械开关自身出故障,如触点接触不良,变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等。这些故障同样会使控制系统不能正常工作。影响执行机构出错的主要原因有:①控制负载的接触不能可靠动作,虽然PLC发出了动作指令,但执行机构并没按要求动作;②各种电动阀、电磁阀开、关不能到位,使得执行机构无法按PLC的理想控制要求动作,导致系统无法正常工作,降低了系统可靠性。
2 主要抗干扰措施
2.1 电源的合理处理,抑制电网引入的干扰
对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1∶1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。最好采用专用的净化电源。PLC的CPU部分与I/O部分分别供电,以避免I/O外部回路短路造成PLC停机。
2.2 安装与布线
1)安装。
PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备,不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200 mm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载,如功率较大的继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。
2)柜内布线。
柜内导线尽量按照不同的电压等级及类别分别走线,电源线采用双绞线。如必须在同一线槽内,分开捆扎交流信号线、直流信号线。
3)柜外布线。
PLC的输入与输出、开关量与模拟量要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端接地,接地电阻应小于1 Ω。不同电压等级的信号不能安排在同一根电缆中,交流信号与直流信号不能安排在同一根电缆中。
2.3 PLC输出负载的抗干扰处理
PLC输出模板采用继电器输出型时,所带的电感性负载的大小,会影响到模板内继电器的使用寿命,因此,使用电感性负载时应合理选择,或加隔离继电器。更重要的一点,PLC的输出负载可能产生干扰,因此要采取措施加以控制,若负载为直流电感性负载,则在负载两端加续流二极管保护,若负载为交流点刚性负载,则在负载两端加阻容吸收电路,见图1。一般选择D为 1 A,R为100 Ω,C为0.47 μF。
2.4 正确选择接地点,完善接地系统
良好的接地是保证PLC可靠工作的一个重要条件,可避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的一般有两个:一是为了安全,二是为了抑制干扰。完善的接地是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点之间存在地电位差,从而引起地环路电流,影响系统正常工作。比如电缆屏蔽层必须单点接地,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,接地线、屏蔽层和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会感应出电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,信号回路受到干扰。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等的电位分布,影响PLC内模拟电路和逻辑电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机等故障。模拟地电位的分布将使测量精度下降,会引起对信号测控的严重失真和误动作。
1)安全地或电源接地。
将电源线接地端和柜体连线接地做为安全接地。若电源漏电或柜体带电,可以从安全接地端导入地下。
2)系统接地。
系统接地即PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地。接地电阻值不得大于4 Ω,通常需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起,作为控制系统地。
3)信号与屏蔽接地。
一般要求信号线必须有唯一的参考地,屏蔽电缆遇到可能产生传导干扰的场合,也要在就地或者控制室唯一接地,防止形成“地环路”。信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;不接地时,应在PLC侧接地;信号线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时,各屏蔽层应互相连接好,并经绝缘处理,选择适当的接地处单点接地。
2.5 对变频器干扰的抑制
变频器干扰处理一般有以下几种方式:
1)加隔离变压器,主要针对来自电源的传导干扰,可将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前;2)使用滤波器,滤波器具有较强的抗干扰能力,可防止将设备本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能;3)使用输出电抗器,在变频器和电动机之间增加交流电抗器主要是为了减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射,影响其它设备正常工作。
3 矿井提升系统干扰问题及解决办法
我矿在2007年投产了一套1 900 kW交-交变频提升系统,针对现场出现的问题采取了以下的抗干扰措施:1)把功率部分与控制部分分别安装在两层,使得功率柜对PLC以及变频控制部分的电磁干扰减至最低;2)PLC系统及变频控制系统用的交流控制电源均通过UPS供电,使得高压电网侧的干扰信号不会通过电源直接传入控制系统;3)为了可靠接地并减少接地电阻,在保证接地极电阻小于1 Ω的基础上,选用双根95 mm2电缆作为接地电缆;4)对于触发脉冲、电压检测信号、电流检测信号、测速编码器信号等关键线路,采取单独敷设电缆,屏蔽层双端单独接地的措施。
4 结论
这套系统在调试初期,由于干扰问题给调试带来了一定的影响。使得接入PLC系统的位置检测信号、连锁信号出现差错。重新处理了接地与屏蔽之后,干扰的问题没有再出现。PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制抗干扰,才能使PLC控制系统正常工作。
参考文献
超宽带通信抗干扰性能分析 篇9
超宽带(UWB:Ultra width band)是指信号的-10dB相对带宽超过中心频率的20%或-10dB绝对带宽超过500MHz。
其中相对带宽η定义为
式中fh为频谱上界,fl为频谱下界。
在冲激无线电中,最重要的两种跳时类调制方式是脉冲位置调制PPM(Pulse Position Modulation)和脉冲幅度调制PAM(Pulse Amplitude Modulation)。PPM系统模型是最典型的冲激无线电模型,PPM系统的信号波形为:
其中,t代表发射机发射脉冲的时间,i表示多用户系统中的第i个用户,W(·)表示发射的单周期脉冲波形,Tf代表冲激脉冲的脉冲间隔;yi(K)表示第i个用户所使用的跳时序列,其周期为L,跳时序列满足 0≤yi(K)≤Nh;Tc是跳时码控制的脉冲时延,满足Tf=N Tc,通常取N=Nh+1;d
由于超宽带冲激无线电技术是新兴的通信技术,所以它其中的许多技术有待解决,如冲激脉冲的产生、跳时码的设计、系统的同步问题、相关接收问题以及基于超宽带无线电传输技术的网络组建和体制协议的研究问题等等。然而,决定其以优良的性能应用于军事通信系统之中,并成为最具潜力的通信对抗新技术的主要原因却在于它采用了冲激脉冲技术和跳时码调制。
2 超宽带通信关键技术分析
冲激脉冲技术和跳时码调制是超宽带冲激无线电通信系统的两项关键技术。脉宽极窄的冲激脉冲决定了该通信系统具有极宽的带宽,从而使其具有低截获、低检测概率的性能,并为其在通信反干扰中的应用提供了前提。而具有优良相关性能的跳时码的采用则使其具有多址功能,能够实现组网战术通信,同时也克服了自身的相互干扰。本节将对这两项技术进行说明。
2.1 冲激脉冲技术
我们知道,一般通信技术是把信号从基带调制到载波上,而UWB则是通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制,从而具有GHz量级的带宽。这种相当宽的带宽使得它的能量被分散,平均功率只有几毫瓦甚至于几微瓦。它不采用常规正弦波无线电通信系统中的中频和射频电路,因而系统结构简单、体积小、成本低,可做成便携式超宽带电台。目前,UWB使用的冲激脉冲的波形有许多种类,其中最广泛地应用于研究中的是高斯脉冲波形,其数学表达为
其频谱为
该单周期冲激脉冲的波形和功率谱密度如图 2和图 3。
2.2 跳时码调制跳时技术
跳时码调制跳时技术是扩频技术的一个重要组成部分,它可以看成是一种时分系统,所不同的地方是它不是在一帧中固定分配一定位置的时片,而是由跳频序列控制的按一定规律跳变位置的时片。由于跳时的处理增益不高,长期以来人们对它的研究远没有直接序列扩频和跳频扩频多,通常是将它与其它扩频方式结合使用,组成各种混合扩频方式。然而,超宽带冲激无线电技术的出现却使它开始受到人们越来越多的关注和研究。由公式(1)可知,该模型使用跳时码和待传输的信息符号共同控制冲激脉冲的发送时刻,所以跳时技术是超宽带冲激无线电通信中的一项重要技术,在超宽带无线电通信系统中起着至关重要的作用。跳时码是超宽带无线电实现多址通信的来源,跳时码的数目直接决定了超宽带无线电通信系统的用户数目,同时它也是同步与信道检测的可靠保证,所以跳时码性能的优劣直接影响到整个超宽带无线电通信系统性能的好坏。为了满足系统的要求,跳时码必须具有良好的相关性能,即良好的自相关性和互相关性。当系统不采用跳时码而是直接进行等间隔调制时,其数学模型(1)转变如下:
从公式(2)中我们可以看出,进行等间隔调制时,需要严格的系统定时和同步,否则其自身将发生灾难性的时隙碰撞。而且,由于没有采用多址方式,系统也不能进行多用户组网通信。但是,当采用了性能优良的跳时码以后,上面的问题就被解决了。此时需要研究怎样设计具有良好相关性能的跳时码,以便最大限度地减少多址干扰。此外,跳时码对于超宽带冲激无线电通信系统的功率谱密度PSD(Power Spectral Density)也有很大的影响。当不考虑对信息数据的调制时(因为信息数据可看作随机信号,进行数据调制时只会使功率谱变得更加平滑),其功率谱密度可以表示如下:
其中
3 抗干扰性能分析
超宽带冲激无线电与常规的正弦波无线电相比较有许多优良的性能,因而适用于军事通信。尤其是在通信对抗中,要求信号具有隐蔽性、抗截获、抗干扰以及多址组网等诸多性能,这使得该项通信新技术具有很好的应用前景。
3.1 毫瓦级的平均功率使其具有极好的隐蔽性和共存性
信号的平均功率越低,功率谱密度曲线越平滑,信号的隐蔽性就越好。超宽带冲激无线电通信系统因为具有极宽的带宽,使得信号的平均功率相当低,一般为毫瓦级。如果是短距离通信,甚至可以达到微瓦级。这样低的平均功率使信号隐蔽在噪声中,不但自身难以被敌方检测到,同时也不会造成对己方其它通信系统的干扰,因而具有极好的隐蔽性和共存性能。与此相比较,对于其它的窄带通信系统或者扩频通信系统因为受到诸多因素的影响,要达到这样的性能是很难的,甚至是不可能的。
3.2 极高的处理增益使其具有良好的抗干扰性
因为超宽带冲激无线电系统具有GHz量级的带宽,所以在传输同样速率的信息数据时,其处理增益要比扩频通信系统高得多。如果要传输速率为8kbit/s的信息,对于一个2GHz/10Mbit/s的超宽带无线电通信系统来说,其处理增益可达到54dB。而同样的要求对于直接序列扩频系统来说,需要其具有相当宽的射频带宽,这在工程上给射频电路的实现带来了极大的困难。同时,对于跳频系统来说,在低频段上的高速跳频是不容易实现的。因为一般在短波跳频电台中,其跳速目前不超过100跳/秒,而在甚高频电台中的跳速一般也只是在500跳/秒。由此可见超宽带无线电系统的巨大优势所在。
3.3 性能优良的跳时码使其具有多址组网能力
多址组网能力是现代军事通信的一个基本要求。在战术通信中,更是要求各战术电台之间能够进行组网通信。例如,我们熟悉的跳频通信组网就是这样。对于通信组网,一般可分为正交组网和准正交组网。正交组网为了保证各用户之间正交而采用同步网,所以对全网的同步有严格的要求。然而准正交组网则简化了对网络的管理,采用异步网方式。这使得它不需要全网的定时同步,因此可以降低定时精度的要求,且便于技术上实现。对于超宽带冲激无线电通信系统,因为使用了跳时码,所以可以通过寻找具有良好相关性能的跳时码来尽量减少跳时时隙的碰撞机会,以便采用对定时要求不高的准正交网。超宽带无线电采用跳时码来实现组网通信,实际上是码分多址方式。码分多址有许多良好的性能,它便于组网、进行选呼、增加保密性,同时也可以解决新用户随时入网等问题。所以超宽带无线电通信系统在使用上可以变得更加灵活。
4 结束语
UWB技术是一项新型技术,为当今通信领域中的容量与有限的频谱资源分配等问题提供了解决方法,同时也为军用通信抗干扰技术提供了借鉴,并为通信对抗提出了新的课题。虽然它现在仍处于初级阶段,各项理论仍有待深入探讨。但在标准、规范的制定方面,欧美、日本等国家已经进行了相关的工作,并取得了一定的进展,为UWB系统广泛应用奠定了一个良好的基础。相信在不久的将来,UWB技术将会开创军用无线通信中一个崭新的领域。
参考文献
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Link22抗干扰性能分析 篇10
美国海军和北约国家于20世纪80年代发起“北约改进型Link11 (NILE) ”计划, 研制新型数据链, 旨在用较低费用更新和最终取代11号数据链 (Link11) , 并补充完善16号数据链 (Link16) 的战术功能, 研制的新型数据链为22号数据链 (Link22) , 是北约的下一代战术数据链[1]。文章主要关注Link22的抗干扰能力, 从高速跳频和自适应天线阵列两个方面, 对Link22的抗干扰性能进行分析研究。
1 Link22体系结构
Link22是一种抗电子干扰、保密可靠、灵活机动的中速数字数据通信系统, 实时与舰艇、潜艇、飞机和岸基中心的战术数据系统交换战术数据。它混合了Link11和Link16的功能与特点, 采用时分多址 (TDMA) 体系结构、特殊的通信媒体和协议以及特殊的操作规程。配备Link22的单元叫做NILE单元 (NU) , NU能够通过数据转发单元与配备其他数据链 (如Link16) 的单元交换战术数据。Link22能够在超高频 (UHF) 和高频 (HF) 频段使用定频和跳频波形。使用HF频段, 能够提供300海里的无缝覆盖;使用UHF, 覆盖范围仅限于视距;HF和UHF都能够通过中继扩大覆盖范围。每个Link22单元可同时在4个网络上工作, 组成超级网络。每一个网络都工作在不同的媒体上, 任一单元在任何网络都能与任何其他单元通信。
构成Link22单元的逻辑块包括数据链处理器 (DLP) 、系统网络控制器 (SNC) 、人机接口 (HMI) 、链路级通信安全单元 (LLC) 、4个信号处理控制器 (SPC) 和4个射频终端 (Radio) 。Link22单元体系结构基本框图如图1所示。
1) 数据链处理器 (DLP)
DLP提供战术数据系统 (TDS) 和Link22之间的接口, DLP可嵌入TDS发挥作用, 也可作为一个独立的设备。
2) 系统网络控制器 (SNC)
SNC提供报文传输服务, 主要涉及网络和单元管理, TDMA时隙动态调整、中继和路由选择、网络/业务迟登录。当网络发生拥塞时, SNC通过询问DLP哪些报文可以丢弃而执行流量控制功能。
3) 人机接口 (HMI)
人机接口主要提供对网络运行模式、协议和电台进行初始化、控制, 必要时进行重新初始化;Link22故障诊断与隔离;平台和网络的监视和管理。
4) 媒体子系统 (MEDIA)
Link22媒体子系统由网络安全、SPC和无线电3部分组成。4个SPC负责调制/解调、检错和纠错功能, 在HF频段, 可以采用定频以1 493~4 053b/s速率收发数据, 或采用跳频方式以500~2 200b/s速率收发数据;在UHF频段, 可以采用定频方式以12 667b/s速率收发数据, 或工作在高速跳频模式收发数据。无线电部分包括安装平台上的无线电设备, 在HF跳频方式下, 通过慢跳频电台提供传输安全;在UHF跳频方式下, 通过快速跳频电台提供传输安全。自适应阵列天线设备支持电磁保护措施 (EPM) , 既能有效抑制电磁干扰和射频干扰, 还能减少无线波瓣的不规则效应。
针对Link22系统中的通信系统部分, 包括SPC和Radio。在信号处理和发送阶段, Link22为了保证信息的有效传输和不被干扰, 采用了许多抗干扰技术, 主要采用现代加密、 (可选) 无线功率控制、跳频发射、自适应阵列天线等技术抑制电磁和人为干扰[2], 采用RS编码和循环码抑制信道随机干扰, 并使用消息确认与重传机制保证可靠传输[3]。文章主要对高速跳频和自适应阵列天线技术的抗干扰能力进行仿真研究。
2 高速跳频性能仿真
跳频通信的工作频率每秒钟可以跳变数十次到数千次, 甚至更多。一般来说, 跳频速率大于或等于信息发送速率, 即每发射一个信号频率跳变不止一个频率称为快跳频或高速跳频;反之则称为慢跳频[4]。
Link22可工作在HF和超UHF频段, 2个频段的工作方式不同。文章重点仿真在UHF频段, 高速跳频技术的应用对系统性能的影响。仿真参数如表1所示。
2.1 建模设置
(1) 信号产生:信号源为速率50Kb/s的离散随机信号, 时钟采样频率fs=800MHz。
(2) 调制/解调模块:采用频移键控 (FSK) 调制方式, 调制频率为f0=50kHz和f1=200kHz。
(3) m序列:采用19级的线性移位寄存器, 产生m序列的长度为L=219+1。
m序列中每相邻6个二进制数转化为一个十进制数, 可得到一组0~63的随机数, 当十进制数大于49时, 令其减去49;判定相邻2个数, 如果相等, 则后移6位再进行二进制转化十进制。这样就得到一组0~49的伪随机码。
(4) 跳频调制:用伪随机码去键控FSK调制信号, 使信号载波频率随伪随机码的变化不断跳变, 相邻跳频点的频率间隔为3 MHz以上, 跳频速率为50 000h/s。
(5) 信道干扰:对调制后的信号进行信道噪声加载。文章采用AWGN信道, 并加载宽带干扰。
(6) 接收:对接收到的信号, 先进行滤波, 然后与本地频率合成器生成的载波混频得到中频信号, 最后将此中频信号进行相干解调, 得到原始信号, 并与发送端的原始信号比较。
2.2 仿真分析
1) 跳频调制
跳频频点在225~400 MHz之间, 相邻间隔为3MHz以上的50个频点。每个跳频点的逗留时间Th=0.02ms, 满足高速跳频需求。跳频调制后的波形图如图2所示。
2) 干扰分析
宽带干扰是利用宽带噪声信号对整个跳频宽带进行干扰, 可以干扰通信系统的多个频点, 通过调整信道信干比的大小, 可模拟不同强度的干扰噪声。
对于FSK解调, 理想条件下的误码率为:
其中Eb为每比特信号能量, N0为高斯白噪声功率谱密度。
在加载宽带噪声情况下, 误码率为:
其中NJ为宽带干扰功率谱密度。
仿真中设置信干比在0~7dB之间, 每隔1dB设置不同的信干比。误码率曲线如图3所示。
由图3可以看出, 采用快速跳频的Link22对宽带噪声能起到明显的抗干扰作用。当信干比为6dB时, 系统误码率为1.2×10-5, 系统通信几乎不受影响;当信干比下降到5dB时, 误码率大概是4.0×10-4, 通信系统受到了一定的干扰;随着信干比进一步下降, 系统误码率达到近5.0×10-3, 通信严重受到影响, 几乎不能正常通信。所以只有当信干比达到6dB以下时, 才能对高速跳频通信系统产生影响。但对于宽带噪声干扰, 由于功率谱密度低, 要提高干扰信号功率, 需要成倍提高干扰机功率, 实现困难。可见采用高速跳频的Link22对宽频噪声能够起到明显的抑制作用。
3 自适应天线性能仿真
自适应阵列处理是从空间复杂的信号环境中提取出有用信号的相关信息, 而Link22应用空域自适应阵列处理的目的是抑制空间干扰, 尤其是对那些从时域上无法分开而在空间上可分离的干扰。对接收信号进行阵列处理, 能够有效地在干扰方向形成零陷, 抑制干扰增益的同时不会降低主瓣的增益, 可以分离出干扰和有用信号。因此, 在Link22中, 自适应天线技术是抑制干扰最有效的工具之一。
3.1 自适应波束对零模型
自适应波束对零技术是对接收到信号进行阵列处理, 使其波形图在干扰方向形成零陷 (即抑制干扰的增益) , 压低旁瓣增益, 得到有用信号。在阵列处理中主要遵循三大准则寻求最优权矢量, 分别是最大信干噪比准则、最小均方误差 (MMSE) 准则和最小噪声方差准则[5]。
MMSE准则是利用参考信号求解自适应权矢量的一种原则, 参考信号d (t) 可以是根据期望信号特性产生的本地参考信号, 也可以是接收的导引信号, 阵列自适应权矢量的求取是使参考信号与加权相加的阵列输出之差的均方值最小。对于N等距线阵, 阵元间距为d, 假设各阵元都是各向同性阵元。自适应天线结构如图4所示。
阵列接收到的信号为:
阵元的加权矢量为:
误差信号为:
则:
其中:
要使均方误差最小, 将式 (4) 右边对W求导并令其等于0, 得到权矢量的最优值为:
由式 (7) 可见, 最优权矢量是阵列输入信号和参考信号的非线性函数, 由于参考信号已知, 所以该波束形成问题可以作为一个从多波束天线输入矢量X (t) =[x1 (t) , x2 (t) , ..., xn (t) ]T到最优权矢量Wopt的非线性映射。
3.2 仿真分析
文章仿真一个16元的均匀线阵, 有用信号方向为0, 2个干扰方向分别为-30和40。基于MMSE准则下仿真波形如图5所示。
从图5可以看出, 天线接收到的有用信号在0度, 在2个干扰方向-30°和40°形成较深的零陷, 对干扰信号有明显的抑制作用。在Link22系统中应用自适应天线技术, 能显著提高系统的抗干扰能力。文章仿真的是MMSE准则下理想线阵的情况, 在现代先进的自适应天线技术中, 利用复杂算法可以实现更好的波形指标需求。近年来, 阵列综合、天线对零及神经网络等技术的迅速发展, 使得自适应天线抗干扰技术在数据链系统中得到了广泛应用。
4 结束语
Link22是北约国家联合研制的下一代数据链。为了保证信息的可靠传输, Link22综合采用了信息加密、功率控制、跳频发射、自适应阵列天线等技术来抑制电磁和人为干扰。文章主要从高速跳频和自适应天线阵列两个方面, 对Link22的抗干扰能力进行了仿真分析。后续还需进一步研究多阵元和面阵情况下自适应天线对零技术的抗干扰性能, 采用FPGA或DSP等硬件实现神经网络自适应波束算法, 提高算法的实时性, 从而满足战术数据链的实时性要求。
参考文献
[1]王邦荣, 李辉, 张安, 等.战术数据链的现状及发展趋势[J].火力与指挥控制, 2007, 32 (12) :5-9.
[2]梁炎, 陆建勋.Link22—北约国家的下一代数据链[J].舰船电子工程, 2006, 26 (01) :3-7.
[3]胡晓娇.跳频通信系统抗干扰性能研究及仿真分析[D].武汉:华中科技大学, 2006.
[4]梅文华, 王淑波, 邱永红, 等.跳频通信[M].北京:国防工业出版社, 2005.
抗干扰分析 篇11
【关键词】变电站 电力系统 电业 综合自动化 抗干扰技术 瞬变干扰
【中图分类号】TM63【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0271-01
变电站的各种测量系统、控制系统、自动化系统、通信系统都要依托于综合布线系统，由于综合布线系统属于一种无源的系统。因此，这种系统在办公的环境之中可以是非常正常的一种状态，但是，在变电站内，这种状况就有了一个较大的改变，其中最巨大的改变就在于，在变电站中，这些综合布线系统必须与变电站内的强磁高压设备的控制部分相连接，在靠近这些强磁高压设备之后，无源的系统必然会受到有源系统的强烈干扰，在实际工作中这种情况也的确时有发生，并且还存在着相互干扰的情况，严重时会对计算机以及综合布线系统中的设备或计算机系统造成致命的损坏。在变电所中除了强磁高压的干扰而外，还普遍存在着两种电磁干扰，一种是一次回路的电磁干扰；一种是二次回路的电磁干据。这两种电磁干扰是通过感应、传导与辐射等与综合自动化系统中的灵敏元件互相作用的。一旦这些干扰的程度超出了综合自动化系统中的灵敏元件的抗干扰能力，就会造成这些元器件的功能紊乱或失效，严重时还会烧毁这些灵敏元器件。在干扰程度较轻的时候还会使得测控系统产生大量的无用的干扰信息，由于目前综合自动化系统的智能化程度有限，尚不能有效地剔除这些垃圾信息，因此，这些信息极为严重地影响了变电站的正常工作，因此，值班人员在出现异常信息以后必然会对异常设备进行检查，因此，给值班人员造成了额外的工作压力，这些过度的压力对于在强磁高压环境下工作的工作人员而言是极为危险的，这就无形之中增加了事故的发生机率。基于上述阐述，可见，必须全面提高综合自动化系统的抗强磁高压的电磁干扰能力，一方面进行合理的接地，另一方面消除双绞线的串扰，同时在变电站内使用的电器设备要尽可能地使用有屏蔽的线缆以提高其抗干扰能力。
1、针对静电放电的干扰防护
目前，国家已经制订了标准的抗静电干扰的试验，这个试验的主要目的就是测试设备对抗静电的情况。试验的过程就是模拟人体蓄积了静电然后瞬间释放静电的过程。针对变电站中的自动化装置应采取有效措施对增强其抗静电能力，以免因静电问题使得这些装置出现问题。
1.1 由于变电站的特殊性质，所以在这种环境之中，人体的静电会比其他环境中要多且大，而变电站中的综合自动化装置的所有部件都有可能在操作人员接触到这些部件的时候使得这些部件瞬间被静电击穿。在实际的抗静电干扰时应从以下几个方面着手：
1.1.1 良好的接地保护可以有效避免静电干扰
良好的接地保护对于任何一种环境之下的电器都是必须的，对于变电站而言更是如此。变电站中的所有与综合自动化系统相关的设备必须全部有单独的、可靠的接地措施，这样就可以给静电的释放提供一个更快速更直接的接地通道，以免静电对设备产生直接的干扰。
1.1.2 较大的内部隔离空间可以更加有效地避免静电干扰
电子设备在进入变电站之间必须进行检查以确保其内部电子系统与其金属外壳之间不仅隔离良好，而且金属外壳与内部电子系统之间的空间要足够大，这样可以有效避免静电对内部电子系统的干扰。
1.2 变电站的电子设备在选型与选购时必须选择全金属外壳，因此全金属外壳的电子设备其抗静电干扰能力要比其他外壳的电子设备强很多。
1.2.1 全金属外壳接地操作易行
全金属外壳的接地操作相对于其他外壳而言要容易得多，而且接地也更加可靠。不需要为这样的设备单独配备专用的接地线。但是如果是部分金属外壳的电子设备就必须为其设置单独的接地线以保证其可靠的接地。这样的设备在选购时要注意其局部金属外壳上是否留有专门的接地螺针等设置。
1.2.2 插件式面板、接地困难，常常只能够靠面板背面与机箱框架的接触实现接地连结，面板上喷漆的漆膜或铝型材的氧化膜都不导电，且很难清除。无法保证面板与金属机箱框架之间形成良好的电接触。
1.2.3 如果通过插件印制板布排专门的面板接地线，往往是得不偿失，很可能把静电放电过程中产生的高电压大电流直接引入到印制板上一一形成“干扰地线”，使装置抗静电放电干扰的能力更加脆弱。同时该地线还有可能对一些导电回路的绝缘性能带来不利的影响。
1.3 对整体面板最好能实行整体面膜覆盖。对整体面板实行面膜覆盖，可将面板上的显示器、信号灯、按键等等都保护起采，只要面膜的强度足够高（一般的绝缘面膜都能满足要求），当把静电高压施加到面膜上时，根本就没有放电现象发生，也就不会有静电放电干扰了。
2、瞬变干扰的防护
2.1 瞬变干扰的特点 快速瞬变干扰脉冲的主要特点是幅值高，前沿陡，脉冲尖，重复率高。由于快速瞬变脉冲的特点，其干扰传播方式虽以传导为主，但由于其频谱带宽所致利用分布电容也是其重要传播方式之一，还有一部分是通过空间辐射进行干扰，可见要求我们产品设计人员对装置进行全面考虑，整体防护。
2.2 印制板和电路布局 多层印制板的选用是抑制干扰的一个很好手段，其电源回路具有很大的板间电容，可抑制电源上的各种干扰脉冲，器件间的布线也更简洁、短少、方便，可大大减少各回路间的串扰耦合。如选用双面板进行布线，则更要对整个电路进行仔细推敲，精心布置。
2.3 装置输入、输出回路的配线和布线 自动化装置的特点是有大量的输入、输出回路，，如电源回路、电压回路、电流回路，开入回路、开出回路等，由于整屏布线时很难把他们一一分开，分别布置，它们常常都是捆扎在一起，由电缆通过各种沟、槽通道连到各个取样点或控制点，因此，通过分布电容的锅台，各个输入、输出回路，都可能会引入干扰。对这样的输入、输出线，在装置内部的布线一定要精心安排，进入装置后要尽快进入隔离器件。
2.4 开关电源
开关电源对电源回路的干扰有一定的隔离作用。但开关电源的进出线一定要分开布线，有的装置装有电源开关，并把电源开关布置在面板上，对这样的设计一定要小心安排，开关连线要取在电源滤波器（开关电源的内部滤波器）的后面，面板开关的线一定要相对“干净”一些，最好选用屏蔽线。
2.5 滤波器的选用
滤波器应直接安装在装置上，并按滤波器的使用要求进行安装布线，这样才能使滤波器发挥应有的作用，如只能将滤波器安装在屏架上，则需设计人员和安装人员认真安排，精心施工，滤波器的输入线和输出线一定要分开，输出线和其它可能产生干扰的回路一定要远离，输出线越短越好，防止在外暴露过长，重新接收或锅台干扰，滤波器的外壳要良好接地，以保证其滤波效果。
3、电磁场干扰的防护
抗辐射电磁干扰所要做的就是选择全金属机箱，保证机箱整体电气连结良好并可靠接地，装置面板上的开孔不能够太大、机箱上的散热孔应开成圆形小孔（圆孔比长孔屏蔽效果好），这样才能使机箱起到应有的屏蔽效果。
结束语：
随着变电站自动化系统大规模地利用和继电保护设备的不断更新，干扰问题是造成继电保护装置不正确动作和监控系统不正常工作的主要原因之一，采取有利措施解决保护和自动化设备的抗干扰问题越来越迫切。解决好这个问题，将可以显著提高保护的正确动作率。以上分析了高压变电站内保护和自动化设备所受干扰的种类及机理，并给出了实际可行的解决措施，从而使得保护装置和自动化系统真正成为变电站安全运行的守护神。
参考文献
[1] 杨东升.变电站综合自动化系统中就近安装保护装置的抗干扰措施[J].广播电视信息.2011（02）
电气控制系统抗干扰措施分析 篇12
1 电气控制系统的干扰源
从电气控制系统在实际工况下受干扰的现象来看, 系统所受到的干扰源分为电源干扰、信号传输过程干扰、场干扰等, 如图1所示。
1.1 供电电源产生的干扰。
工业现场的电网污染严重, 大功率设备会造成电网的输出功率严重波动, 使得电网电压大幅度地涨落、浪涌。其中大功率开关的通断, 电动机的启停等原因, 电网上常常出现很高的尖峰脉冲干扰。其幅度大的可达数百伏甚至上千伏, 而脉宽一般为μS数量级。对于电气控制系统来说, 危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰。图2示出了尖峰脉冲的形状。据统计, 电源的投入、瞬时短路、欠压、过压、电网窜入的噪声引起电气控制系统出现误操作, 控制系统无法完成预定任务。
1.2 信号传输过程干扰。
信号传输过程干扰主要来源于长线传输。当系统中有电气设备线路表面破损, 接地系统设置不合理, 或者传感器探头部件绝缘不好等, 以及各通道的传输线由于为了不知方便常常处于同根电缆或捆扎在一起, 尤其是信号线与交流电源线处于同一根管道时, 产生的共模或差模电压都会影响系统, 使系统无法工作。
1.3 场干扰。
电气控制系统中所使用的各种类型电气元件, 有的是集中安装在控制室, 有的是分散安装在生产现场的各单机设备上, 显然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, 这些场干扰会通过电源或传输线影响各功能模块的正常工作, 使其中的电平发生变化或产生脉冲干扰信号。
2 电气控制系统抗干扰措施
针对电气控制系统受到干扰的情况, 解决电气控制系统抗干扰的技术主要包含:电源抗干扰措施、信号传输过程抗干扰措施、屏蔽和接地抗干扰措施、软件抗干扰技术。
2.1 电源抗干扰措施。
2.1.1配电系统的抗干扰措施。解决供电干扰首先从配电系统上采取措施。其次可采用分布式供电方案, 就是将组成系统的各部分分别用独立的变压、整流、滤波、稳压电路构成的直流电源供电, 这样就减少了集中供电的危险性, 而且也减少了公共阻抗以及公共电源的相互耦合, 提高了供电的可靠性, 也有利于电源散热。另外, 交流电的引入线应采用通导率大的粗导线, 直流输出线应采用双绞线, 扭绞的螺距要小, 并尽可能合理设置配线长度。2.1.2设置监视电源电路。实施抗干扰措施在配电系统中是必不可少的, 但这些仍难抵御微秒级的干扰脉冲及瞬态掉电, 特别是后者属于恶性干扰, 可能产生严重的事故。因此应采取进一步的保护性措施, 即使用电源监视电路。电源监视电路需具有监视电源电压瞬时短路、瞬间降压和微秒级干扰及掉电的功能;及时输出供CPU接受的复位信号及中断信号等功能。2.1.3 UPS。UPS, 即不间断电源。UPS最适合的工业应用领域是电网突然掉电, 而计算机不能停止工作或者需要一个充足的时间保护重要数据的场合。目前的UPS除了不间断供电之外, 还具备过压、欠压保护功能, 软件监控功能等。其中在线式UPS还具备与电网隔离、强抗干扰特性, 是高可靠性控制系统的最佳选择。
2.2 信号传输过程抗干扰措施。
抑制过程通道上的干扰, 主要措施有传输信号线选择、电流传输、光电隔离等。2.2.1传输信号线选择。在长线传输中, 双绞线、同轴电缆、光缆等是较常用的几种传输线。双绞线是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质, 由于双绞线构成的各个环路, 改变了线间电磁感应的方向, 使其相互抵消, 因而对电磁场的干扰有一定的抑制效果。同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体 (铜网) 和一根位于中心轴线的内导线 (电缆铜芯) 组成, 并且内导线和圆柱导体及圆柱导体和外界之间都是用绝缘材料隔开, 它的特点是抗干扰能力好, 传输数据稳定, 价格也便宜, 同样被广泛使用。光缆是由一组光导纤维组成的、用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。与其他传输介质相比较, 光缆的电磁绝缘性能好, 信号衰变小, 频带较宽, 传输距离较大。2.2.2电流传输。长线传输时, 用电流传输代替电压传输。电流环最大优点是低阻抗传输线对电磁燥声不敏感, 可获得较好的抗干扰能力。2.2.3光电隔离。利用光电耦合器的电流传输特性, 实现电信号的传送。输入与输出绝缘隔离, 信号单向传输, 无反馈影响, 抗干扰性强, 响应速度快。
2.3 屏蔽和接地抗干扰措施。
在程控系统中, 良好接地可消除各电流经公共地线阻抗时产生的感应电压, 避免磁场及电位差的影响, 使其形不成环路。接地是抑制干扰, 使系统可靠运行的重要方法, 和屏蔽结合起来使用可解决大部分电磁场干扰问题。对接地系统设计是否合理、可靠, 关系到系统的安全性、抗干扰能力的强弱及通信系统的畅通。
2.4 软件抗干扰技术。
电气控制系统工作现场电磁干扰复杂, 硬件方面虽取了一系列抗干扰措施, 但仍会有干扰进入系统中, 所以仅依靠硬件要想从根本上消除干扰是不可能的, 因此在进行软件设计和组态时, 还必须在软件方面进行抗干扰处理, 进一步提高系统的安全可靠性。在CPU处理能力允许的条件下, 对那些硬件和软件均可实现的功能, 应尽可能用软件来完成, 这样不仅硬件电路简单, 引入和发出的干扰因素也相应减少, 还有利于调试和提高系统的可靠性, 节省硬件投资, 降低成本。
3 结论
电气控制系统的防干扰是一个非常复杂的过程, 设计时要根据具体的工况来全面的考虑, 抗干扰措施是由工控系统开发者操作的项目, 应用恰当与否取决于开发者的实践经验和对现场的深刻认识。做好抗干扰措施是电气控制系统的基础建设, 首先做好它是成功的保证。
参考文献
[1]张建民.机电一体化原理及应用[M].北京:国防工业出版社, 1992.
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[4]王金全, 黄彬业, 王利明等.工业计算机系统工程化应用的抗干扰问题[J].中国电力, 1996 (7) :18-21.
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