基于工业自动化控制系统的抗干扰技术研究.pdf
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1、智能控制技术今 日 自 动 化2 0 2 3.5 今日自动化 1Intelligent control technologyAutomation Today2 0 2 3 年第5 期2023 No.5随着工业生产的不断进步,越来越多的企业采用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)等先进的设计与制造手段,使企业的设计能力、制造能力得到大幅提高。在提高企业生产效率的同时,也带来了许多新的问题。如由于使用计算机控制的自动生产线具有很高的柔性,因此,很容易受到外界电磁环境的影响。如果这些影响无法及时消除,就会造成产品品质下降或出现故障。此外,当发生火灾时,如果电气线路被烧坏,则将导致整个车
2、间瘫痪,甚至引发重大事故。因此,如何降低因电磁环境因素造成的损失,已成为当前各行业普遍关心的问题之一。干扰是影响工业自动化系统稳定运行的重要因素之一,随着工业自动化的发展,各种干扰源对系统的破坏作用日益严重,导致系统故障频发、稳定性下降。文章主要针对工业自动化控制系统中的电磁干扰问题进行研究,提出了一种抗干扰的思路。1 问题的提出传统的控制理论认为,只要给定一个被控量,就能通过输入输出关系确定其值。但是在现实应用中,被控量的变化通常受到外界环境的影响,如温度、湿度等,同时由于控制系统的设计者对于被控量的认识有限,因此,即使给出了正确的数学模型,仍然无法保证系统能够准确实现预期的控制功能。随着现
3、代通信技术和网络技术的快速发展,基于通信和计算机技术的信息处理方式得到了迅速的发展,使得传统意义上的“硬线”成为历史。在实际生产过程中,为提高生产效率,常采用一些复杂的控制策略。这些复杂控制策略通常涉及大量的现场信息,如设备参数、工艺参数等,这些信息不仅包含着大量有用数据,而且还会产生大量无用或错误的信号。这些无用或者错误的信号会对控制系统造成严重的危害,如导致整个系统的性能降低,还可能造成巨大的经济损失。2 国内外研究现状近年来,随着信息与通信技术的不断发展,我国电子产品的生产制造也得到了极大的发展,其中电子装备制造业的发展尤为迅速,而与之相对应的,便是电子装备制造行业所面临的各种复杂环境。
4、摘 要干扰源包括外部和内部干扰源,其中外部干扰主要来自电磁环境,如工业现场的各种设备、线路等,这些设备的运行会产生大量高频信号,对工业自动化的系统产生较强的干扰。内部干扰主要是由于控制系统的硬件设计不合理,或者软件编程不完善,造成控制系统的稳定性差,易受到外界因素的影响而出现故障,从而影响生产过程。因此,研究基于自动化控制系统的抗干扰性,是实现工业自动化系统稳定可靠的关键之一。文章从系统结构、信号处理及传输方式等方面出发,结合具体案例进行分析,并针对目前工业自动化控制系统中存在的一些常见干扰源,设计了相应的解决方案,以期为相关领域提供一些参考。关键词基于工业自动化的控制系统;抗干扰技术;信号处
5、理;传输方式中图分类号TP273 文献标志码A 文章编号20956487(2023)05000103Research on Anti-interference Technology Based on Industrial Automation Control SystemCHEN ChuangangAbstractInterference sources include external and internal interference sources,among which external interference mainly comes from the electromagneti
6、c environment,such as various equipment and lines in industrial sites.The operation of these equipment will generate a large number of high-frequency signals,which will have strong interference on industrial automation systems;Internal interference is mainly due to unreasonable hardware design or in
7、complete software programming of the control system,resulting in poor stability of the control system and susceptibility to external factors leading to malfunctions,thereby affecting the production process.Therefore,studying disturbance immunity based on automation control systems is one of the key
8、factors in achieving stable and reliable industrial automation systems.This article starts from the aspects of system structure,signal processing,and transmission methods,and conducts in-depth analysis based on specific cases.It also designs corresponding solutions for some common interference sourc
9、es in industrial automation control systems,in order to provide some reference for related fields.Keywordscontrol systems based on industrial automation;anti interference technology;signal processing;transmission mode基于工业自动化控制系统的抗干扰技术研究陈传刚(杭州和利时自动化有限公司,浙江杭州310018)智能控制技术今 日 自 动 化2 2 0 2 3.5 今日自动化Inte
10、lligent control technologyAutomation Today2 0 2 3 年第5 期2023 No.5为解决这一难题,许多学者都提出了解决方法,如采用数字信号处理的方法,通过软件模拟出真实环境的物理特性,从而降低设备本身带来的各种噪声;或者利用硬件电路,将设备的内部电路进行隔离,从而减少外部电磁场的影响;又或者使用多级屏蔽,将设备内部的各个部分进行隔离,从而有效降低外部电磁场的影响。但是以上方法无法完全消除来自外部的各种影响。例如,当某个设备出现故障时,可能会产生大量的电流,而这些电流产生的磁场会对周围其他设备造成一定程度的破坏,甚至会导致其他设备的损坏。因此,如何有
11、效抑制来自外部的各种干扰,成为当下需要重点研究的对象。目前,国内外基于自动化控制的抗干扰性研究,主要集中在以下几个方面。2.1 抑制外部电磁辐射的措施针对外部的电磁辐射,通常采用屏蔽或接地的方法,将可能存在的强电信号隔离。但是对于一些弱电信号,比如,开关量频率较低,如果使用金属网或铁板作为屏蔽体,可能会引起较大的漏电流。另外,当屏蔽层厚度超过一定值时,还会引起屏蔽层的损坏,甚至发生短路,进而引发火灾。2.2 抗共模干扰的措施针对共模干扰,一般采用抑制电路中高阻态电阻的方法,即增大电源电压。但这种方法会导致电源纹波变大,影响正常的工作。为克服该缺点,可以采用一种新的方法 差动放大。在差分输入输出
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