zaijidianyitihuadezidongkongzhixitongshejiguochengzhong，bukebimiandishiyongdaoxuduodeganxingqijian。zhexieqijianbujinhuichanshengdianciganrao，erqiehuizaochengchudianjiandedianhuohuahuodianhuganrao（也稱為瞬變噪聲幹擾）。這種幹擾不僅會影響控製係統的正常工作
，而且會對電源造成汙染使電網受到衝擊。

 

近(jin)期(qi)在(zai)水(shui)質(zhi)綜(zong)合(he)毒(du)性(xing)在(zai)線(xian)自(zi)動(dong)分(fen)析(xi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)設(she)計(ji)研(yan)究(jiu)中(zhong)，使(shi)用(yong)了(le)電(dian)磁(ci)閥(fa)和(he)繼(ji)電(dian)器(qi)等(deng)感(gan)性(xing)元(yuan)器(qi)件(jian)。初(chu)步(bu)設(she)計(ji)中(zhong)對(dui)感(gan)性(xing)器(qi)件(jian)抗(kang)幹(gan)擾(rao)的(de)設(she)計(ji)考(kao)慮(lv)不(bu)足(zu)

，出(chu)現(xian)了(le)許(xu)多(duo)問(wen)題(ti)：係統程序經常跑飛，控製器死機
；器(qi)件(jian)出(chu)現(xian)誤(wu)操(cao)作(zuo)，係(xi)統(tong)無(wu)法(fa)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)針(zhen)對(dui)該(gai)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)出(chu)現(xian)的(de)問(wen)題(ti)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)，從(cong)而(er)得(de)出(chu)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)中(zhong)抑(yi)製(zhi)感(gan)性(xing)器(qi)件(jian)和(he)設(she)備(bei)幹(gan)擾(rao)的(de)基(ji)本(ben)措(cuo)施(shi)。

 

 

係(xi)統(tong)的(de)關(guan)鍵(jian)執(zhi)行(xing)單(dan)元(yuan)是(shi)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)部(bu)分(fen)
，執(zhi)行(xing)器(qi)件(jian)主(zhu)要(yao)是(shi)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)和(he)電(dian)磁(ci)閥(fa)。這(zhe)兩(liang)種(zhong)器(qi)件(jian)皆(jie)為(wei)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)

，是(shi)引(yin)入(ru)幹(gan)擾(rao)的(de)主(zhu)要(yao)器(qi)件(jian)。設(she)計(ji)中(zhong)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)扭(niu)矩(ju)比(bi)較(jiao)小(xiao)
，成(cheng)熟(shu)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)。所(suo)以(yi)電(dian)磁(ci)閥(fa)控(kong)製(zhi)部(bu)分(fen)是(shi)本(ben)係(xi)統(tong)最(zui)大(da)的(de)幹(gan)擾(rao)來(lai)源(yuan)。

 

weishixianceshiyejidejingquetianjia
，xitongshejizhongcaiyonglejingmidediancifazuoweiliuliangdiancikaiguan。jianyuyiwangshejizhongjingchangyudaodianyabuzudaozhidiancifabunengwanquandakaideqingkuang
，xitongxuanyongjiaoliu220Vgongdiandiancifayimanzuduiqiwanquankaibikongzhideyaoqiu。diancifadekaibikongzhizecaiyonglexingjiabihelidejidianqizuoweiguanjiankongzhiqijian。kongzhidiancifadequdongdianlukuangturutu1。

 

 

由圖1可以看出，係統引入了兩種感性器件：繼電器和電磁閥。係統測試運行未接入電磁閥時
，運行正常。當接入電磁閥時，係統出現程序跑飛，死機等現象。這就證實了：電磁閥是本係統最主要的幹擾源。本文將針對電磁閥開閉時產生幹擾的情況進行詳細的分析。

 

diancifakaiqiheduankaishi，qineibuxianquanzhongdianliuhuifashengtubian。youdianciganyingdinglvkezhi，dianluzhonghuixingchengyigehendadefanxiangganyingdiandongshi
，zhegeganyingdiandongshibianshixitongchanshengganraodegenyuansuozai。ganxingxianquankeyidengxiaochenglixiangdianganhedianzudechuanlian，xianquanbenshenyoujuyoufenbudianrong。badianyuandianyazaimoushikedeshunshizhiyongzhiliudianyuanlaidengxiao。diancifaduankaiqianhoudedengxiaodianlurutu2。

 

 

開關K閉合電路處於穩態時電容電壓為E，流過電感的電流為I＝E／R。當開關斷開後電磁閥側電路構成RLC二階串聯網絡。電容電壓UC將按照二階網絡的規律變化。由基爾霍夫定律可得：

 

 

由，可得二階齊次微分方程：

 

 

其特征方程為：

 

由此解得特征根為：

 

 

特征解的情況可分為三種情況：

 

1）時
，為兩個不相等的實根。此時電路處於過阻尼振蕩狀態。

 

2）時，為兩個相等的實根。電路處於臨界阻尼振蕩狀態。

 

3）時，為兩個共軛虛根。電路處於欠阻尼振蕩狀態。

 

由物理知識和電路分析知識可知
，當

 

電路處於欠阻尼振蕩狀態時
，會出現最大值。經計算得：

 

 

其中，。A的值與0時刻初始值有關。

 

開關斷開後，Uc（0）為0時，將達到最大值。此種情況下，電感中儲能最大。負載側電壓最高，往往可以達到數千伏，故幹擾最嚴重，以此為初始條件可以求得負載側電壓為：

 

 

以上分析可知
，使用開關來控製電磁閥的開閉時會產生頻率高、幅值大的感應電壓（它被稱為“浪湧電壓”）。這個電壓往往會超過開關觸點間隙最小擊穿電壓（一般為320V），出現電弧擊穿現象。這時開關斷開並不是一次性完成的

，而是一個反複的開、閉串過程
，這就會造成接點間電火花或電弧幹擾（也稱瞬變噪聲幹擾）。這個過程會導致產生含有豐富高頻諧波的幹擾信號。

 

係統設計中
，為了使用方便選用了比較常用的交流220V電磁閥作為執行器件。電磁閥的開閉控製器件選用了性價比比較高的5V直流繼電器。繼電器的內部結構以及與

電磁閥的接口如圖3所示。

 

 

由圖3可以看出

，交流電磁閥直接掛接在220V的(de)交(jiao)流(liu)供(gong)電(dian)線(xian)上(shang)
，控(kong)製(zhi)電(dian)磁(ci)閥(fa)開(kai)閉(bi)的(de)是(shi)繼(ji)電(dian)器(qi)。繼(ji)電(dian)器(qi)控(kong)製(zhi)端(duan)的(de)電(dian)感(gan)線(xian)圈(quan)作(zuo)為(wei)電(dian)磁(ci)鐵(tie)而(er)存(cun)在(zai)，係(xi)統(tong)通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)線(xian)圈(quan)的(de)通(tong)斷(duan)電(dian)來(lai)控(kong)製(zhi)銜(xian)鐵(tie)動(dong)作(zuo)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)對(dui)被(bei)控(kong)製(zhi)端(duan)觸(chu)點(dian)開(kai)閉(bi)的(de)控(kong)製(zhi)。雖(sui)然(ran)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)控(kong)製(zhi)端(duan)和(he)被(bei)控(kong)製(zhi)端(duan)實(shi)現(xian)了(le)電(dian)氣(qi)隔(ge)離(li)，但(dan)是(shi)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)開(kai)閉(bi)是(shi)通(tong)過(guo)機(ji)械(xie)動(dong)作(zuo)實(shi)現(xian)的(de)。這(zhe)就(jiu)難(nan)以(yi)避(bi)免(mian)的(de)出(chu)現(xian)電(dian)弧(hu)擊(ji)穿(chuan)現(xian)象(xiang)
，擊(ji)穿(chuan)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)電(dian)弧(hu)、電火花會導致強烈的電磁幹擾，它會通過電感耦合的方式進入控製端，致使控製端受到一定程度的幹擾。

 

lingwai，jidianqibenshenyeshiyizhongganxingqijian，suoyikongzhixitongweilebimianzhexieganxingqijianyinruganrao
，tongchangcaiyongguangdianouhedefangshilaijinxinggeli。yibanlaishuocaiyongguangdiangelijishukeyibimianyibanganxingqijianyingyongsuodaozhideganraowenti。changyongdejiekoudianlurutu4所示。圖中U2是光電耦合器件，本係統采用的是光耦4N25。電路中二極管D1作zuo為wei續xu流liu管guan，能neng很hen大da程cheng度du上shang抑yi製zhi繼ji電dian器qi產chan生sheng的de浪lang湧yong電dian壓ya從cong而er降jiang低di幹gan擾rao強qiang度du。盡jin管guan如ru此ci，如ru果guo控kong製zhi係xi統tong的de電dian源yuan和he地di線xian不bu做zuo特te殊shu的de設she計ji，繼ji電dian器qi的de幹gan擾rao作zuo用yong依yi然ran存cun在zai
，幹gan擾rao信xin號hao會hui通tong過guo地di線xian串chuan入ru控kong製zhi係xi統tong，使shi得de係xi統tong電dian源yuan不bu穩wen定ding。

 

 

 

為wei了le徹che底di解jie決jue感gan性xing器qi件jian導dao致zhi的de幹gan擾rao問wen題ti
，使shi控kong製zhi係xi統tong正zheng常chang工gong作zuo。設she計ji方fang案an經jing過guo了le多duo次ci改gai進jin。本ben處chu主zhu要yao針zhen對dui係xi統tong設she計ji中zhong采cai用yong的de抑yi製zhi措cuo施shi進jin行xing介jie紹shao。

 

（1）采用RC吸收回路進行幹擾抑製

 

dierbufenlilunfenxigaosuwomen
，hanganxingqijiandedianlukaibiguochengzhongchanshengdeganyingdiandongshidaxiaoyudengxiaodianluzhongdedianzuhedianrongzhiyouguan，suoyikeyitongguoyinruRC網絡的方式來對幹擾進行抑製。RCxishouhuilushiyizhiganxingfuzaiganraodeyizhongkekaodejiejuefangan。zhezhongfangfajiagedilian，xuanzeheshidecanshukeyidedaolianghaodeganraoyizhixiaoguo，bingqieduijiaozhiliudianyuandoushiyong。

 

采用RC吸收回路時需要對電阻

、電容的參數做合理的選擇。在直流回路中，電容的參數值為0．01～2μF，線圈電感越大

，則C也越大；R的參數值為幾十到幾百歐姆。交流回路中
，C的參數值為0．4～1μF（2μF）
，電容的耐壓值
；R值為幾十到幾千歐，電阻的額定功率為2W。一般情況下，R、C的值選擇100Ω和0．1μF即可，當觸點容量比較大時可以選擇470Ω和0．47μF。經實驗驗證感性負載的RC網絡配置參數如表1所示：

 

 

還應注意的是RC吸收回路需要被直接並聯在電感線圈的兩端
，而不能直接接在電子控製裝置上
，主要原因是連接線過長時，導線的分布參數會影響RC吸收回路的作用。本係統使用的電磁閥其線圈電感不是很大，故RC吸收電路的電阻和電容參數值選用常用值100Ω和0．47μF即可。實際操作中將電阻和電容連接好後
，直接接在靠近電磁閥的兩根電源線上即可。

 

（2）電源及地線的設計

 

為wei防fang止zhi感gan性xing負fu載zai引yin入ru的de幹gan擾rao串chuan入ru電dian源yuan，設she計ji中zhong繼ji電dian器qi供gong電dian電dian源yuan和he控kong製zhi器qi電dian源yuan應ying嚴yan格ge分fen開kai，繼ji電dian器qi采cai用yong獨du立li供gong電dian方fang式shi。另ling外wai，由you於yu幹gan擾rao也ye會hui通tong過guo地di線xian自zi耦ou合he串chuan入ru控kong製zhi係xi統tong，因yin此ci線xian路lu板ban布bu局ju和he布bu線xian時shi
，繼ji電dian器qi的de地di線xian要yao和he其qi它ta器qi件jian的de地di線xian嚴yan格ge分fen隔ge開kai來lai。圖tu5是控製器線路板上電源和地線的連接示意框圖。由圖可以看出控製器和其它接口電路共用電源B和數字地GNDB。繼電器部分則使用獨立的電源A，地線也是獨立的地GNDB。數字地和模擬地通過0電阻實現單點接地。這樣可以很好的防止繼電器幹擾汙染控製器電源或者通過地線串入控製係統。

 

 

（3）電磁幹擾的屏蔽設計

 

本ben係xi統tong存cun在zai多duo個ge控kong製zhi器qi
，主zhu控kong製zhi器qi和he輔fu助zhu控kong製zhi器qi之zhi間jian通tong過guo串chuan行xing通tong信xin實shi現xian協xie調tiao工gong作zuo。為wei了le實shi現xian控kong製zhi器qi間jian的de正zheng常chang通tong信xin和he係xi統tong的de正zheng常chang工gong作zuo，也ye為wei了le使shi係xi統tong本ben身shen產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao不bu汙wu染ran外wai界jie環huan境jing
，設she計ji中zhong必bi須xu考kao慮lv電dian磁ci幹gan擾rao的de屏ping蔽bi處chu理li。

 

金屬屏蔽體的屏蔽效能是由反射損耗和吸收損耗而得到的。對於電場的屏蔽，屏蔽體必須接地；對於磁場的屏蔽，屏蔽體則不必接地。

 

係xi統tong控kong製zhi器qi間jian通tong信xin信xin號hao采cai用yong屏ping蔽bi電dian纜lan進jin行xing傳chuan輸shu。屏ping蔽bi電dian纜lan的de屏ping蔽bi效xiao能neng，主zhu要yao不bu是shi因yin反fan射she和he吸xi收shou衰shuai減jian而er引yin起qi的de，而er是shi由you屏ping蔽bi層ceng接jie地di所suo產chan生sheng。所suo以yi屏ping蔽bi電dian纜lan的de屏ping蔽bi層ceng一yi定ding要yao接jie地di才cai能neng起qi到dao屏ping蔽bi作zuo用yong。屏ping蔽bi電dian纜lan的de屏ping蔽bi效xiao能neng與yu所suo用yong的de材cai料liao
、屏(ping)蔽(bi)層(ceng)的(de)編(bian)織(zhi)密(mi)度(du)和(he)線(xian)纜(lan)的(de)彎(wan)曲(qu)程(cheng)度(du)等(deng)因(yin)素(su)有(you)關(guan)係(xi)。係(xi)統(tong)設(she)計(ji)中(zhong)采(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)編(bian)織(zhi)密(mi)度(du)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)單(dan)芯(xin)細(xi)纜(lan)。這(zhe)種(zhong)屏(ping)蔽(bi)電(dian)纜(lan)的(de)優(you)點(dian)是(shi)，電(dian)纜(lan)彎(wan)曲(qu)時(shi)不(bu)會(hui)對(dui)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)有(you)太(tai)大(da)影(ying)響(xiang)
，而(er)且(qie)線(xian)纜(lan)比(bi)較(jiao)的(de)細(xi)適(shi)合(he)狹(xia)小(xiao)空(kong)間(jian)接(jie)線(xian)
、走線。非常適合本係統布線困難的特點。

 

線xian路lu板ban被bei裝zhuang配pei在zai性xing價jia比bi比bi較jiao高gao的de金jin屬shu圍wei框kuang中zhong，由you此ci實shi現xian電dian磁ci屏ping蔽bi。圍wei框kuang的de金jin屬shu層ceng比bi較jiao的de厚hou，足zu以yi實shi現xian對dui強qiang磁ci場chang的de屏ping蔽bi。圍wei框kuang兩liang個ge側ce麵mian打da細xi孔kong作zuo為wei走zou線xian孔kong
，整zheng個ge圍wei框kuang通tong過guo導dao線xian與yu大da地di連lian接jie，從cong而er實shi現xian良liang好hao的de接jie地di。

 

 

自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)中(zhong)常(chang)用(yong)到(dao)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)器(qi)件(jian)和(he)設(she)備(bei)

，對(dui)於(yu)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)設(she)計(ji)是(shi)個(ge)難(nan)點(dian)。文(wen)中(zhong)針(zhen)對(dui)近(jin)期(qi)設(she)計(ji)水(shui)質(zhi)綜(zong)合(he)毒(du)性(xing)在(zai)線(xian)自(zi)動(dong)分(fen)析(xi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)出(chu)現(xian)的(de)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti)（主要由感性器件電磁閥和繼電器引起，現象為：經常性的程序跑飛
、死機和顯示器花屏等）做了深刻的理論分析，並提出了一套行之有效的抑製措施。對調整後的係統進行反複測試
，結果表明：係統本身運轉正常，穩定性良好；係統對周圍環境的電磁幹擾影響極小
；對交流220V電網的汙染也控製到了要求範圍內。

 

參考文獻

 

［1］張鬆春，竺子芳，等．電子控製設備抗幹擾技術及其應用［M］．北京：機械工業出版社
，1995

 

［2］胡翔駿．電路分析［M］．2版．北京：高等教育出版社，2007

 

［3］劉先曉．微機控製係統中電磁閥和繼電器幹擾的抑製措施［J］．上海電力學院學報，2003（9）

 

［4］常越，蘇紅娟．繼電器應用中的抗幹擾問題［J］．低壓電器
，2002（4）