1 引言

由于計算機技術、微電子技術、通訊技術等在自控領域廣泛應用，抗干擾技術就更顯得尤為重要。實際生產現場環境極其復雜，對自控系統產生的干擾已經成為不可能回避的問題。作為控制系統重要組成部分的現場總線，處在復雜的現場環境中，不可避免地存在各種各樣的干擾，因此，提高現場總線的抗干擾能力，是控制系統高效運行的重要因素。

隨著根據國際電工委員會IEC1158定義，安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線稱為現場總線。當今全球最流行的現場總線有FF總線(Fieldbus Foundation)、Profibus、Modbus等。不管哪一種現場總線，在介質上傳輸的都是數字信號，由于干擾噪音的原因，使得“1”變成了“0”，“0”變成了“1”，從而影響到現場總線的性能，甚至于現場總線不能正常工作。不管從理論分析，還是從經驗獲得，現場總線的抗干擾能力均低于4-20mA模擬電流信號，研究并解決現場總線的抗干擾問題非常重要。

2 現場存在的干擾源


(1) 傳動系統

是現場最大的干擾源。傳動系統的總負荷，約占水處理車間總負荷的1/3以上，在系統的整流和逆變中，大功率電力電子元器件不定時的進行高速開和關的轉換，產生大量的高頻電磁波，污染整個車間，并且產生大量高次諧波，污染工頻電網。

(2) 變壓器、MCC柜、電力電纜和動力設備

這些設備均為工頻，頻率較低，干擾一般發生在近場，而近場中隨著干擾源的特性不同，電場分量和磁場分量有著很大差別。特別是動力設備啟動時，瞬間電流能夠達到額定電流的6-11倍，會產生大電流沖擊的暫態干擾。

(3) 來自工頻電源的干擾

工頻電源波形畸變和高次諧波，若未加隔離或濾波，便會通過供電系統而進入控制系統，從而影響整個現場總線。

(4) 導線接觸不良產生的火花、電弧等；

(5) 三相供電不平衡產生的地電流、屏蔽層不共地產生的接地環流。

2.2 干擾的傳播途徑

(1) 由導線來傳輸，稱為傳導干擾。說處理車間的現場總線中，主要表現為地線阻抗干擾和來自工頻電源的干擾。
(2) 通過空間以輻射的形式來傳輸，稱為輻射干擾。

3 現場總線的抗干擾措施

3.1 抗遠離干擾源

空間中任一點的磁感應強度B，服從畢奧-薩伐定律，見下式：

式中：
μ：磁導率，H/m；
dv：源點周圍處的體積元，m3；
r：dv到場點(x,y,z)的距離，m；
er：源點指向場點的單位矢量。
對于線形電流I，由Jdv=Idl，得：

式中：
dl—源點附近的長度,m

式(1)適用于用電設備周圍的磁感應強度，式(2)適用于動力電纜周圍的磁感應強度。可見，水處理車間的動力設備和電力電纜對現場總線的干擾，與距離的平方成反比，即隨距離的增大，干擾衰減非常快。所以，現場總線設備遠離用電設備，現場總線電纜與動力電纜分層橋架布置，都能起到很好的防干擾作用。遠離干擾源，是防止輻射干擾的重要措施。

3.2 現場總線設備和電纜的屏蔽

隨著現場總線屏蔽的機理，一是外來電磁波在金屬表面產生渦流，從而抵消原來的磁場；二是電磁波在金屬表面產生反射損耗，另一部分透射波在金屬屏蔽層內傳播過程中，衰減產生吸收損耗。現場總線的屏蔽是利用由導電材料制成的屏蔽并結合接地，來切斷干擾源。

3.3 采用UPS電源或隔離變壓器

采用UPS電源或隔離變壓器可防止來自工頻電源的干擾。

3.4 采用光纜傳輸信號

隨著在現場總線傳輸速率高、傳輸距離遠、干擾大的情況下，盡可能地采用光纜。采用光纜后，能夠解決輻射干擾和傳導干擾的眾多問題。若在不共地兩點之間，或者在接地狀況很不好的情況下，采用光纜傳輸現場總線信號，可有效防止接地環流等干擾。特別是車間的自動控制系統與電機傳動、MCC之間，容易存在接地電位差，或接地環流，要特別注意，選用光纜優于選用雙絞線。 (end)