浅析电气工程中自动化设备的抗干扰策略

引言

随着科技的飞速发展，电气工程自动化水平不断提高，自动化设备在电力系统、工业生产等诸多领域广泛应用。然而，自动化设备在运行过程中容易受到各种干扰，影响其性能与可靠性，甚至导致设备故障。因此，研究自动化设备的抗干扰策略具有重要的现实意义。

1 电气工程中自动化设备运行的主要干扰

1.1 电磁干扰

电磁干扰源可分为自然干扰源和人为干扰源。自然干扰源包括雷电、宇宙射线、静电放电等。雷电产生强大的脉冲电流，在其周围空间形成变化剧烈的电磁场，会对附近电子设备造成干扰甚至损坏；宇宙射线携带高能粒子，在进入地球大气层时与物质相互作用产生电磁辐射，影响高空飞行设备等。人为干扰源则涵盖众多领域，如工业设备在工作时会产生高频电磁辐射；通信设备（广播电台、手机基站等）发射的信号若与其他电子设备工作频段相近，可能引发干扰；日常生活中的电器也会成为电磁干扰源，比如荧光灯镇流器工作时会产生谐波干扰电网。电磁干扰可能导致电子设备性能下降，如计算机受到电磁干扰时，可能出现数据传输错误、显示器画面抖动等问题；也可能使电子设备出现故障，例如医疗设备受到干扰后，可能给出错误的检测结果，危及患者生命安全；严重时甚至会使电子设备损坏，如强电磁脉冲干扰可能烧毁电子设备的芯片、电路板等元件[1]。

1.2 信号模式干扰

信号模式干扰是电气工程自动化设备中常见的干扰因素之一，可分为共模干扰和差模干扰两类。（1）共模干扰。在电气工程自动化设备的信号传输里，共模干扰表现为干扰信号以相同模式，也就是具备相同幅度与相位，对两根电线产生影响。其成因多为设备周边电磁场以及功率波动等。共模干扰会引发信号失真状况，使信号偏离原本的准确形态，同时还会增加噪声，最终对自动化设备的正常运行造成影响。例如在一些对信号精度要求较高的自动化控制场景中，共模干扰可能导致控制指令出现偏差，进而影响设备的动作准确性。（2）差模干扰。差模干扰同样会影响信号的质量，在一些高速数据传输的自动化设备中，差模干扰可能造成数据传输错误，降低系统的稳定性与可靠性。比如在工业以太网的数据传输中，差模干扰可能导致数据包丢失或错误，影响设备间的有效通信[2]。

1.3 传导与辐射干扰

传导干扰是指通过导体传播的电磁干扰，它沿着电源线、信号线等导体传输，影响连接在同一导体上的其他设备。这种干扰通常是由于设备内部的电路工作时产生的噪声电流，顺着导体传导到其他设备中，导致其他设备出现误动作或性能下降。例如，开关电源在工作时会产生高频的电流变化，这些电流会通过电源线传导出去，干扰连接在同一电源线上的其他电子设备。辐射干扰则是通过空间辐射传播的电磁干扰，它由设备中的电路元件、连接线等作为辐射源，向周围空间发射电磁波。这些电磁波会被附近的其他设备接收，进而对其造成干扰。比如，无线通信设备在发射信号时，其天线会向周围空间辐射一定频率和强度的电磁波，如果周围有其他对该频段敏感的电子设备，就可能受到辐射干扰，影响正常工作。常见的如电脑显示器可能会受到附近无线路由器的辐射干扰，出现屏幕闪烁等问题[3]。

2 电气工程自动化设备抗干扰措施

2.1 接地技术

接地技术是电气系统、电子设备等领域中极为关键的一项技术。它主要是指将电力设备、电气装置、杆塔等的某些部分通过导体与大地进行良好的电气连接，目的是为了保障人身安全、确保电力系统的正常运行以及防止电气设备遭受雷击等危害。接地技术依据其功能和用途的不同，可分为多种类型。其中，工作接地是为了保证电力系统正常运行而进行的接地，例如变压器中性点接地，它能够维持三相系统的电压稳定性，使系统在正常和故障情况下都能可靠运行。保护接地则是为了防止电气设备外壳带电危及人身安全而设置的接地，当设备绝缘损坏时，接地电流可通过保护接地装置流入大地，从而降低设备外壳的对地电压，避免人员触电。

2.2 优化印制板和电路布局

首先，采用多层印刷电路板设计。多层印刷电路板具备更多层，将信号线与电源线分置于不同层，能有效隔离两者间干扰，从而提升设备抗干扰能力。这种分层设计避免了信号线与电源线相互影响，比如在高频电路中，电源线的电磁干扰可能会影响信号线的信号传输质量，多层板设计可很好地解决此问题。其次，印刷电路板的电路布局需要优化。布线时采用合理方法，避免信号线、电源线等敏感线路交叉或相邻。通过增加线路间距减少干扰信号传输。例如，若信号线与电源线交叉，电源线的干扰易耦合到信号线上，影响信号准确性；增大线路距离可降低这种耦合效应，保障信号稳定传输。最后，考虑使用地线和屏蔽层来提高设备的抗干扰能力。地线可有效引导和分散干扰信号，降低其对设备影响。比如雷击或其他强电磁干扰产生的瞬间大电流，可通过地线安全导入大地。屏蔽层能屏蔽外部干扰信号，同时保护设备内部信号传输，保证内部信号不被外部干扰且不对外产生干扰，提升设备整体抗干扰性能。

2.3 软件抗干扰措施

（1）数字滤波。在自动化设备软件程序里，利用数字滤波算法来处理采集到的信号，目的是消除噪声干扰。均值滤波通过计算一定数量数据的平均值，用该平均值替代当前数据点，能有效平滑信号，减小随机噪声影响。例如在测量温度等连续变化的物理量时，对多个采样值求平均，去除瞬间的噪声波动。中值滤波则是将数据序列按大小排序，取中间值作为滤波输出。通过采用这些数字滤波算法，能提升采集信号的质量，为后续数据分析和控制决策提供更可靠的数据基础。（2）软件冗余。在程序设计过程中添加冗余代码，具体表现为对关键数据进行多次校验。关键数据对于系统的正常运行至关重要，比如自动化设备中的控制参数、传感器反馈的关键状态信息等。多次校验能增加数据准确性的可信度。当检测到数据异常时，冗余代码可发挥纠错作用，比如通过备份数据恢复、重新计算关键数据等方式，保证系统能继续正常运行，提高系统的容错能力和稳定性，防止因关键数据错误而导致系统故障。（3）抗干扰编程。采用定时复位、软件陷阱等技术，防止程序因干扰而跑飞。定时复位可使程序定期回到初始状态，避免因干扰导致程序失控；软件陷阱则是在程序的空闲区域设置陷阱指令，当程序跑飞进入该区域时，可引导程序回到正常运行轨道。

结束语

电气工程中自动化设备的抗干扰问题至关重要，直接影响设备的性能、可靠性与稳定性。通过综合运用接地、合理布线与布局以及软件抗干扰等多种策略，能够有效降低干扰对自动化设备的影响，提高设备运行的稳定性和可靠性。在实际工程应用中，应根据具体情况，选择合适的抗干扰措施，以确保自动化设备在复杂的电磁环境中正常运行，推动电气工程自动化技术的持续发展。

参考文献

[1] 覃庆军.电气工程中自动化设备的抗干扰策略应用[J].大市场，2020(008):000.

[2] 王瑞娥.机械设备电气工程自动化技术的应用策略[J].产城：上半月,2020(8):1.

[3] 汪 洋 . 电 气 工 程 中 自 动 化 设 备 的 抗 干 扰 措 施 研 究 [J]. 中 国 住 宅 设施,2022,(04):82-84.