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摘 要 分析了船闸监控中心站在运行中存在的各种电磁干扰源，对这些干扰源进行分析，提出了消除这些干扰源的切实可行的措施。
关键词 监控系统；电磁干扰；抑制措施
中图分类号 TP27 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0171-01
那吉航运枢纽作为国家“十五”期间重点工程项目，航运枢纽自动化程度越来越高，其电子设备的功能越来越强大、运行速度越来越快。然而，这一切进步也导致电磁环境和电磁干扰问题的日趋复杂，尤其是电力推进系统的问世，其电磁干扰呈几何级数增长。对于这类电子控制设备，如何抑制電磁干扰，防止相互间的有害影响，成为那吉航运枢纽能否可靠运行、正常工作的关键技术之一。
1工程概述
那吉航运枢纽是国家“十五”期间重点工程项目，是西江水系郁江综合利用规划10个梯级中的第4级，位于右江上距百色市下游30km处，是一个以航运为主、结合发电、兼顾灌溉和其他效益的水资源综合利用工程，电厂安装有3台单机容量为22MW的灯泡贯流式发电机组，船闸按Ⅲ级船闸设计，工程于2007年10月建成通航，船闸闸室有效尺寸
（长×宽×门槛水深）为190m×12m×3.5m，可通过一列2×1000吨级船舶。
船闸闸门的型式为人字门，人字门的开启和关闭由液压驱动，开度由装在液压缸上的位移传感器反馈给计算机控制系统。船闸计算机监控系统下位机PLC采用 Schneider TSX Unity Quantum 系统，装在船闸现场机房液压系统旁。
2电磁干扰问题分析
首先，在工程调试初期，在进行人字门开启和关闭调试过程中，发现人字门的开度模拟量（4mA～20mA）反馈波动很大，尤其是在开终和关终附近，模拟反馈的跳变更大，很难调到稳定值，后来经过系统的接地处理基本得到解决。
其次，在船闸在日常通航过程中，在打开船闸广播系统的时候，船闸计算机监控系统就出现运行不稳定的情况，且船闸下位机有时上传的数据有宕机现象，数据传输出现了卡阻。
3电磁干扰源分析
3.1电源辐射干扰
那吉船闸监控系统下位机距离液压系统马达很近，下位机的控制、信号电源和液压系统的动力电源取同一电源，控制、信号电源取自动力电源开关上侧。且动力电源取自发电厂的厂用电源，厂内运行的电子设备、马达较多，容易造成电源污染。
其次，动力电缆、音频电缆和数字信号电缆均敷设在同一电缆槽中，电缆槽为铝合金制作，每节电缆槽之间没有良好接触的连接片，且电缆槽没有接地。因此容易造成了各电缆之间的偶合干扰。
3.2接地干扰
在工程建设初期，接地网还未完善，船闸机房没有单独的接地网，接地电阻达不到要求，船闸接地网和电厂厂房接地网没有连接在一起，连接电厂厂房和船闸机房的动力电缆和信号电缆两端接于不同的接地网，两端接地电阻相差较大，造成接地点之间存在较大电位差。
同时，船闸机房各设备接地混乱，有的就近接于混凝土基座的钢筋头，有的接于外部引进的接地扁铁，有的甚至没有接地，各接地点的混乱导致接地点电位分布不均，造成电位差，引起地环路电流和基准电位不稳定，变化的环路电流会对屏蔽层内的信号线产生偶合干扰；而基准电位的不稳定会造成微控制系统逻辑系统紊乱、数据运算出错或宕机和模拟量测量控制精度下降等情况。
3.3隔离和屏蔽不完善
船闸机房的计算机监控系统、微机保护装置以及其它电气装置所采集的模拟量，大多数来自一次系统的电压互感器和电流互感器，它们均处于强电回路中，不能直接输入到监控系统，没有经过隔离变压器。
监控系统开关量的输入，主要是断路器、隔离开关的辅助触点等。开关量的输出，大多数也是对断路器、隔离开关的控制。这些断路器和隔离开关都处于强电回路中，如果与系统直接相连，必然会引起强的电磁干扰。
4抑制电磁干扰措施
4.1电源抗干扰
由于中小规模集成电路及动态RAM等元件工作时冲击电流较大，伴随电流的突变，电源线会产生强烈辐射，因此，应设法降低电源线对地之间的阻抗。在冲击电流较大的器件电源端并接旁路电容，使冲击电流限制在较小的环路上，从而降低电源线的辐射。船闸机房下位机的工作电源不要和液压系统的动力电源使用同一电源，以避免电压波动太大对微处理设备造成的影响，根据情况在专用电源的进线端接入低通滤波器和隔离变压器，或使用在线式不间断电源（UPS）供电，以对电源高频共模干扰和差模干扰进行隔离。
液压系统的动力电源电缆使用带铠装的屏蔽电缆，且动力电缆屏蔽层两端要良好的接地。动力电缆和信号电缆不要敷设在同一电缆槽，信号电缆采用屏蔽双绞线，模拟量信号和开关量信号线要隔开尽可能大的空间。
4.2做好接地措施
设计一个良好的接地系统对提高抗干扰性具有极大意义，尤其要注重交流地、安全地、直流地、信号地之间的相互关系，尽量增加地环路阻抗，消除地环路以降低通过地线引入或输出干扰信号。由于现场条件的限制，船闸机房没有独立的接地网，接地点接地电阻很大，供电地、大气过电压保护地以及微控制系统地等无法独立分开，因此，将船闸机房的接地点和电站的地网相连，降低船闸机房接地点接地电阻，使其接地电阻小于1欧姆以下。同时船闸下位机控制系统的接地点要直接接地，不要和其他系统的接地点相并联后再同时接地，以避免相互间造成干扰。
在船闸和电厂厂房之间的电缆槽进行接地处理。沿电缆槽敷设接地扁铁，并和电站接地网连接，线槽每隔30m与扁铁进行连接，每节电缆槽之间用6mm2铜芯线跨接，使线槽充分的接地。把船闸音频线的屏蔽层两端接地，长音频线每隔50m剥开胶皮把屏蔽层重复接地；船闸人字门开度信号线穿入金属管屏蔽，金属管两端要良好接地。
4.3隔离和屏蔽措施
船闸机房的计算机监控系统、微机保护装置以及其它电气装置所采集的模拟量，必须经过设置在监控系统各种交流回路中的隔离变压器。这些隔离变压器一次、二次中间必须有隔离层和屏蔽层，而且屏蔽层必须安全接地，这样可起电场屏蔽作用，防止高频信号通过分布电容进入监控系统的相应部件。
监控系统开关量要通过光耦合隔离或继电器隔离，开关量输入回路前及信号变换部分应考虑采用滤波，开关量输入信号送给CPU之前，必须进行隔离处理，可采用光电隔离，而且两级光电隔离的效果会比较好，在开关量输入板的出口处和CPU板的入口处各设置一级光电隔离。开关量输出回路也应该在前端采取隔离措施，可通过光耦合或继电器进行隔离，而且两级隔离的效果比较好，在CPU板的出口处和开关量输出板的入口处各设一级隔离。开关量输出回路一般都用于控制现场的设备，要求实时性强，所以一般不能加滤波器。
二次回路布线时，应考虑隔离，减少互感耦合，避免干扰由互感耦合侵入。控制电缆尽可能离开高压母线，并尽可能减少平行布设长度。避雷器和避雷针的接地点、电容式电压互感器等都是高频暂态电流的入地点，控制电缆也应尽可能离开它们，以便减少感应耦合。强、弱信号的电缆不应使用同一根电缆，信号电缆应尽可能避开电力电缆，尽量增大与电力电缆的距离，并尽量减少平行布设长度。
4.4提高设备本身抗干扰能力
提高设备本身的抗干扰性能是指使设备尽量减少对干扰信号的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法，通常分为硬件抗干扰和软件抗干扰。
1）硬件抗干扰。硬件抗干扰是指提高敏感器件的抗干扰性能，常用措施有：布线时，尽量减少回路环的面积，以降低感应干扰；电源线和地线要尽量粗，除减小压降外，更重要的是降低耦合干扰；单片机闲置的I/O口，不要悬空，应接地或接电源，对单片机使用电源监控，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路；严格元器件的选择，尽量使用优质产品。
2）软件抗干扰。软件抗干扰是指在软件设计中采取针对性措施，防止窜入微机保护和控制装置内部的干扰信号；数据采集多通道和运算结果复算核对；程序出轨的自恢复；装置故障自动检测技术。
5结束语
现代化的工业生产，计算机监控系统的运用已深入到每个角落，计算机监控系统运行稳定与否对正常生产运营影响巨大，对于运行在恶劣环境中的微控制系统稳定性提出比较高的要求，因此，微控制系统抗干扰已是一个迫切要解决的问题，对于抗干扰在样一个复杂工程，在系统设计，工程设计施工时应综合考虑各方面的因素，合理有效的运用各种抗干扰措施，才能保证微控制系统的正常稳定运作。
参考文献
[1]马玉春.计算机监控技术与系统开发[M].北京:清华大学出版社,2007.
[2]李军庆.监测系统干扰原因分析及解决措施[J].科技情报开发与经济.2009.16.
[3]王海涛,秦绘彩.变电所综合自动化系统中的抗电磁干扰问题[J].冶金动力.2007.4.
[4]陈双平,等.电磁屏蔽理论在电力电子设备中的工程化[J].电工技术,2004,9.
关键词 监控系统；电磁干扰；抑制措施
中图分类号 TP27 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0171-01
那吉航运枢纽作为国家“十五”期间重点工程项目，航运枢纽自动化程度越来越高，其电子设备的功能越来越强大、运行速度越来越快。然而，这一切进步也导致电磁环境和电磁干扰问题的日趋复杂，尤其是电力推进系统的问世，其电磁干扰呈几何级数增长。对于这类电子控制设备，如何抑制電磁干扰，防止相互间的有害影响，成为那吉航运枢纽能否可靠运行、正常工作的关键技术之一。
1工程概述
那吉航运枢纽是国家“十五”期间重点工程项目，是西江水系郁江综合利用规划10个梯级中的第4级，位于右江上距百色市下游30km处，是一个以航运为主、结合发电、兼顾灌溉和其他效益的水资源综合利用工程，电厂安装有3台单机容量为22MW的灯泡贯流式发电机组，船闸按Ⅲ级船闸设计，工程于2007年10月建成通航，船闸闸室有效尺寸
（长×宽×门槛水深）为190m×12m×3.5m，可通过一列2×1000吨级船舶。
船闸闸门的型式为人字门，人字门的开启和关闭由液压驱动，开度由装在液压缸上的位移传感器反馈给计算机控制系统。船闸计算机监控系统下位机PLC采用 Schneider TSX Unity Quantum 系统，装在船闸现场机房液压系统旁。
2电磁干扰问题分析
首先，在工程调试初期，在进行人字门开启和关闭调试过程中，发现人字门的开度模拟量（4mA～20mA）反馈波动很大，尤其是在开终和关终附近，模拟反馈的跳变更大，很难调到稳定值，后来经过系统的接地处理基本得到解决。
其次，在船闸在日常通航过程中，在打开船闸广播系统的时候，船闸计算机监控系统就出现运行不稳定的情况，且船闸下位机有时上传的数据有宕机现象，数据传输出现了卡阻。
3电磁干扰源分析
3.1电源辐射干扰
那吉船闸监控系统下位机距离液压系统马达很近，下位机的控制、信号电源和液压系统的动力电源取同一电源，控制、信号电源取自动力电源开关上侧。且动力电源取自发电厂的厂用电源，厂内运行的电子设备、马达较多，容易造成电源污染。
其次，动力电缆、音频电缆和数字信号电缆均敷设在同一电缆槽中，电缆槽为铝合金制作，每节电缆槽之间没有良好接触的连接片，且电缆槽没有接地。因此容易造成了各电缆之间的偶合干扰。
3.2接地干扰
在工程建设初期，接地网还未完善，船闸机房没有单独的接地网，接地电阻达不到要求，船闸接地网和电厂厂房接地网没有连接在一起，连接电厂厂房和船闸机房的动力电缆和信号电缆两端接于不同的接地网，两端接地电阻相差较大，造成接地点之间存在较大电位差。
同时，船闸机房各设备接地混乱，有的就近接于混凝土基座的钢筋头，有的接于外部引进的接地扁铁，有的甚至没有接地，各接地点的混乱导致接地点电位分布不均，造成电位差，引起地环路电流和基准电位不稳定，变化的环路电流会对屏蔽层内的信号线产生偶合干扰；而基准电位的不稳定会造成微控制系统逻辑系统紊乱、数据运算出错或宕机和模拟量测量控制精度下降等情况。
3.3隔离和屏蔽不完善
船闸机房的计算机监控系统、微机保护装置以及其它电气装置所采集的模拟量，大多数来自一次系统的电压互感器和电流互感器，它们均处于强电回路中，不能直接输入到监控系统，没有经过隔离变压器。
监控系统开关量的输入，主要是断路器、隔离开关的辅助触点等。开关量的输出，大多数也是对断路器、隔离开关的控制。这些断路器和隔离开关都处于强电回路中，如果与系统直接相连，必然会引起强的电磁干扰。
4抑制电磁干扰措施
4.1电源抗干扰
由于中小规模集成电路及动态RAM等元件工作时冲击电流较大，伴随电流的突变，电源线会产生强烈辐射，因此，应设法降低电源线对地之间的阻抗。在冲击电流较大的器件电源端并接旁路电容，使冲击电流限制在较小的环路上，从而降低电源线的辐射。船闸机房下位机的工作电源不要和液压系统的动力电源使用同一电源，以避免电压波动太大对微处理设备造成的影响，根据情况在专用电源的进线端接入低通滤波器和隔离变压器，或使用在线式不间断电源（UPS）供电，以对电源高频共模干扰和差模干扰进行隔离。
液压系统的动力电源电缆使用带铠装的屏蔽电缆，且动力电缆屏蔽层两端要良好的接地。动力电缆和信号电缆不要敷设在同一电缆槽，信号电缆采用屏蔽双绞线，模拟量信号和开关量信号线要隔开尽可能大的空间。
4.2做好接地措施
设计一个良好的接地系统对提高抗干扰性具有极大意义，尤其要注重交流地、安全地、直流地、信号地之间的相互关系，尽量增加地环路阻抗，消除地环路以降低通过地线引入或输出干扰信号。由于现场条件的限制，船闸机房没有独立的接地网，接地点接地电阻很大，供电地、大气过电压保护地以及微控制系统地等无法独立分开，因此，将船闸机房的接地点和电站的地网相连，降低船闸机房接地点接地电阻，使其接地电阻小于1欧姆以下。同时船闸下位机控制系统的接地点要直接接地，不要和其他系统的接地点相并联后再同时接地，以避免相互间造成干扰。
在船闸和电厂厂房之间的电缆槽进行接地处理。沿电缆槽敷设接地扁铁，并和电站接地网连接，线槽每隔30m与扁铁进行连接，每节电缆槽之间用6mm2铜芯线跨接，使线槽充分的接地。把船闸音频线的屏蔽层两端接地，长音频线每隔50m剥开胶皮把屏蔽层重复接地；船闸人字门开度信号线穿入金属管屏蔽，金属管两端要良好接地。
4.3隔离和屏蔽措施
船闸机房的计算机监控系统、微机保护装置以及其它电气装置所采集的模拟量，必须经过设置在监控系统各种交流回路中的隔离变压器。这些隔离变压器一次、二次中间必须有隔离层和屏蔽层，而且屏蔽层必须安全接地，这样可起电场屏蔽作用，防止高频信号通过分布电容进入监控系统的相应部件。
监控系统开关量要通过光耦合隔离或继电器隔离，开关量输入回路前及信号变换部分应考虑采用滤波，开关量输入信号送给CPU之前，必须进行隔离处理，可采用光电隔离，而且两级光电隔离的效果会比较好，在开关量输入板的出口处和CPU板的入口处各设置一级光电隔离。开关量输出回路也应该在前端采取隔离措施，可通过光耦合或继电器进行隔离，而且两级隔离的效果比较好，在CPU板的出口处和开关量输出板的入口处各设一级隔离。开关量输出回路一般都用于控制现场的设备，要求实时性强，所以一般不能加滤波器。
二次回路布线时，应考虑隔离，减少互感耦合，避免干扰由互感耦合侵入。控制电缆尽可能离开高压母线，并尽可能减少平行布设长度。避雷器和避雷针的接地点、电容式电压互感器等都是高频暂态电流的入地点，控制电缆也应尽可能离开它们，以便减少感应耦合。强、弱信号的电缆不应使用同一根电缆，信号电缆应尽可能避开电力电缆，尽量增大与电力电缆的距离，并尽量减少平行布设长度。
4.4提高设备本身抗干扰能力
提高设备本身的抗干扰性能是指使设备尽量减少对干扰信号的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法，通常分为硬件抗干扰和软件抗干扰。
1）硬件抗干扰。硬件抗干扰是指提高敏感器件的抗干扰性能，常用措施有：布线时，尽量减少回路环的面积，以降低感应干扰；电源线和地线要尽量粗，除减小压降外，更重要的是降低耦合干扰；单片机闲置的I/O口，不要悬空，应接地或接电源，对单片机使用电源监控，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路；严格元器件的选择，尽量使用优质产品。
2）软件抗干扰。软件抗干扰是指在软件设计中采取针对性措施，防止窜入微机保护和控制装置内部的干扰信号；数据采集多通道和运算结果复算核对；程序出轨的自恢复；装置故障自动检测技术。
5结束语
现代化的工业生产，计算机监控系统的运用已深入到每个角落，计算机监控系统运行稳定与否对正常生产运营影响巨大，对于运行在恶劣环境中的微控制系统稳定性提出比较高的要求，因此，微控制系统抗干扰已是一个迫切要解决的问题，对于抗干扰在样一个复杂工程，在系统设计，工程设计施工时应综合考虑各方面的因素，合理有效的运用各种抗干扰措施，才能保证微控制系统的正常稳定运作。
参考文献
[1]马玉春.计算机监控技术与系统开发[M].北京:清华大学出版社,2007.
[2]李军庆.监测系统干扰原因分析及解决措施[J].科技情报开发与经济.2009.16.
[3]王海涛,秦绘彩.变电所综合自动化系统中的抗电磁干扰问题[J].冶金动力.2007.4.
[4]陈双平,等.电磁屏蔽理论在电力电子设备中的工程化[J].电工技术,2004,9.