港口设备自动控制系统的信号干扰和预防

港口设备自动控制系统的信号干扰和预防

韩越

（上海振华重工上海市浦东新区200125）

摘要：随着社会经济的快速发展，港口生产也在不断地发展和进步，对于港口设备装卸运行的电子化和机械化以及自动化的要求也有效地提升了。在港口设备装卸运行的控制中，可编程控制器充分发挥了重要的作用。针对于港口设备装卸运行的可靠性，可编程控制器控制系统抗干扰的能力具有至关重要的作用。

关键词：港口；设备自动控制系统；信号干扰；措施

前言：在港口设备调速的系统变频器的控制中，速度编码器是重要的组成部分之一，既能够显示状态和控制位置，又能够高精度地控制速度。由于信号干扰，导致检测编码器信号故障不容易根除和排查以及可编程控制器死机等，致使设备运行的故障率增加了，从而使设备的工作效率降低了。所以，必须要将设备抗干扰的能力有效地提升[1]。

一、港口设备自动控制系统的信号干扰的因素

（一）电磁干扰

电磁干扰包括人为干扰源和自然干扰源。人为干扰源就是人工装置或者有机电所产生的电磁能量的干扰，例如，港口设备当中，变频器控制已在电动机中广泛应用，变频器控制将自身功能完成的同时，电磁的能量也附带产生了。自然干扰源，地球外层空间的宇宙噪音和大气层天电噪音都是其主要的来源[2]。

针对于变频器驱动电动机的系统中，使用的整流二极管和晶闸管等相关的非线性整流器件，能够将谐波产生，这种谐波传导干扰电网，导致电压电网的畸变；通常变频器输出的部分运用开关器件，能量输出的同时，比较强的电磁辐射干扰也在输出线上产生，电磁辐射对网络通信和可编程控制器内部的电路进行干扰，还会影响编码器与PG卡之间的弱电信号。

（二）引入信号线时的干扰

传输有效信息的同时，外部干扰信号会通过各类信号的传输线侵入到编码器系统和可编程控制系统。干扰会降低测量的精度和导致I/O信号异常，甚至会损坏I/O模块，导致系统故障发生，严重地影响编码器脉冲的输出，反馈给变频器错误的信息。系统隔离性能比较差时，会使信号之间互相干扰，造成共地系统的总线回流，导致可编程控制器错误动作和逻辑数据变化甚至死机[3]。

（三）供电电源的干扰

电源在可编程控制的系统中具有重要的地位，电流冲击性负荷会影响电网的稳定性，然后影响可编程控制系统的稳定运行。电网内部开关动作由于浪涌电流产生，冲断港口设备电源，交直流传动装置导致谐波以及电网短路有电流冲击产生等，都会有不同程度的干扰产生[4]。通过输电线路电网干扰传到可编程控制器的输入电源，很大程度地干扰了可编程控制系统。

（四）接地系统不规范导致干扰

正确接地，既能够将电子设备电磁兼容性有效地提升，将电磁对自身的干扰进行抑制，又能够将设备干扰外界进行控制。错误和不规范的接地，会将干扰的信号引入，影响可编程控制系统的正常工作。可编程控制地线包括屏蔽地和系统地、保护地以及交流地等。各个接地点电位的分布不均匀，不同的接地点之间都有电位差，错误接地系统会导致地环路电流，干扰编码器系统和可编程控制系统。可编程控制器工作逻辑电压的干扰容限比较低，因此，逻辑地电位分布干扰容易影响可编程控制器数据存贮和逻辑运算。

二、港口设备自动控制系统的信号抗干扰的措施

（一）设备设计的配置和电缆敷设

设备设计和制造的过程中，信号干扰影响设备的运行必须要充分地进行考虑。运用良好性能的可编程控制器电源模块，可以将由于信号导致的可编程控制器程序丢失和数据混乱甚至死机等现象避免。电缆敷设的过程中，信号干扰问题必须注意，从而使电磁对动力电缆的干扰得以减少。编码器线等相关弱电信号线缆，应该与容易产生噪音污染的动力线电路分开进行布线，并且要保持一定的距离。布线的过程中，回路环面积尽可能减少，致使感应噪音降低，地线和电源线尽可能选择比较精的，不但会使压降减小，还会使耦合噪音降低[5]。

电子设备中抗干扰的元件采用磁环，能够将高频噪音很好地进行抑制，成本也比较低廉。靠近可编程控制器线上和电源线处，可以安装磁环来对电磁干扰进行有效地控制。低频率下磁环的阻抗非常小，信号频率不断地升高，阻抗也会快速地升高。将磁环安装在电子电路中，能够顺利地通过正常的信号，将高频的干扰信号转换为热量进行散发，从而将高频信号的通过得以有效地控制。安装的过程中，可以将可编程控制器的编码器线和电源线等容易受信号干扰的电缆直接从磁环穿过，将共模电感构成，也可以将电缆缠绕在磁环上穿过。随着增多的缠绕匝数，能够将干扰信号的频率进行控制，从而降低。实际工程的过程中，干扰信号频率并不确定，需要结合干扰电流频率，对磁环缠绕的方式和匝数合理地选择。频率范围比较宽的干扰信号，为了将低频和高频干扰同时进行控制，可以将两个或者多个磁环套在电缆上，选择不同的匝数缠绕在各个磁环上。检测光电装置输出信号的传输介质，选用双绞屏蔽电缆。双绞屏蔽电缆对电磁干扰电缆防护的能力比较强，能够将电磁场产生在传输线上的干扰电流进行抵消。双绞屏蔽电缆互绞以后，两线接触紧密，对屏蔽网分布电容两线基本相同，能够将共模干扰有效地进行控制。

（二）软件滤波

硬件设施电磁干扰信号随机性比较强，产生原因也比较复杂，完全将系统干扰消除很难保证，所以，在硬件抗干扰设施的基础上，还需要将软件抗干扰技术进行补加，能够将可编程控制系统运行的安全性和抗干扰能力有效地提升。软件抗干扰既耗资少又简便易行。软件滤波通过软件来将干扰信号和有用信号进行识别，有效运用软件算法将数据处理有效地实现，屏蔽掉干扰波信号和噪音，从而将有用的信号获取。设计软件滤波程序可以运用多种方式将干扰信号滤去[6]。

（三）硬件滤波

硬件滤波，就是直接将电源干扰问题进行解决的有效措施，隔离变压器导致二次侧与一次侧电路完全绝缘，将高频杂波传入及回路进行控制。将变压器隔离以前，装置滤波器，将大部分电源高频电磁的干扰消除。信号接入可编程控制器电源以前，将电容并接在信号线与地之间，将滤波器加装在信号两极之间等，这些方法都能够将干扰有效地减少。利用电容电阻将滤波组合起来的方法，在运行的过程，不需要处理复杂的程序，不但容易实现，成本低，而且数据变化的响应性很高。

（四）接地系统

电子设备地线系统有两种：接大地和接地。接大地，是将地球作为基准，大地作为零电位，设备的电路基准点和金属外壳与大地连接，这种系统为共地系统。共地系统既有保护设备和人员的作用，又能够运用泄放机箱上的电荷积累，来将机箱电位升高进行避免，从而使电路稳定运行得以保证，对于外界电磁环境导致的设备与大地产生的电势差，对设备工作稳定性的影响，也能够避免。接地就是某个电位基准面与系统之间将低阻导通回路建立，从而使电路正常的工作得以保证。

总结：

综上所述，虽然信号干扰随时都会发生，但是，对干扰源进行有效地分析，采取相应的预防措施，就能够将信号干扰影响设备的运行有效地控制，从而使设备正常地运行。

参考文献：

[1]张志勇，秦文超，钟伯录.基于互联网的集中润滑系统在港口设备中的应用[J].港口科技，2017（05）：15-21.

[2]杨荣.港口设备自然寿命影响因素和预测模型[J].集装箱化，2016，27（09）：7-12.

[3]宋之杰，常建美，侯贵宾.基于可靠性的多部件港口设备机会维修模型[J].现代制造工程，2015（07）：130-136.

[4]左德刚.港口设备管理技术创新与实施模式研究[J].科技创新与应用，2013（27）：47-48.

[5]梅建奎.集装箱港口设备零备件库存控制与设备管理研究[D].天津大学，2012.

[6]彭锋.港口设备管理决策支持系统研究及应用[D].武汉理工大学，2011.

作者简介：

韩越（1990.10-），男，山东东营人，东华大学电气工程及其自动化、行政管理双学士，助理工程师，单位：上海振华重工，研究方向：大型装备的自动控制以及电气设计