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工业控制计算机系统中若干问题的研究

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资料介绍

伴随着现代化信息技术的高速发展,控制系统愈来愈成为网络与控制相结合的系统,关于这一领域的研究也成为一个前沿的课题.尤其是对于工业领域来说,计算机的应用将会带动其发生巨大的变革,从而朝着更为长远的方向发展.本文立足于这一现状展开讨论,并结合计算机在工业控制装置的应用过程当中产生的问题进行深入研究,进而提出相应的策略.

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《自动化与仪器仪表}2014年8期(总第178期)

工业控制计算机系统中若干问题的研究

党倩

(陕西职业技术学院

陕西西安，710100)

摘要：伴随着现代化信息技术的高速发展，控制系统愈来愈成为网络与控制相结合的系统，关于这一领域的研究也成

为一个前沿的课题。尤其是对于工业领域来说，计算机的应用将会带动其发生巨大的变革，从而朝着更为长远的方向发展。

本文立足于这一现状展开讨论，并结合计算机在工业控制装置的应用过程当中产生的问题进行深入研究，进而提出相应的

策略。

关键词：工业控制计算机系统；综合性能；完善策略

DOl编码：doi：10．3969巧．issn．1001．9227．2014．08．0001

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control

K盯鼬：Industrial

中图分类号：TP27

computer systems；Overall performance；Perfect strategy

文献标识码：A

文章编号：1001—9227(2014)08—0001—03

前言

以往的经验来判断，我们理应将这种现象划分为两大类，一类

是串模干扰，另一类是共模干扰。

工业控制计算机系统需要依靠各个具有特殊性能的方面，

并通过这些方面的协调运作来完成使命。从另一方面来说，将

工业与计算机技术的结合，虽然能够为解决远程实时控制等已

经遇到的难题带来解决方法，但是其系统本身存在的一系列问

题却实在是有待于解决。

从前者来看，它主要值得是横向干扰，也就是我们常说的

差模干扰。这种现象的主要表现是干扰信号和原本有效的信号

交集在一起，使得原本独立的两个方面有了交错，如图l

所示。

工业控制计算机系统的综合性能

～／Ij

首先，从功能性方面来看，系统进行的主要目的无非是两

个方面，一个是执行测量任务，另一个是控制任务。在这一过

程当中，要实现优化组合。

多

其次，从性能的的角度来看，在一个特定的条件之下，所

能够提供的功能的程度就是性能。对于任何一项功能来说，都

需要根据相关的规定来对其性能进行测量。

图1串模干扰

在这种现象当中，干扰成为了原本有用信号当中的一个部

分，发挥着阻碍性的作用，将问题带给了计算机信号输入端。

从后者来看，主要值得是共态干扰，也是我们所说的纵向

干扰。在这种情形之下，往往会出现被测信号源的地线和计算

机的地线不等的情况，再加上种种客观因素的影响，使得干扰

电压的引入极其容易，进而产生极大的不良影响。

再次是安全性的方面，由于系统可能存在风险或者其风险

已经暴露了出来，所以有必要对于其风险系数进行测量，从而

采取可靠的措施，使得各项功能能够正常运转，进而凸显

价值。

2．2电源系统与接地的问题

工业控制计算机系统中的常见问题

在工业控制系统当中，所采用的供应形式主要是交流，经

过一系列规范化的操作之后，方可成为直流工作的电压，并且

这一过程是极为复杂的。通常来说，在施工当中理应将电源变

压器的初级与电压网连接起来，如此一来，就将原本在电压网

上的干扰元素引入到变压器当中，其不良的影响依旧是存在

的。根据以往的经验来看，干扰的主要表现是在交流电源当

中，以一种二次谐波或者是更高频率的电流形式进入到总的系

统当中来，产生强度更大的干扰作用。

2．1

来自输入／输出通道的问题

在这一环节当中，所呈现出来的问题是，干扰沿着I／O道

进入到计算机系统当中，其间一个最为主要的原因就是这一通

道和主机之间，有着公共地线，并且值得一提的是，其中的一

个主要的关键点就在于A／D通道和其他相关的输人装置。按照

收稿日期：2014—06—28

作者简介：党倩(1981一)，女，汉族，陕西西安人，本科，助理

工程师。主要研究方向为计算机技术、网络工程。

万方数据

工业控制计算机系统中若干问题的研究党倩

2．3软件受干扰的问题

就要采用高通滤波器，才能够有所效果。当然，还可以使用有

用的A／D转换器来进行对于干扰源的抑制工作，值得注意的

是，在进行转换的过程当中，如果选择积分型的转换器将会在

很大程度上抑制关于串控的干扰。

就外部环境来看，关于工业控制对象的工作，其环境并不

乐观，甚至有的时候会存在难以抵御的恶劣条件，伴随着各种

干扰来源的不断增多，干扰路径也变得增多起来。面对这样一

种情况，我们不能够完全采用和前文当中硬件抗干扰的措施一

样来对待软件受干扰的情况，因为二者在本质上还是有区别

的。尤其是遇到信号频率相当的干扰的时候，如果单纯采用硬

件方面，显然是无济于事的。

其次，从共模干扰相关的解决措施来看，最为重要的环节

就是减少或者消除共模干扰电压，从根本上抑制住其影响和不

断蔓延。最为常见的方法就是采用测量系统公地的方法，主要

载体是粗导线，在这一载体的辅助作用之下把被测信号源的接

地点和A／D转换器接地点连接在一起。另外，在实际工程当

中，还有一种极为常见的方法就是光电耦合器的作用，它的存

在也能够有效抑制住干扰问题。

优化工业控制计算机系统需要考虑的因素

3．1

考虑工业控制计算机系统的特点

4．2解决电源系统与接地问题的方法

现阶段，关于工业控制计算机系统的使用，我们在很多环

节当中都能够看到，无论是工业生产过程的测量还是控制，都

得到了这项系统的支撑，并且逐渐扩散到其他相关领域当中。

在这种情况之下，我们需要注意的是，应用领域的扩大也在一

定程度上意味着工业控制计算机系统务必要具有一定的特性，

主要表现为环境适应性、高可靠性以及易维护性等方面。

3．2适应工业控制计算机技术和应用发展

对于系统接地，与其相关的方式主要有两种，一种是一点

接地，另一种是多点接地，无论是哪一种都不是万无一失的，

都是有利有弊。事实上，任何一种导体都有电阻，当某种电阻

当中有电流流过的时候，在导体当中也就有电位梯度显现出

来。基于此，我们如果要分开接地点，那么就很难做到等电

位，具体而言，如果在这种情况下出现的电流越大，那么所反

映出来的电位差就越大。因此，往往采用的是一点接地的方

法．如图2所示。

在现代化经济和科学技术高速发展的背景之下，关于崭新

技术的使用已经成为各行各业发展当中所必须要注意的问题。

对于工业领域来说也是不例外的，譬如说在技术上面要实现产

品的数字化、智能化特征，而在系统上又要逐渐走向开放型和

综合型，在满足时代发展需要的同时也应当做到资源的有效利

用，从而实现可持续发展理念，使得经济效益和社会效益能够

走向统一。

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3．3立足系统。分层规范

图2一点接地方式示意图

目前，工业控制计算机作为一项基本的平台和设备，它的

主要立足点是结构和功能两大方面，并且以总线连接为重要载

体，针对相应的软件进行协调和作业。并且在此基础之上，通

过通信系统的联系，来配置出软件构成系统。所以说很多相关

环节的功能却是极其不同的，在采取措施对其进行完善的时

候，也要做到分层进行处理，将每一个层次都做到万无一失，

从而带动整体效益的提高。

当然，这种方式的使用最为主要的前提条件就是，将大地

作为接地系统中的地，因此这就难以避免地会受到大地电流的

影响，所以说在很多时候这只能停留在理论层面上。而在具体

的使用工业控制系统当中，最常见的就是“浮地系统”，这主

要是利用有效的工具或者资源，来实现整套工控装置和地线系

统和大地之间在没有导体的情况下的连接。在这种方式之下，

基本上不会受到大地电流的影响，这也是优势所在，相关的设

备当中的电子器件也并不会因为高电压的感应而出现损坏的情

况。但是这并不意味着“浮地系统”当中不存在任何缺点，事

实上，如果出现现场附近存在高压设备的情况，那么在寄生电

容耦合的作用之下，机柜外壳也会带点，操作起来极其不安

全，如图3所示。

3．4面向整个生命周期

对于这一点，主要强调的是关于整个工程控制计算机系统

未来发展的标准方向，在各个方面当中都能够得到体现。当然

整个生命周期的完善也必然离不开各个环节之间的协调合作，

这一过程有需要标准应用的存在，为其留有一定的空间，主要

分为两点，一点是非通用性的要求，另一点是通用性的要求，

前者要留给专门标准和产品标准去进行确定，而后者需要在一

定程度上参考相应的规章和标准。

屏蔽壳

图3浮地系统示意图

4．3软件抗干扰措施

工业控制计算机系统优化措施

4．1

解决输入／输出通道问题的方法

如果利用上文当中硬件抗干扰的措施来对软件进行抗干

扰，那么显然是无济于事的，而我们对于软件方面的维护可以

立足于计算程序。在通过计算程序的帮助之下，有效减少干扰

在这一环节主要涉及到的干扰问题来源于两个方面，分别

是串模干扰和共模干扰。首先，从串模这一方面来看，主要解

决措施就是在信号输入电路上添加一个滤波器。我们将频率进

行比较，可以发现，如果串模干扰频率比有用信号的频率要

高，那么可以采用的就是低通滤波器，以此来起到有效的抑制

作用。相反，如果串模干扰频率比有用信号的频率要低，那么

在有用信号当中的比重，最终使得采样值能够有效地和实际情

况相符合。

(下转第5页)

万方数据

《自动化与仪器仪表}2014年8期(总第178期)

缘子的方法，并指出直流复合绝缘子的红外测温法、电场检测

法和憎水性分级检测法仍需进行深入研究。电场检测法和声波

测量法理论上可行，但距离制成实用的设备还有一定的距离。

直流劣化绝缘子检测课题的成功解决，对超高压、特高压直流

输电线路的检修与运行维护具有重要意义。

憎水性分级检测法的可行性分析

复合绝缘子优异的防污闪性能来源于其外绝缘材料：硅橡

胶，它拥有两项独特的防污闪特性：憎水性与憎水迁移性。憎

水性是指绝缘子表面的水分只能形成孤立的水滴，不会连成一

片水膜，这样就不会因为污秽而产生沿面放电，提高了闪络电

压值；憎水迁移性是指绝缘子表面被污秽物覆盖后，绝缘子的

憎水性可迁移到表面的污秽物上，使得污秽物也能具有憎水

性，进一步提高闪络电压。实践证明，运行中的复合绝缘子由

于各种外界环境因素的影响，憎水性会逐渐下降直至消失，进

而直接影响输变电设备的防污闪性能，甚至威胁系统的安全

运行。

参考文献

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交通大学电气工程学院，陕西西安．

with two

faultcompos—

H，Hamel M，Frate

【3】Vaillancourt

J．Experience

憎水性分级检测法在交流输电线路上已得到广泛应用”oI，

其原理依据来自瑞典一家研究机构所提出的喷水分级法。该方

法将绝缘子的憎水性分为7级并给出分级的标准和每一级的图

片示例，HC一1级和HC一7级分别代表憎水性极强和完全亲水的

状态。试验中，用喷壶对绝缘子表面喷水，观察水分在绝缘子

表面的分布，并与分级标准和每一级图片对比，从而得知绝缘

子的憎水性强度。具体操作时可将拍摄到的照片经由后台分析

软件与标准憎水性分级图片相比较，确定憎水性级别。

但是在输电线路的直流复合绝缘子上由于静电产生的集尘

现象非常严重，甚至能够影响到塔身和横担的集尘。之前的分

析与其他研究机构的试验已证明，污秽的大量聚集对憎水性和

憎水迁移性影响非常大，可能导致污秽表面无法因迁移性获得

能够防止污闪的憎水性。因此憎水性分级检测法在交流输电线

路的复合绝缘子上运用的分级图样和判断依据应用在直流绝缘

子上时必须做出相应的修改，该方向仍需作出更加深入的

研究。

ite insulators detectionmethods in

Hydro-Quebec[C]．10thIntemation—

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1467一1471．

G．In service

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术，2001，25(11)：83—85．

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结论

本文研究了各类在线检测± 500kV直流输电线路的劣化绝

参考文献

(上接第2页)

结语

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【2】郑英，方华京等．不确定离散时滞系统的完整性设计【J]系统工程

与电子技术，201l，25(8)：101．106．

展，并且工业领域也受到了良性的影响，但是我们依旧面临着

一些问题。本文分析了工业控制计算机系统当中的几点问题，

并结合具体数据进行深入研究，希望能够在一定程度上推动这

一领域的发展。

[3]商斌雄，彭济常．工业数字装置干扰【M】．电子工业出版社，2011,24

(3)：89-90．

万方数据

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