计算机控制系统的抗干扰及可靠性设计

《计算机控制系统的抗干扰及可靠性设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3章计算机控制系统的抗干扰技术3.1工业现场的干扰及对系统的影响3.2硬件抗干扰技术3.3软件抗干扰及系统冗余技术3.4接地技术3.5电源系统抗干扰3.1工业现场的干扰及对系统的影响按干扰产生的原因分类（1）放电干扰主要是雷电、静电、电动机的电刷跳动、大功率开关触点断开等放电产生的干扰。（2）高频振荡干扰主要是中频电弧炉、感应电炉、开关电源、直流—交流变换器等产生高频振荡时形成的噪声。（3）浪涌干扰主要是交流系统中电动机启动电流、电炉合闸电流、开关调节器的导通电流以及晶闸管变流器等设备产生涌流引起

2、的噪声。一、干扰的来源1、内部干扰①元器件本身的性能与可靠性。②系统结构设计③安装与调试主要是由分布电容或分布电感产生的干扰、多点接地造成的电位差以及长线传输的波反射给系统带来的影响等。计算机控制系统所受到的干扰源分为外部干扰和内部干扰。2、外部干扰①外部电气条件②外部空间条件③外部机械条件主要是由电源电网的波动、大型用电设备(如天车、电炉、大电机、电焊机等)的启停、高压设备和电磁开关的电磁辐射、传输电缆的共模干扰等影响。二、干扰的作用途径干扰信号主要通过以下的途径进入系统内部：1．传导耦合干扰由导

3、线进入电路中称为传导耦合。2．静电耦合干扰信号通过分布电容进行传递称为静电耦合。3．电磁耦合电磁耦合是指在空间磁场中电路之间的互感耦合。4．公共阻抗耦合公共阻抗耦合是指多个电路的电流流经同一公共阻抗时所产生的相互影响。三、干扰的作用形式1、串模干扰串模干扰就是指串联叠加在工作信号上的干扰，也称之为正态干扰、常态干扰、横向干扰等。串模干扰和被测信号在回路中所处的地位是相同的，总是以两者之和作为输入信号。信号源AD转换器USUnAD转换器USUn信号源干扰源图4－58串模干扰形式1图4－59串模干

4、扰形式22、共模干扰共模干扰是在电路输入端相对公共接地点同时出现的干扰，也称为共态干扰、对地干扰、纵向干扰、同向干扰等。共模干扰主要是由电源的地、放大器的地以及信号源的地之间的传输线上电压降造成的，被测信号源计算机UsUcmAD转换器3.2硬件抗干扰技术一、串模干扰的抑制1．在输入回路中接入模拟滤波器根据被测信号的频率范围，选用不同频带的滤波器，使有用信号顺利通过。2、继电器隔离继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系，所以可利用继电器的线圈接收信号，通过触点发送和输出信号，从而避免强电和弱电信号之

5、间的直接接触，达到了抗干扰的目的3、布线隔离合理布线，满足抗干扰技术的要求。4、过压保护电路如果没有采用光电隔离措施，在输入输出通道上应采用一定的过压保护措施，以防引入过高电压，侵害控制系统。5、使用双积分式A/D转换器当尖峰型串模干扰为主要干扰时，使用双积分式A/D转换器，或在软件上采用判断滤波的方法加以消除。6、采用信号线的屏蔽措施为了防止“干扰噪声”通过空间耦合方式侵入信号线而进入电气设备，在干扰比较强的工业现场，或者对那些比较微弱的信号，传输时宜选用屏蔽线。7、电流传送当传感器信号距离主

6、机很远时很容易引入干扰。如果在传感器出口处将被测信号由电压转换为电流，以电流形式传送信号，将大大提高信噪比，从而提高传输过程中的抗干扰能力。二、并模干扰的抑制抑制共模干扰的主要方法是设法消除不同接地点之间的电位差。1、平衡对称输入在设计信号源（通常是各类传感器）时，尽可能做到平衡和对称，否则有可能产生附加的差模干扰，使后续电路不易对付。2、变压器隔离隔离变压器是最常用的隔离元件之一，用来阻断干扰信号的传导通路，并抑制干扰信号的强度。是利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，也就是把模拟地与数

7、字地断开，以使共模干扰电压不成回路，从而抑制了共模干扰。变压器隔离图3．光电隔离光电隔离是利用光电耦合器完成信号的传送，实现电路的隔离，如下图所示。根据所用的器件及电路不同，通过光电耦合器可以实现模拟信号的隔离，也可以实现数字量的隔离。注意，光电隔离前后两部分电路应分别采用两组独立的电源。光电隔离图4．浮地屏蔽采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰，如下图所示。所谓浮地，就是利用屏蔽方法使信号的“模拟地”浮空，从而达到抑制共模干扰的目的。浮地输入双层屏蔽放大器图5．采用具有高共模抑制比的仪表放大器

8、作为输入放大器仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益可调等优点，是一种专门用来分离共模干扰与有用信号的器件。在计算机控制系统中，由于数字信号的频率很高，很多情况下传输线要按长线对待。信号在长线中传输时会遇到三个问题：一是长线传输易受到外界干扰；二是具有信号延时；三是高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布电感的影响，信号会在传输线内部产生向前的电压波和电流波，称为入射波；另外，如果传输线的终端