计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术1

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1、范立南李雪飞编著机械工业出版社计算机控制技术第7章计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术第7章计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术7.1可靠性与抗干扰技术概述7.2计算机控制系统的硬件抗干扰技术7.3计算机控制系统的接地和电源保护技术7.4计算机控制系统的软件抗干扰技术7.1可靠性与抗干扰技术概述7.1.1干扰窜入计算机控制系统的主要途径干扰窜入计算机控制系统的主要途径如图7-1所示。（1）空间感应；（2）过程通道窜入的干扰；（3）电源系统窜入的干扰（4）地电位波动窜入的干扰；（5）反射波干扰。图7-1干扰窜入单片机系统主要途径示意图7.1可靠性与抗干扰技术概述1．

2、空间感应的干扰空间感应的干扰主要来源于电磁场在空间的传播。例如，输电线和电气设备发出的电磁场，空中雷电等放电现象。2．过程通道的干扰过程通道的干扰常常沿着过程通道进入计算机，主要原因是过程通道与主机之间存在公共地线，要设法削弱和斩断这些来自公共地线的干扰，以提高过程通道的抗干扰能力。过程通道的干扰按照其作用方式，一般分为串模干扰和共模干扰。7.1可靠性与抗干扰技术概述（1）串模干扰是指串联于信号回路之中的干扰。其表现形式如图7-2所示。图7-2串模干扰示意图7.1可靠性与抗干扰技术概述其中Vs为信号源，Vn为叠加在Vs上的串联干扰信号。干扰可能来自信号源内部如

3、图7-2（a）所示，也可能来自邻近的导线（干扰线）如图7-2（b）所示，如果邻近的导线（干扰线）中有交变电流Ia流过，那么由Ia产生的电磁干扰信号就会通过分布电容C1和C2的耦合，引入A/D转换器的输入端。7.1可靠性与抗干扰技术概述（2）计算机控制系统中，被控对象往往比较分散，一般都有很长的引线将现场信号源、信号放大器、主机等连接起来。引线长在几十米以至几百米，两地之间往往存在着一个电位差Vc，如图7-3所示。这个Vc对放大器产生的干扰，称为共模干扰。图7-3共模干扰示意图7.1可靠性与抗干扰技术概述其中Vs为信号源，Vc为共模电压。这种干扰可以是直流电压，

4、也可以是交流电压，其幅值可达几伏甚至更高，取决于现场产生干扰的环境条件和计算机等设备的接地情况。3．电源系统的干扰控制用计算机一般由交流电网供电（220VAC，50Hz），电压不稳、频率波动、突然掉电事故难免发生，这些都会直接影响计算机系统的可靠性与稳定性。4．地电位波动的干扰计算机控制系统分散的很广，地线与地线之间存在一定的电位差。计算机交流供电电源的地电位很不稳定。在交流地上任意两点之间，往往很容易就有几伏至十几伏的电位差存在。7.1可靠性与抗干扰技术概述5．反射波的干扰电信号（电流、电压）在沿导线传输过程中，由于分布电容、电感和电阻的存在，导线上各点的电

5、信号并不能马上建立，而是有一定的滞后，离起点越远，电压波和电流波到达的时间越晚。这样，电波在线路上以一定的速度传播开来，从而形成行波。如果传输线的终端阻抗与传输线的波阻抗不匹配，那么当入射波到达终端时，便会引起反射。同样，反射波到达传输线始端时，如果始端阻抗也不匹配，也会引起新的反射。这种信号的多次反射现象，使信号波形严重地畸变，并且引起干扰脉冲。7.1可靠性与抗干扰技术概述7.1.2干扰的耦合方式耦合是指电路与电路之间的电的联系，即一个电路的电压或电流通过耦合，使得另一个电路产生相应的电压或电流。耦合起着电磁能量从一个电路传输到另一个电路的作用。干扰的耦合方

6、式主要有以下几种形式。1．直接耦合方式直接耦合又称为传导耦合，是干扰信号经过导线直接传导到被干扰电路中而造成对电路的干扰。它是干扰源与敏感设备之间的主要干扰耦合途径之一。7.1可靠性与抗干扰技术概述2．公共阻抗耦合方式公共阻抗耦合是当电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会对另一个电路产生影响。公共阻抗耦合是噪声源和信号源具有公共阻抗时的传导耦合。3．电容耦合方式电容耦合又称静电耦合或电场耦合，是指电位变化在干扰源与干扰对象之间引起的静电感应。计算机控制系统电路的元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在着分布电容，如果一个导体上

7、的信号电压（或噪声电压）通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，这样的现象就称为电容性耦合。7.1可靠性与抗干扰技术概述4．电磁感应耦合方式电磁感应耦合又称磁场耦合。在任何载流导体周围空间中都会产生磁场。若磁场是交变的，则对其周围闭合电路产生感应电势。5．辐射耦合方式当高频电流流过导体时，在该导体周围便产生电力线和磁力线，并发生高频变化，从而形成一种在空间传播的电磁波。处于电磁波中的导体便会感应出相应频率的电动势。电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰，这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。当信号传输线（输入线、输出线、控制线）较长时，它们能辐射干扰波和接受干扰波，

8、称为天线效应。7.1可靠性与抗干扰技术