第七章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)(1)

1、第第7 7章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)干擾技術(shù)第十六講第十六講- -第十七講第十七講信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.1 工業(yè)現(xiàn)場的干擾及對(duì)系統(tǒng)的影響工業(yè)現(xiàn)場的干擾及對(duì)系統(tǒng)的影響7.2 硬件抗干擾技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)7.3 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)7.4 接接 地地 技技 術(shù)術(shù)7.5 電源系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)電源系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)7.6 小小 結(jié)結(jié)第十六講第十六講信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.1 工業(yè)現(xiàn)場的干擾及對(duì)系統(tǒng)的影響工業(yè)現(xiàn)場的干擾及對(duì)系統(tǒng)的影響 影響應(yīng)用系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行的主要因素來影

2、響應(yīng)用系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行的主要因素來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電磁干擾，以及系統(tǒng)結(jié)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電磁干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件安裝、加工工藝和外部電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件安裝、加工工藝和外部電磁環(huán)境條件等，這些因素對(duì)系統(tǒng)造成的干擾后果主要表?xiàng)l件等，這些因素對(duì)系統(tǒng)造成的干擾后果主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1. 測量數(shù)據(jù)誤差加大測量數(shù)據(jù)誤差加大2. 影響存儲(chǔ)數(shù)據(jù)影響存儲(chǔ)數(shù)據(jù)3. 控制系統(tǒng)失靈控制系統(tǒng)失靈4. 程序運(yùn)行失常程序運(yùn)行失常信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.1.1 干擾的來源干擾的來源信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

3、山東科技大學(xué)山東科技大學(xué) 主 機(jī) I / O 電 路 傳 感 執(zhí) 行 器 對(duì) 象 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 干 擾 市 電 智 能 儀 表 傳 輸 通 道 信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué) 系統(tǒng)的系統(tǒng)的內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾主要是由分布電容、分布電主要是由分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)、多點(diǎn)接地造成的電位差和寄感引起的耦合感應(yīng)、多點(diǎn)接地造成的電位差和寄生電容振蕩、熱噪聲等引起的，內(nèi)部的電源變壓生電容振蕩、熱噪聲等引起的，內(nèi)部的電源變壓器、繼電器、開關(guān)以及電源線等也均可能成為干器、繼電器、開關(guān)以及電源線等也均可能成為干擾源。內(nèi)部干擾的主要因

4、素為：擾源。內(nèi)部干擾的主要因素為：(1) 元器件本身的性能與可靠性；元器件本身的性能與可靠性；(2) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(3) 安裝與調(diào)試。安裝與調(diào)試。 外部干擾外部干擾有電網(wǎng)的波動(dòng)、大型用電設(shè)備的起有電網(wǎng)的波動(dòng)、大型用電設(shè)備的起停、電磁輻射，一些大功率的用電設(shè)備以及電力停、電磁輻射，一些大功率的用電設(shè)備以及電力設(shè)備，甚至空間條件可能成為干擾源等。外部干設(shè)備，甚至空間條件可能成為干擾源等。外部干擾的主要因素為：擾的主要因素為：(1) 外部電氣條件：如電源電壓的穩(wěn)定性、強(qiáng)外部電氣條件：如電源電壓的穩(wěn)定性、強(qiáng)電場與磁場等；電場與磁場等；(2) 外部空間條件：如溫度、濕度、空氣清潔外部空間

5、條件：如溫度、濕度、空氣清潔度等；度等；(3) 外部機(jī)械條件：如振動(dòng)、沖擊等。外部機(jī)械條件：如振動(dòng)、沖擊等。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.1.2 干擾的作用途徑干擾的作用途徑干擾信號(hào)主要通過以下途徑進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部：干擾信號(hào)主要通過以下途徑進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部：(1) 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)(磁耦合磁耦合)(2) 靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)(電耦合電耦合)(3) 傳導(dǎo)耦合傳導(dǎo)耦合(4) 公共阻抗耦合公共阻抗耦合 (5) 其他形式其他形式信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)交流

6、電源/接地系統(tǒng)公共阻抗I/O信號(hào)傳輸線路電磁感應(yīng)靜電場感應(yīng)干擾源計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)串模干擾串模干擾7.1.3 干擾的作用形式干擾的作用形式1. 串模干擾串模干擾(差動(dòng)干擾差動(dòng)干擾) 串模干擾是指干擾電壓與有效信號(hào)串聯(lián)疊加串模干擾是指干擾電壓與有效信號(hào)串聯(lián)疊加聯(lián)合作用到儀表上的干擾聯(lián)合作用到儀表上的干擾。通常來自高壓輸電線，。通常來自高壓輸電線，與信號(hào)線平行鋪設(shè)的電源線及大電流控制線所產(chǎn)與信號(hào)線平行鋪設(shè)的電源線及大電流控制線所產(chǎn)生的空間電磁場。生的空間電磁場。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)圖圖7.1 串模干擾示意圖串模干擾示意圖 20lg()nUSMRRdBU

7、串模抑制比：串模抑制比：串模抑制比：使輸出信息發(fā)生規(guī)定變化的串模電壓，與串模抑制比：使輸出信息發(fā)生規(guī)定變化的串模電壓，與由被測量引起的能使輸出產(chǎn)生相同變化的電壓之比。由被測量引起的能使輸出產(chǎn)生相同變化的電壓之比。2. 共模干擾共模干擾 共模干擾：在電路輸入端相對(duì)公共接地點(diǎn)同共模干擾：在電路輸入端相對(duì)公共接地點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)的干擾，即輸入通道上共有的干擾電壓。時(shí)出現(xiàn)的干擾，即輸入通道上共有的干擾電壓。共模干擾主要由電源的地、放大器的地以及信號(hào)共模干擾主要由電源的地、放大器的地以及信號(hào)源的地之間的傳輸線上電壓降造成的。源的地之間的傳輸線上電壓降造成的。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科

8、技大學(xué)山東科技大學(xué)圖圖7.2 共模干擾示意圖共模干擾示意圖 共模干擾可以是直流電壓，也可以是交流電共模干擾可以是直流電壓，也可以是交流電壓，其幅值可達(dá)壓，其幅值可達(dá)110V。因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過。因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過程中，被控制和被測試的參量可能很多，并且是程中，被控制和被測試的參量可能很多，并且是分散在生產(chǎn)現(xiàn)場的各個(gè)地方，一般用長導(dǎo)線將計(jì)分散在生產(chǎn)現(xiàn)場的各個(gè)地方，一般用長導(dǎo)線將計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)傳送到現(xiàn)場的某個(gè)控制對(duì)象，算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)傳送到現(xiàn)場的某個(gè)控制對(duì)象，或者把安裝在某個(gè)裝置中的傳感器產(chǎn)生的被測信或者把安裝在某個(gè)裝置中的傳感器產(chǎn)生的被測信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)的號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)的A/D轉(zhuǎn)

9、換器。因此，轉(zhuǎn)換器。因此，被測信號(hào)被測信號(hào)Us的參考接地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)的參考接地點(diǎn)的參考接地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)的參考接地點(diǎn)往往存在一定的電位差往往存在一定的電位差Ucm。對(duì)于對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換器的兩轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端來說，分別有兩個(gè)輸入信號(hào)：個(gè)輸入端來說，分別有兩個(gè)輸入信號(hào)：Us+Ucm和和Ucm。故。故Ucm是共模干擾電壓。是共模干擾電壓。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué) 被測電路中，被測信號(hào)被測電路中，被測信號(hào)Us有單端對(duì)地輸入和有單端對(duì)地輸入和雙端不對(duì)地輸入兩種。雙端不對(duì)地輸入兩種。111cmAcscUUZZZ信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控

10、制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)單端對(duì)地單端對(duì)地 雙端不對(duì)地雙端不對(duì)地信號(hào)源的內(nèi)阻抗信號(hào)源的內(nèi)阻抗輸入電路的輸入電路的輸入阻抗輸入阻抗共模干擾電壓共模干擾電壓全部轉(zhuǎn)為串模全部轉(zhuǎn)為串模干擾電壓干擾電壓211221ccABABcmscscZZUUUUZZZZ212cmAcscUUZZZ121cmBcscUUZZZ干擾電壓：干擾電壓：共模干擾電壓共模干擾電壓Ucm在儀表在儀表輸入端輸入端A,B兩端形成的共兩端形成的共模電壓為：模電壓為： 為衡量一個(gè)輸入電路抑制共模干擾的能力，用為衡量一個(gè)輸入電路抑制共模干擾的能力，用共模抑制比共模抑制比CMRR來表示：來表示：Un是轉(zhuǎn)化成的串模干擾電壓。是轉(zhuǎn)化成的串模

11、干擾電壓。對(duì)于單端對(duì)地輸入對(duì)于單端對(duì)地輸入方式，方式，Un=Ucm，故，故CMRR=0，說明無共模抑制能力；說明無共模抑制能力；對(duì)于雙端不對(duì)地輸入對(duì)于雙端不對(duì)地輸入方式，方式，Ucm引入的串模干擾引入的串模干擾Un越小，越小，CMRR越大，抗共模干擾能力越強(qiáng)。越大，抗共模干擾能力越強(qiáng)。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)20lg()cmnUCMRRdBU 通常通常IN/OUT線與大地或機(jī)殼之間發(fā)生的干擾線與大地或機(jī)殼之間發(fā)生的干擾都是共模干擾，信號(hào)線收到靜電感應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的干都是共模干擾，信號(hào)線收到靜電感應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的干擾也是共模干擾。擾也是共模干擾。 由于共模干擾它

12、不和信號(hào)相疊加，但它能通由于共模干擾它不和信號(hào)相疊加，但它能通過測量系統(tǒng)形成到地的泄漏電流，這泄漏電流通過測量系統(tǒng)形成到地的泄漏電流，這泄漏電流通過電阻的耦合就能直接作用于儀表，產(chǎn)生干擾。過電阻的耦合就能直接作用于儀表，產(chǎn)生干擾。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.2 硬件抗干擾技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)7.2.1 串模干擾的抑制串模干擾的抑制 控制系統(tǒng)中，串模干擾的抑制方法應(yīng)從干擾信號(hào)控制系統(tǒng)中，串模干擾的抑制方法應(yīng)從干擾信號(hào)的特性和來源入手。的特性和來源入手。(1) 若串模干擾頻率比被測信號(hào)頻率高，則采用若串模干擾頻率比被測信號(hào)頻率高，則采用低通濾低通濾波器波

13、器來抑制高頻串模干擾；若串模干擾頻率比被測信來抑制高頻串模干擾；若串模干擾頻率比被測信號(hào)頻率低，則采用號(hào)頻率低，則采用高通濾波器高通濾波器來抑制高頻串模干擾；來抑制高頻串模干擾；若串模干擾頻率在被測信號(hào)頻譜兩側(cè)，則采用若串模干擾頻率在被測信號(hào)頻譜兩側(cè)，則采用帶通濾帶通濾波器波器。 一般串模干擾比被測信號(hào)變化快，可用一般串模干擾比被測信號(hào)變化快，可用低通濾波低通濾波器濾除交流干擾器濾除交流干擾。常用的低通濾波器有。常用的低通濾波器有RC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)、LC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)、雙雙T網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)及及有源濾波器有源濾波器。(P162)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué) 工程實(shí)踐中常采

14、用工程實(shí)踐中常采用二級(jí)二級(jí)RC低通濾波器低通濾波器，其原，其原理圖如下：理圖如下：該濾波器的時(shí)間常數(shù)要小于該濾波器的時(shí)間常數(shù)要小于200ms，可使，可使50Hz的串的串模干擾信號(hào)衰減模干擾信號(hào)衰減600倍左右。當(dāng)被測信號(hào)變化較快倍左右。當(dāng)被測信號(hào)變化較快時(shí)，應(yīng)相應(yīng)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，適當(dāng)減小時(shí)間常數(shù)。時(shí)，應(yīng)相應(yīng)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，適當(dāng)減小時(shí)間常數(shù)。圖圖7.3 RC雙級(jí)網(wǎng)絡(luò)示意圖雙級(jí)網(wǎng)絡(luò)示意圖 信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)(2) 當(dāng)當(dāng)尖峰型串模干擾尖峰型串模干擾成為主要干擾源，系統(tǒng)對(duì)采樣速成為主要干擾源，系統(tǒng)對(duì)采樣速率要求不高時(shí)，采用率要求不高時(shí)，采用雙積分式雙積分

15、式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器可以削弱周期可以削弱周期性的串模干擾。性的串模干擾。(3) 通過提高閾值電平抑制低噪聲的干擾。通過提高閾值電平抑制低噪聲的干擾。(4) 高速邏輯器件抑制低頻干擾；低速邏輯器件或人為高速邏輯器件抑制低頻干擾；低速邏輯器件或人為附加電容抑制高頻干擾附加電容抑制高頻干擾(脈沖干擾脈沖干擾)。(5) 若串模干擾的頻率與被測信號(hào)頻率相近時(shí)，若串模干擾的頻率與被測信號(hào)頻率相近時(shí)，信號(hào)線信號(hào)線應(yīng)選用帶屏蔽的雙絞線或電纜線應(yīng)選用帶屏蔽的雙絞線或電纜線，并應(yīng)有良好的接地系，并應(yīng)有良好的接地系統(tǒng)；或在軟件中使用統(tǒng)；或在軟件中使用數(shù)字濾波數(shù)字濾波。(6) 對(duì)于主要來自對(duì)于主要來自電磁感性的串模干

16、擾電磁感性的串模干擾，應(yīng)盡可能早地，應(yīng)盡可能早地對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行前置放大，以對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行前置放大，以提高提高回路中回路中信號(hào)噪聲比信號(hào)噪聲比，或盡可能早地完成或盡可能早地完成A/D轉(zhuǎn)換或采用轉(zhuǎn)換或采用隔離和屏蔽隔離和屏蔽等措施。等措施。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.2.2 共模干擾的抑制共模干擾的抑制 采用采用雙端輸入的差分放大器雙端輸入的差分放大器作為儀表輸入通作為儀表輸入通道的前置放大器，是道的前置放大器，是抑制共模干擾的有效方法抑制共模干擾的有效方法。 另外可以利用另外可以利用變壓器或光耦變壓器或光耦把各種模擬負(fù)載把各種模擬負(fù)載與數(shù)字信號(hào)隔離開

17、來，即與數(shù)字信號(hào)隔離開來，即把把“模擬地模擬地”與與“數(shù)字?jǐn)?shù)字地地”斷開斷開，被測信號(hào)通過變壓器耦合或光電耦合，被測信號(hào)通過變壓器耦合或光電耦合獲得通路，而共模干擾由于不成回路而被有效的獲得通路，而共模干擾由于不成回路而被有效的抑制。抑制。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)1.變壓器隔離變壓器隔離 變壓器把模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)電路隔離開，抑制變壓器把模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)電路隔離開，抑制共模干擾。隔離前和隔離后應(yīng)采用兩組相互獨(dú)立的電共模干擾。隔離前和隔離后應(yīng)采用兩組相互獨(dú)立的電源，切斷兩部分的地線聯(lián)系。源，切斷兩部分的地線聯(lián)系。 脈沖變壓器隔離法在微機(jī)測控系統(tǒng)中應(yīng)

18、用較廣。脈沖變壓器隔離法在微機(jī)測控系統(tǒng)中應(yīng)用較廣。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)圖圖7.4 變壓器隔離變壓器隔離 2. 光電隔離光電隔離在光耦的在光耦的I/O部分必須分別采用獨(dú)立的電源。部分必須分別采用獨(dú)立的電源。應(yīng)注意光耦的位置設(shè)置應(yīng)注意光耦的位置設(shè)置(P164) 。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)圖圖7.5 光耦合器隔離光耦合器隔離 3. 繼電器隔離繼電器隔離實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電之間的抗干擾實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電之間的抗干擾4. 屏蔽方法屏蔽方法使輸入信號(hào)的使輸入信號(hào)的“模擬地模擬地”浮空浮空信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制

19、系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)圖圖7.7 繼電器隔離繼電器隔離 7.2.3 長線傳輸干擾的抑制長線傳輸干擾的抑制 長線傳輸?shù)娜秉c(diǎn)：易受到外界的干擾，具有信號(hào)延長線傳輸?shù)娜秉c(diǎn)：易受到外界的干擾，具有信號(hào)延遲，高速變化的信號(hào)在長線中傳輸時(shí)，會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)遲，高速變化的信號(hào)在長線中傳輸時(shí)，會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。象。1. 屏蔽信號(hào)線屏蔽信號(hào)線方法方法: (1) 采用采用雙絞線雙絞線，其中一根用作屏蔽線，另一根用，其中一根用作屏蔽線，另一根用作信號(hào)傳輸線。把信號(hào)輸出線和返回線兩根導(dǎo)線擰合作信號(hào)傳輸線。把信號(hào)輸出線和返回線兩根導(dǎo)線擰合; (2) 采用采用金屬網(wǎng)狀編織的屏蔽線金屬網(wǎng)狀編織的屏蔽線，金屬編織網(wǎng)作屏，

20、金屬編織網(wǎng)作屏蔽外層，芯線用來傳輸信號(hào)。蔽外層，芯線用來傳輸信號(hào)。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)屏蔽信號(hào)線需注意的事項(xiàng)屏蔽信號(hào)線需注意的事項(xiàng)(P166)。2. 雙絞線不同的使用方法雙絞線不同的使用方法(圖圖7.10)(1) 傳送距離小于傳送距離小于5m，收發(fā)端裝負(fù)載電阻，收發(fā)端裝負(fù)載電阻(2) 傳送距離超過傳送距離超過10m或經(jīng)過噪聲嚴(yán)重污染的區(qū)域或經(jīng)過噪聲嚴(yán)重污染的區(qū)域時(shí)，可使用平衡輸出的驅(qū)動(dòng)器和平衡輸入的接收器，時(shí)，可使用平衡輸出的驅(qū)動(dòng)器和平衡輸入的接收器，發(fā)收端有末端電阻。發(fā)收端有末端電阻。3. 雙絞線與光耦聯(lián)合使用雙絞線與光耦聯(lián)合使用(圖圖7.1

21、1)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.2.4 阻抗匹配阻抗匹配 為了防止靜電干擾和反射波干擾，采用為了防止靜電干擾和反射波干擾，采用終端終端阻抗匹配阻抗匹配或或始端阻抗匹配始端阻抗匹配，或者，或者通過通過TTL芯片緩芯片緩沖器與長線連接沖器與長線連接。 阻抗匹配阻抗匹配：負(fù)載阻抗與激勵(lì)源內(nèi)部阻抗互相：負(fù)載阻抗與激勵(lì)源內(nèi)部阻抗互相匹配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。匹配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。 為了阻抗匹配，必須事先知道傳輸線的特征為了阻抗匹配，必須事先知道傳輸線的特征阻抗阻抗(波阻抗波阻抗)Rp。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

22、山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)1. 終端并聯(lián)阻抗匹配終端并聯(lián)阻抗匹配(P167) R阻值的確定；優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)阻值的確定；優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)2. 始端串聯(lián)阻抗匹配始端串聯(lián)阻抗匹配(P168) R阻值的確定；優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)阻值的確定；優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)3. 終端并聯(lián)隔直流匹配終端并聯(lián)隔直流匹配(P168) R阻值的確定；優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)阻值的確定；優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)4. 終端接鉗位二極管匹配終端接鉗位二極管匹配(P168) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.2.5 長線的電流傳輸長線的電流傳輸 長線傳輸時(shí)，用長線傳輸時(shí)，用電流代替電壓電流代替電壓傳輸，可獲得較傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。好

23、的抗干擾能力。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.3 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù) 經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)等。陷阱技術(shù)等。7.3.1 軟件出錯(cuò)對(duì)系統(tǒng)的危害軟件出錯(cuò)對(duì)系統(tǒng)的危害 1. 數(shù)據(jù)采集不可靠數(shù)據(jù)采集不可靠 2. 控制失靈控制失靈 3. 程序運(yùn)行失常程序運(yùn)行失常信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)第十七講第十七講7.3.2 數(shù)字濾波方法數(shù)字濾波方法 數(shù)字濾波數(shù)字濾波：通過

24、一定的計(jì)算或判斷程序減少干：通過一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號(hào)中的比例，實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波。擾在有用信號(hào)中的比例，實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波。與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波有以下幾個(gè)與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1) 數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬件設(shè)數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬件設(shè)備；備；(2) 可以對(duì)頻率很低可以對(duì)頻率很低(如如0.01Hz)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波克服的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波克服了模擬濾波器的缺陷；了模擬濾波器的缺陷；(3) 可根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V可根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。波參數(shù)，具有靈活

25、、方便、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)1. 限幅濾波法限幅濾波法(程序判斷濾波法程序判斷濾波法) 限幅濾波法能有效克服因偶然因素引起的脈沖干限幅濾波法能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾，但無法抑制周期性的干擾，平滑度差擾，但無法抑制周期性的干擾，平滑度差。2. 中位值濾波法中位值濾波法 連續(xù)采樣連續(xù)采樣N次次(N為奇數(shù)為奇數(shù))，把，把N個(gè)采樣值按大小排個(gè)采樣值按大小排列，取中間值為本次有效值。列，取中間值為本次有效值。 能有效克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾，對(duì)溫度、能有效克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾，對(duì)溫度、液位等變化緩慢的被測參數(shù)有良好的

26、濾波效果。液位等變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)( )(1),( )( )( )(1),( )(1)Y kY kYY kY kY kY kYY kY k 則則則則3. 算術(shù)平均濾波法算術(shù)平均濾波法 N值較大時(shí)，信號(hào)平滑度好，但靈敏度低；值較大時(shí)，信號(hào)平滑度好，但靈敏度低；N值較小時(shí)，信號(hào)平滑度低，但靈敏度好。一般流量值較小時(shí)，信號(hào)平滑度低，但靈敏度好。一般流量測量測量N=816，壓力，壓力N=4。 該方法適用于對(duì)具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波，該方法適用于對(duì)具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波，該信號(hào)有一個(gè)平均值，在某一數(shù)值范圍附近上

27、下波該信號(hào)有一個(gè)平均值，在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)動(dòng)。 在編制算法程序時(shí)，在編制算法程序時(shí)，N一般取一般取2的整數(shù)冪，以便的整數(shù)冪，以便用移位代替除法求平均值。用移位代替除法求平均值。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)11( )Niix kxN4.一階滯后濾波法一階滯后濾波法(慣性濾波法慣性濾波法)離散化得低通濾波公式：離散化得低通濾波公式： 一階滯后濾波法對(duì)周期性干擾具有良好的抑制一階滯后濾波法對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用，適用于波動(dòng)頻率較高的場合，缺點(diǎn)是相位滯作用，適用于波動(dòng)頻率較高的場合，缺點(diǎn)是相位滯后，靈敏度低，不能消除濾波頻率高于采樣頻率的后，靈

28、敏度低，不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號(hào)的干擾信號(hào)。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)) 1()()1 ()(kxkukx1( )1fG sT s5. 遞推平均濾波法遞推平均濾波法6. 中位值平均濾波法中位值平均濾波法7. 限幅平均濾波法限幅平均濾波法8. 加權(quán)遞推平均濾波法加權(quán)遞推平均濾波法9. 消抖濾波法消抖濾波法10. 限幅消抖濾波法限幅消抖濾波法信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.3.3 輸入輸入/輸出軟件抗干擾措施輸出軟件抗干擾措施 對(duì)控制系統(tǒng)將控制條件的對(duì)控制系統(tǒng)將控制條件的“一次采樣、處理控一

29、次采樣、處理控制輸出制輸出”改為改為“多次采樣、處理控制輸出多次采樣、處理控制輸出”，可有，可有效地消除偶然干擾。效地消除偶然干擾。1. 數(shù)字量信號(hào)輸入抗干擾措施數(shù)字量信號(hào)輸入抗干擾措施 干擾信號(hào)多呈毛刺狀，作用時(shí)間短，利用這一干擾信號(hào)多呈毛刺狀，作用時(shí)間短，利用這一特點(diǎn)，在采集某一數(shù)字量信號(hào)時(shí)可特點(diǎn)，在采集某一數(shù)字量信號(hào)時(shí)可多次重復(fù)采集多次重復(fù)采集，直至連續(xù)兩次或兩次以上結(jié)果完全一致方為有效直至連續(xù)兩次或兩次以上結(jié)果完全一致方為有效；若多次采樣后，信號(hào)總變化不定，可停止采集，給若多次采樣后，信號(hào)總變化不定，可停止采集，給出報(bào)警信號(hào)。出報(bào)警信號(hào)。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山

30、東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2. 數(shù)字量信號(hào)輸出抗干擾措施數(shù)字量信號(hào)輸出抗干擾措施 輸出設(shè)備是電位控制型還是同步鎖存型對(duì)干輸出設(shè)備是電位控制型還是同步鎖存型對(duì)干擾的敏感性相差較大擾的敏感性相差較大。前者有良好的抗。前者有良好的抗“毛刺毛刺”干擾能力；當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時(shí)，后者會(huì)盲目干擾能力；當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時(shí)，后者會(huì)盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)，不論此時(shí)數(shù)據(jù)是否有效；鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)，不論此時(shí)數(shù)據(jù)是否有效；輸出輸出設(shè)備的慣性設(shè)備的慣性(響應(yīng)速度響應(yīng)速度)與干擾的耐受能力也有關(guān)系與干擾的耐受能力也有關(guān)系。慣性大的輸出設(shè)備對(duì)慣性大的輸出設(shè)備對(duì)“毛刺毛刺”干擾有一定的耐受干擾有一定的耐受能力，慣性小的輸出設(shè)備耐受能

31、力小一些；能力，慣性小的輸出設(shè)備耐受能力小一些；在軟在軟件上，最為有效的方法是重復(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù)，件上，最為有效的方法是重復(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù)，且重復(fù)周期盡可能小且重復(fù)周期盡可能小。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.3.4 程序運(yùn)行失常的軟件抗干擾程序運(yùn)行失常的軟件抗干擾 克服控制系統(tǒng)死機(jī)現(xiàn)象最有效的辦法是采用克服控制系統(tǒng)死機(jī)現(xiàn)象最有效的辦法是采用系統(tǒng)加硬件定時(shí)器系統(tǒng)加硬件定時(shí)器(看門狗看門狗WDI)電路，即使有硬件電路，即使有硬件定時(shí)器電路后仍然有死機(jī)現(xiàn)象，原因可能如下：定時(shí)器電路后仍然有死機(jī)現(xiàn)象，原因可能如下：(1) 因?yàn)槟撤N原因，程序混亂后，定時(shí)器電路

32、雖然發(fā)出因?yàn)槟撤N原因，程序混亂后，定時(shí)器電路雖然發(fā)出了復(fù)位脈沖，但程序還來不及發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，此了復(fù)位脈沖，但程序還來不及發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，此時(shí)程序再次被干擾；時(shí)程序再次被干擾；(2) 程序進(jìn)入死循環(huán)，恰好又有定時(shí)器監(jiān)視程序進(jìn)入死循環(huán)，恰好又有定時(shí)器監(jiān)視I/O口上操口上操作指令；作指令；(3) 在有嚴(yán)重的干擾時(shí)，中斷方式控制字有時(shí)會(huì)受到破在有嚴(yán)重的干擾時(shí)，中斷方式控制字有時(shí)會(huì)受到破壞，導(dǎo)致中斷關(guān)閉。壞，導(dǎo)致中斷關(guān)閉。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)1. 冗余技術(shù)冗余技術(shù) 指令冗余指令冗余：在關(guān)鍵的地方人為地插入一些單：在關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)指令

33、字節(jié)指令(如如NOP指令指令)，或，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)將有效單字節(jié)指令重復(fù)書寫書寫。 冗余指令不能太多，以免降低運(yùn)行速率。通冗余指令不能太多，以免降低運(yùn)行速率。通 常在常在對(duì)程序流向起決定作用的指令前插入兩條對(duì)程序流向起決定作用的指令前插入兩條NOP指令指令(RET, RETI, LCALL, SJMP, JZ, CJNZ, JNC等等)。 在在對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)至關(guān)重要的指令對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)至關(guān)重要的指令(如如SETB EA之類之類)前也可插入兩條前也可插入兩條NOP指令指令。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2. 軟件陷阱軟件陷阱 指令冗余使指令冗余使“跑

34、飛跑飛”的程序安定下來是有條件的，的程序安定下來是有條件的，首先首先“跑飛跑飛”的程序必須落到程序區(qū)的程序必須落到程序區(qū)，其次，其次必須執(zhí)行到必須執(zhí)行到冗余指令冗余指令。第。第1個(gè)條件不滿足采取的措施是個(gè)條件不滿足采取的措施是設(shè)立軟件陷設(shè)立軟件陷阱阱；第；第2個(gè)條件不滿足采取的措施是個(gè)條件不滿足采取的措施是建立程序運(yùn)行監(jiān)視建立程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)系統(tǒng)。 軟件陷阱軟件陷阱：一條引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲的程序引向一：一條引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址，使程序從頭開始運(yùn)行或者引向一段專門個(gè)指定的地址，使程序從頭開始運(yùn)行或者引向一段專門對(duì)程序出錯(cuò)處理的程序。為加強(qiáng)其捕捉效果，一般在它對(duì)程序出錯(cuò)處理的

35、程序。為加強(qiáng)其捕捉效果，一般在它前面加兩條前面加兩條NOP指令：指令：NOPNOPLJMP ERR信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)軟件陷阱一般安排在下列四種地方：軟件陷阱一般安排在下列四種地方：(1) 未使用的中斷向量區(qū)未使用的中斷向量區(qū)(2) 未使用的大片未使用的大片ROM空間空間(3) 表格表格(4) 程序區(qū)程序區(qū)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)3. 軟件定時(shí)器技術(shù)軟件定時(shí)器技術(shù) 若失控的程序進(jìn)入若失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)死循環(huán)”，通常采用，通常采用定時(shí)定時(shí)器技術(shù)器

36、技術(shù)使程序脫離使程序脫離“死循環(huán)死循環(huán)”。 定時(shí)器實(shí)際是一個(gè)計(jì)數(shù)器。如果程序運(yùn)行正常，定時(shí)器實(shí)際是一個(gè)計(jì)數(shù)器。如果程序運(yùn)行正常，CPU應(yīng)定期發(fā)出指令讓定時(shí)器復(fù)位，即計(jì)數(shù)器重置應(yīng)定期發(fā)出指令讓定時(shí)器復(fù)位，即計(jì)數(shù)器重置初始值；如果程序運(yùn)行失常，初始值；如果程序運(yùn)行失常，“跑飛跑飛”或進(jìn)入局部或進(jìn)入局部死循環(huán)，不能按正常循環(huán)路線運(yùn)行，則定時(shí)器得不死循環(huán)，不能按正常循環(huán)路線運(yùn)行，則定時(shí)器得不到及時(shí)復(fù)位，定時(shí)時(shí)間到，強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。到及時(shí)復(fù)位，定時(shí)時(shí)間到，強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。 設(shè)計(jì)兩個(gè)定時(shí)器，設(shè)計(jì)兩個(gè)定時(shí)器，一個(gè)短計(jì)時(shí)器，一個(gè)長一個(gè)短計(jì)時(shí)器，一個(gè)長計(jì)時(shí)器，且各自獨(dú)立。計(jì)時(shí)器，且各自獨(dú)立。信息與電氣工程學(xué)院4.

37、系統(tǒng)復(fù)位特征系統(tǒng)復(fù)位特征 理想的復(fù)位特征理想的復(fù)位特征：系統(tǒng)可以鑒別是首次加電復(fù)系統(tǒng)可以鑒別是首次加電復(fù)位位(冷啟動(dòng)冷啟動(dòng))，還是異常復(fù)位，還是異常復(fù)位(熱啟動(dòng)熱啟動(dòng))。首次加電復(fù)位。首次加電復(fù)位則進(jìn)行全部初始化，異常復(fù)位則不需要進(jìn)行全部初則進(jìn)行全部初始化，異常復(fù)位則不需要進(jìn)行全部初始化，測控程序應(yīng)從故障部位開始。始化，測控程序應(yīng)從故障部位開始。(1) 非正常復(fù)位的識(shí)別非正常復(fù)位的識(shí)別 (2) 硬件復(fù)位與軟件復(fù)位的識(shí)別硬件復(fù)位與軟件復(fù)位的識(shí)別 (3) 開機(jī)復(fù)位與定時(shí)器故障復(fù)位的識(shí)別開機(jī)復(fù)位與定時(shí)器故障復(fù)位的識(shí)別 (4) 正常開機(jī)復(fù)位與非正常開機(jī)復(fù)位的識(shí)別正常開機(jī)復(fù)位與非正常開機(jī)復(fù)位的識(shí)別 (5

38、) 非正常復(fù)位后系統(tǒng)自恢復(fù)運(yùn)行的程序設(shè)計(jì)非正常復(fù)位后系統(tǒng)自恢復(fù)運(yùn)行的程序設(shè)計(jì)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.4 接接 地地 技技 術(shù)術(shù)7.4.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的地線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的地線(1) 模擬地模擬地：放大器、：放大器、S/H器、器、A/D與與D/A轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)的零轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)的零電位電位(2) 數(shù)字地?cái)?shù)字地(邏輯地邏輯地)：測試系統(tǒng)中數(shù)字電路的零電位，應(yīng)與模：測試系統(tǒng)中數(shù)字電路的零電位，應(yīng)與模擬地分開，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾擬地分開，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾(3) 交流地交流地(噪聲地噪聲地)：交流：交流50Hz電源的地線，且

39、不許與其它幾電源的地線，且不許與其它幾種地相連種地相連(4) 直流地直流地：直流電源的地線：直流電源的地線(5) 安全地安全地(機(jī)殼地機(jī)殼地)：使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位：使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位(6) 系統(tǒng)地系統(tǒng)地：上述幾種地的最終回流點(diǎn)，直接與大地相連：上述幾種地的最終回流點(diǎn)，直接與大地相連(7) 信號(hào)地信號(hào)地：通常為傳感器的零電位：通常為傳感器的零電位(8) 功率地功率地：大電流網(wǎng)絡(luò)的零電位：大電流網(wǎng)絡(luò)的零電位信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué) 根據(jù)接地理論分析，根據(jù)接地理論分析，低頻電路采用一點(diǎn)接地，低頻電路采用一點(diǎn)接地，高頻電路采用就近多點(diǎn)接地高頻電路采

40、用就近多點(diǎn)接地。一般來說，當(dāng)頻率。一般來說，當(dāng)頻率10MHz時(shí)可時(shí)可采用多點(diǎn)接地。在采用多點(diǎn)接地。在110MHz之間，如果采用一點(diǎn)之間，如果采用一點(diǎn)接地，其地線長度不得超過波長的接地，其地線長度不得超過波長的1/20，否則應(yīng)采，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地。用多點(diǎn)接地。 接地設(shè)計(jì)的目的接地設(shè)計(jì)的目的：(1) 清除各電路電流流經(jīng)公清除各電路電流流經(jīng)公共地線阻抗時(shí)產(chǎn)生的噪聲電壓；共地線阻抗時(shí)產(chǎn)生的噪聲電壓；(2) 避免磁場及地避免磁場及地電位差的影響，不形成地環(huán)路，地環(huán)路產(chǎn)生的電電位差的影響，不形成地環(huán)路，地環(huán)路產(chǎn)生的電流會(huì)引入到信號(hào)回路內(nèi)產(chǎn)生干擾。流會(huì)引入到信號(hào)回路內(nèi)產(chǎn)生干擾。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制

41、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.4.2 常用的接地方法常用的接地方法 在實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，通道的信號(hào)頻率在實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，通道的信號(hào)頻率絕大多數(shù)在絕大多數(shù)在1MHz以下，因此，本節(jié)只討論低頻接以下，因此，本節(jié)只討論低頻接地而不涉及高頻問題，接地的方式可以分為三種：地而不涉及高頻問題，接地的方式可以分為三種：一點(diǎn)接地一點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地和和混合接地混合接地。 信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)1. 一點(diǎn)接地一點(diǎn)接地 一點(diǎn)接地指所有電路的地線接到公共地線的一一點(diǎn)接地指所有電路的地線接到公共地線的一點(diǎn)，以減少地回路之間的相互干擾。

42、點(diǎn)，以減少地回路之間的相互干擾。信號(hào)地線的接地方式應(yīng)采用一點(diǎn)接地。信號(hào)地線的接地方式應(yīng)采用一點(diǎn)接地。一點(diǎn)接地主要由兩種接法：一點(diǎn)接地主要由兩種接法：(1)串聯(lián)接地：串聯(lián)接地：各電路的各電路的電平相差不大電平相差不大(2) 并聯(lián)接地：并聯(lián)接地：低頻低頻信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)共用一根總線，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的共用一根總線，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的共模耦合噪聲和并聯(lián)諧振現(xiàn)象共模耦合噪聲和并聯(lián)諧振現(xiàn)象不共用地總線，可減少耦合噪不共用地總線，可減少耦合噪聲，但會(huì)出現(xiàn)并聯(lián)諧振現(xiàn)象聲，但會(huì)出現(xiàn)并聯(lián)諧振現(xiàn)象 圖圖7.22是錯(cuò)誤的接地方式，因?yàn)椴皇清e(cuò)誤的接地方式，因?yàn)椴粌H會(huì)受到磁場耦

43、合的影響，還會(huì)因僅會(huì)受到磁場耦合的影響，還會(huì)因A和和B兩點(diǎn)地電位不等而引起環(huán)流噪聲干兩點(diǎn)地電位不等而引起環(huán)流噪聲干擾。為克服圖擾。為克服圖7.22的缺點(diǎn)，改為單端的缺點(diǎn)，改為單端接地接地(圖圖7.23)。 當(dāng)單端接地點(diǎn)在信號(hào)源端時(shí)，放當(dāng)單端接地點(diǎn)在信號(hào)源端時(shí)，放大器電源不接地；當(dāng)單端接地點(diǎn)在放大器電源不接地；當(dāng)單端接地點(diǎn)在放大器端時(shí)，信號(hào)源不接地大器端時(shí)，信號(hào)源不接地。 當(dāng)信號(hào)電路是一點(diǎn)接地時(shí)，電纜當(dāng)信號(hào)電路是一點(diǎn)接地時(shí)，電纜的屏蔽層也應(yīng)一點(diǎn)接地。的屏蔽層也應(yīng)一點(diǎn)接地。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)圖圖7.22 錯(cuò)誤的接地方式錯(cuò)誤的接地方式 圖圖7.23

44、 單端接線方式單端接線方式 2. 多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地系統(tǒng)內(nèi)各部分電路就近接地，系統(tǒng)內(nèi)各部分電路就近接地，能夠提供較低的接地阻抗。能夠提供較低的接地阻抗。3. 混合接地混合接地在一點(diǎn)接地的基礎(chǔ)上再通過一在一點(diǎn)接地的基礎(chǔ)上再通過一些電感或電容多點(diǎn)接地。些電感或電容多點(diǎn)接地。用于工作在混合頻率下的電路用于工作在混合頻率下的電路系統(tǒng)。系統(tǒng)。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)圖圖7.24 多點(diǎn)接地和混合接地多點(diǎn)接地和混合接地 4. 數(shù)字地和模擬地的連接技術(shù)數(shù)字地和模擬地的連接技術(shù) 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)字地和模擬地?cái)?shù)字地和模擬地都是直都是直流工作地，

45、但流工作地，但在系統(tǒng)內(nèi)部必須分別接地在系統(tǒng)內(nèi)部必須分別接地。即使在同。即使在同一芯片上有兩種地也要分別進(jìn)行接地，一芯片上有兩種地也要分別進(jìn)行接地，然后僅在一然后僅在一點(diǎn)處把兩種地連接起來點(diǎn)處把兩種地連接起來。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)圖圖7.25 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)的接地計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)的接地 5. 自動(dòng)控制系統(tǒng)的接地技術(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的接地技術(shù) 完整的基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)測試系統(tǒng)中，一般有三種類完整的基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)測試系統(tǒng)中，一般有三種類型的地：型的地：低電平電路地線低電平電路地線(數(shù)字地、模擬地?cái)?shù)字地、模擬地)，噪聲地噪聲地(繼電繼電器、電動(dòng)機(jī)、電

46、磁開關(guān)等強(qiáng)電元器件的地器、電動(dòng)機(jī)、電磁開關(guān)等強(qiáng)電元器件的地)，金屬件地金屬件地(機(jī)殼、機(jī)殼、儀器柜的外殼地儀器柜的外殼地)。系。系統(tǒng)連接時(shí)，統(tǒng)連接時(shí)，三種地線在一三種地線在一點(diǎn)接地點(diǎn)接地，且保證所有地平且保證所有地平面等電位面等電位。數(shù)字地：將接地線做成閉數(shù)字地：將接地線做成閉環(huán)路環(huán)路交流地：不允許與其它地交流地：不允許與其它地線相連線相連信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)圖圖7.29 實(shí)用接地一般方法實(shí)用接地一般方法 6. 信號(hào)采集系統(tǒng)接地方案舉例信號(hào)采集系統(tǒng)接地方案舉例信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)圖圖7.30 信

47、號(hào)采集系統(tǒng)接地示意圖信號(hào)采集系統(tǒng)接地示意圖 接地注意事項(xiàng)總結(jié)接地注意事項(xiàng)總結(jié)：(1) 高頻電路就近多點(diǎn)接地的多點(diǎn)接地原則和低頻電路一高頻電路就近多點(diǎn)接地的多點(diǎn)接地原則和低頻電路一點(diǎn)接地的一點(diǎn)接地原則；點(diǎn)接地的一點(diǎn)接地原則；(2) 低電平電路和高電平電路分開接地；低電平電路和高電平電路分開接地；(3) 功率相差大、噪聲電平相差大的電路分開接地；功率相差大、噪聲電平相差大的電路分開接地；(4) 交流地與信號(hào)地分開；交流地與信號(hào)地分開；(5) 數(shù)字地與模擬地分開走線，只在一點(diǎn)匯在一起；數(shù)字地與模擬地分開走線，只在一點(diǎn)匯在一起；(6) 信號(hào)地線、噪聲地線和機(jī)殼地線在一點(diǎn)接地；信號(hào)地線、噪聲地線和機(jī)殼地

48、線在一點(diǎn)接地；(7) 功率地的地線應(yīng)粗，且與小信號(hào)地線分開，而與直流功率地的地線應(yīng)粗，且與小信號(hào)地線分開，而與直流地相連；地相連；(8) 信號(hào)地以信號(hào)地以5導(dǎo)體一點(diǎn)入地。導(dǎo)體一點(diǎn)入地。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.5 電源系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)電源系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 當(dāng)供電電壓超過國家對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)等級(jí)中規(guī)定的最低當(dāng)供電電壓超過國家對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)等級(jí)中規(guī)定的最低標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)(10%)時(shí)，稱為時(shí)，稱為過圧或欠壓過圧或欠壓。當(dāng)過圧或欠壓超。當(dāng)過圧或欠壓超過工控機(jī)電源工作范圍時(shí)，會(huì)使電源失?；驌p壞，直接過工控機(jī)電源工作范圍時(shí)，會(huì)使電源失常或損壞，直接威脅工控機(jī)的安全。而瞬時(shí)過

49、圧或欠壓形成涌流，即使威脅工控機(jī)的安全。而瞬時(shí)過圧或欠壓形成涌流，即使不超過工控機(jī)電源的工作范圍，也會(huì)造成很強(qiáng)的干擾和不超過工控機(jī)電源的工作范圍，也會(huì)造成很強(qiáng)的干擾和破壞性破壞性(解決方法：選用寬電壓范圍的優(yōu)質(zhì)開關(guān)電源，解決方法：選用寬電壓范圍的優(yōu)質(zhì)開關(guān)電源，或外加交流穩(wěn)壓器、不間斷或外加交流穩(wěn)壓器、不間斷(UPS)電源及在工控機(jī)內(nèi)設(shè)電源及在工控機(jī)內(nèi)設(shè)置欠壓、斷電保護(hù)電路等置欠壓、斷電保護(hù)電路等)。 電源的干擾是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要干擾電源的干擾是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要干擾，因此為，因此為提高工業(yè)控制系統(tǒng)的抗干擾性能，必須在電源上下功夫。提高工業(yè)控制系統(tǒng)的抗干擾性能，必須在電源上下功夫。信息與電

50、氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)7.5.1 抗干擾穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)抗干擾穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)1. 電網(wǎng)干擾的防治電網(wǎng)干擾的防治 對(duì)工業(yè)控制機(jī)來說，電網(wǎng)尖峰脈沖干擾是危害最嚴(yán)對(duì)工業(yè)控制機(jī)來說，電網(wǎng)尖峰脈沖干擾是危害最嚴(yán)重的，容易造成計(jì)算機(jī)重的，容易造成計(jì)算機(jī)“死機(jī)死機(jī)”，或損壞硬件。對(duì)尖峰，或損壞硬件。對(duì)尖峰脈沖干擾的防治方法主要有脈沖干擾的防治方法主要有濾波法濾波法、隔離法隔離法、吸收法吸收法和和回避法回避法。(1) 濾波法濾波法采用采用電源濾波器電源濾波器濾除尖峰干擾濾除尖峰干擾 共模扼流圈：對(duì)共模干擾具有抑制作用，對(duì)差模干擾無共模扼流圈：對(duì)共模干擾具有抑制作用，對(duì)差模

51、干擾無電感抑制作用電感抑制作用(2) 隔離法隔離法采用采用1:1隔離變壓器隔離變壓器供電供電變壓器一次側(cè)對(duì)高頻干擾呈高阻抗，且隔離變壓器可抑變壓器一次側(cè)對(duì)高頻干擾呈高阻抗，且隔離變壓器可抑制共模干擾制共模干擾信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)(3) 吸收法吸收法瞬態(tài)電壓抑制器瞬態(tài)電壓抑制器(TVS) 當(dāng)當(dāng)TVS二極管的兩極收到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，二極管的兩極收到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，以以10-12秒量級(jí)的速度將兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，秒量?jí)的速度將兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓鉗位于吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓鉗位于一個(gè)預(yù)定值，保護(hù)其后的電路元器件。一個(gè)預(yù)定值，保護(hù)其后的電路元器件。(4) 回避法回避法專線供電專線供電 對(duì)于大型動(dòng)力設(shè)備集中且干擾很大的工業(yè)現(xiàn)場，對(duì)于大型動(dòng)力設(shè)備集中且干擾很大的工業(yè)現(xiàn)場，應(yīng)盡量少使用現(xiàn)場工頻電源，采用非動(dòng)力供電線路供應(yīng)盡量少使用現(xiàn)場工頻電源，采用非動(dòng)力供電線路供電或直接從非動(dòng)力低壓變壓器電或直接從非動(dòng)力低壓變壓器“根部根部”拉專線供電，拉專線供電，避開大負(fù)荷動(dòng)力線，減少電網(wǎng)干擾。避開大負(fù)荷動(dòng)力線，減少電網(wǎng)干擾。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技