ch計算機控制系統(tǒng)的抗干擾技術實用

會計學1ch計算機控制系統(tǒng)的抗干擾技術實用外部干擾：有電網(wǎng)的波動、大型用電設備的起停、電磁輻射，一些大功率的用電設備以及電力設備，甚至空間條件可能成為干擾源等。(1)外部電氣條件；(2)外部空間條件；(3)外部機械條件，第1頁/共38頁7.1.2干擾的作用途徑干擾信號主要通過以下幾個途徑進入系統(tǒng)內(nèi)部。(1)電磁感應；(2)靜電感應；(3)傳導耦合；(4)公共阻抗耦合；(5)其他形式。交流電源/接地系統(tǒng)公共阻抗I/O信號傳輸線路電磁感應靜電場感應干擾源計算機控制系統(tǒng)第2頁/共38頁7.1.3干擾的作用形式1.串模干擾電磁感應和靜電感應的干擾都是和信號串聯(lián)，也就是以串模干擾的形式出現(xiàn)的。串模干擾示意圖第3頁/共38頁系統(tǒng)對差模干擾的抑制能力差模抑制比第4頁/共38頁2.共模干擾在電路輸入端相對公共接地點同時出現(xiàn)的干擾，即輸入通道上共有的干擾電壓。主要是由電源的地、放大器的地以及信號源的地之間的傳輸線上電壓降造成的。共模干擾示意圖

由于共模干擾它不和信號相疊加，但它能通過測量系統(tǒng)形成到地的泄漏電流，這泄漏電流通過電阻的耦合就能直接作用于儀表，產(chǎn)生干擾。第5頁/共38頁系統(tǒng)對共模干擾的抑制能力共模抑制比第6頁/共38頁7.2硬件抗干擾技術7.2.1串模干擾的抑制抗串模干擾措施是用低通輸入濾波器濾除交流干擾，而對于直流串模干擾則采用補償措施。常用的低通濾波器有RC網(wǎng)絡、LC網(wǎng)絡、雙T網(wǎng)絡及有源濾波器。RC雙級網(wǎng)絡示意圖第7頁/共38頁7.2.2共模干擾的抑制采用雙端輸入的差分放大器作為儀表輸入通道的前置放大器，是抑制共模干擾的有效方法。另外可以利用變壓器或光耦把各種模擬負載與數(shù)字信號隔離開來，即把“模擬地”與“數(shù)字地”斷開，被測信號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抑制。第8頁/共38頁1.變壓器隔離

隔離變壓器應有多層屏蔽：如一次繞組屏蔽，二次繞組屏蔽，等電位層屏蔽，磁屏蔽和外屏蔽等。變壓器隔離第9頁/共38頁2.光電隔離可將長線完全懸浮起來，去掉長線兩端的公共地線，而且有效地解決了長線驅(qū)動和阻抗匹配的問題，當受控系統(tǒng)短路時也可以防止系統(tǒng)損壞。在光耦的I/O部分必須分別采用獨立的電源。第10頁/共38頁光耦合器典型應用電路如圖所示第11頁/共38頁3.繼電器隔離4.屏蔽方法第12頁/共38頁7.2.3長線傳輸干擾的抑制1.屏蔽信號線屏蔽信號線的辦法：一種是采用雙絞線，其中一根用作屏蔽線，另一根用作信號傳輸線。把信號輸出線和返回線兩根導線擰合，。另一種是采用金屬網(wǎng)狀編織的屏蔽線，金屬編織網(wǎng)作屏蔽外層，芯線用來傳輸信號。2.雙絞線不同的使用方法3.雙絞線與光耦聯(lián)合使用第13頁/共38頁7.2.4阻抗匹配為了防止靜電干擾和反射特片干擾，采用終端阻抗匹配或始端阻抗匹配，或者通過TTL芯片緩沖器與長線連接。為了進行阻抗匹配，必須事先知道傳輸線的特征阻抗RP。1.終端并聯(lián)阻抗匹配2.始端串聯(lián)阻抗匹配3.終端并聯(lián)隔直流匹配4.終端接鉗位二極管匹配7.2.5長線的電流傳輸?shù)?4頁/共38頁7.3軟件抗干擾技術軟件采取抗干擾設計，往往成本低見效快，起到事半功倍的效果。7.3.1軟件出錯對系統(tǒng)的危害1.數(shù)據(jù)采集不可靠2.控制失靈3.程序運行失常第15頁/共38頁7.3.2數(shù)字濾波方法實質(zhì)上是一種程序濾波1.限幅濾波法2.中位值濾波法3.算術平均濾波法4.遞推平均濾波法5.中位值平均濾波法6.限幅平均濾波法第16頁/共38頁7.一階滯后濾波法8.加權遞推平均濾波法9.消抖濾波法10.限幅消抖濾波法第17頁/共38頁7.3.3輸入/輸出軟件抗干擾措施1.數(shù)字量信號輸入抗干擾措施2.數(shù)字量信號輸出抗干擾措施7.3.4程序運行失常的軟件抗干擾1.冗余技術在關鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)指令(如NOP指令)，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復書寫，這便是指令冗余。冗余指令不能太多，以免降低運行速率。在對系統(tǒng)工作狀態(tài)至關重要的指令(如SETBEA之類)前也可插入兩條NOP指令。第18頁/共38頁2.軟件陷阱指令冗余使“跑飛”的程序安定下來是有條件的，首先“跑飛”的程序必須落到程序區(qū)，其次必須執(zhí)行到冗余指令。所謂軟件陷阱，就是一條引導指令，強行將捕獲的程序引向一個指定的地址，使程序從頭開始運行或者引向一段專門對程序出錯處理的程序。為加強其捕捉效果，一般還在它前面加兩條NOP指令，所以真正的軟件陷阱由三條指令構成。NOPNOPLJMPERR第19頁/共38頁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)。(2)未使用的大片ROM空間。(3)表格。(4)程序區(qū)。第20頁/共38頁3.“看門狗”技術4.系統(tǒng)復位特征1)非正常復位的識別2)硬件復位與軟件復位的識別3)開機復位與把關[定時]器故障復位的識別4)正常開機復位與非正常開機復位的識別5)非正常復位后系統(tǒng)自恢復運行的程序設計

第21頁/共38頁7.4接地技術7.4.1計算機控制系統(tǒng)中的地線(1)模擬地，必須認真對待模擬地。(2)數(shù)字地，也叫邏輯地。它是測試系統(tǒng)中數(shù)字電路的零電位，數(shù)字地作為計算機中各種數(shù)字電路的零電位，應該與模擬地分開，避免模擬信號受數(shù)字脈沖的干擾。(3)交流地。(4)直流地。(5)安全地。(6)系統(tǒng)地。第22頁/共38頁接地目的：a、消除各電路電流流經(jīng)公共地線阻抗時產(chǎn)生的噪聲干擾電壓；b、避免磁場及地電位差形成地環(huán)路磁耦合影響。一般來說，低頻電路采用單點接地，高頻電路采用多點接地，當頻率<1MHz時單點接地，>10MHz時多點接地。第23頁/共38頁7.4.2常用的接地方法本節(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：一點接地，多點接地和混合接地。1.一點接地單端接線方式錯誤的接地方式串聯(lián)和并聯(lián)一點接地第24頁/共38頁2.多點接地3.混合接地多點接地和混合接地第25頁/共38頁4.數(shù)字地和模擬地的連接技術第26頁/共38頁5.自動測試系統(tǒng)的接地技術實用接地一般方法第27頁/共38頁6.信號采集系統(tǒng)接地方案舉例信號采集系統(tǒng)接地示意圖第28頁/共38頁7.5電源系統(tǒng)的抗干擾技術通過電源造成干擾是最直接的，甚至是破壞性的，占工業(yè)控制系統(tǒng)被干擾的絕大比例。測控系統(tǒng)各個單元都需直流電源供電，交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓各項系統(tǒng)提供直流電源，電網(wǎng)的干擾會經(jīng)初級繞組引入系統(tǒng)，是一個嚴重的干擾源。由于電源共用，各電子設備之間通過電源也會產(chǎn)生相互干擾。要提高工業(yè)控制系統(tǒng)的抗干擾性能，必須要在電源上下功夫。第29頁/共38頁7.5.1抗干擾穩(wěn)壓電源的設計1.電網(wǎng)干擾的防治對尖峰脈沖干擾的防治方法，主要有濾波法、隔離法、吸收法和回避法。

1)濾波法。主要是采用電源濾波器濾除尖峰干擾。2)隔離法。采用1∶1隔離變壓器供電是常見的抗干擾措施，對電網(wǎng)尖峰脈沖干擾有很好的效果。3)吸收法。瞬態(tài)電壓抑制器(TVS，TransientVoltageSuppressor)，是一種二極管形式的高效能保護器件。4)回避法。回避法就是拉專線供電方法。對于大型動力設備集中且干擾很大的工業(yè)現(xiàn)場，應當盡量少使用現(xiàn)場工頻電源。第30頁/共38頁2.直流穩(wěn)壓電源設計抗干擾直流穩(wěn)壓電源示意圖第31頁/共38頁簡易直流穩(wěn)壓電源示意圖第32頁/共38頁7.5.2電源系統(tǒng)的異常保護1.不間斷電源UPS(UninterruptiblePowerSystem)最適合的應用領域是電網(wǎng)突然斷電，而計算機不能停止工作或者需要一個充足的時間保護重要數(shù)據(jù)的場合。2.連續(xù)備用供電系統(tǒng)第33頁/共38頁7.5.3計算機控制系統(tǒng)的斷電保護1.電源監(jiān)控電路電源監(jiān)控電路用來監(jiān)測電源電壓的斷電，當其低過某個限定值時，監(jiān)視電路將持續(xù)產(chǎn)生復位信號使CPU和外設接口處于復位狀態(tài)，避免其不正常操作而帶來的事故。在斷電中斷服務子程序中要進行各種保護。當電源恢復正常時，要恢復現(xiàn)場，以合理安全方式使系統(tǒng)繼續(xù)未完成的工作。第34頁/共38頁2.斷電保護及時把所有的執(zhí)行機構控制到安全的位置或者狀態(tài)上，將會避免一些損失。同時，也把重要的數(shù)據(jù)或運行狀態(tài)保存起來，這在某些系統(tǒng)里是非常必要的，因為重新運行需要這些數(shù)據(jù)。交流斷電檢測電路第35頁/共38頁3.監(jiān)控電路應用舉例典型系統(tǒng)監(jiān)控電路第36頁/共38頁7.6小