9计算机控制系统中的抗干扰技术.ppt

第9章 计算机抗干扰技术 计算机控制系统 第9章计算机控制系统中的抗干扰技术 本章主要内容 干扰的传播途径与作用方式 硬件抗干扰技术 软件抗干扰技术 9.1 干扰的传播途径 与作用方式 是指有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。 9.1.1 干扰的来源 计算机控制系统中干扰的来源是多方面的: 9.1.2 干扰的传播途径 在计算机控制系统的现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作过程中将产生干扰电磁场，另外还有来自空间传播的电磁波和雷电的干扰，以及高压输电线周围交变磁场的影响等。 电场耦合又称静电耦合，是通过电容耦合窜入其他线路的。 在任何载流导体周围都会产生磁场，当电流变化时会引起交变磁场，该磁场必然在其周围的闭合回路中产生感应电势引起干扰。 公共阻抗耦合干扰是由于电流流过回路间公共阻抗，使得一个回路的电流所产生的电压降影响到另一回路。 公共电源线的阻抗耦合 9.1.3 干扰的作用方式 按干扰作用方式的不同，可分为差模干扰、共模干扰和长线传输干扰。 是指系统的两个信号输入端上所共有的干扰电压,共模干扰也称为共态干扰或纵向干扰。 对于系统的干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰的方式表现出来。 图 (a)所示为信号单端输入情况，Zs是信号源内阻，Zr是系统输入阻抗。共模干扰电压Ucm和信号源电压Us相加共同作用于回路，此时，共模干扰全部以差模干扰形式作用于电路。由Ucm引起系统输入的差模电压Un1为 因为ZrZs，则 其中，Zs是信号源内阻(含信号引线电阻)，Zr是放大器输入阻抗。显然，Zr越大，或Zs越小，Un1越小，越有利于抑制共模干扰。 图 9.8(b)所示为放大器双端输入情况，Zs1、Zs2为信号源内阻，Zc1、Zc2为系统输入阻抗。共模电压Ucm引起系统输入端的差模干扰电压Un2为 若Zs1=Zs2，Zc1=Zc2，则Un2=0，系统没有引入共模干扰。实际上，两个输入端不可能作到完全对称，因此，Un2≠0，也就是说实际上总是存在一定的共模干扰电压。当Zs1和Zs2越小，Zc1和Zc2越大，并且Zc1和Zc2越接近时，共模干扰电压就越小 由上述分析可知，对于存在共模干扰的场合，不能采用单端输入，应采用双端输入方式，原因是其抗共模干扰能力强。 为了衡量一个放大器抑制共模干扰的能力，常用共模抑制比CMRR表示，即 其中，Ucm是共模干扰电压，Un是由Ucm转化成的差模干扰电压。显然，单端输入方式的CMRR较小，说明它的抗共模抑制能力较差；而双端输入方式，由Ucm引入的差模干扰电压Un较小，CMRR较大，所以抗共模干扰能力很强。 在计算机控制系统中，现场信号到控制计算机以及控制计算机到现场执行机构，都经过一段较长的线路进行信号传输，即长线传输。 9.2 Unit 2 硬件抗干扰技术 9.2.1电源系统的抗干扰技术 尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能脉冲，其幅度可达几千伏，宽度只有几个毫微秒或几个微妙，因此采用常规的抑制办法是无效的，而必须采取综合治理办法。 过程控制计算机供电不允许中断，一旦中断电源，将影响生产。为此，计算机系统应加装UPS（不间断电源），或增加电源电压监视电路，及早监测到掉电状态，从而进行应急处理。 对直流电源电压监视可采用集成电路μP监控电路实现掉电保护。现在已经有许多集成电路μP监控电路可供选择，它们具有很多种类和规格，同时也具有多种功能，如有的μP监控电路除电源监视外，还具有看门狗、上电复位、备用电源切换开关等功能。 电网的高频干扰，由于频带较宽，仅在交流侧采取抗干扰措施，很难保证干扰绝对不进入直流系统，因此须在直流侧采取必要的抗干扰措施。 9.2.2接地系统的抗干扰技术 二是为了保证控制系统稳定可靠工作，提供一个基准电位的接地，即工作接地。 地线系统分析 在过程计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地和交流地。 在过程控制计算机中，对上述各种地的处理一般是采用分别回流法单点接地。 单点接地与多点接地 输入系统的接地 在输入通道中，为防止干扰，传感器、变送器、和信号放大器通常采用屏蔽罩进行屏蔽，而信号线往往采用屏蔽信号线。屏蔽层的接地也应采取单点接地方式，关键是确定接地位置。 主机系统的接地 为了提高计算机的抗干扰能力，将主机外壳作为屏蔽。而把机内器件架与外壳绝缘，绝缘电阻大于50MΩ，即机内信号地浮地。 9.2.3过程通道的抗干扰技术 过程通道是计算机控制系统的现场数据采集输入和输出通道，它包括了现场信号源、信号线、转换设备、I/O接口电路，主机和执行机构等。 变压器隔离 变压器隔离是利用隔离变压器将模拟信号电路与数字信号电路隔离开，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压不能构成回