第4章 节 工控机的抗干扰 计算机控制系统2版电子课件.pptVIP

第4章 工控机的抗干扰与可靠性技术 ;4.1 工控机的运行环境;4.1.3 干扰信号的进入渠道 所谓干扰，就是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。其干扰进入的主要渠道为：噪声干扰、过程通道干扰和供电系统干扰，这些干扰一般以脉冲形式存在，如图4-1所示。;4.2 噪声干扰的抑制措施*;1．电场耦合与抑制 电场耦合又称静电耦合，是通过电容耦合窜入其他线路的。电场干扰可以通过两根导线之间构成的分布电容窜入系统。如图4-2所示。;2．磁场耦合与抑制 磁场耦合又称电磁耦合，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。如图4-3所示。 ;式中 为干扰信号角频率； B为干扰源回路（回路1）形成磁场链接至回路2处的磁通密度； A为回路2承受磁场感应的闭合回路面积； 为B和A两矢量的夹角。;4.2.2 线间耦合干扰的抑制措施 通过以上的分析可知，要抑制导线间或回路间的电场耦合与磁场耦合所造成的干扰，还可采用如下方法。 1．抑制干扰源 在微型计算机控制系统的几百条甚至几千条馈线中，有强信号线和弱信号线，强信号线往往就是干扰弱信号的干扰源。因此必须对干扰源采取抑制措施。;2．使用双绞线和电缆阻止耦合干扰的侵入 抑制电场耦合和磁场耦合干扰，一是采取措施将干扰源“屏蔽”掉，使其无法去干扰“别人”；另一个就是想办法将易受干扰的回路或通道“保护”起来，使它免受“别人”的干扰。 在微型计算机控制系统中经常使用的双绞线、同轴电缆、双绞的屏蔽线对等来抗干扰。;4.3 过程通道的抗干扰措施*; 图4-5为控制系统的输入输出通道中数字信号光电隔离的示意图。由图可知，其现场信号没有直接与微机相连，这样可保证现场干扰信息不能轻易进入微机。; 对于模拟量输入输出通道而言，通常可利用隔离放大器来隔断通路的线路连接，从而切断干扰源，也可在A/D转换器与传感器之间或D/A转换器与与执行机构之间加入光电耦合器件，达到隔离干扰源的目的，如图4-6所示。;4.3.2 通道中器件选择与抗干扰 多路转换器???输入常受到各种环境噪声的污染，尤其易受到共模噪声的干扰。在多路转换器输入端接入共模扼流圈，可抑制外部传感器引入的高频共模噪声。而转换器高频采样时产生的高频噪声，应在CPU与A/D芯片之间采用光电耦合器隔离。 ;4.3.3 布线抗干扰设计 该部分主要考虑两方面问题： 1．元器件布局设计 2.布线抗干扰设计 ;4.4 系统供电与接地的抗干扰措施*;2．电网尖峰脉冲干扰的防治 （1）尖峰脉冲干扰的产生 工业现场的电网污染对工业控制机来说， 危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰。在炼钢厂、轧钢厂或者大量使用晶闸管设备、电火花设备、电力机车等地方，这种尖峰干扰尤为厉害，雷电也常以尖峰脉冲方式入侵。尖峰脉冲的形状如图4-9所示。; 尖峰脉冲幅度很大时，会破坏工控机开关电源输入滤波器、整流器等。可能产生尖峰脉冲干扰的设备通常有： 大型交、直流电机； 继电器、接触器； 可控硅； 电焊机； 电梯； 带有整流器的充气照明灯； 电烙铁； 其它电器等。;（2）尖峰干扰的抑制技术 对尖峰干扰的抑制，一般须采取综合治理办法。综合治理的途径有： 1）“远离”干扰源； 2） 用硬设备抑制尖峰干扰的影响； 3）在大功率用电设备上采取措施抑制尖峰干扰的产生 4）采用“看门狗”（Watchdog）技术 ;4.4.2 系统接地的抗干扰措施 在微型计算机控制系统中，接地是抑制噪声和防止干扰的主要方法，在设计和实施中如能把接地和屏蔽正确地结合起来使用，便能解决大部分噪声问题。所以，在系统设计中对接地方式必须给以充分的注意。 接地设计目的在于：消除各电路电流流经一个公共地线阻抗时所产生的噪声电压；避免受磁场和地电位差的影响，即不使其形成地环路；如果接地方式不好就会形成环路，造成噪声耦合。; 接地的含义可理解为一个等电位点或等电位面，它是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。保护地线必须在大地电位上；信号地线依据设计要求可以是大地电位，也可以不是大地电位。 1．低频接地 ;（2）实用的低频接地 一般在低频时用串并联一点接地的综合接法，即在符合噪声标准和简单易行的条件下统筹兼顾。也就是说可用分组接法，即低电平电路经一组共同地线接地，高电平电路经另一组共同地线接地。注意不要把功率相差很多、噪声电平相差很大的电路接入同一组地线接地。 在一般的系统中至少要有3条分开的地线（为避免噪声耦合，3种地