计算机控制系统硬件抗干扰技术
微型计算机控制系统信号隔离及抗干扰技术概述
微型计算机控制系统信号隔离及抗干扰技术概述作者：谭以坚来源：《科学与财富》2016年第20期摘要：微型计算机控制系统在实际运行过程中，其信号传送稳定性不足，极易受到计算机所处工作环境内多种因素的干扰，严重影响控制系统运行的可靠性。
本文主要对信号隔离及抗干扰技术进行分析和研究，并列举其它类型的抗干扰技术，切实保证信号传送的稳定性和准确性。
关键词：微型计算机；控制系统；信号隔离；抗干扰技术在微型计算机控制系统的实际运行过程中，信号隔离是比较常用的抗干扰方式，能够对外界环境的共模电压计电磁干扰进行有效隔离。
随着现代科学技术的发展，微型计算机控制系统的运行环境日趋复杂，为保证信号传送的稳定性和可靠性，加大力度对微型计算机控制系统信号隔离及抗干扰技术进行分析和研究，具有重要的现实意义。
1 信号干扰对微型计算机控制系统的干扰干扰有多种形式而且还有多种传导模式，干扰可以通过耦合通道来传入计算机控制系统，使得计算机控制系统的稳定性显著降低，干扰对计算机控制系统的影响如下：1.1 数据采集误差变大干扰会入侵到控制系统信号的输入通道，使得有用信号中包含干扰信号，那么在数据采集的过程中就会产生较大的误差，如果有用信号的强度较小时，那么干扰信号对于计算机控制系统的数据采集干扰就更加严重。
1.2 控制状态失灵微型计算机控制系统所传出的控制信号非常强，在传播过程中较难被外界干扰，但是输出的控制信号会与状态信号结合，一旦状态信号受到干扰就会使得影响控制信号，从而导致微型计算机控制系统的控制失常。
2 信号隔离器抗干扰技术就该项抗干扰技术的实际应用情况来看，导入单路或双路电压后，在途经信号隔离器的过程中，能够对信号进行一定处理，进而输出相应的电压或信号。
在这一过程中，电路相应部分的隔离功能明显增强，在保证信号传送稳定性上具有良好的应用效果。
信号隔离器抗干扰技术的有效应用，能够保持信号输入与输出处于隔离栏状态，降低信号传送过程中所受到的干扰，尤其是其内部半导体构建能够实现信号的转换，在相关元件的辅助下以及运行机制的处理后，信号得以恢复，并不会影响信号传送质量。
浅谈计算机中的抗干扰技术
同 使 在 不 同 的 工 业 控 制 系 统 中 ， 控 软 件 虽 然 完 成 的 功 能 不 同 ． 就 设 计 中 的 错 误 ， 时 还 要 注 意 软 件 可 测 试 性 的 设 计 ， 得 软 件 的 可 维 工 但 护性 较 高 、 障 的诊 断 及 时迅 速 。还 可 以通 过 软 件 测 试 来 保 证 软 件 的 故 其结 构来说 ， 一般具有如下特点 ： １ 实 时性 ： 业 控 制 系 统 中 有 些 事 件 的 发 生 具 有 随 机 性 ， 求 工 可靠 性 和 质 量 。 ） 工 要
关联 ． 互依存。 相
２ 许 多 元 器 件 的 失 效 与 温 度 有 密 切 的 关 系 ， 设 计 的 正 确 与否 是 ） 热 在理想情况下 ， 工控 软件 可 以 正常 执 行 。 但 在 工 业 现 场 环 境 的 干 要 扰 下 。 控 软 件 的周 期性 、 关 性 及 实 时性 受 到 破 坏 ， 序 无 法 正 常 执 影 响 系 统 工 作 稳 定 性 及 可 靠 性 的 主 要 因 素 之 一 ． 注 意 电 源 配 置 及 散 工 相 程 热措施。 行 ， 致 工 业 控 制 系统 的失 控 ， 表 现 是 ： 导 其 ３ 根 据 系统 可 能 工 作 的 环 境 进 行 防 护 设 计 ， 常 需 要 考 虑 温度 、 ） 通 １ 程 序计 数 器 Ｐ ） Ｃ值 发生 变 化 。 破坏 了程 序 的 正 常 运 行 。 Ｐ Ｃ值 被 湿度 、 压 、 、 、 雾 、 蚀性气体 、 尘及辐射等。 气 雨 雪 盐 腐 沙 干 扰 后 的 数 据是 随机 的 ， 因此 引起 程 序 执 行 混 乱 。 ４ 合 理 划 分 软 硬 件 功 能 。 时 间 资 源 允 许 的前 提 下 能 够 方便 地 用 ） 在 ２ 输 入， 出 接 口状 态 受 到 干 扰 ， 坏 了 工 控 软 件 的相 关 性 和 周 ） 输 破 期 性 ， 成 系 统 资 源被 某 个 任务 模 块 独 占 ， 系统 发 生 “ 锁 ” 造 使 死 。
常见的plc控制系统抗干扰措施
常见的PLC控制系统抗干扰措施1. 引言PLC（Programmable Logic Controller）是一种常用于工业控制系统中的计算机控制设备。
在实际工业环境中，PLC控制系统常常面临各种干扰源的干扰，这些干扰可能导致系统稳定性下降、数据误差增加甚至系统故障。
因此，在设计和应用PLC控制系统时，需要采取一系列抗干扰措施来降低干扰的影响。
本文将介绍常见的PLC控制系统抗干扰措施，包括电磁干扰、地线干扰、高温环境干扰以及其他常见干扰的应对措施。
2. 电磁干扰的抗干扰措施电磁干扰是PLC控制系统中常见的干扰源之一，它可以导致数据误差、通信故障等问题。
以下是抗电磁干扰的措施：•屏蔽设计：在PLC设备和信号线上添加屏蔽层，以阻隔外部电磁干扰的入侵。
屏蔽层可以采用金属箔、金属编织层等材料。
•磁屏蔽：在PLC设备附近放置磁场屏蔽装置，以减弱外部磁场对设备的影响。
磁屏蔽装置可以采用铁氧体材料制成。
•地线隔离：将PLC设备的地线和电源系统的地线隔离开，防止电磁干扰通过地线传输到PLC设备中。
3. 地线干扰的抗干扰措施地线干扰是指由地线电流引起的干扰，它会导致系统电势差增大、信号失真等问题。
以下是抗地线干扰的措施：•地线去耦：在PLC设备的电源输入端和地线之间添加去耦电容，并将其接地。
去耦电容可以起到隔离地线干扰的作用。
•地线分离：将PLC设备的地线和其他设备的地线分离开，避免地线干扰的相互影响。
•良好接地：确保PLC设备的良好接地，减少地线干扰的发生。
4. 高温环境干扰的抗干扰措施高温环境对PLC控制系统的影响主要体现在PLC设备的散热和温度抗性方面。
以下是抗高温环境干扰的措施：•散热设计：合理设计PLC设备的散热结构，增加散热面积和散热风扇等设备，保证设备在高温环境下正常工作。
•温度抗性选择：选择具有良好温度抗性的元件和材料，确保PLC设备在高温环境下的可靠性。
•温度检测：安装温度传感器，实时监测PLC设备的温度，及时采取散热措施以防止设备过热。
计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术研究
胡 月明 范 勇 （ 西南科技大学计算机科学学院， 四川 绵阳 ６ １ １） ２００
摘 要
对计算机控制 系统的可靠性作 了定量表示 ， 并从软硬件两方面入 手提 出了提 高系统可靠性的几种措施。抗干扰技 术是 保证控制 系统可靠性的一个关键 。 目前针 对各种干扰施行 的抗 干扰技术单独列出 ， 把 也分别从硬 、 件两方面作 了较为详细 软
可靠 度 Ｒ表 明运 行 ｎ此 不 发生 故 障 的 概 率 。 也 可 表示 为 ：
１１系 统 可 靠 性 的 定量 表示 ．
时间 。如 果 该 值很 小 ， 示 系统 可 维 护 性 好 ， 易 修 复 。 表 容
（） ５ 有效度 Ａ （ｖ ｉ ｂｌ ａｉ） Ａ ａｌ ｉｙ ｒｔ ａ ｉ ｔ ｏ
４ 一
’ Ｆ于 ｉ 一 ｊ ｉ －
可 工 作 时 间
ｊ 丽 ：Ｆ
控 制 系 统 抗 干 扰设 计 和施 工 是 工 程 中 非 常 重 要 的 环 节 仪 表 及控 制 系 统 可 靠 性直 接 影 响 到 生产 装 置安 全 、 定 的运 行 ， 制 稳 控 系 统抗 干 扰 能 力 是关 系到 整个 系统 可 靠 运 行 的 关 键 。 １ 计 算 机 控 制 系 统 的可 靠 性
作 ， 行不久即出现故障 ， 运 有效度降低 。
（ ） 靠 度 Ｒ Ｒ ｌ ｂｌ ａｉ） ６可 （ ｅｉ ｉｙ ｒｔ ａ ｉ ｔ ｏ
Ｒ 『 尸几 ｆ ＝ ｌ 次运行不发 生故障ｆ ｆ
低， 如可靠度 、 维护率 、 失效 率 、 均故障间隔时 间（ Ｂ ）平均 平 ＭＴ Ｆ 、
维护时间 （ Ｔ ）有效度 等。具体解释如下［】 ＭＴ Ｒ 、 １：
假 定 系 统 投 入 运 行 后 ， 作 了 一 段 时 间 ｔ后 出现 了故 障 ， 工 不 得 不停 机 维 修 。经过 一 段 时 间 Ｔ 的 维 修后 ， 障 排 除 ， 统 又 正 １ 故 系 常 运 行 。这 样 ， 时 间 坐 标 轴 上 ， ， ， ， 是 系 统 正 常 工 作 时 在 ｔｔ … ｔ ， 间 ， １ ２… ， ｎ 维 护 时 间 ， 有 ： Ｔ， ， Ｔ 是 Ｔ 则
课件 第六章 计算机控制系统的抗干扰技术
2 常用的接地方法(2) 常用的接地方法(2)
（2） 模拟地和数字地的连接
6.3 系统供电及接地技术
2 常用的接地方法(3) 常用的接地方法(3)
（3） 主机外壳接地
6.3 系统供电及接地技术
外壳接地，机壳浮空
2 常用的接地方法(4) 常用的接地方法(4)
（4） 多机系统的接地
过程 通道 主机 打印机
1 微机控制系统中的地线
(1)数字地，或逻辑地。 (2) 模拟地。 (3) 安全地。又称为保护 地或机壳地，屏蔽地。 (4) 系统地。 (5) 直流地。 (6) 交流地。
2 常用的接地方法(1) 常用的接地方法(1)
（1） 一点接地和多点接地
6.3 系统供电及接地技术
图6.15 串联一点接地
图6.16 并联一点接地
4
采用具有高共模抑制比的仪表
采用具有高共模抑制比的仪表放大器作 为输入放大器： 为输入放大器 ： 仪表放大器具有共模抑 制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益 可调等优点，是一种专门用来分离共模 干扰与有用信号的器件。
6.2 硬件抗干扰技术
6.2.2
串模干扰的抑制
1. 在输入回路中接入模拟滤波器 使用双积分式A/D转换器 A/D转换器 2. 使用双积分式A/D转换器 3. 采用双绞线作为信号线 4. 电流传送 5. 对信号提早处理 选择合理的逻辑器件来抑制。 6. 选择合理的逻辑器件来抑制。
6.2 硬件抗干扰技术
3. 采用双绞线作为信号线
若串模干扰和被测信号的频率相当， 则很难用滤波的方法消除。此时，必须采 用其它措施，消除干扰源。通常可在信号 源到计算机之间选用带屏蔽层的双绞线或 同轴电缆，并确保接地正确可靠。采用双 绞线作为信号引线的目的是减少电磁。双 绞线能使各个小环路的感应电势相互抵消。 一般双绞线的节距越小抗干扰能力越强。
第三章计算机抗干扰技术
3.3 软件抗干扰措施
（5）输入输出数字信号的抗干扰措施 a.输入的数字信号，可以通过重复检查 的方法 b.反复向这些端口定期重写控制字、输 出状态字，来维持既定的输出端口状 态。 (重复输出同一数据)
3.3 软件抗干扰措施
2 提高软件自身的可靠性 （1）采取措施，减少软件设计中的错 误。 模块化设计、进行软件评审和对软件进 行测试等； （2）采用能提高可测试性的设计
3.1 干扰信号的类型及其传输形式
1.2按干扰与信号的关系分类 （1）串模干扰信号 串模干扰信号是指串联于有用信号源回路之中的干扰， 也称横向干扰或正态干扰。 当串模干扰的幅值与有用信号相接近时，系统就无法 正常工作，数据会严重失真，甚至是错误的。 产生串模干扰的原因主要是当两个电路之间存在分布 电容或磁坏链现象时，一个回路中的信号就可能在另 一个回路中产生感应电动势，形成串模干扰信号。另 外信号回路中元件参数的变化也是一种串模干扰信号。 （2）共模干扰信号
3.2 抗干扰技术
3、隔离技术 变压器隔离 继电器隔离 光电隔离
3.2 抗干扰技术
4、串模干扰的抑制 串模干扰 主要来自于电源(多为50Hz的工频干扰及其 高次谐波)、长线传输中的分布电感和分布 电容以及传感器固有噪声等。
3.2 抗干扰技术
抗串模干扰的技术措施有 ： (1)合理选用信号线。 (2)在信号电路中加装滤波器。 (3)选择合适的A／D转换器。 (4)采用调制解调技术。 (5)用光电耦合器隔离干扰。 (6)配备高质量的稳压电源 。
3.2 抗干扰技术
（2）浮地系统和接地系统 接地系统——是指设备的整个地线系统和大 地通过导体直接连接。 优点：对人员比较安全，也有利于抗干扰 。 缺点：可能会导致器件被击穿 。
计算机控制系统抑制干扰的技术分析
计算机控制系统抑制干扰的技术分析计算机控制系统在现代工业和生活中起着十分重要的作用，它可以对各种设备和系统进行精确的控制和监测。
在实际应用中，计算机控制系统往往会受到各种干扰的影响，从而影响系统的稳定性和性能。
为了有效地抑制这些干扰，需要采取一系列的技术手段进行干扰抑制。
本文将从信号处理、滤波器设计、控制策略以及传感器技术等方面对计算机控制系统抑制干扰的技术进行分析。
一、信号处理技术在计算机控制系统中，通过对输入信号进行预处理可以有效地抑制干扰。
信号处理技术包括信号滤波、信号降噪、信号去除共模干扰等。
在数字信号处理领域，可以采用数字滤波器对信号进行滤波处理，以去除干扰信号。
可以采用小波变换、自适应滤波等方法对信号进行处理，进一步提高抑制干扰的效果。
通过信号调制技术，可以有效提高信号的抗干扰能力，使得系统能够更好地抵抗各种外部干扰。
二、滤波器设计技术滤波器是抑制干扰的重要手段之一，其设计可以有效地抑制各种频率的干扰信号。
在计算机控制系统中，可以采用数字滤波器对输入信号进行滤波处理，以抑制控制系统中的干扰。
在设计滤波器时，需要充分考虑到控制系统的动态特性和干扰信号的频率特性，以确保所设计的滤波器能够在不影响系统的稳定性和性能的前提下，有效地抑制干扰信号。
三、控制策略技术在计算机控制系统中，控制策略的设计对抑制干扰起着决定性的作用。
通过合理设计控制算法和控制策略，可以使得系统对干扰信号具有良好的抑制能力。
在控制策略的设计过程中，需要充分考虑到系统的鲁棒性和稳定性，以应对各种外部扰动和干扰。
可以采用自适应控制、模糊控制、神经网络控制等先进的控制策略技术，以提高系统的抗干扰能力。
四、传感器技术传感器是计算机控制系统中的重要组成部分，其性能直接影响着系统的抗干扰能力。
在传感器技术方面，可以采用高精度、高灵敏度的传感器，以提高系统对外部干扰的检测和抑制能力。
可以采用多传感器融合技术，并通过合理设计传感器的布置和选择传感器的工作频段，以提高系统的抗干扰能力。
计算机控制系统的抗干扰技术研究
高 曼 敏 化 ． 度 非 成 化 ， 计 算 机 的 电 磁 兼 过路 或 场 耦 台 到 被 干 扰 设 备 场 包 括 静 电 ２ １ 高 使 ２采 用 低 通 滤 波 器 ． 波 器 要 有 良好 的 滤 容 问 题 更 为突 出 ， 如 ， 于 高 速 化 带 来 宽 场 、 场 及 高低 频 电 磁 场 ， 干 扰 的引 八 方 接 地 ， 例 由 磁 其 布线 接 近 地 面 ． ＾ 输 出 引 线 相 互 隔 输
干扰 可 能 经 电 源 线 进 入 控 制 系 统 ． 在 变 压 器 可 以阻 断 系 统 与 电 源 之 间 的 直 接 联
而且 干 扰 频 繁 ， 种 干 扰 都 直 接 或 问 接 地 同一 交 ’ 电 线 路 上 往 往 带 着 各 种 负 载 ， 系 ． 少 它们 之 间 的 耦 台 ． 离 变 压 器 应 有 各 赢供 减 隔 影 响 微 机 系 统 的 工 作 ， 而 影 响 计 算 机 控 如 电 动 机 ． 电器 及 其 他 高 频 设 备 等 ， 些 多 层 屏 蔽 ． 一 次 绕 组 屏 蔽 ． 次 绕 组 屏 从 继 这 如 二 制系 统 的 可靠 怀 和 稳 定 性 ， 此 须 分 析 设 备 的 干 扰 经 电 振 线 会 进 入 微 机 控 制 系 蔽 ， 电 位屏 蔽 ， 屏 蔽 以 及外 屏 蔽 等 。 固 必 等 磁 干扰 的 来 源 ． 究 对 于 不 同 干 扰 应 采 用 相 统 。而 空 间 的电 磁 干 扰 也 可 能 在 较 长 的 电 ２ １５外 部 设 备 自动 加 电 防止 干 扰 ， 宴 研 ． 在 应 的 行 之有 效 的 抑 制 和 消 际 措 施 来 提 高 系 源 线 上 产 生 噪 声 电 压 进 八 控 制 系 统 。 统 的 抗 干 扰能 力 。 １ 电磁 干扰 的 形 成 １２２ 静 电耦 台 时 控 制 系 统 中 外 部 设 备 随 时 与 计 算 机 联 机 、 机 ， 使 生 误 动 作 别 是 关 闭 电 源 脱 致 特
抗干扰技术专业知识
U c1
RC RC Zc3
U cm
RC Zc3
U cm
Us
CMRR 20 lg Ucm 20 lg
Zc3
Un
Z s1 Z1
Zs2 Z2
RC
Zs IC
Z s1
I1
A R1 模
Zs2
I2
B
Ri
拟 地
R2
ZC2 RC
ZC3
U cm
3.2.3 长线传播干扰旳克制
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，能够消除 长线传播中旳波反射或者把它克制到最低程度。
(3)使用双积分式A/D转换器
双积分式A/D能够有效地克服工频干扰以及对称干 扰旳影响。
(4)选用高抗干扰性旳元器件 (5)供电技术与阻抗匹配技术
3.2.2 共模干扰旳克制
共模干扰是主要旳干扰类型 原因：不同地旳共模电压；模拟信号系统对地旳漏阻抗
1．隔离技术 利用变压器隔离或光电隔离器件把信号侧与输入侧隔
双绞线
放大器
调制
Us
U cm
解调
计算 机系
统
(2)光电隔离
将测量信号由电压－频率转换为脉冲信号，可采用光电
隔离。是一种十分理想旳隔离器件，将输入信号旳 大小转化为光信号旳强弱，控制输出信号旳大小。 用于传递模拟信号旳光电隔离器件目前有了较多旳 应用。
R
放大器
双绞线
Us
C
信号接受端 A/D
U cm
（3）浮地屏蔽 采用浮地与屏蔽措施能够使模拟地浮空，提升整个回路对
1.单端输入：一种输入信号， 地端为参照电压；
共模干扰电压经输入回路 在信号源内阻上产生旳 串模干扰电压为： Zs是信号源内阻，Zi是 输入阻抗 结论：提升系统输入回路 旳输入阻抗，有利于提 升系统旳抗共模干扰能 力。
计算机控制系统的外部干扰抑制措施
过， 从而得到有效抑制
如图 １ 所示 ． 中 ｕ 图 为信 号源 电压 ， 为 串模 干扰 ｕ
电压 ， 邻近导线有交 变 电流 Ｉ 流过 ， Ｉ 产生 的 电磁 有
ｔ ｒ ｉ ｕ ｅ ｏ ｅｒｉ ｉｔ Ｃｅｃ ／ ａ ｎｌｗ ｉ ｅ ｏ ｅ ｅｓ ｌ ｏ ｔ ｃｍ ｏ ｄ ｈ ｓ ｓ ｄｈｗｔ ｒ ｔ ｎ ｎ ｏ ｒ ｅ ｉ Ｉ０ｃ ｎ ｅ ｈ ｈ ｒ ｒ ｄｉ ｔ ｙｅ ｂ ｈ ｏ ｍ ｎｍ ｅ ｏｄｃｓ ｏ ｓａ ｅ ｅ ｎ ｓ ｎ ｈ ｓ ｃ ｐｆ ｍ ｎ ｈ ｔ ｏ ｆ ｏ
ａ ｄ ｓ ｒ ｓ ｍ ｄ ｎ ｄ ｔ ｉ． ｎ ｅｉ ｅ ｏ ｅ ｉ ｅａ ｌ Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｍｐ ｔｒ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ；ｉ ｔ ｏ ｒ ｎ ｅ；ｒｓｒ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｕ ｅ ；ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｎｅＣ ｅ ｃ ｅ ｅｔ ｎ ａ
０ 引言
２ ）其他设备或空中强 电场通过分布 电容 的耦合 窜入控制系统引起的干扰 ； ３ ）邻近 的大功 率 电气设 备启 动和停 机时 ， 因电
磁感 应 引起 的 干 扰 ；
计算机控制系统所 处 的工作 环境一 般都 比较 恶
劣、 电磁干扰 比较强烈 ， 如果对这 些 因素 不加 以考 虑
进行适 当处理就不能保证系统 的正常安全运行． 由于
干扰影响系统的测控精 度 ， 降低 系统可靠 性 ， 至导 甚
致 系统运行混乱 ， 造成 生产事故． 因此在系统设 计 、 安 装时， 应采取相应 的可 靠性措施 ， 以消除或减少 干扰 的影响 ， 保证系统的正 常运行 ．
４ ）相邻信号线绝 缘降低 ， 通过 导线绝 缘 电阻引
模拟地
计算机控制系统的抗干扰技术
（） １屏蔽措 施。由生产现场到计算机 的距 离一般 比较远 ， 输线很 传 长。 传输线越长 ， 线上的干扰就越大 ， 这时需 要使用带屏蔽的双绞线来降
低 共模干扰 。双绞线节距越短 ， 抗干扰效果越好 。
１ 主要 干扰源
１ 电 源 干扰 ． １
关 键 词 ： 算机 控 制 系统 ； 干扰 技 术 ； 件 系统 ； 件 系统 计 抗 硬 软 中 图分 类 号 ：１ ７ ＋ １ ２ ３． Ｐ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ
计算机控制系统的被控量 分布在生产现场的各 个角落 ， 由于工业控 制现场环境恶劣 ， 种干扰 大量存 在 ， 各 这些干扰会影 响系统 的测控精 度， 降低 系统的可靠性 ， 严重的还会导致系统的运行混乱 ， 造成生产事故。 因 而 在实际的应用设计 中 ， 要提高控制 系统 的抗 干扰能力 ， 保证计算机 控 制 系统在恶劣的工作环境中能可靠地工作 。 本文从硬件和软件两方面对 计算 机控制 系统的抗干扰技术进行 了初步 的讨论。
断裂处 。 ３３ 程序运行监控 系统（ Ｔ Ｈ ＯＧｌ － ＷＡ Ｃ Ｄ
（） １采用供 电比较稳定 的进线 电源 。计算机控制 系统 的电源进线要
尽量选用 比较稳定 的交流 电源线 ，至少不要将 系统接到 负载变化 大、 晶
闸管设 备多或者有高频设备的 电源上。
（ ） 交流稳 压器稳定 电网电压。 ２采用 一般采用图 １ 的方式设计电源。 首先 ， 电流经过交流稳 压器后 ， 能有效抑制电网电压的波动 。 但输入端的 脉冲干扰 、 多次谐波干扰还可能会传播到后级 电路 。为此在 电路中设有 低通滤波电路。由于低通滤波器主要 由电感 、 电容元件组成 ， 其设计仅允
计算机控制系统的抗干扰方法分析
1引言计算机控制系统的干扰问题是普遍存在的，对其内外部的干扰因素进行抑制和消除的过程，就是实施抗干扰的过程。
在现代化生产过程当中，常常要求计算机控制系统能够安全可靠并且连续性地工作，而较差的工作环境，会使得外界干扰因素加重，因此，在这种情况下，就必须要通过提高计算机控制系统的抗干扰能力，来保证其运作的可靠性。
2计算机控制系统的干扰因素对计算机控制系统造成干扰的因素，是指除了有用信号以外的各种噪声或者使计算机控制设备不能够正常运行的破坏性因素。
这些干扰因素的存在，使得计算机控制系统的各项性能发生变化，从而无法按照预定的程序或控制逻辑顺利进行工作。
抗干扰技术，就是针对这些干扰因素而采取的抑制和消除手段。
为有效地解决干扰因素对计算机控制系统的影响，就必须要弄清计算机控制系统当中这些干扰信息的来源[1]。
干扰信息源往往是错综复杂的，可以将其分为内部干扰以及外部干扰2种。
计算机控制系统的内部干扰因素，往往是由计算机系统的结构布局以及设计和制造工艺的缺陷产生的，具体表现形式如内部逻辑电路电磁辐射造成的相互干扰，多点接地而造成的电位差引入的干扰信号等。
计算机控制系统的外部干扰因素和计算机所处的使用环境有关，常见的外部干扰因素包括，来自空间辐射的干扰和来自电源或信号线导入的干扰。
例如，供电网络的电压或电流变化通过输电线路或电磁波引入系统的干扰，以及在雷雨天气时产生的干扰电波、气象条件引起的干扰和地磁场干扰等[2]。
现代化工业环境的复杂化，使得计算机系统的使用环境往往比较恶劣，因此，容易受到各种各样的干扰，这些干扰因素的存在使得计算机控制系统的精度受到严重的影响，不但降低计算机系统的可靠性和稳定性，严重时还会导致计算机系统运行混乱，发生严重的故障。
总而言之，计算机控制系统的干扰因素是多方面的，它有可能是由系统本身产生，也有可能受外界因素的影响而产生，这些干扰因素通过不同的途径作用于计算机控制系统，最终引起的后果和干扰强度以及干扰因素的性质直接相关。
关于提高计算机控制系统抗干扰性、可靠性方法的研究
关于提高计繇疆信息科拳算机控制系统抗干扰性、可靠性方法的研究张军伟1李毅凯2(1．保定电力职业技术学院河北保定0710022．河北大学图书馆河北保定071002)[摘要]分析各类干扰对计算机控制系统安全可靠性的影响，提出增强计算机控制系统抗干扰性、可靠性的若干技术措施。
阐释提高实时性能在工控计算机系统中的意义和具体的实现方法。
[关键词]计算机控制抗十扰技术实时件能程序容错接地中图分类号：TP3文献标识码：^文章编号：1671—7597(2008)0910033—01一、引言近年来，计算机控制系统在工业自动化、生产过程控制、智能化仪表等领域的应用越来越深入和广泛。
计算机控制系统是自动控制理论和计算机技术相结合的产物。
其运行是计算机与外部世界动态交换、处理信息的过程。
外部的干扰、内部的故障都会导致系统的不稳定，使计算机硬件的工作遭到破坏，计算机的软件也受到冲击，甚至酿成灾难性的恶果。
因此，提高计算机控制系统的可靠性与抗干扰能力，不仅涉及其使用价值和经济效益，而且对生产设备和人身安全都具有重要的意义。
=、各类干扰_及其对计算机控制系统的影一干扰是指除有用信号以外的散杂信号。
这些散杂信号中的某些信号会引起有用信号的畸变从而产生数据错误，扰乱程序的正常运行，有些甚至损坏计算机控制系统。
干扰包括外部干扰和内部干扰，外部干扰是由与计算机控制系统本身不相干的外部环境和使用条件产生的；而内部干扰则是指由控制系统的结构布局、生产工艺等冈素引起的干扰。
三、计算机控制系统抗干扰技术要想抑制干扰的产生就要分析干扰形成的原因，从而帮助我们将干扰对系统造成的危害降到最低限度。
形成千扰的基本要素有三个，如图l所示。
(1)干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都町能成为干扰源。
(2)传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。
(3)敏感对象。
指容易被干扰的对象。
广———]厂————]厂—————1I干扰源卜．|传国逸径卜．I敏撇I．．．．．．．．．．．．．_J【．．．．．．．．．．．．．．．．．-J1．．．．．．．．．．．．．．．．_J图l干扰形成的基本过程由图1可以看出，干扰源、传播路径、敏感器件三个因素是形成干扰的必要条件。
计算机控制技术(第三版)章 (6)
2.按干扰与信号的关系分类 (1)串模干扰信号。串模干扰信号是指串联于有用信号源回 路之中的干扰，也称横向干扰或正态干扰。其表现形式如图6-1 所示。当串模干扰的幅值与有用信号相接近时，系统就无法正 常工作， 即这时提供给计算机系统的数据会严重失真，甚至是错误 的。 产生串模干扰的原因主要是当两个电路之间存在分布电容 或磁环链时，一个回路中的信号就可能在另一个回路中产生感 应电动势，形成串模干扰信号。另外，信号回路中元件参数的 变化也是一种串模干扰信号。
模拟电路的抗干扰隔离技术还可将模拟信号转换为数字信 号，然后采用数字系统的某种电位隔离方法，特别是光电隔离 法，最后再由数/模转换器复原。
图6-5 光电耦合器隔离
6.2.4 串模干扰的抑制 串模干扰(又称常态干扰、正相干扰)是指干扰电压和信号
电压串联叠加于负载或放大电路的输入端，它常常表现为一个 输入端对另一个输入端电压变化的干扰。串模干扰主要来自于 电源(多为50 Hz的工频干扰及其高次谐波)、长线传输中的分布 电感和分布电容以及传感器固有噪声等。
1.电场屏蔽 电场屏蔽的作用是抑制电路之间由于分布电容耦合而产生 的电场干扰。电场屏蔽一般采用低电阻金属材料作为屏蔽层和 外罩，使内部的电力线不传至外部，同时外部的电力线也不影 响内部。实际应用中，盒形屏蔽优于板状屏蔽，全密封的优于 有窗孔和有缝隙的。屏蔽体的厚度一般由结构需要决定。
2.电磁屏蔽 电磁屏蔽主要用来防止高频电磁场对电路的影响。电磁屏 蔽包括对电磁感应干扰及电磁辐射干扰的屏蔽。它采用低电阻 的金属材料作为屏蔽层。电磁屏蔽利用屏蔽罩在高频磁场的作 用下，会产生反方向的涡流磁场而与原磁场抵消，来削弱高频 磁场的干扰；又因屏蔽罩接地，也可实现电场屏蔽。由于电磁 屏蔽利用了屏蔽罩上的感生涡流，因而屏蔽罩的厚度对于屏蔽 效果影响不大，而屏蔽罩是否连续却直接影响到感生涡流的大 小，也即影响到屏蔽效果的好坏。如果在金属体上垂直于电流 方向上开缝，就没有屏蔽效应。原则上屏蔽体越严密越好。因 此，电磁屏蔽层的接缝应注意良好的焊接与密封，通风孔与操 作孔应尽量开小。
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3 数字集成电路的噪声容限（续）
各逻辑系列的电气性能
74LS系列和74HC系列可以直接互相驱动吗？
Ⅱ硬件抗干扰技术原理与方法
1. 无源滤波器 2. 有源滤波器 3. 去耦电路 4. 屏蔽和双绞线传输 5. 隔离技术 6. 接地技术
1. 无源滤波器
滤波器最重要的特性是其频率特性，一般用对数幅 频特性20lgA来表示，又称为衰减系数。
衰减系数 lg Uo (j) Ui (j)
根据阻带和通带的频谱，又可将滤波器分为： 低通滤波器；高通滤波器； 带通滤波器；带阻滤波器。
1. 无源滤波器（续）
1. 无源滤波器（续）
1.1 电容滤波器
① 原理图和波形图
uo
Tr
a
u1
u2
b
VD1~VD4 ωt
O
iD
C
uC RL uo
ωt
O t1 t2
1 元件的失效特征和失效机理
元件的实效特征，主要是指失效规律、失效形式 ① 电子元件的失效规律------元件失效曲线
② 元件的失效形式
突然失效：也叫“灾难性失效”； 退化失效：也叫“衰变失效”； 局部失效； 整体失效。
元件的失效直接受温度、湿度、电压、机械的影响 1.1 温度的影响
① 温度变化对半导体器件的影响
t3 t4
t5 t6
a. 原理图
b. 波形图1. Fra bibliotek源滤波器（续）
1.1 电容滤波器
② 如何用电容滤波器抑制共模、串模干扰?
1. 无源滤波器（续）
1.2 电感滤波器
常模扼流圈
1. 无源滤波器（续）
1.2 电感滤波器
共模扼流圈
1. 无源滤波器（续）
1.3 RC低通滤波器
1. 无源滤波器（续）
1. 无源滤波器（续）
1.5 低通滤波器的结构选择
信号源N 阻抗 低
信号源N 阻抗 低 还有另外2种情况如何分析？
负载G 阻抗低 负载G 阻抗高
1. 无源滤波器（续）
1.6 低通滤波器的平衡结构与串联形式
为什么要使用对称结构？
1. 无源滤波器（续）
1.6 低通滤波器的平衡结构与串联形式
传递函数和幅频特性？
计算机控制系统 硬件抗干扰技术
Ⅰ常用元器件可靠性
1 元件的失效特征和失效机理 2 元件的降额设计 3 数字集成电路的噪声容限
Ⅱ硬件抗干扰技术原理与方法
1. 无源滤波器 2. 有源滤波器 3. 去耦电路 4. 屏蔽和双绞线传输 5. 隔离技术 6. 接地技术
Ⅲ CPU模块抗干扰技术
1. 总线的可靠性设计 2. 芯片配置与抗干扰 3. 译码电路可靠性分析 4. 复位电路可靠性分析
1. 无源滤波器（续）
1.6 低通滤波器的平衡结构与串联形式
传递函数和幅频特性？
1. 无源滤波器（续）
1.6 低通滤波器的平衡结构与串联形式
1. 无源滤波器（续）
1.7 双T滤波器---带阻滤波器
2C
R/2
Rf
等效电路和幅频特性？
2. 有源滤波器
无源滤波器的不足之处：
1、带负载能力差。 2、无放大作用。 3、特性不理想，边沿不陡。
105℃，寿命1000h（标称值） 55℃, 寿命1000X2E5=32000h 35℃， 寿命1000X2E7=128000h
=128000/365/24=14.81年
2 元件的降额设计（续）
2.3 半导体器件降额使用 可按GJB/Z35《电子元器件降额准则》对半导 体器件合理地降额使用。需要降额的主要参数 是结温、电压和电流。
3. 去耦电路（续）
半导体器件的降额系数S取0.5以下，温度低于
50℃。锗管还要低一点。不同的半导体器件，
S的定义不一样。
2 元件的降额设计（续）
常用元器件的推荐降额范围
3 数字集成电路的噪声容限
u0
UOH
u0
UOH
UOL
UOL
UIL UIH ui
ui
典型非门、理想非门，施密特滞回电压传输曲线可靠性比较？
3 数字集成电路的噪声容限（续）
2. 有源滤波器（续）
2.1 一阶低通有源滤波器
传递函数和幅频特性？
2. 有源滤波器（续）
2.1 一阶低通有源滤波器
传递函数和幅频特性？
3. 去耦电路
数字电路电平转换过程中产生冲击电流，在传输 线和公用电源内阻上产生较大压降，形成严重干 扰。为了抑制这一干扰，在电路中适当配置去耦 电容，及去耦电路。
1.2 湿度的影响
密封性差元件容易受到腐蚀，造成退化失效。 引起漏电耦合的主要原因。 腐蚀焊点和接线处，引起接触故障。
1.3 电压的影响
增加元器件热损耗。 造成电压击穿。
1.4 振动、冲击的影响
使内部有缺陷的元件加速失效，造成灾难性故障。 使焊点、压线点发生松动，导致接触不良。
2 元件的降额设计
温度对二极管伏安特性的影响
1.1 温度的影响（续）
② 温度变化对电阻的影响
温度升高使电阻耗散功率下降，导致其寿命降低。 温度过高能使电阻噪声增大。 温度变化使电阻阻值发生变化。
1.1 温度的影响（续）
③ 温度变化对电容的影响
温度变化引起介质损耗变化，影响其使用寿命。 温度变化引起阻容时间常数等参数变化。 温度过高造成热击穿。
降额设计： 使元件在低于其额定应力情况下工作。
影响计算机控制系统可靠性的应力有： 温度、湿度、电应力（电压、电流、功率、频率）、机 械应力（直接负荷、振动、冲击）、时间等。
2 元件的降额设计（续）
2.1 电阻器的降额使用
电阻器按其功能可分为固定电阻器、电位器、热 敏电阻器等。 对于固定电阻器和电位器而言，影响其可靠性的 最重要应力为功率、电压和环境温度； 对于热敏电阻而言，影响其可靠性的应力则主要 是功率和环境温度。
1.3 RC低通滤波器
R
•
Ui
•
C
Uo
传递函数和幅频特性？
1. 无源滤波器（续）
1.3 RC低通滤波器
Uo
Ui
1
0.707
0
截止频率计算和设计？
0
截止频率
1. 无源滤波器（续）
1.3 RC低通滤波器
1. 无源滤波器（续）
1.4 LC低通滤波器
传递函数和幅频特性？
1. 无源滤波器（续）
1.4 LC低通滤波器
2 元件的降额设计（续）
2.2 电容器的降额使用 影响电容器可靠性的最重要应力是电压和环境温度。 对于固定纸/塑料薄膜电容器而言，在应用时，交
流峰值电压与直流电压之和不得超过其额定值。
2 元件的降额设计（续）
温度应力－时间模型的简化：十度法则
内容：从室温算起，温度每升高10度，寿命减半 。
应用举例：推算铝电解电容寿命