计算机控制系统中的抗干扰技术

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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

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

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 。

计算机控制系统的可靠性及抗干扰性优化设计

计算机控制系统的可靠性及抗干扰性优化设计

1 . 2 系统 可 靠 度 提 升 方 法
系 到 工 程 项 目中 的众 多 仪 表 、 机器能否正常 、 安全 、 稳 定 运 转 。对 于 如 何 才 能 保 证 计 算 机 控 制 系 统 能 够 安 全 稳 定 地 运行的问题 , 设 计 人 员 们 首 先 考 虑 的是 在 控 制 系 统 中添 加
性主要考 虑计算机抗 干 扰技 术 的实 现 , 增 强 硬 件 系 统 对 运行环境 的适 应 性 , 以及 使用 质 量 比较好 的 硬件 材 料 。 软件系统 的可靠性 主要 考 虑软 件 的 自我测试 技 术 、 自我 纠错 、 自我 修 复 等 。
1 . 2 . 1 硬 件 系统 的 可 靠 性
来 考 虑 。 由上 述 定 量 化 描 述 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 可 知 , 提高系统 的可靠性需 要 注重 两个 方 面 , 一 是 在 系 统 正 常
1 计 算 机 控 制 系 统 的 可 靠 性
1 . 1 可 靠 性 的 定 量 ห้องสมุดไป่ตู้
工 作 时 间 内 减 少 系统 故 障 发 生 的 次 数 ; 二 是 系 统 发 生 故 障 后 要 能 够 及 时 排 除 故 障 。提 高 计 算 机 硬 件 系 统 的 可 靠
抗干扰设计 , 计 算 机 系 统 中 的抗 干 扰 设 计 是 事 关 项 目机 器 仪 表 能 否 正 常 运 转 的关 键 部 分 。
成, 因此 , 提 高 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 可 以从 提 高 计 算 机 硬 件 系 统 的 可靠 性 和 提 高 计 算 机 软 件 系 统 的 可靠 性 两 部 分
从 控 制 系统 的软 件 系统 和 硬 件 系 统 两 个 角 度 对提 高 控 制 系统 可 靠 性 的 方 法 进 行 了介 绍 。

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

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。

计算机控制系统中硬件抗干扰技术的研究

计算机控制系统中硬件抗干扰技术的研究
维普资讯
第3 O卷 第 1 O期
20 0 7年 1 O月
合肥 工 业 大 学 学报 ( 自然科 学版)
J OUR L OF HE E NA F I UNI RSTY OF TE HN O Y VE I C OL G
V o. 0 No 1 13 . 0 Oc.2 0 t 07
Re e r h o r wa e a ii e f r nc e hno o y s a c n ha d r nt-nt r e e e t c lg f r c m pu e o r ls s e s o o t r c nt o y t m
W ANG in xn。 j N Ja - i I Qi
劣环境下保证系统正常工作的方法 。这些措施均在不同的实际工程项 目中加 以应用 , 且效果显著 。 关键词 : 计算机 控制系统 ;硬件 ; 干扰 ;可靠性 抗
中 图分 类 号 : 2 3 5 TP 7 . 文献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :0 35 6 (0 7 1 —250 1 0—0 0 2 0 )01 7—3
jcs whc rv s ob eyefcie t, ihpo e ev r fet . e t v
Ke r s c m p t rc n r l y tm ;h r wa e n i n ef rn e eibl y ywo d : o u e o to se s a d r ;a t it re e c ;rl i t — a i
关 调 节 器 的 导通 电 流 产 生 的噪 声 ;空 间 电 磁 干

其 他 电磁波 、 阳黑子 运动 造成 的影 响 ( 斑 、 太 耀
障及磁爆) 其他计算机 系统或 电子设备引起 ;

计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术研究

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

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

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 。

抗干扰(六讲)

抗干扰(六讲)

RST ST
为复位输出(低电平有效 产生条件同 为复位输出 低电平有效).产生条件同 低电平有效 产生条件同RST. 为选通输入watchdog定时器输入 定时器输入. 为选通输入 定时器输入
Vcc 为+5V电源 +5V电源 GND 为数字地 N.C. 悬空
2.MAX1232的主要功能 的主要功能 (1)电源监控 电源监控 (2)按钮复位输入 按钮复位输入 (3)监控定时器 监控定时器
1.MAX1232的结构原理 1.MAX1232的结构原理(续) 的结构原理( 当电源过压、欠压时,MAX1232将提供至少 将提供至少250ms宽 当电源过压、欠压时, 将提供至少 宽 度的复位脉冲, 度的复位脉冲,其中的容许极限能用数字式的方法来选 的容限, 择5%或10%的容限,这个复位埋藏也可以由无锁的手 或 的容限 动复位输入; 动复位输入;MAX1232有一个可编程的监控定时器监 有一个可编程的监控定时器监 督软件的执行, 可编程为150ms、600ms或 督软件的执行,该Watchdog可编程为 可编程为 、 或 1.2s的超时设置。下面给出了 的超时设置。 的内部结构图。 的超时设置 下面给出了MAX1232的内部结构图。 的内部结构图
2.7.3 CPU抗干扰技术 抗干扰技术
• 计算机控制系统的CPU抗干扰措施常常采用监 计算机控制系统的CPU抗干扰措施常常采用监 控定时器即看门狗(Watchdog)、 )、电源监控 控定时器即看门狗(Watchdog)、电源监控 掉电检测及保护)、复位等方法。 )、复位等方法 (掉电检测及保护)、复位等方法。这些方法 可用微处理器监控电路MAX1232来实现 来实现。 可用微处理器监控电路MAX1232来实现。 1.MAX1232的结构原理 1.MAX1232的结构原理 MAX1232微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以 微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以 及电源供电监控功能。 及电源供电监控功能。MAX1232通过监控微处理器系统 通过监控微处理器系统 电源供电及监控软件的执行,来增强电路的可靠性, 电源供电及监控软件的执行,来增强电路的可靠性,它 提供一个反弹的(无锁的)手动复位输入。 提供一个反弹的(无锁的)手动复位输入。

计算机控制系统的干扰及抗干扰措施探讨

计算机控制系统的干扰及抗干扰措施探讨

号 的频 带不 同 , 可 以通 过 在 导线 上增 加滤 波 器 的方 法
切 断高 频干 扰 噪 声 的传播 , 有 时 也可 加 隔离 光 耦来 解 采 用 积 分 型 A / O; 当 干扰 主 要来 自感应 时 , 对 被 测 信 提高S / N比 ; 对低 频 干扰 , 采 用 数 字 决。 电源 噪声 的危 害最 大 , 要特 别注 意处理 。 所谓辐 射 号尽 早前 置 放大 , 干扰 是 指走 平 行 线路 , 通 过 空 间辐 射感 应传 导到 干扰 滤波 ; 数字 信 号传送 时, 采用 负逻 辑 。
计算 机控 制 系统 在 工程 中的应 用 越来 越 多 , 由于 混 乱 , 引发计 算机 失控 , 死机 。 周 围环 境 比较 复 杂 , 容 易 形成 各 种 干 扰源 , 如 果 不 采
取恰 当 的 防 范措 施 , 源自 种干 扰 就 会 影 响 系 统 , 造 成 系
统 控制 失 灵 、 运 行 不稳 定 等现 象 。因此 研 究计算 机 控
L 堡 垒 l
UJ l AN CO M PUTER
计算机控制 系统 的干扰及 抗干扰措 施探讨
姜 碉
( 西 南民族 大 学计算机科 学技 术 学 院 四川 成 都 6 1 0 0 4 1 )
【 摘 要】 : 本文分析了计算机控制 系统中的干扰来源和影响, 以及干扰表现方式 ; 按照抗干扰的基
本原 则 , 探 讨 了如何 对 不 同类型 的干扰 采取相 应 的抗 干扰措 施 , 提 高 系统 对环境 的 适应 能力 , 使 实现正
常 的控 制得 到保证 。
【 关键词 】 : 计算机控制 系统 干扰 抗干扰
1前言
混 乱; 对 于 系 统 内 核本 身 , 会 使三 总 线 上 的 数 字信 号 2 . 4干 扰 的基本 类 型 1 1 按特 征 分

浅谈计算机控制系统中的抗干扰

浅谈计算机控制系统中的抗干扰

和抑制干扰是一个比 较复杂的问 下面就计 题, 算机控制系统中干扰及消除或抑制它的措施
作一简要说明。
2 概述
工业生产过程中的干扰一般都是以脉冲 的形式进入计算机的, 干扰窜入系统的渠道主 要有三条: 即空间干扰, 通过电磁波辐射窜入 系统; 过程通道干扰, 干扰通过与主机相连的 生产过程通道及其它主机的相互通道进人 , 供 电系统干扰。空间干扰可用良好的屏蔽和正 确的接地、高频滤波加以解决, 故计算机系统 中应重点防止供电系统与过程通道的干扰。
a 。
3.2 过 程通道 干扰及 扰措施 抗干
过程通道是生产过程与主机之间或主机
此外, 正确、 合理地接地, 也是计算机应
用系统抑制干扰的主要方法。
相互之间进行信息传输的路径, 在过程通道中 长线传输的干扰是主要因素。随着系统主振 频率的提高, 计算机系统过程通道的长线传输 更是无法避免。在计算机应用系统中, 传输线
施起来所以难度大 , 可靠性、稳定性经常成 为系统调试及运行中的问题, 干扰的影响是其 中的主要原因。所谓干扰 , 就是有用信号以 外的噪声或造成恶劣影响的变化部分的总 称。如我公司发酵车间的计算机控制系统和 动力车间、提取车间的多台小型PLC 控制系 统的应用, 只有消除和抑制干扰, 才能保证系 统的正常运行。在实时控制系统中如何消除
流传输代替电压传输, 可获得较好的抗千扰能 力。 例如以传感器直接输出0一 IO 电 Ma 流在 长线上传输, 在接收端可并上500 。 的精密电 d. 射频干扰; 阻, 将此电 转换为0 一5V 电 然后再送 流 压, 过压、欠压、停电的危害是显而易见的, 人 A/ D 转换器。如下图: 解决的办法是使用各种稳压器、电源调节器, 对付短时间停电则配置不间断电源 (UPS) , 浪涌与下陷是电压的变化, 如果幅度过大 也会、毁坏系统。而使系统无法工作, 解决的 办法是使用快速响应的交流电源调压器。 尖峰电压持续时间很短, 一般不会毁坏系 统, 但对微机系统正常运行位危害很大会造成 3. 3 空间 干扰及抗干扰措施 逻辑功能紊乱, 甚至冲坏源程序。解决方法是 空间千扰主要指电磁场在线路、导线、 使用具有噪声抑制能力的交流电源调压器或 壳体上的辐射、吸收与调制。千扰来自 应用 超隔离变压器。 系统的内部和外部。空间干扰的抗干扰设计 射频干扰对计算机系统影响较小, 加接低 主要是地线系统设计、系统的屏蔽与布局设 通滤波器后可以解决。 计。 过压、 欠压、 停电 b . 浪涌、 下陷、 降出 c. 尖峰电压;

计算机控制系统的抗干扰技术研究

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

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

(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。

抗干扰技术

抗干扰技术

抗干扰技术•定义:抗干扰技术就是研究干扰的产生根源、干扰的传播方式和避免被干扰的措施(对抗)等问题。

机电一体化系统的设计中,既要避免被外界干扰,也要考虑系统自身的内部相互干扰,同时还要防止对环境的干扰污染。

国家标准中规定了电子产品的电磁辐射参数指标。

•外部干扰由使用条件和外部坏境因素决定。

外部坏境有:天电干扰(雷电或大气电离作用以及其他气象引起的干扰电波)天体干扰(太阳和其他星球辐射的电磁波)电气设备的干扰(广播电台或通讯发射台发出的电磁波)瞬变过程的设备也会产生较大的干扰(荧光灯、开关等)内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺所引入的有:分布电容、分布电感引起的耦合感应元器件产生的噪声多点接地造成的点位差引入的干扰等等•传播途径静电耦合:磁场耦合:公共阻抗耦合:发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时,一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路,从而产生干扰噪声的影响•串模干扰的抑制串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声机干扰串联在信号源回路中方法是:采用双绞线和滤波器两种措施双绞线:两根互相绝缘的导线扭绞缠绕组成,为了增强抗干扰能力,可在双绞线的外面加上金属编织或护套形成屏蔽双绞线引入滤波电路•共模干扰的抑制共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信号放大器两个输入端上共有的干扰电压方法:采用变压器来隔离“模拟地”和”数字地•长线传输干扰的抑制方法:始端阻抗匹配•抗干扰的措施:提高抗干扰的措施最理想的方法是抑制干扰源,使其不向外产生干扰或将其干扰影响限制在允许的范围之内。

由于车间现场干扰源的复杂性,要想对所有的干扰源都作到使其不向外产生干扰,几乎是不可能的,也是不现实的。

另外,来自于电网和外界环境的干扰,机电一体化产品用户环境的干扰源也是无法避免的。

因此,在产品开发和应用中,除了对一些重要的干扰源,主要是对被直接控制的对象上的一些干扰源进行抑制外,更多的则是在产品内设法抑制外来干扰的影响,以保证系统可靠地工作。

计算机控制系统的外部干扰抑制措施

计算机控制系统的外部干扰抑制措施
号 源 回路 中其表 现形式 和产生 原 因
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

计算机控制系统的抗干扰技术
图 1 一般交流供 电系统 22 抗信号通道的干扰 .
() 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

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。

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第9章计算机控制系统中的抗干扰技术●本章的教学目的与要求掌握各种干扰的传播途径与作用方式以及软硬件抗干扰技术。

●授课主要内容●干扰的传播途径与作用方式●软硬件抗干扰技术●主要外语词汇●重点、难点及对学生的要求说明:带“***”表示要掌握的重点内容,带“**”表示要求理解的内容,带“*”表示要求了解的内容,带“☆”表示难点内容,无任何符号的表示要求自学的内容●干扰的类型***●干扰的传播途径***☆●各类干扰的抑制方法***●辅助教学情况多媒体教学课件(POWERPOINT)●复习思考题●干扰的类型●干扰的传播途径●各类干扰的抑制方法●参考资料刘川来,胡乃平,计算机控制技术,青岛科技大学讲义干扰是客观存在的,研究抗干扰技术就是要分清干扰的来源,探索抑制或消除干扰的措施,以提高计算机控制系统的可靠性和稳定性。

9.1 干扰的传播途径与作用方式干扰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。

产生干扰信号的原因称为信号源。

干扰源通过传播途径影响的器件或系统称为干扰对象。

干扰源、传播途径及干扰对象构成了干扰系统的三个要素。

9.1.1 干扰的来源1.外部干扰2.内部干扰9.1.2 干扰传播途径干扰传播途径主要有:静电耦合、磁场耦合、公共阻抗耦合。

1. 静电耦合静电耦合是通过电容耦合窜入其他线路的。

2. 磁场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,它是通过导体间互感耦合进来的。

3公共阻抗耦合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。

9.1.3 干扰的作用方式按干扰作用方式的不同,可分为串模干扰、共模干扰和长线传输干扰。

1. 串模干扰串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声,它串联在信号源回路中,与被测信号相加输入系统.图9.6 串模干扰示意图图9.7 共模干扰示意图产生串模干扰的原因主要有分布电容的静电耦合,空间的磁场耦合,长线传输的互感,50Hz工频干扰,以及信号回路中元件参数变化等。

2. 共模干扰共模干扰是指系统的两个信号输入端上所共有的干扰电压,可以是直流电压,也可以是交流电压,其幅值达几伏甚至更高,取决于现场产生干扰的环境条件和计算机等设备的接地情况。

共模干扰也称为共态干扰或纵向干扰。

图9.8 两种输入方式时共模电压的引入(a) 单端对地输入方式(b) 双端不对地输入方式3. 长线传输干扰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。

对于高速信号传输的线路,即在高频信号电路中,多长的导线可作为长线,取决于电路信号频率的大小,在有些情况下,可能1米左右的线就应作为长线看待。

9.2 硬件抗干扰技术9.2.1电源系统的抗干扰技术1. 供电方式为了防止产生电源干扰,计算机控制系统的供电一般由图9.9所示结构。

图9.9 计算机控制系统的供电方式2. 尖峰脉冲干扰的抑制抑制尖峰干扰最常用的方法主要有三种:在交流电源的输入端并联压敏电阻;采用铁磁共振原理(如采用超级隔离变压器);在交流电源输入端串入均衡器,即干扰抑制器。

另外,使系统远离干扰源,对大功率用电设备采取专门措施抑制尖峰干扰的产生等都是可行的方法。

3. 掉电保护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。

对于没有使用UPS的计算机控制系统,为了防止掉电后RAM中的信息丢失,经常采用镍电池对RAM进行数据保护。

图9.12所示为一种掉电保护电路。

系统电源正常时,VD1导通,VD2截止,RAM由主电源(+5V)供电。

系统掉电后,A点电位低于电池电压,VD2导通,VD1截止,RAM由备用电池供电。

图9.12 掉电保护电路4. 直流侧的抗干扰措施电网的高频干扰,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。

(1)去耦法(2)增设稳压块法9.2.2接地系统的抗干扰技术计算机控制系统中接地的目的通常有两个:一是为了安全,即安全接地;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。

1. 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。

模拟地作为传感器、变送器、放大器、A/D和D/A转换中模拟电路的零电位。

模拟信号有精度要求,有时信号比较小,而且与生产现场相连。

因此,必须认真对待模拟地。

数字地作为控制系统中各种数字电路的零电位,应该与模拟地分开,避免模拟信号受数字脉冲的干扰。

安全地的目的是使设备机壳与大地等电位,以避免机壳带电影响人身和设备的安全。

通常安全地又称为保护地或机壳地,机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。

系统地是以上几种地的最终回流点,直接与大地相连,如图9.14所示。

图9.14 分别回流法接地示意图图9.15 单点接地与多点接地交流地是计算机交流供电电源地,即为动力线地,它的地电位很不稳定。

在交流地上任意两点之间,往往很容易有几伏甚至几十伏的电位差存在。

另外,交流地也很容易带来各种干扰。

因此,交流地绝对不允许与上述几种地相连,而且,交流电源变压器的绝缘性要好,要避免漏电现象。

2. 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。

输入信号源有接地和浮地两种情况。

图9.16(a)中,信号源端接地,而接收端浮地,则屏蔽层应在信号源端接地。

图9.16(b)中,信号源浮地,接收端接地,则屏蔽层应在接收端接地。

这种接地方式是为了避免流过屏蔽层的电流通过屏蔽层与信号线间的电容产生对信号线的干扰。

一般输入信号比较小,而模拟信号又容易受到干扰。

因此,对输入系统的接地和屏蔽应格外重视。

图9.16 输入接地方式3. 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。

图9.17 主机与外部设备的一点接地方式9.2.3过程通道的抗干扰技术1. 共模干扰的抑制共模干扰产生的原因主要是不同的地之间存在共模电压,以及模拟信号系统对地的漏阻抗。

共模干扰的抑制措施主要有三种:变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽。

2. 串模干扰的抑制串模干扰信号和有效信号相串联,叠加在一起作为输入信号,因此,对串模干扰的抑制较为困难。

对串模干扰应根据干扰信号的特性和来源,分别采用不同的措施来抑制。

(1)对于来自空间电磁耦合所产生的串模干扰,可采用双绞线作为信号线,其目的是减少电磁感应,并使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。

也可采用金属屏蔽线或屏蔽双绞线。

(2)根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性,采用相应的滤波器,如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。

滤波器是一个选频电路,其功能是让指定频段的信号通过,将其余频段的信号衰减,滤除。

在工业控制中,串模信号往往比被测仪器变化快。

故在A/D 转换器前采用低通滤波器,如选用无源RC滤波电路,或采用有源低通滤波器,都可以较好的对其滤除。

(3)当对称性交变的串模干扰电压或尖峰型串模干扰成为主要干扰时,选用积分式或双积分式A/D转换器可以消弱串模干扰的影响。

因为这种转换器是对输入信号的平均值而不是瞬时值进行转换,所以,对于尖峰型串模干扰具有抑制作用;对称性交变的串模干扰,可在积分过程中相互抵消。

(4)当被测信号与干扰信号的频谱相互交错时,通常的滤波电路很难将其分开,可采用调制解调器技术。

选用远离干扰频谱的某一特定频率对信号进行调制,然后再进行传输,传输途中混入的各种干扰很容易被滤波环节滤除,被调制的被测信号经硬件解调后,可恢复原来的有用信号频谱。

3. 长线传输干扰的抑制长线传输干扰主要是空间电磁耦合干扰和传输线上的波反射干扰。

(1)采用同轴电缆或双绞线作为传输线(2)终端阻抗匹配(3)始端阻抗匹配9.3 软件抗干扰技术9.3.1数字滤波数字滤波是一种软件算法,它实现从采样信号中提取出有效信号数值,滤除干扰信号的功能。

9.3.2数字信号的软件抗干扰措施1. 输入数字信号的抗干扰在满足实时性要求的前提下,应根据信号的特点,适当地设置各次采集数字信号之间的延时,以适应不同宽度的干扰信号。

对于每次采集的最高次数限额和连续相同次数均可按实际情况适当调整。

如果数字信号超过8个,可按8个一组进行分组处理。

2. 输出数字信号的抗干扰在软件上可以采取以下一些方法提高抗干扰能力:(1)重复输出同一数据。

在满足实时控制的要求前提下,重复周期尽可能短些。

外部设备接受到一个被干扰的错误信号后,还来不及作出有效的反应,一个正确的输出信息又来到,就可及时防止错误动作的产生。

(2)对于不能重复输出同一信号的输出装置,例如带自环型分配器和功率驱动器的步进电机,可在软硬件上采取一些措施。

(3)计算机进行数字信号输出时,应将有关可编程输出芯片的状态也一并重复设置。

因为在干扰作用下,这些芯片的编程状态有可能发生变化。

为了确保输出功能正确实现,输出功能模块在执行具体的数据输出之前,应该先执行芯片的编程指令,再输出有关数据。

(4)采用抗干扰编码。

按一定规约,将需传输的数据进行编码,在智能接收端,再按规约进行解码,并完成检错或纠错功能。

9.3.3 CPU的抗干扰技术1.复位2.掉电保护3.指令冗余4.软件陷阱5.Watchdog技术。

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