微机控制系统的可靠性与抗干扰技术共75页文档
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第6章 微机保护的抗干扰《电力系统微机保护》课件
电力系统继电保护的基本要求是选择性、速动性、灵敏性和 可靠性。
其中可靠性是指继电保护装置不拒动和不误动对微机继电 保护装置也应满足这些基本要求。 微机继电保护的可靠性通过下列条件得以保证： （1）继电保护原理保证其可靠性； （2）继电保护与安全自动装置之间相互配合，保证可靠性； （3）微机继电保护装置硬件的可靠性； （4）微机继电保护软件的可靠性。
开关量输入电路的光电隔离如图6-6所示。
（2）变压器隔离。采用隔离变压器，如图6-7所示。
+24V
外部空接地
+5V 至输入口
24V地
5V地
图6-6 采用光电隔离的开关量输入电路
图6-7 电压变换器隔离
2020/11/6
Xi’an University of Science and Technology
13/44
6.2 微机保护的干扰和干扰源
采集系统
➢ 辐射耦合方式
当高频电流流过导体时，在该导体的周围便会产生电力线和 磁力线。由于电流的变化频率很快，从而形成一种在空间传 播的高频电磁波。处于电磁波辐射范围内的导体就会感应电 势。电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰。 为考验微机保护装置的抗干扰水平，投入系统运行的微机 保护装置应满足： （1）装置应能承受GB6126规定的脉冲干扰试验。 （2）装置应能承受IEC-22-4标准规定的严酷等级为Ⅳ级 （4kV10%）的快速瞬变干扰试验。
➢ 共模干扰
是干扰源引起回路对地电位发生变化产生的干扰。
图6-1中，I
S为信号电流，I
为
N
噪声电流。噪声电流在信号
线和地线之间传输，由噪声
源经两条传输线通过地回路源自产生噪声电压，从而改变了地电位，造成干扰。
其中可靠性是指继电保护装置不拒动和不误动对微机继电 保护装置也应满足这些基本要求。 微机继电保护的可靠性通过下列条件得以保证： （1）继电保护原理保证其可靠性； （2）继电保护与安全自动装置之间相互配合，保证可靠性； （3）微机继电保护装置硬件的可靠性； （4）微机继电保护软件的可靠性。
开关量输入电路的光电隔离如图6-6所示。
（2）变压器隔离。采用隔离变压器，如图6-7所示。
+24V
外部空接地
+5V 至输入口
24V地
5V地
图6-6 采用光电隔离的开关量输入电路
图6-7 电压变换器隔离
2020/11/6
Xi’an University of Science and Technology
13/44
6.2 微机保护的干扰和干扰源
采集系统
➢ 辐射耦合方式
当高频电流流过导体时，在该导体的周围便会产生电力线和 磁力线。由于电流的变化频率很快，从而形成一种在空间传 播的高频电磁波。处于电磁波辐射范围内的导体就会感应电 势。电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰。 为考验微机保护装置的抗干扰水平，投入系统运行的微机 保护装置应满足： （1）装置应能承受GB6126规定的脉冲干扰试验。 （2）装置应能承受IEC-22-4标准规定的严酷等级为Ⅳ级 （4kV10%）的快速瞬变干扰试验。
➢ 共模干扰
是干扰源引起回路对地电位发生变化产生的干扰。
图6-1中，I
S为信号电流，I
为
N
噪声电流。噪声电流在信号
线和地线之间传输，由噪声
源经两条传输线通过地回路源自产生噪声电压，从而改变了地电位，造成干扰。
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 。
机电一体化技术基础课件：可靠性和抗干扰技术
可靠性和抗干扰技术
整改方案： 将地线与接地桩的连接改为汇流排连接； 将40 kA避雷器的地线改为25 mm以上地线； 将ONU和SDH的地线用25 mm以上的短线先连到配
线架，再通过45 mm以上的地线连接到接地桩。经长时间 的运转后情况正常。
这是一起典型的因接地技术干扰引起的机电系统可 靠性故障。
可靠性和抗干扰技术 (3) 继电器隔离。
利用继电器线圈和触点实现强电和弱电的隔离(如图614所示)。
继电器隔离只适合于开关量信号的传输。
可靠性和抗干扰技术
3) 滤波 滤波：只让所需要的频率成分通过，而将干扰频率成分加
以抑制。 常用滤波器根据其频率特性又可分为低通、高通、带通、
带阻滤波器。
①低通滤波器：只让低频成分通过，而高于截止频率的成分则受到抑制、 衰减，不让通过。
40 kA避雷器的泄放地线只有4 mm (如图6-2所示的细线截面积)
可靠性和抗干扰技术
(3) 接地网络不符合均压等电位原则
配线架、ONU(光节点)、SDH (同步数字光端机)三台设备各自分别 接地。由于三根地线长短粗细和泄放电流大小不一，当用户线上的雷击 电流进入配线架时，配线架保安单元泄放电流，地线AD上会产生数千伏 的浪涌电压，而B点、C点和D点的电位仍然为零伏。AD线上的数千伏电 压，导致用户板损坏，这就是地电位反弹。
上述案例告诉我们，产品设备首先必须稳定、可 靠地工作。可靠性( Reliability)是系统和产品的主要属 性之一。
可靠性和抗干扰技术
6.1 认识可靠性
1. 什么是可靠性 1）定义 可靠性：指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定的功
能的能力。
2）可靠性定义三要素（三个“规定”） （1）规定条件
机电一体化技术——可靠性抗干扰技术
3．规定的时间
可靠性是有时间要求的，产品只能在一定的时 间内达到目标可靠度。规定时间长短不同，产品 的可靠性也不同。
4．规定的功能 产品的可靠性不能脱离“规定的功能”。“完成规 定的功能”就是能够连续地保持产品的工作能力，使各 项技术指标符合规定值。如果产品不能完成规定的功能， 就称为失效。对于可修复的产品，也称为故障。
1、屏蔽 利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干 扰源或干扰对象包围起来从而割断或削弱干扰场的空间耦 合通道，阻止其电磁能量的传输。 （1）电场屏蔽 是为了消除或抑制由于电场耦合引起的干扰。通常 用铜和铝等导电性能良好的金属材料作屏蔽体。屏蔽体 结构应尽量完整严密并保持良好的接地。 （2） 磁场屏蔽 是为了消除或抑制由于磁场耦合引起的干扰。
共模抑制比大、无触点、寿命长、易与逻辑电路配合、 响应速度快、小型耐冲击且稳定可靠。在机电一体化系统 特别是数字系统中得到了广泛的应用。
光电隔离电路的作用： 可将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用一 套电源供电。
可以进行电平转换。
提高驱动能力。
（2）变压器隔离
常用隔离变压器作为隔离部件，用来阻断干扰信号的传 导通路，并抑制干扰信号的强度。
（2）硬件冗余： 在没有冗余的串联系统中，某一零部件发生 故障，就会引起系统发生故障而不能正常工作。因此，串联 系统的可靠性最低。重要的系统必须有冗余，即在系统中增
加一些冗余部件（或子系统），以便当系统的某一零部件发 生故障时，整个系统能正常工作。
（a）并联冗余:只有当组成系统的所有单元都失效后，整个系 统才会失效，这种系统称为并联系统。这种系统只要有一个单 元不失效，整个系统就不会失效，所以是一种工作冗余。
a)在变压器绕组线包的外 面包一层铜皮作为漏磁短 路环。当漏磁通穿过短路 环时，在铜环中感生涡流， 会产生反磁通以抵消部分 漏磁通，使变压器外的磁 通减弱。
6.计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术
SAMP,A
A PSW
；未结束，继续 ；执行 ；保存结果至 ；SAMP中 ；恢复现场
原理 • 在算术平均滤波程序中，n次 采样值在最后的结果中所占 的比重是相等的，这样虽然 消除了随机干扰，但有用信 号的灵敏度也随之降低。为 了提高滤波效果，将各个采 样值取不同的比重，然后再 相加求平均值，这种方法称 为加权平均滤波。
加 权 平 均 滤 波
；累加和
；数据区地址加1 ；系数地址加1
程序清单（续）：
DJNZ MOV DIV128:CLR MOV RRC MOV MOV RRC MOV MOV RRC R7,LOOP R7,#07H C A,FLAG A FLAG,A A,SAMP_H A SAMP_H,A A,SAMP_L A ；未加完，继续 ；设置循环次数 ；累加结果除2
第一节 数字滤波程序
数字滤波 •所谓数字滤波，是通过 一定的计算程序对采样 信号进行平滑加工，提 高其有用信号，消除和 减少各种干扰和噪音， 以保证计算机系统的可 靠性。
概 述
优点 • 数字滤波通过程序实现，不需 硬件设备，系统的可靠性较高。 • 数字滤波可实现多通道共用。 • 可对低频信号（如0.01Hz）实 现滤波。 • 采用不同的算法和参数就可实 现对不同信号的滤波，使用起 来灵活、方便。
程序清单（续）：
RRC A MOV R7,A DEC R0 DJNZ R7,CONT MOV SAMP,@R0 POP A POP PSW RET
CONT:
中 值 滤 波
；取中值
原理
算 术 平 均 滤 波
•所谓算术平均滤波 就是把n个采样值 相加，然后取其算 术平均值作为本次 有效的采样信号。
流程图：
开
第10章 微机控制系统的可靠性
3)噪声源与受扰体 (Noise source & Susceptor)
噪声源就是产生噪声的主体,也称干扰源
–如雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可 能成为干扰源 , 其用数学描述的特征是 (du/dt) 或 (di/dt)较大的地方都可能是干扰源。
受扰体就是受到干扰危害的装置、设备或系统, 受扰体亦称受干扰对象或干扰对象 , 受扰体通 常对噪声有较高敏感性(susceptibility)
2. 电磁兼容标准
电磁兼容技术的迅速发展 ,也剌激了对电磁兼容标准化工作 的需求。 许多国家在EMC技术的研究、标准的制定、EMC测试及认证方 面做了不少工作 –欧共体成员国关于EMC法律性指令(89/336/EEC指令)要求 所有投放市场的电工电子产品 ,均要求进行EMC认证,认证 合格后,贴上CE标志。 –美 国 联 邦 通 信 委 员 会 (Federal communications Commission,FCC)颁布了一系列有关EMC的法规,并进行这 方面的管理,对于通信发射机、接收机、电视机、计算机、 各种医疗设备均有相应的法律要求。任何想出口到美国 的这些设备必须取得FCC的某种形式的认可。
2018/12/23
综上所述
可靠性的概念有两层含义: 一是系统在规定的时间内尽可能减少故障和
错误的发生 二是发生了故障和错误后能迅速进行维修 , 尽快恢复正常工作。 若考虑人为的干扰因素,如控制系统中有关数据和 程序的非法窃取、修改等 , 则安全性也属于系统可 靠性应考虑的内容。
2018/12/23
概述
可靠性要求对计算机控制系统来说至关重要 , 而抗干扰技术是提高可靠性的一项关键技术 , 可以说没有采取抗干扰措施的控制系统是根本 不能投入实际使用的。
第7章计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术共81页
7.2 计算机控制系统的硬件抗干扰技术
表7-1 双绞线的节距与噪声衰减率
导线
节 距 / c
噪声 衰 减 率
m
抑制噪 声效 果
/dB
空气中
平
行 — 1:1
0
导
线
双绞线 10 14:1 23
双绞线 7.5 71:1 37
7.2 计算机控制系统的硬件抗干扰技术
在数字信号的长线传输中，除了对双绞线的接地与 节距有一定要求外，根据传送的距离不同，双绞线使用方 法也不同。图7-10所示为传送的距离不同时，双绞线的不 同使用方法。
计算机控制技术
第7章 计算机控制系统的 可靠性与抗干扰技术
范立南 李雪飞 编著
机械工业出版社
第7章 计算机控制系统的 可靠性与抗干扰技术
7.1 可靠性与抗干扰技术概述 7.2 计算机控制系统的硬件抗干扰技术 7.3 计算机控制系统的接地和电源保护技术 7.4 计算机控制系统的软件抗干扰技术
图7-15 降低输入电阻的反射波抑制方法
7.2 计算机控制系统的硬件抗干扰技术
5．光电耦合器 如图7-16所示，该方法除了有效抑制反射波干扰外，还
有效地实现了信号的隔离。
图7-16 光电耦合器的反射波抑制方法
7.1 可靠性与抗干扰技术概述
（1）串模干扰是指串联于信号回路之中的干扰。其表现形 式如图7-2所示。
图7-2 串模干扰示意图
7.1 可靠性与抗干扰技术概述
其中Vs为信号源，Vn为叠加在Vs上的串联干扰信号。 干扰可能来自信号源内部如图7-2（a）所示，也可能来自 邻近的导线（干扰线）如图7-2（b）所示，如果邻近的导 线（干扰线）中有交变电流Ia流过，那么由Ia产生的电磁 干扰信号就会通过分布电容C1和C2的耦合，引入A/D转换 器的输入端。
微机控制系统的抗干扰技术研究
微机控制系统的抗干扰技术研究袁战军;王瑾;李小斌【摘要】为了提高微机系统的测控精度及稳定性，提出微机控制系统的抗干扰设计方法。
详细介绍了微机控制系统的软、硬件抗干扰设计措施，硬件抗干扰措施主要包括电源系统抗干扰、I/O接口抗干扰等几部分，软件抗干扰措施包括指令冗余、软件陷阱和软件滤波等。
同时，将一些抗干扰措施应用于卷烟机烟支重量控制系统中，实验结果表明，这些措施是有效的，能够较好地消除和抑制进入烟支重量控制系统的干扰信号。
%To improve the precision and stability of measurement and control in microcomputer system,the anti⁃interfe⁃rence design method of microcomputer control system is presented. Software and hardware anti⁃interference measures of micro⁃computer system are introduced in detail. Hardware anti⁃interference measures include power system anti⁃interference,I/O inter⁃face anti⁃interference and other circuits. Software anti⁃interference measures include instructionredundancy,software trap and software filtering. Some anti⁃interference measures are applied in cigarette weight control system of cigarette making machine. The experimental results show that these measures are effective,and can eliminate and restrain interference signals entered into cigarette weight control system effectively.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(000)015【总页数】3页(P142-144)【关键词】微机控制系统;抗干扰技术;烟支重量控制;测控精度【作者】袁战军;王瑾;李小斌【作者单位】陕西国际商贸学院电子系，陕西咸阳 712046;陕西工业职业技术学院信息工程学院，陕西咸阳 712000;宝鸡文理学院电子电气工程系，陕西宝鸡721016【正文语种】中文【中图分类】TN973.3-34;TP368微机控制系统经常工作在环境恶劣的生产现场，会遭受各种干扰的影响。
计算机控制系统的抗干扰技术详解演示文稿
目前六页\总数三十四页\编于九点
第二节 过程通道的抗干扰技术
一、共模干扰的抑制 抑制共模干扰的主要方法是设法消除不同接地点之间的电
位差。
1．变压器隔离
隔离变压器是最常用的隔离元件之一，用来阻断干扰信号 的传导通路，并抑制干扰信号的强度。是利用变压器把模拟 信号电路与数字信号电路隔离开来，也就是把模拟地与数字 地断开，以使共模干扰电压不成回路，从而抑制了共模干扰。
为了克服上述匹配方法的缺点，可采用图9(b)所示的终端匹配 方法。其等效电阻R为：
R R1R2 R1 R2
（2）
适当调整R1和R2的阻值，可使R=RP。这种匹配方法也能消除波 反射，优点是波形的高电平下降较少，缺点是低电平抬高，从而降 低了低电平的抗干扰能力。为了同时兼顾高电平和低电平两种情况，
2．设置监视跟踪定时器
监视跟踪定时器，也称为看门狗定时器(Watchdog)，可以使 陷入“死机”的系统产生复位，重新启动程序运行。这是用于监 视跟踪程序运行是否正常的最有效的方法之一，得到了广泛的应 用。
2110/2230//1210/230
23
目前二十三页\总数三十四页\编于九点
四、提高计算机控制系统可靠性的方法
4．采用具有高共模抑制比的仪表放大器作为输入放大器 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。
2110/2230//1210/230
12
目前十二页\总数三十四页\编于九点
二、串模干扰的抑制
1．在输入回路中接入模拟滤波器
根据被测信号的频率范围，选用不同频带的滤波器，使有用信 号顺利通过。
图1 共模干扰示意图
5
目前五页\总数三十四页\编于九点
第二节 过程通道的抗干扰技术
一、共模干扰的抑制 抑制共模干扰的主要方法是设法消除不同接地点之间的电
位差。
1．变压器隔离
隔离变压器是最常用的隔离元件之一，用来阻断干扰信号 的传导通路，并抑制干扰信号的强度。是利用变压器把模拟 信号电路与数字信号电路隔离开来，也就是把模拟地与数字 地断开，以使共模干扰电压不成回路，从而抑制了共模干扰。
为了克服上述匹配方法的缺点，可采用图9(b)所示的终端匹配 方法。其等效电阻R为：
R R1R2 R1 R2
（2）
适当调整R1和R2的阻值，可使R=RP。这种匹配方法也能消除波 反射，优点是波形的高电平下降较少，缺点是低电平抬高，从而降 低了低电平的抗干扰能力。为了同时兼顾高电平和低电平两种情况，
2．设置监视跟踪定时器
监视跟踪定时器，也称为看门狗定时器(Watchdog)，可以使 陷入“死机”的系统产生复位，重新启动程序运行。这是用于监 视跟踪程序运行是否正常的最有效的方法之一，得到了广泛的应 用。
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目前二十三页\总数三十四页\编于九点
四、提高计算机控制系统可靠性的方法
4．采用具有高共模抑制比的仪表放大器作为输入放大器 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。
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二、串模干扰的抑制
1．在输入回路中接入模拟滤波器
根据被测信号的频率范围，选用不同频带的滤波器，使有用信 号顺利通过。
图1 共模干扰示意图
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