计算机控制技术第三版第4章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
❖ ⒈变压器隔离
❖ 利用变压器把现场信号源的地与计算机的地隔离开来，也就是 把“模拟地”与“数字地”断开的方法称为变压器隔离。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉光电隔离
❖ 光电隔离是目前计算机控制系统中最常用的一种抗干扰方法， 它使用光电耦合器来完成隔离任务。
❖ ⒊浮地屏蔽
❖ 浮地屏蔽是利用屏蔽层使输入信号的“模拟地”浮空，使共模 输入阻抗大为提高，共模电压在输入回路中引起的共模电流大 为减少，从而抑制共模干扰的来源，使共模干扰降至很低的方 法。
4.1.1 干扰的来源
干扰的来源是多方面的，有时甚至是错综复杂的，对于计算机 控制系统来说，干扰既可能来自系统外部，也可能来自系统内部。
外部干扰与系统结构无关，仅由使用条件和外部环境因素决定。 内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺产生的。
外部干扰主要来自空间电场或磁场的影响，如电气设备和输
电线发出的电磁场，太阳或其他星球辐射的电磁波，通信广播发 射的无线电波，雷电，火花放电、弧光放电等放电现象等。
图4.5 串模干扰
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉共模干扰
❖ 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。
图4.6 共模干扰
计算机控制技术第三版第4章
❖ ⒊长线传输干扰
❖ 由生产现场到计算机的连线往往长达数百米，甚至几千米。 ❖ 信号在长线中传输除了会受到外界干扰和引起信号延迟外，还
内部干扰主要有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场 辐射感应，长线传输造成的波反射，多点接地造成的电位差引起 的干扰，装置及设备中各种寄生振荡引起的干扰，热噪声、闪变 噪声、尖峰噪声等引起的干扰以及元器件产生的噪声等。
计算机控制技术第三版第4章
图4.1 外部干扰环境
计算机控制技术第三版第4章
4.1.2 干扰的传播途径
计算机控制技术第三版第4章
4.2 过程通道抗干扰技术
❖
4.2.1 串模干扰的抑制
❖
4.2.2 共模干扰的抑制
❖
4.2.3 长线传输干扰的抑制
计算机控制技术第三版第4章
4.2.1 串模干扰的抑制
❖ 对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰Un直接与信号Us串联。 串模干扰的抑制方法应从干扰信号的特性和来源入手，采取相 应的措施，目前常用的措施有用双纹线和滤波器两种。
第4章 计算机控制系统抗干扰技术
计算机控制技术第三版
❖
4.1 计算机控制系统主要干扰分析
❖
4.2 过程通道抗干扰技术
❖
4.3接地技术
❖
4.4 供电技术
计算机控制技术第三版第4章
4.1 计算机控制系统主要干扰分析
❖
❖
4.1.1 干扰的来源
❖
4.1.2 干扰的传播途径
❖ຫໍສະໝຸດ Baidu
4.1.3 过程通道中的干扰
计算机控制技术第三版第4章
制高频串模干扰； ❖ 如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑
制低频串模干扰； ❖ 如果串模干扰频率在被测信号频谱的两侧，则采用带通滤波器。
计算机控制技术第三版第4章
图4.7 滤波电路 计算机控制技术第三版第4章
4.2.2共模干扰的抑制
❖ 共模干扰产生的原因： ❖ 不同“地”之间存在的电压； ❖ 模拟信号系统对地的漏阻抗引起的电压。 ❖ 共模干扰电压的抑制：有效隔离两个地之间的电联系。
可能会产生波反射现象。 ❖ 当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布电感的
影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波， 称为入射波。 ❖ 如果传输线的终端阻抗与传输线的阻抗不匹配，入射波到达终 端时会引起反射；同样，反射波到达传输线始端时，如果始端 阻抗不匹配，又会引起新的反射，使信号波形严重畸变。
❖ 干扰传播的途径主要有三种，即静电耦合，磁场耦合与公共阻 抗耦合。
❖⒈静电耦合
❖ 静电耦合是电场通过电容耦合途径窜入其他线路的。两根并排 的导线之间会构成分布电容，如印制线路板上印制线路之间、 变压器绕线之间都会构成分布电容。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉磁场耦合
❖ 空间的磁场耦合是通过导体间的互感耦合进来的。在任何载流 导体周围空间中都会产生磁场，而交变磁场则对其周围闭合电 路产生感应电势。如设备内部的线圈或变压器的漏磁会引起干 扰，还有普通的两根导线平行架设时，也会产生磁场干扰。
❖
4.3.3 主机系统的接地
计算机控制技术第三版第4章
4.3.1地线系统分析
❖ 广义的接地包含两个方面，即接实地和接虚地。 ❖ 接实地指的是与大地连接。 ❖ 接虚地指的是与电位基准点近接，若这个基准点与大地电气绝
缘，则称为浮地连接。 ❖ 接地的目的： ❖ 一是保证控制系统稳定可靠地运行，防止地环路引起的干扰，
计算机控制技术第三版第4章
❖ ⒊公共阻抗耦合
❖ 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。
计算机控制技术第三版第4章
4.1.3 过程通道中的干扰 ❖⒈串模干扰
❖ 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，即干扰串联在信 号源回路中。
❖ ⒈用双绞线作信号线
❖ 串模干扰主要来自空间电磁场，采用双绞线作信号的目的就是 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。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉滤波
❖ 采用滤波器抑制串模干扰是一种常用的方法。 ❖ 根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，可以选用低通、
高通、带通等滤波器。 ❖ 如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用低通滤波器来抑
❖ 在传输线始端串入电阻，也能基本上消除反射，达到改善波形 的目的。如图4.11所示。
❖ 始端电阻 R＝Rp一Rsc ❖ 式中，Rsc为门A输出低电平时的输出阻抗。
图4.11 始端阻抗匹配
计算机控制技术第三版第4章
4.3 接地技术
❖
4.3.1 地线系统分析
❖
4.3.2 计算机控制系统输入环节的接地
计算机控制技术第三版第4章
图4.9 浮地输入双层屏蔽放大电路 计算机控制技术第三版第4章
4.2.3长线传输干扰的抑制
❖ ⒈终端阻抗匹配
❖ 终端匹配方法如图4.10(a)、4.10（(b)所示。
R＝RP
R R1 R2 R1 R 2
图4.10 两种终端阻抗匹配电路 计算机控制技术第三版第4章
❖ ⒉始端阻抗匹配
❖ 利用变压器把现场信号源的地与计算机的地隔离开来，也就是 把“模拟地”与“数字地”断开的方法称为变压器隔离。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉光电隔离
❖ 光电隔离是目前计算机控制系统中最常用的一种抗干扰方法， 它使用光电耦合器来完成隔离任务。
❖ ⒊浮地屏蔽
❖ 浮地屏蔽是利用屏蔽层使输入信号的“模拟地”浮空，使共模 输入阻抗大为提高，共模电压在输入回路中引起的共模电流大 为减少，从而抑制共模干扰的来源，使共模干扰降至很低的方 法。
4.1.1 干扰的来源
干扰的来源是多方面的，有时甚至是错综复杂的，对于计算机 控制系统来说，干扰既可能来自系统外部，也可能来自系统内部。
外部干扰与系统结构无关，仅由使用条件和外部环境因素决定。 内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺产生的。
外部干扰主要来自空间电场或磁场的影响，如电气设备和输
电线发出的电磁场，太阳或其他星球辐射的电磁波，通信广播发 射的无线电波，雷电，火花放电、弧光放电等放电现象等。
图4.5 串模干扰
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉共模干扰
❖ 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。
图4.6 共模干扰
计算机控制技术第三版第4章
❖ ⒊长线传输干扰
❖ 由生产现场到计算机的连线往往长达数百米，甚至几千米。 ❖ 信号在长线中传输除了会受到外界干扰和引起信号延迟外，还
内部干扰主要有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场 辐射感应，长线传输造成的波反射，多点接地造成的电位差引起 的干扰，装置及设备中各种寄生振荡引起的干扰，热噪声、闪变 噪声、尖峰噪声等引起的干扰以及元器件产生的噪声等。
计算机控制技术第三版第4章
图4.1 外部干扰环境
计算机控制技术第三版第4章
4.1.2 干扰的传播途径
计算机控制技术第三版第4章
4.2 过程通道抗干扰技术
❖
4.2.1 串模干扰的抑制
❖
4.2.2 共模干扰的抑制
❖
4.2.3 长线传输干扰的抑制
计算机控制技术第三版第4章
4.2.1 串模干扰的抑制
❖ 对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰Un直接与信号Us串联。 串模干扰的抑制方法应从干扰信号的特性和来源入手，采取相 应的措施，目前常用的措施有用双纹线和滤波器两种。
第4章 计算机控制系统抗干扰技术
计算机控制技术第三版
❖
4.1 计算机控制系统主要干扰分析
❖
4.2 过程通道抗干扰技术
❖
4.3接地技术
❖
4.4 供电技术
计算机控制技术第三版第4章
4.1 计算机控制系统主要干扰分析
❖
❖
4.1.1 干扰的来源
❖
4.1.2 干扰的传播途径
❖ຫໍສະໝຸດ Baidu
4.1.3 过程通道中的干扰
计算机控制技术第三版第4章
制高频串模干扰； ❖ 如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑
制低频串模干扰； ❖ 如果串模干扰频率在被测信号频谱的两侧，则采用带通滤波器。
计算机控制技术第三版第4章
图4.7 滤波电路 计算机控制技术第三版第4章
4.2.2共模干扰的抑制
❖ 共模干扰产生的原因： ❖ 不同“地”之间存在的电压； ❖ 模拟信号系统对地的漏阻抗引起的电压。 ❖ 共模干扰电压的抑制：有效隔离两个地之间的电联系。
可能会产生波反射现象。 ❖ 当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布电感的
影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波， 称为入射波。 ❖ 如果传输线的终端阻抗与传输线的阻抗不匹配，入射波到达终 端时会引起反射；同样，反射波到达传输线始端时，如果始端 阻抗不匹配，又会引起新的反射，使信号波形严重畸变。
❖ 干扰传播的途径主要有三种，即静电耦合，磁场耦合与公共阻 抗耦合。
❖⒈静电耦合
❖ 静电耦合是电场通过电容耦合途径窜入其他线路的。两根并排 的导线之间会构成分布电容，如印制线路板上印制线路之间、 变压器绕线之间都会构成分布电容。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉磁场耦合
❖ 空间的磁场耦合是通过导体间的互感耦合进来的。在任何载流 导体周围空间中都会产生磁场，而交变磁场则对其周围闭合电 路产生感应电势。如设备内部的线圈或变压器的漏磁会引起干 扰，还有普通的两根导线平行架设时，也会产生磁场干扰。
❖
4.3.3 主机系统的接地
计算机控制技术第三版第4章
4.3.1地线系统分析
❖ 广义的接地包含两个方面，即接实地和接虚地。 ❖ 接实地指的是与大地连接。 ❖ 接虚地指的是与电位基准点近接，若这个基准点与大地电气绝
缘，则称为浮地连接。 ❖ 接地的目的： ❖ 一是保证控制系统稳定可靠地运行，防止地环路引起的干扰，
计算机控制技术第三版第4章
❖ ⒊公共阻抗耦合
❖ 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。
计算机控制技术第三版第4章
4.1.3 过程通道中的干扰 ❖⒈串模干扰
❖ 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，即干扰串联在信 号源回路中。
❖ ⒈用双绞线作信号线
❖ 串模干扰主要来自空间电磁场，采用双绞线作信号的目的就是 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。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉滤波
❖ 采用滤波器抑制串模干扰是一种常用的方法。 ❖ 根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，可以选用低通、
高通、带通等滤波器。 ❖ 如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用低通滤波器来抑
❖ 在传输线始端串入电阻，也能基本上消除反射，达到改善波形 的目的。如图4.11所示。
❖ 始端电阻 R＝Rp一Rsc ❖ 式中，Rsc为门A输出低电平时的输出阻抗。
图4.11 始端阻抗匹配
计算机控制技术第三版第4章
4.3 接地技术
❖
4.3.1 地线系统分析
❖
4.3.2 计算机控制系统输入环节的接地
计算机控制技术第三版第4章
图4.9 浮地输入双层屏蔽放大电路 计算机控制技术第三版第4章
4.2.3长线传输干扰的抑制
❖ ⒈终端阻抗匹配
❖ 终端匹配方法如图4.10(a)、4.10（(b)所示。
R＝RP
R R1 R2 R1 R 2
图4.10 两种终端阻抗匹配电路 计算机控制技术第三版第4章
❖ ⒉始端阻抗匹配