计算机控制系统中的抗干扰技术
计算机控制技术第三版
❖⒊公共阻抗耦合
❖ 公共阻抗耦合发生在两个电路旳电流流经一种公共阻抗时，一 种电路在该阻抗上旳电压降会影响到另一种电路，从而产生干 扰噪声旳影响。
4.1.3 过程通道中旳干扰 ❖⒈串模干扰
❖ 串模干扰是指叠加在被测信号上旳干扰噪声，即干扰串联在信 号源回路中。
图4.5 串模干扰
❖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 端上共有旳干扰电压。
❖⒉滤波
❖ 采用滤波器克制串模干扰是一种常用旳措施。 ❖ 根据串模干扰频率与被测信号频率旳分布特征，能够选用低通、
高通、带通等滤波器。 ❖ 假如串模干扰频率比被测信号频率高，则采用低通滤波器来克
制高频串模干扰； ❖ 假如串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来克
制低频串模干扰； ❖ 假如串模干扰频率在被测信号频谱旳两侧，则采用带通滤波器。
❖ 直接接地方式：设备旳地线系统与大地之间良好连接。 ❖ 电容接地方式：即经过电容把设备旳地线与大地相连。
❖ ⑶屏蔽接地 ❖ 为了克制变化电场旳干扰，计算机控制装置以及电子设备中广
泛采用屏蔽保护。如变压器旳初、次级间旳屏蔽层，功能器件 或线路旳屏蔽罩等。 ❖ 屏蔽接地指屏蔽用旳导体与大地之间旳良好连接。目旳是为了 充分克制静电感应和电磁感应旳干扰。
这常称为工作接地； ❖ 二是防止操作人员因设备旳绝缘损坏或下降而遭受触电危险和
确保设备旳安全、这称为保护接地。
❖⒈接地分类
❖ ⑴安全接地：分为保护接地、保护接零两种形式。
❖ 保护接地就是将电气设备在正常情况下不带电旳金属外壳与大 地之间用良好旳金属连接。如电脑机箱旳接地。
❖ 保护接零指用电设备外壳接到零线，当一相绝缘损坏与外壳相 连，则由该相、设备外壳、零线形成闭合回路。
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
第6章抗干扰技术答案(仅供参考)
一、填空1.经常采用的软件抗干扰技术包括：数字滤波技术、数字信号的软件抗干扰技术、指令冗余技术、软件陷阱技术等。
2.采用积分式A/D转换器是抑制串模干扰的方法之一。
3.采用差分放大器作为信号前置放大是抑制串模干扰的方法之一。
4.通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰。
5.计算机控制系统中，按干扰的作用方式，可分为串模干扰和共模干扰两种，而数字滤波只能抑制串模干扰。
6.采用双绞线作信号引线是为了抑制串模干扰，采用终端匹配是为了抑制长线传输干扰。
二、选择题1、下列抗干扰措施中属于软件抗干扰技术的有（B、E、F），属于硬件抗干扰技术的有（A、C、D）。
A.采用双积分A/D转换器B.采用中位值滤波C.采用光耦滤波D.采用LC滤波E.采用限幅滤波F.重复书写指令G.串行通讯方式三、判断1.下图所示干扰源为共模干扰。
错，串模。
2.如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰。
对3.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。
对4.对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的。
对5.下图所示干扰源为共模干扰。
对6.所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将扑获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。
对7.所谓指令冗余，就是在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重复书写，提高弹飞程序纳入正轨的机会。
对四、简答1.干扰的作用途径是什么？答：(1) 静电耦合 (2) 磁场耦合 (3) 公共阻抗耦合2.什么是共模干扰和串模干扰？如何抑制？答：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，也称为共态干扰。
共模干扰主要是由电源的地、放大器的地以及信号源的地之间的传输线上电压降造成得。
抑制共模干扰的方法：变压器隔离；光电隔离；浮地屏蔽等。
串模干扰：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，也称为常态干扰。
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)
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。
计算机控制系统的软件抗干扰技术
干 扰 效 应 。
计算机控制系统不仅是保 障整个计算机运行安全，还需
（３）针 对 电路 板 干扰 源 ，可 以利 用 电容 器 与抑 制 电压 元 件 。
要对传递过程中的各种信号进行转换并对其进行其他的处理， 电容器可 以有 效的减 少干 扰 电流对计算机控制系统 的影响 ，
形成计算机语言 。因此计算机控制系统不仅具有控制 的能力， 在 电路板芯片电源与大地之间放置 电容器可以减少 电路之间
用 ，那就是外界的干扰对计算机控制系统会造成一定的危害，
２计 算 机 控 制 系 统 的软 件 抗 干 扰 建 议
使得计算被病毒侵害，从而可能会泄漏用户 的信息甚至公司
针对 第 二 部 分 对 计 算机 控 制 系 统 的干 扰 源 的介 绍 以及 分
与 国家 的 机 密 ，造 成 不 可 估 量 的损 失 。
判 断输入输 出接 口以及通信通道 的稳定性 以及可靠性 。并且
１计算机控制系统的干扰 因素
在进行程序运行期间需要对系统进行抚慰处理 ，中断响应，减
计算机控制系统在整个计算机运行过程具有重要的作用 ， 少错误操作 ，保 证系统 的安全性；最 后，增强信 息传递过程 中
它维持计算机 的高效运行并保障运 行的安全性与稳定性，因 的冗余信息量 ，提 高系统 的发现错误并改正错误 能力 。
的 目的 。计算机控制 系统 中包含硬件与软件，本文 只介绍相 的多余 电波进行过滤 ，从而减少其对系统的影响。
关 出厂 时就 已确 定 了，包
（２）针 对 信 号 电压 干 扰 源 ，可 以利 用磁 珠 以及 双 绞 线 等 方
含计算机的语言 、操作系统 以及 自带的 内部程 序。计算机控 式进行一定的防护 。磁珠的作用主要是降低输 出线中产生的
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
计算机控制系统是由计算机硬件和软件组成的，用于控制和监测各种工业应用。
在实
际应用中，计算机控制系统常常面临各种干扰，如电磁干扰、噪声干扰等，这些干扰可能
会对系统的稳定性和性能产生负面影响。
抑制干扰是计算机控制系统设计中一个重要的技
术问题。
抑制干扰的技术分析主要包括以下几个方面：
1. 信号传输线路的设计：计算机控制系统中的信号传输线路需要考虑干扰抑制的技
术措施。
在设计电缆布线时要避免和干扰源靠近，采用屏蔽线缆以阻断外界干扰，对于长
距离传输的信号需要采用差分信号传输来提高抗干扰能力。
2. 电磁干扰的抑制：电磁干扰是计算机控制系统中常见的一种干扰源。
为了抑制电
磁干扰，可以采用物理屏蔽措施，如在敏感设备周围设置屏蔽罩，减少外界电磁场对系统
的干扰；也可以采用滤波技术，通过滤波器对输入信号进行滤波，去除掉不需要的高频成分。
4. 地线设计：地线是计算机控制系统中常用的抗干扰措施之一。
合理的地线设计可
以有效地减少系统受到的干扰。
在设计中，可以采用单点接地原则，将各个设备的地线连
接到一个共同的地点，减少地线回路的面积。
还可以采用分立地线设计，将高频和低频信
号的地线分开，减少信号间的相互干扰。
计算机控制系统抑制干扰的技术分析主要包括信号传输线路的设计、电磁干扰的抑制、噪声干扰的抑制和地线设计等方面。
通过合理的设计和抑制措施，可以有效地减少干扰对
计算机控制系统的影响，提高系统的稳定性和性能。
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
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
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。
计算机控制理论答案
第一讲1、什么是计算机数字控制系统？一般由哪几部分组成？请用框图形式给出实例，并简单说明其工作原理。
计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统；一般由计算机和生产过程两部分组成；计算机控制系统由工业控制计算机主体（包括硬件、软件与网格结构）和生产过程两大部分组长。
其中硬件系统有主机、输入输出通道、外部设备、检测与执行机构组成；三个步骤原理：①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。
②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。
③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2、实时、在线方式、离线方式的含义是什么？实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
在线方式：在线方式亦称为联机方式，是指生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为。
离线方式：离线方式亦称为脱机方式，是指生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式。
3、简述计算机数字控制系统的发展趋势。
计算机数值控制系统的发展趋势有控制系统的网络化、扁平化、只能化、综合化。
第二讲1、简述计算机控制系统中过程通道的基本类型及其作用。
数字量输入通道：接受外部装置或产生过程的状态信号，同时将状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号；数字量输出通道：把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号；模拟量输入通道：把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位重量等模拟信号转换成计算机可以接收的数字量信号；模拟量输出通道：把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。
2、简述计算机控制系统抗干扰技术的基本措施。
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
计算机控制技术课件第6章
硬件抗干扰技术
➢ 模拟信号经放大后，再利用光电隔离的线性区，直接对 模拟信号进行光电耦合传送。
硬件抗干扰技术
3、浮地屏蔽
采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰。所谓浮地，就 是利用屏蔽方法使信号的“模拟地”浮空，从而达到抑制共模干扰 的目的。
软件抗干扰技术
五、程序运行失常的软件抗干扰
1、设置软件陷阱
当干扰导致程序计数器PC值混乱时，可能造成CPU离开正确的指 令顺序而跑飞到非程序区去执行一些无意义地址中的内容，或进入数 据区，把数据当作操作码来执行，使整个工作紊乱，系统失控。针对 这种情况，可以在非程序区设置陷阱，一旦程序飞到非程序区，很快 进入陷阱，然后强迫程序由陷阱进入初始状态。
干扰的形成
三、 干扰的作用形式
各种干扰信号通过不同的耦合方式进入系统后，按照对系 统的作用形式又可分为共模干扰、串模干扰和长线传输干扰。 1、共模干扰
共模干扰是在电路输入端相对公共接地点同时出现的干扰，也称为共 态干扰、对地干扰、纵向干扰、同向干扰等。共模干扰主要是由电源的地、 放大器的地以及信号源的地之间的传输线上电压降造成的。
软件抗干扰技术
2、数字量输出抗干扰措施
当计算机输出开关量控制闸门、料斗等执行机构动作时，为了防 止这些执行机构由于外界干扰而误动作，比如已关的闸门、料斗可能 中途打开；已开的闸门、料斗可能中途突然关闭。
对于这些误动作，可以在应用程序中每隔一段时间(比如几个ms) 发出一次输出命令，不断地关闭闸门或者开闸门。这样，就可以较好 地消除由于扰动而引起的误动作(开或关)。
硬件抗干扰技术
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10章 计算机抗干扰技术
图A 公共电源线的阻抗耦合
图B 公共地线的阻抗耦合
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第10章 计算机抗干扰技术
10.1.3 干扰的作用方式
• 按干扰作用方式的不同，可分为差模干扰、共模干扰和长线 传输干扰。
• 差模干扰：又称串模干扰，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。差 模干扰与被测信号在回路中处于同样的地位，也称为常态干 扰或横向干扰。
• 其中，Ucm是共模干扰电压，Un是由Ucm转化成的差模 干扰电压。单端输入方式的CMRR较小，说明它的抗共模 抑制能力较差；而双端输入方式，由Ucm引入的差模干扰 电压Un较小，CMRR较大，所以抗共模干扰能力很强
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第10章 计算机抗干扰技术
• 在计算机控制系统的现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作
过程中将产生干扰电磁场，另外还有来自空间传播的电磁波和雷电的
干扰，以及高压输电线周围交变磁场的影响等。
高压电线
雷电
过程控制系统
雷达、电台等 天线发射装置
引 入 噪 声
地电位波动
交流动力线
电机、电焊机等 大用电设备
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第10章 计算机抗干扰技术
• 产生差模干扰的原因：分布电容的电场耦合，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
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差模干扰示意图
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第10章 计算机抗干扰技术
10.1.3 干扰的作用方式
• 共模干扰：是指系统的信号输入端上对接地端干扰电压, 共模干扰也称为共态干扰或纵向干扰。
干扰传播途径主要有： • 电场耦合
• 磁场耦合
电场耦合
• 公共阻抗耦合
– 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
பைடு நூலகம்
Ra=1/jωc12
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Rb=R/(1+1/jωc2g)
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第10章 计算机抗干扰技术
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。
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第10章 计算机抗干扰技术
10.1 干扰的传播途径 与作用方式
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第10章 计算机抗干扰技术
与干扰相关的几个概念：
干扰系统的三个要素：干扰源、传播途径及干扰对象。
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。
干扰源： 产生干扰信号的源头 干扰对象：干扰源通过传播途径影响的器件或系统
抗干扰技术就是通过对这三要素中的一个或多个采取必要 措施来实现的。
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第10章 计算机抗干扰技术
10.1.1 干扰的来源
计算机控制系统中干扰的来源是多方面的:
干扰
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外部干扰
外部干扰与系统结构无关，是由使用条件和外部 环境因素决定的。
主要有：天电干扰，如雷电或大气电离作用引起 的干扰电波；天体干扰，如太阳辐射的电磁波； 周围电气设备发出的电磁波的干扰；电源的工频 干扰；气象条件引起的干扰；地磁场干扰；火化 放电、弧光放电、辉光放电等产生的电磁波等。
内部干扰是由系统的结构布局、线路设计、元器件 内部干扰 性质变化和漂移等原因造成的
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，长线传输的波反射，多点接地造成 的电位差引入的干扰，寄生振荡引起的干扰以及热 噪声、闪变噪声、尖峰噪声等。
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第10章 计算机抗干扰技术
10.1.2 干扰的传播途径
• 由Ucm引起系统输入的差模电压为：
共模抑制比
Un1
Zs
Zs Zr
Ucm
Zs Us ~ Ic
Zr A
Un2Zs1Z sc1Zc1Zs2Zsc2Zc2Ucm Zs1
Us ~ Ic1
A
Zs2
Ucm
~
Ic2
~ Ucm Zc2
Zc1
(a) 单端输入
(b) 双端输入
两种输入方式的共模电压的引入
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– 在设备内部，线圈或变压器的漏磁也会引起干扰；在设备外部， 平行架设的两根导线也会产生干扰，由于感应电磁场引起的耦合， 可以计算感应电压
Un jM1I
其中： • ω为感应磁场交变角频率 • M为两根导线之间的互感
• I1为导线1中的电流
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第10章 计算机抗干扰技术
磁场耦合
– 设某信号线与电压为220VAC、负荷为10KVA 输电线的距离为1m，并且平行走线10m，两 线之间的互感为4.2μH(亨利 )，按公式计算出 信号线上感应的干扰电压Un为
Un=ωMI1=2π×50×4.2×（10-6）× 10000/220=59.98(mV)
可见，这样大的干扰，足以淹没小信号。
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第10章 计算机抗干扰技术
•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。
– 在计算机控制系统中，普遍存在公共耦合阻抗，例如， 电源引线、印刷电路板上的地和公共电源线、汇流排等。 这些汇流条都具有一定的阻抗，对于多回路来讲，就是 公共耦合阻抗。
• 产生共模干扰的原因：系统（或信号放大器）的地与现场 信号源的地一般相隔一段距离，在两个接地点之间往往存 在一个电位差Vc，该电位差是系统信号输入端上共有的 干扰电压，会对系统产生共模干扰。
共模干扰示意图
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第10章 计算机抗干扰技术
• 对于系统干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰方式表现出来
第10章 计算机抗干扰技术
第十章
计算机控制系统中的抗干扰技术
Anti-Disturbance Technology in Computer Control System
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第10章 计算机抗干扰技术
本章主要内容
• 干扰的传播途径与作用方式 • 硬件抗干扰技术 • 软件抗干扰技术(已讲)
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第10章 计算机抗干扰技术
• 对于存在共模干扰的场合，不能采用单端输入方式，应采 用双端输入方式，原因是其抗共模干扰能力强
• 为了衡量一个放大器抑制共模干扰的能力，常用共模抑制
比CMRR（Common-Mode Rejection Ratio ）
表示，即
CMRR 20lgUcm(DB ) Un