第5章控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)二五四5.1干擾的來源和分類5.2硬件抗干擾技術(shù)5.3軟件抗干擾技術(shù)5.4接地技術(shù)5.5電源系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)5.6“看門狗”技術(shù)5.1干擾的來源和分類

所謂干擾，就是有用信號以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。干擾源、傳播途徑及干擾對象構(gòu)成了干擾系統(tǒng)的三個要素。分析干擾傳播途徑，針對不同類型的干擾采取相應(yīng)抗干擾措施，是提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性的重要手段。一、干擾的來源1.空間感應(yīng)的干擾2.過程通道的干擾3.電源系統(tǒng)的干擾4.地電位波動的干擾5.反射波的干擾二、干擾信號的耦合方式1.直接耦合方式2.公共阻抗耦合方式3.電容耦合方式4.電磁感應(yīng)耦合方式5.輻射耦合方式6.漏電耦合方式3、干擾的作用形式1.共模干擾共模干擾是在電路輸入端相對公共接地點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)的干擾。2.串模干擾串模干擾就是指串聯(lián)疊加在工作信號上的干擾，它串聯(lián)在信號源回路中，與被測信號相加輸入系統(tǒng)。3.長線傳輸干擾在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場信號到控制計(jì)算機(jī)以及控制計(jì)算機(jī)到現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)，都經(jīng)過一段較長的線路進(jìn)行信號傳輸，即長線傳輸。5.2硬件抗干擾技術(shù)

干擾是客觀存在的，研究干擾的目的是抑制干擾進(jìn)入計(jì)算機(jī)。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取各種抗干擾措施，否則，系統(tǒng)不可能正常工作。應(yīng)用硬件抗干擾措施是經(jīng)常采用的一種有效方法，通過合理的硬件電路設(shè)計(jì)可以削弱或抑制大部分干擾。一、共模干擾的抑制

共模干擾產(chǎn)生的原因主要是不同的地方之間存在共模電壓，以及模擬信號系統(tǒng)對地的漏阻抗。共模干擾的抑制方法主要有四種：變壓器隔離、光電隔離、浮地屏蔽和具有高共模抑制比的放大器作為輸入放大器。二、串模干擾的抑制

串模干擾信號和有效信號是相串聯(lián)的，疊加在一起作為輸入信號，因此，對串模干擾的抑制較為困難。抑制串模干擾主要從干擾信號與工作信號的不同特性入手，針對不同情況采取相應(yīng)的措施。三、長線傳輸干擾的抑制

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一個龐大系統(tǒng)。從生產(chǎn)現(xiàn)場到計(jì)算機(jī)的連線，又從計(jì)算機(jī)到生產(chǎn)現(xiàn)場的連線，往往長達(dá)幾十米，甚至數(shù)百米。連線的“長”是相對的，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于數(shù)字信號的頻率很高，很多情況下傳輸線要按長線對待。

5.3軟件抗干擾技術(shù)

進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的干擾，其頻譜往往很寬，且具有隨機(jī)性，采用硬件抗干擾措施，只能抑制某個頻率段的干擾，仍有一些干擾會侵入系統(tǒng)。因此，除了采取硬件抗干擾技術(shù)以外，還要采取軟件抗干擾措施。軟件抗干擾問題越來越引起人們的普遍重視。一、軟件出錯對系統(tǒng)的危害及抗干擾對策1.干擾對系統(tǒng)軟件的危害(1)數(shù)據(jù)采集不可靠(2)控制失靈(3)數(shù)據(jù)出錯(4)程序運(yùn)行失常2.提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件可靠性的措施

(1)分散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(2)容錯技術(shù)(3)標(biāo)準(zhǔn)化

3.軟件抗干擾技術(shù)圖1-5DDC系統(tǒng)原理框圖(1)提高數(shù)據(jù)采集可靠性的軟件對策(2)控制失靈的軟件對策(3)保護(hù)RAM中數(shù)據(jù)的軟件對策(4)程序運(yùn)行失常的軟件對策二、數(shù)字濾波

所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號中的比重。故實(shí)質(zhì)上它是一種程序?yàn)V波。三、輸入/輸出軟件抗干擾措施

1.開關(guān)量(數(shù)字量)信號輸入抗干擾措施在開關(guān)量的輸入中，由于操作或外界等干擾，會引起狀態(tài)變化，造成誤判。2.開關(guān)量(數(shù)字量)信號輸出抗干擾措施由于干擾，可能使計(jì)算機(jī)輸出的正確數(shù)字信號，在輸出設(shè)備中得到錯誤的信號。四、軟件冗余技術(shù)1.數(shù)據(jù)冗余2.信息冗余3.指令冗余五、程序運(yùn)行失常的軟件抗干擾

為了防止“死機(jī)”，一旦發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行失常后能及時(shí)引導(dǎo)程序恢復(fù)原始狀態(tài)，必須采取一些相應(yīng)的軟件抗干擾措施5.4接地技術(shù)

接地技術(shù)對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是極為重要的，接地是抑制噪聲和防止干擾的主要方法，接地的含義可理解為一個等電位點(diǎn)或等電位面，它是電路系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位，但不一定為大地電位。一、微機(jī)控制系統(tǒng)中的地線1.交流地2.直流地3.模擬地4.數(shù)字地5.安全地6.信號地7.系統(tǒng)地二、常用的接地方法1.一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地2.模擬地和數(shù)字地的連接3.各地回流法單點(diǎn)接地4.輸入輸出的接地5.印刷電路板的底線技術(shù)6.主機(jī)外殼接地7.多機(jī)系統(tǒng)的接地5.5電源系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的各個單元都需要直流電源供電，一般是由市電電網(wǎng)的交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后向系統(tǒng)提供直流電源。由于變壓器的初級繞組接在市電電網(wǎng)上，電網(wǎng)上的各種干擾便會引入系統(tǒng)，影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。另外，計(jì)算機(jī)的供電不允許中斷，因此，必須采取電源保護(hù)措施，防止電源干擾，保證不間斷供電。一、抗干擾穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)1.隔離變壓器2.低通濾波器3.交流穩(wěn)壓器4.電源變壓器5.直流穩(wěn)壓系統(tǒng)二、電源系統(tǒng)的異常保護(hù)1.不間斷電源UPS

在正常情況下，由交流電網(wǎng)向微機(jī)系統(tǒng)供電，并同時(shí)給UPS的電池組充電。一旦交流電網(wǎng)出現(xiàn)斷電，則不間斷電源UPS自動切換到逆變器供電，逆變器將電池組的直流電壓逆變成為與工頻電網(wǎng)同頻的交流電壓，此電壓送給直流穩(wěn)壓器后繼續(xù)保持對系統(tǒng)的供電。2.連續(xù)備用供電系統(tǒng)連續(xù)備用供電系統(tǒng)是由柴油發(fā)電機(jī)供電，在兩種供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換期間，由電池完成平穩(wěn)過渡，以避免電源更換對系統(tǒng)的沖擊三、微機(jī)系統(tǒng)的掉電保護(hù)

對于允許暫時(shí)停運(yùn)的微機(jī)系統(tǒng)，希望在電源掉電的瞬間，系統(tǒng)能自動保護(hù)RAM中的有用信息和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以便當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，能自動從掉電前的工作狀態(tài)恢復(fù)。掉電保護(hù)工作包括電源監(jiān)控和RAM的掉電保護(hù)兩個任務(wù)。

1.電源監(jiān)控電路；2.掉電保護(hù)5.6“看門狗”技術(shù)

看門狗，又叫Watchdogtimer，是一個定時(shí)器電路，是工控機(jī)普遍采用的抗干擾和可靠性措施，