第八章 计算机控制系统抗干扰与可靠性技术

1、第八章电脑控制系统的抗干扰和可靠性技术，牙齿章节的要点：干扰源和抗干扰组合方式空间抗干扰措施流程通道的抗干扰措施系统电源和接地的抗干扰措施，利用监控计时器的Watchdog的抗干扰措施，提高电脑控制系统的可靠性措施。干扰是信号以外的噪音或电脑设备不能正常工作的损坏因素。抗干扰方法包括硬件措施、软件措施、硬件和软件结合措施。8.1干扰源和抗干扰相结合的方式，系统的各个设备都小型化、集成、数字化了，但是在很小的空间里，正在接受和处理大量信息，系统需要进行各种控制。结果阻止干扰的能力自然会下降。此外，系统采用了大量低水平信号电路，使干扰的作用更加明显。8.1.1干扰源、干扰源、外部干扰、内部干扰、与

2、系统结构无关、由外部环境因素决定的干扰、系统结构、制造过程等决定的干扰、电源干扰、空间干扰、设备干扰、8.1.1干扰源浪涌3360高功率设备感性负载设备的启动或停止引起浪涌。由于最高峰：高功率开关的通端，电网出现了峰值脉冲。噪音：噪音随电源供应设备侵入系统。停电：停电，电网调度高压切换中瞬间停电。8.1.1干扰源，2 .空间干扰静电和电场的干扰系统中的一些设备产生静电，或者一些设备在电场内。磁场干扰系统设备和一些能产生磁场的传记设备构成电磁感应。电磁辐射干扰通信发射台；硅反变化电源，变速调速装置等发出的电磁波干扰。8.1.1干扰源，3 .设备干涉设备干涉是设备内部或设备之间发生的干涉。在上述三

3、种茄子干扰中，交流电源供应设备的干扰最大，其次是设备干扰，尤其是通道的干扰，空间的辐射干扰。8.1.2干扰信号的耦合方法、干扰信号进入电脑测量系统的主要耦合方法分为静电耦合方法、电磁耦合方法、总阻抗耦合方法、电磁场辐射耦合方法等四种。8.1.2干扰信号的组合方法，1 .静电耦合方法当两条导线平行放置特定距离时，两条导线之间的电容器构成徐璐容量耦合。两条导线之间的电容耦合，导线之间电容耦合等效电路，8.1.2干扰信号的耦合方法，2 .电磁耦合方法是设备内部线圈或变压器漏磁的大干扰源。在设备外部，两条导线在较长的距离内布线或安装时，会发生电磁耦合干扰。两个电路之间的电磁耦合，电磁耦合等效电路，8.

4、1.2干扰信号的耦合方法，3 .公用阻抗耦合方法当两个电路中的电流通过公用阻抗时，一个电路在该阻抗下产生的电压降会影响另一个电路。牙齿耦合方法称为公共阻抗耦合，其原理如图所示。公共阻抗耦合电路图，8.1.2干扰信号的耦合方式，4 .电磁场辐射耦合方式在电磁波中的导体通过电磁波的作用检测该频率的电动势。8.2空间抗干扰措施，空间检测包括静电场、高频电磁场和磁场引起的干扰。空间隔离：将敏感设备或信号线从干扰源(例如大型电力设备和大型变压器等)移开。屏蔽：将屏蔽箱放入敏感电路，或将屏蔽层屏蔽在信号上。屏蔽层不能自由接地，必要时屏蔽层外必须有隔热层。传记布线：适当地选择信号线，在实际施工期间正确敷设信

5、号线，以抑制干扰。8.2.1屏蔽技术，屏蔽主要用于解决电磁干扰，将电力线或磁力线的影响限制在一定范围内，或禁止进入特定范围。一般来说，低频磁场屏蔽双层屏蔽电场屏蔽，8.2.1屏蔽技术，屏蔽技术的核心是保证屏蔽体的完整性，最小化电磁泄漏相。通常采取以下措施屏蔽壳体接缝的永久间隙，通常用氩弧焊焊接。外壳的通风口通常被穿孔金属板或铁丝网覆盖。传输线必须屏蔽，其屏蔽的外壳必须延伸到外壳或链接器内部。元件的安装孔必须通过导电垫连接到外壳。8.2.2传记布线技术，系统布线设计的核心是正确的电缆选择、布线、干扰抑制和成本降低。1、常用电缆类型双绞线屏蔽电缆同轴电缆2、电缆选择和布置、8.3工艺通道的抗干扰措

6、施、强干扰经常沿工艺通道进入计算机，因此，这些设备需要强抗干扰能力，为了提高工艺通道的抗干扰性能，必须设法削弱公共支线的干扰。干涉的作用方式一般可分为串行模式干涉和共同模式干涉。干扰信号的格式、8.3过程通道的抗干扰措施、1字符串模式干扰和叠加在被测试信号上的干扰信号称为串行模式干扰。分布式电容器的静电耦合，远距离传输的互感，空间电磁场引起的磁场耦合是其原因。可以采取以下措施，将影响降至最低。使用输入滤波器的电磁屏蔽和接地选择适当的ADC使用电流信号传输、8.3过程信道的抗干扰措施、2共模干扰和共模干扰抑制的主要原因是徐璐不同“地”之间存在共模电压，模拟信号系统在地有漏水阻抗。操作模式干扰、8

7、.3进程通道的抗干扰措施、抑制共模干扰的措施包括：(1)使用差分放大器作为信号前放大(2)使用隔离技术将接地电位与放大器分离时，如果Vg不形成电路，则不能切换到串行模式干扰。常用的隔离方法是使用变压耦合或光电耦合。如果测量的信号是直流信号，使用变压器隔离时应使用调制曹征技术。由变压器组成的绝缘放大器如图所示。8.3过程信道的抗干扰措施、隔离放大器、隔离放大器、8.3过程信道的抗干扰措施、(3) 2层屏蔽三线采样(Sl、S2、S3)使用浮动隔离放大器抑制共模干扰电压。隔离放大器、8.4.1系统电源供应装置的抗干扰措施、考虑电源保护措施、电源抗干扰和持续电源供应保证交流稳压器抑制电网电压波动的影响

8、，保证220VAC电源。低通滤波器通过50Hz的基波，过滤高频干扰信号。使用交换电源供应设备的直流电源供应设备。对电网电压的波动适应性强，抗干扰性能好。8.4.1系统电源供应设备的抗干扰措施，1 .解决电源供应系统典型保护峰值脉冲的硬件方法：使用相对稳定的电源供应设备选择干扰抑制器消除峰值干扰，使用交流稳压器稳定电网电压。一般电脑控制系统电源供应结构，8.4.1系统电源供应装置的抗干扰措施，2 .电源异常保护使用不间断电源供应设备UPS，UPS过热电源结构，8.4.1系统电源供应设备的抗干扰措施，3 .直流电源系统直流电源端采取的相应抗干扰措施交流电源变压器的屏蔽需要在直流开关电源直流电源系统

9、的隔离控制设备和电子传记设备的内部子系统之间进行隔离时，为了减少公共阻抗的互连和公共电源供应设备的互连，每个直流电源供应设备也必须进行徐璐隔离。交流侧隔离、直流侧隔离、8.4.2系统接地的抗干扰措施、广义接地包括着陆和着陆支持。电脑系统接地的目的：防止干扰电脑、传记设备和操作员的安全，8.4.2系统接地的抗干扰措施，电脑控制系统的“地”牙齿多种多样，因此地线主要分为模拟、数字、安全、系统和交流。模拟地是系统的传感器、发射器、放大器、AD和D/A转换器中模拟电路的零电位。数字是计算机中数字电路的零电位，为了避免对模拟信号产生数字脉冲的干扰，必须在数字和模拟之间分离。安全也称为保护地或事例地，其目

10、的是制造设备外壳和大地等电位。系统地与上述几块茄子土地的最终回流点，与大地直接相连。交流地是电脑交流电源，即动力线路，其地电很不稳定。交流地绝对不允许连接几类牙齿茄子。8.4.2系统接地的抗干扰措施，1 .单点接地和多点接地，8.4.2系统接地的抗干扰措施，2 .单点接地，8.4.2系统接地的抗干扰措施，3 .实用低频接地，8.4放大器接地时，信号源不接地。如果电缆屏蔽层的接地信号电路稍微接地，低频电缆的屏蔽层也稍微接地。8.4.2系统接地的抗干扰措施，5 .主机外壳接地，8.4.2系统接地的抗干扰措施，6 .多机系统接地，8.5监视计时器Watchdog的抗干扰措施，8.5采用监视计时器Wa

11、tchdog的抗干扰措施，1，监视计时器Watchdog的工作原理Tl是应用程序的工作周期。计时器TM2是Watchdog。使用溢出脉冲P2并附加必要的编程，可以检测系统故障，使应用程序恢复正常运行，或者在重置系统后恢复运行。8.5监视计时器Watchdog的抗干扰措施，2 .监视计时器Watchdog实现方法，8.5监视计时器Watchdog的抗干扰措施，3 .监视计时器Watchdog用户程序的自动恢复，8.5监视计时器Watchdog的抗干扰措施，4 .8.6电脑控制系统的可靠性增强措施，8.6.1可靠性，可靠性是指机器、部件或系统，是指在规定的工作条件下在规定的时间内具有正常工作性能的

12、能力。狭窄的可靠性是指一次性机器、零件或系统的寿命。衡量可靠性的指标包括可靠性、MTBF、MTTF和故障率。可靠性：表示机器、部件或系统(启动操作后，在指定使用条件下在工作周期内达到指定性能，即达到无故障正常状态的概率，以R(t)表示)。R(t)P(Xt)可靠性R(t)具有r (0) 1特性。0r(t)1；R(t)是时间t的单调递减函数。Mean Time Between Failures(MTBF):平均故障时间是可维修机器、部件或系统以及相邻故障中正常工作时间的平均值。平均故障时间(MTTF):故障前的平均时间表示不可维修的机器、部件或系统、故障前的工作时间平均，即不可维修产品的平均寿命。故障率：通常表示临时故障率。表示可以在一定时间内工作的机器、部件或系统，在连续单位时间内故障的百分比(T)。效率低下，也称为危险率。如果设置了n个相同类型的组件，则到T点为止，Ns个组件将正常运行，NFNNs个组件将失败。如上所述，故障率(T)等于T后单位时间内的无效元素数与