计算机控制技术即啤酒发酵罐温度控制系统

1、无 锡 太 湖 学 院计算机控制技术大 作 业 报 告专业 XXXXXXXXXX 学号 XXXXXXX 姓名 XXXXXX 日期 20XXXXXX 1 大作业内容及任务1.1问题阐述麦汁发酵过程是啤酒生产中的一个重要环节，同时也是一个复杂的生物化学过程。目前的处理方法多是在麦汁发酵期间，根据酵母的活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵给定的温度曲线如下图所示。要使酵母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗等达到最佳状态，必须严格控制各阶段的温度、压力、pH值、溶解氧等条件。今对压力、pH值、溶解氧等条件暂不关注，只考虑温度的控制问题，使其在给定的温度曲线的0.5范围内。现设某啤酒厂有一个锥形啤酒发酵罐，锥体

2、由上下两部分组成，下部分是圆柱体，上部分是圆锥体。发酵期间当罐内温度低于给定温度时，要求关闭冷却带阀门，使之自然发酵升温；反之，则接通冷却带阀门，自动将冷却酒精打入循环带使之降温，直至满足工艺要求。发酵期间锥形发酵罐控制上、中、下三部分的温度，温度曲线见下图。图1 发酵温度工艺设定曲线1.2设计目的通过本次大作业设计，掌握计算机控制技术设计相关步骤。考查学生动手能力和对所学知识的掌握程度，以及学生的查阅和收集信息能力。使学生熟悉本设计的相关知识及培养解决设计过程中可能遇到问题的能力。 1.3设计要求 根据啤酒发酵过程，完成作业内容及任务、对作业的认知或解读、系统方案设计系统结构模型框图、系统硬

3、件元器件选型、硬件设计、数字控制器的设计、系统软件设计程序流程图、抗干扰分析、心得体会和参考文献。2对作业的认知或解读2.1啤酒生产工艺简介 啤酒生产过程主要包括糖化、发酵以及过滤分装三个环节。 2.1.1糖化 糖化过程是把生产啤酒的主要原料与温水混合，利用麦芽的水解酶把淀粉、蛋白质等分解成可溶性低分子糖类、氨基酸、脉、肤等物质，形成啤酒发酵原液麦汁。2.1.2发酵啤酒发酵是一个微生物代谢过程，简单的说是把糖化麦汁经酵母发酵分解成C2H5OH， CO2， H2O的过程，同时还会产生种类繁多的中间代谢物双乙酞、脂肪酸、高级醇、酮等，这些代谢产物的含量虽然极少，但它们对啤酒的质量和口味的影响很大，

4、它们的产生主要取决于发酵温度。一般认为，低温发酵可以降低双乙酞、脂类等代谢物的含量，提高啤酒的色泽和口味；高温发酵可以加快发酵速度，提高生产效率和经济效益。总之，如何掌握好啤酒发酵过程中的发酵温度，控制好温度的升降速率是决定啤酒生产质量的核心内容。啤酒发酵是个放热过程，如不加以控制，罐内的温度会随着发酵生产热的产生而逐渐上升，目前大多数对象是采用往冷却夹套内通入制冷酒精水混合物或液氨来吸收发酵过程中不断放出的热量，从而维持适宜的发酵温度。整个发酵过程分前酵和后酵两个阶段，发酵温度的工艺设定典型曲线如图1所示。不同品种、不同工艺所要求的温度控制曲线会有所不同。 （1）前酵 这个阶段又称为主发酵。

5、麦汁接种酵母进入前酵，接种酵母几小时以后开始发酵，麦汁糖度下降，产生CO2并释放生化反应热，使整个罐内的温度逐渐上升。经过23天后进入发酵最为旺盛的高泡期再经过23天，糖度进一步降低，降糖速度变慢，酵母开始沉淀，当罐内发酵糖度达标后进行降温转入后酵阶段。普通啤酒在前酵阶段，一般要求控制在12左右，降温速率要求控制在0.3 0C /h。 （2）后酵 当罐内温度从前酵的12降到5左右时后酵阶段开始，这一阶段最重要的是进行双乙酞还原，此外，后酵阶段还完成了残糖发酵，充分沉淀蛋白质，降低氧含量，提高啤酒稳定性。一旦双乙酞指标合格，发酵罐进入第二个降温过程，以0.150C/h的降温速率把罐内发酵温度从5

6、降到0-1左右进行贮酒，以提高啤酒的风味和质量。经过一段时间的贮酒，整个发酵环节基本结束。 通常发酵液温度在不同的发酵阶段，对罐内发酵液的温度场要有相应的要求：在前酵阶段希望发酵罐内从罐顶到罐底有一正的温度梯度，即从控制上层温度为主，以利于发酵液对流和酵母在罐内的均匀混合；在后酵阶段，则要求发酵液由卜到下有一定的负温度梯度，即控制以下层温度为主，便于酵母的沉淀和排除。 2.1.3啤酒的过滤和灌装 前、后酵结束以后，啤酒将通过过滤机和高温瞬时杀菌进行生物以及胶体稳定处理然后灌装。啤酒过滤是一种分离过程，其主要目的是把啤酒中仍然存在的酵母细胞和其它混浊物从啤酒中分离出去，否则这些物质会在以后的时间

7、里从啤酒中析出，导致啤酒混浊，目前多采用硅藻土过滤方式。如果啤酒中仍含有微生物(杂菌)，则微生物可以在啤酒中迅速繁殖，导致啤酒混浊，其排泄的代谢产物 甚至使啤酒不能饮用。杀菌就是啤酒在灌装之前对其进行生物稳定性处理的最后一个环节。 至此，一个啤酒和生产周期结束。3系统方案设计系统结构模型框图啤酒发酵温度采用传统的手动操作控制，啤酒质量差，生产效率低，劳动强度大，酒损严重，不能灵活地修改工艺参数。为此我们以AT89S52单片机芯片为核心，研究和设计了数字化的啤酒发酵过程计算机控制系统，很好地解决上述问题。 3.1啤酒发酵过程温控对象的特点 发酵罐是啤酒生产的主要设备，图2为圆筒锥底发酵罐示意图，

8、酵母在罐内发生反应而产生热量，使麦汁温度升高，因此在罐壁设置有上、中、下三段冷却套，相应的设立上、中、下三个测温点和三个调节阀，通过阀门调节冷却套内冷却液的流量来实现对酒体温度的控制。以阀门开度为控制量，酒体温度为被控量。该广义对象是一个三输入、三输出的多变量系统，机理分析和实验表明啤酒发酵罐的温控对象不同于一般的工业对象，主要有以下几个方面的特点： 图2 发酵罐工艺示意图(1)时滞很大 在整个发酵过程中，由于生化反作用产生的生化反应热导致罐内发酵温度的升高，为了维持适宜的发酵温度，通常是往发酵罐冷却夹套内通入酒精水或液态氨，来带走多余的反应热。由于罐内没有搅拌装置和加热装置，冷媒发酵液间主要

9、依靠热传导进行热量交换，发酵液内部存在一定的对流，影响到测温点，这就使得控制量的变化后，要经过一段时间，被控量才发生变化，因此这类系统会表 现出很大的时滞效应。例如一个120m3啤酒发酵罐温度响应的滞后时间一般在530min之内变化。 (2)时变性 发酵罐的温控特性主要取决于发酵液内生化反应的剧烈程度。而啤酒发酵是从起酵、旺盛、衰减到停止不断变化的间歇生产过程，在不同的发酵阶段，酵母活力不同，造成酒体温度特性变化，因此对象特性具有明显的时变性。 (3)大时间常数 发酵罐体积大，发酵液体通过罐壁与冷却水进行热交换的过程比较慢。 (4)强关联 因为罐内酒体的对流，所以在任一控制量的变化均会引起三个

10、被控量的变化。 在分析对象特性的时候，由于受到认识上的限制，往往也不能确切掌握工业过程中各种物理、化学变化的本质特征，这也必然会导致获取的对象特性与实际特性存在难以确定的偏差。例如啤酒生产过程酵母特性、原料特性等许多因素的变化都会引起被控系统特性参数的变化和摄动，而这些因素在实际系统中都是很难在线或实时获取的。4系统硬件元器件仪表选型4.1温度传感器工业装配式热电阻通常用来显示仪表和计算机配套，直接测量各种生产过程中-200+500范围内液体、蒸汽和气体介质及固体表面的温度。我厂生产热电阻全部符合ICE国际标准和国家有关规定，有铂热电阻和铜热电阻两大类，铂电阻又分为云母骨架、陶瓷骨架、厚膜电阻

11、和薄膜电阻等。铜电阻的骨架有聚碳酸酯制成。铂电阻分度号Pt100，铜电阻分度号Cu50。BA1、BA2、Pt100铂电阻 和Cu100铜电阻可订做。在此，我们选择Pt100。图3 温度传感器 图4 温度变送器4.2温度变送器HAKK-WB系列温度变送器为24V供电、二线制的一体化变送器。产品采用进口集成电路，将热电阻的信号放大，并转换成4-20mA或0-10mA的输出电流,或05V的输出电压。其中铠装变送器可以直接测量汽体或液体的温度特别适用于低温范围测量，克服了冷凝水对测温所带来的影响特点。 Pt100温度变送器用于Pt100铂电阻信号需要远距离传送、现场有较强干扰源存在或信号需要接入DCS

12、系统使用。铂电阻温度变送器采用独特的双层电路板结构，下层是信号调理电路，上层电路可定义传感器类型和测量范围。4.3孔板流量计HYG系列孔板流量计（又称节流装置、差压式流量计）是测量流量的差压发生装置，配合各种差压计或差压变送器可测量管道中各种流体的流量。孔板流量计节流装置包括环室孔板，喷嘴等。孔板流量计节流装置与差压变送器配套使用，可测量液体、蒸汽、气体的流量，孔板流量计广泛应用于石油、化工、冶金、电力、轻工等部门。充满管道的流体，当它们流经管道内的节流装置时，流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在节流件

13、前后产生的压差就越大，所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。图5 孔板流量计 图6 差压变送器4.4差压变送器3051X高精度差压变送器具备EJA原装表所有功能，还扩展了一些实用功能。旋转开关可PV值清零，顺时针增大，逆时针减小,可以1A调整，也可大范围调整。3051X高精度差压变送器主要性能和参数：（1）输出信号：420mA.DC,二线制。（2）供电电压：12V45V.DC。（3）电源影响：0.005%/V。（4）负载影响：电源稳定时无负载影响。（5）启动时间：2秒，不需预热。（6）工作环境：-25+70 相对温度：0100

14、%。迁移后的上下限绝对值均不应超过最大量程范围的上限值。（7）负载特征：RL（u-12）/i，式中：u-供 电电压， i-回路电流。（8）振动影响：任何方向200Hz振动0.5%/g。（9）安装位置：膜片未垂直安 装时，可能产生小于0.24Kpa的误差，但可通过调零消除。（10）防爆类型：隔爆型ExdllCT5,本安型ExiallCT6. 4.5流量积算仪新虹润NHR-5610系列流量积算控制仪针对现场温度、流量等各种信号进行采集、显示、控制、远传、通讯、打印等处理，构成数字采集系统及控制系统。双屏LED数码显示，具有极宽的显示测量范围，可显示整五位的瞬时流量测量值、入口/出口温度测量值、流量

15、（差压、频率）测量值等，及整11位的流量累积测量值，0.2级测量精度，0.1级累积精度。具备36种信号输入功能，可配接各种差压信号（孔板装置）、线性信号（电磁流量计）及脉冲信号（涡街流量计）。可带两路模拟量变送输出。支持RS485、RS232串行接口，采用标准MODBUS RTU通讯协议。仪表可带RS232C打印功能，具有手动、定时、报警打印功能。带DC24V馈电输出，为现场变送器配电。输入、输出、电源、通讯相互之间采用光电隔离技术。图7 流量积算仪 图8 电动调节阀4.6电动调节阀RC系列电动调节阀包括驱动器，接受驱动器信号（0-10V或4-20mA）来控制阀门进行调节，也可根据控制需要，组

16、成智能化网络控制系统，优化控制实现远程监控。4.7 UP-550程序调节器液晶显示高性能程序调节器，UP550程序调节器1/4DIN型是高级程序控制仪表，具有30种程序模式、5种强大的调节功能。还具有便于查看的大屏数字显示，用于交互式程序模式与参数设定的LCD显示特性。标配有自动协调功能、“SUPER”抑制过冲功能以及新增加的“SUPER”hunting抑制功能。位置比例调节与加热/冷却模式适合于多种应用。图9 程序调节器5硬件设计5.1微处理器系统 AT89S52单片机为主控制器件。AT89S52是ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机，它除正常工作外还可工作于低功耗的闲置和掉

17、电模式，进一步减少了芯片的功耗。单片机首先根据已经测量的数值计算出温度偏差，然后进行PID控制并计算出相应的控制数据量，将控制数据量输出到D/A转换器。AT89S52还负责按键处理、液晶显示以及与上位机进行通信等工作。本系统采用8155A芯片来扩展键盘和液晶显示，用MAX232实现RS-232C标准接口通信电路。键盘主要负责温度控制范围和PID控制参数的输入；液晶显示器采用LMC128X64液晶显示模块，把温度控制结果显示在液晶屏上。 5.2数据采集电路的工作原理 温度传感器使用集成温度传感器LM35，它的灵敏度为10MV/，即温度为10时，输出电压为100mV。常温下测温精度为+/-0.5以

18、内，消耗电流最大也只有70A。本文采用5V双电源供电方式，电路简单，不需要对LM35的输出进行调整。 将LM35的输出电压放大5倍（注：根据发酵温度的变化范围和温度传感器的灵敏度，将电压放大器的电压放大倍数整定为5倍），使放大器输出电压限制在不大于5V的范围（给定温度对应值要在5V范围之内），以便与单片机的电平相匹配。放大电路采用集成运放组成，如TLC2272等。 由于温度信号为缓慢变化的信号，对A/D转换速度要求不高，可选用价廉的集成A/D芯片ADC0809。ADC0809将经过5倍电压放大的电压模拟量转化成与其大小成正比的数字量，并送给单片机。 5.3蜂鸣器报警电路 系统时刻检测发酵温度值

19、，出现异常时启动蜂鸣器报警。蜂鸣器报警电路由晶体管和蜂鸣器组成。由单片机I/O口输出信号控制晶体管的导通或截止，晶体管导通，则蜂鸣器报警。 5.4驱动电路 DAC0832输出的0-5V的电压经过放大器放大为0-10V的电压。由于DDZ-III型电动角形阀的控制信号是4-20mA直流电流信号，因此需要将电压信号转换成相应的电流信号。V/I转换电路使用集成电路AD694。DDZ-III型电动角形阀以单相交流220V电源为动力，接受4-20mA直流信号，自动地控制阀门的开度，从而达到对冷却酒精水流量的连续调节，实现发酵罐内温度的控制，使实际温度向着给定温度变化并最终达到给定温度。 5.5整体电路图

20、本系统主要由AT89S52单片机、温度采集与A/D转换电路、8155扩展电路、液晶显示接口、键盘接口、蜂鸣器报警电路、串口通信电路、DAC0832、电压放大和V/I转换等单元组成。控制系统硬件组成框图如图10所示。图10 控制系统硬件结构框图6数字控制器的设计6.1 常规PID控制器常规的PID调节方法，即比例、积分、微分控制规律。是在工业生产中应用最广泛、研究得最成熟的一种简单的自适应控制方式，即使在欧、美、日等工业发达的国家，采用现代的高级控制算法的回路数也仅占很小的比例，90%以上的控制回路基本上还是采用PID控制算法。其原因主要有以下几个方面:1.PID控制不要求严格掌握被控对象的数学

21、模型，而现代的控制算法是以精确的数学模型为基础的。2.PID控制算法结构简单、稳定性好、物理概念清晰等，容易被现场工程师所接受。3.在近半个世纪的PID算法发展过程中，广大工程技术人员已经积累了丰富的经验，摸索出了一系列整定PID参数的方法。 对于PID控制尽管取得了一系列的研究成果和应用经验，但人们对PID的认识和改进还远没有完成。到目前为止对PID的机理、适用范围、鲁棒性等问题还没有彻底的全面的分析研究。事实上，PID并非万能的控制器，在存在多变量祸合、时变、大时滞、强干扰等复杂动态特性的系统中，PID很难获得理想的控制效果，甚至产生不稳定。因此，有必要对PID的控制机理进行全面的分析，并

22、对在上述场合中的应用提出改进的办法。 PID控制中的一个关键问题是PID参数整定，传统的整定方法是在获得被控对象数学模型的基础上按照某种整定原则来进行PID参数值的整定。而实际的工业生产过程往往具有非线性，时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规的PID控制不能达到理想的控制效果。另外，在实际生产现场中，PID参数整定与自整定的方法很多，但往往难以实施或不太理想，常规PID控制器参数常常整定不良，性能欠佳，对运行工况的适应性差。因此，在PID参数的整定及自整定方面还有待进一步深入研究。 从结构上看PID控制器最简单，但并非最优，在克服较大扰动影响，提高系统动态品质等方面，光靠调整参数难以

23、获得满意的控制效果。因此，还有必要在全面分析的基础上，对PID控制器进行结构上的改进。6.2 PID算式加特殊处理采用增量型PID控制算式 式中 其中：r(k)为第K个采样周期的实测温度值； y(k)为第K个采样周期的实测温度值； T为采样周期（T=2s）。根据被控对象的特点，在PID算式的基础上，进行以下特殊处理：在保温段，r(k)不变，采用PI控制算式；降温段采用PID控制算式；为了减小被控对象纯滞后的影响，在给定温度曲线转折处作特殊处理，即由保温段转至降温段时提前开大调节阀，而在降温段转至保温段时提前关小调节阀，其目的是使温度转折时平滑过渡。 另外，需对控制量和阀位输出进行限幅。实际操作

24、时，必须对加以限制，即满足当时，取；当时，取； 因采用的调节阀控制信号为420mA(DC) ，且D/A转换为12位，因此取；采用增量式算法时，计算机输出的控制增量对应得是本次执行机构位置（如阀门开度）的增量，对应阀门实际位置的控制量是通过累积历次控制增量形成的，常用的累积元件有步进电动机等。增量式PID在算法上有不少优点：1.计算机发生故障时，影响范围小。由于它每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，输出变化范围不大（0），所以，当计算机发生故障时，不会严重影响生产过程。2.手动-自动切换时冲击小。由于它每次输出的最大幅度为，所以，当控制从手动切换到自控时，可做到无扰动，即可实现无扰动

25、切换。3.计算工作量小。算式中不需要累加。7系统软件设计程序流程图7.1软件设计 本系统软件设计采用结构化和模块化设计方法，便于功能扩展，程序可采用汇编语言进行编程。程序模块主要包括：主程序、PID数据处理、按键处理、温度采样与A/D转换、数字滤波、越限报警等子程序。本文重点介绍主程序流程图和数据处理模块。 7.2主程序 7.2.1控制系统主程序控制系统主程序的流程图如图11所示。本系统利用定时循环轮流对8个温度进行实时采样，为了能够实现温度的巡回测量，必须有相应的程序来选择温度输入通道。用户可以通过键盘设定温度的上限值和下限值、偏差e(k)绝对值的设定值M、PID控制的系数kp、ki和kd等

26、参数。图11 控制系统主程序的流程图7.2.2数据处理模块 本温控系统采用的数字PID算法由软件实现，增量PID控制算法的优点是编程简单，数据可以递推使用，占用存储空间少，运算快。但是对于温度这种响应缓慢、滞后性大的过程，不能用标准的PID算法进行控制。当扰动较大或者给定的温度值大幅度变化时，由于产生较大的偏差，加上温控本身的惯性及滞后，在积分作用下，系统往往产生较大的超调和长时间的振荡。因此，为克服这种不良的影响，采用积分分离法对增量PID算法进行改进。当偏差e(k)绝对值较大时，暂时取消积分作用；当偏差e(k)绝对值小于某一设定值M时，才将积分作用投入。 1）当|e(k)|M时，用PID控

27、制。偏差小，说明系统温度已经接近设定值，此时加入积分作用，可消除系统静差，保证系统的控制精度。根据递增原理可得 U(k)kp(k)+kiki0!(i)+kde(k)-e(k-1) （） 式中：e(k)=r(k)-y(k)为第时刻所得偏差信号，rk是给定值，yk是实际输出值；kp为比例增益，ki为积分系数，kd为微分系数。则增量式控制算法为 u(k)kpe(k)-e(k-1)+kie(k)+kde(k)-2e(k-1)+e(k-2) （） 2）当|e(k)|M时，用PD控制。由于偏差大，说明系统温度远离设定值，应快速降温，采用PD控制，可以提高系统的动态响应速度，避免产生过大的超调，减小动态误差

28、。 数据处理程序流程图如图12所示。图12 数据处理程序路程图8抗干扰分析8.1硬件抗干扰分析使用计算机控制系统来控制麦汁发酵的工作环境往往比较复杂、恶劣，尤其是系统周围的电磁环境，对系统的可靠性与安全性构成极大的威胁。计算机控制系统必须长期稳定可靠地运行，否则就会导致系统误差增大严重时会使系统失灵，造成巨大损失。影响系统安全可靠运行的主要因素来自系统内部和外部的各种干扰。所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机控制系统不能正常工作的破坏因素。8.2干扰源与干扰的耦合干扰对于控制计算机系统产生的影响是不可忽视的。在对系统的状态参数进行测量的过程中，干扰信号会使侧最信号产生误差，依照此测量结

29、果运算得出的控制命令也不可能是正确的；在按照给定的控制规律进行控制的过程中，干扰信号可能导致误操作。8.2.1干扰来源(1）电源干扰 是指来自供电电源的干扰，主耍类型有：浪涌、尖峰、噪声和断电等。我国采用高电压（220v）高内阻电网，与采用低电压（例如l00V或110V）低内阻电网相比，电网受到的污染程度会比较严重。(2）空间干扰 主要指来自周围环境的干扰，主要类型有静电和电场的干扰、磁场的干扰、电磁辐射干扰等。此外自然界也产生干扰，如太阳辐射电磁波，空中雷电造成的过电压或过电流等。(3）设备干扰 是指设备内部或设备之间产生的干扰。电气设备漏电、接地系统不完善，或测量部件绝缘不好，均会使通道中

30、串人共模电压或差模电压力；各个通道的若干线路同用一跟电缆或绑扎在一起，会通过电磁感应而相互产生干扰，特别是交流220V电源线，极易在低于15V的测量通道中构成共模干扰或差模干扰。根据以上3中干扰的描述，在本系统中，会存在不可避免的来自交流电源的干扰，需要一定的防护措施来减小干扰；因啤酒发酵罐不会置放于裸露的场地，所以来自空间的干扰较为轻松；与其他两种干扰相比，较为严重的是来自设备的干扰，各种设备仪器的互相干扰可能会让情况愈发糟糕。 8.2.2 干扰信号的耦合方式干扰信号进人到计算机控制系统中的主要耦合方式可分为6种：直接耦合方式、静电耦合方式、电磁耦合方式、共阻抗耦合方式、电磁场辐射耦合方式和

31、漏电耦合方式。现将它们的作用机理分别作简要说明。(l）直接耦合方式 电导性耦合最普遍的方式是干扰信号经过导线直接传钵到被干扰电路中而造成干扰。在计算机控制系统中，干扰噪声经过电源线耦合进入系统电路是最常见的直接干扰现象。对这种耦合方式，可采用滤波去耦的方法有效地抑制。(2）静电耦合方式（电容性耦合方式） 这是指电位变化在干扰源与干扰对象之间引起的静电感应，又称电容性耦合或电场耦合。计算机控制系统电路的元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在着分布电容。如果某个导体上的信号电压（或噪声电压）通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，这样的现象就称为静电耦合。（3）电磁耦合方式（电感性耦合方式） 载

32、流电路周围空间会产生磁场，位于其中的闭合电路将受交变磁场的影响而产生感应电势并形成感应电流。在设备内部，线圈或变压器的漏磁就是一个很大的干扰源；在设备外部，当二根导线在较长的距离内敷设或架设时，将会产生电磁耦合干扰。(4）共阻抗耦合方式 当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所产生的电压降会影响到另一个电路，该种耦合方式称作共阻抗耦合。这个电压会干扰与公共阻抗相连的其他电路的工作。共阻抗耦合的主要形式有以下儿种l）电源内阻抗的耦合干扰。当用一个电源同时对多个电路供电时，电源内阻R0和线路电阻R就成为这些电路的公共阻抗，任一电路因电流变化而在公共阻抗上产生的电压就成了对其他电路的

33、干扰源，如图（2-52）所示。2）公共地线耦合干扰。由于地线本身具有一定的阻抗，当其中有电流通过时，在地线上必产生电压，该电压就成为对有关电路的干扰电压。图（2-53）为通过公共地线耦合干扰的示意图，图中R1、R2、R3为地线电阻，A1、A2为前置电压放大器，A3为功率放大器，A3的电流I3较大，通过地线电阻R3时产生的电压为V3=I3R3,V3就会对A1、A2产生干扰。3）输出阻抗耦合干扰。当信号输出电路接有多路负载时，任何一路负载电压的变化都会通过线路公共阻抗（包括信号输出电路的输出阻抗和输出接线阻抗）耦合而影响其他各路的输出，产生干扰。图（2-54）表示一个信号输出电路同时向三路负载提供

34、信号的示意图。图中Zs为信号输出电路的输出阻抗，ZO为输出接线阻抗，ZL为负载阻抗。 (5）电磁场辐射耦合方式 当高频电流流过导体时，在该导体周围产生电力线和磁力线，它们随着导体各个部分的电荷变化而变化，从而形成一种在空间传播的电磁波。处于电磁波中的导体，将受到电磁波的作用而感应出相应频率的电动势。电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰，它极易通过电源耦合到系统中来。另外，过长的信号线和控制线具有天线效应，它们既能接收干扰波，又能辐射干扰波。(6）漏电耦合方式（电阻性耦合） 由于绝缘不良，流经绝缘电阻R的漏电流将引起干扰。例如，用应变片测量时，通常要求应变片与结构之间的绝缘电阻在100M欧姆以上，其

35、目的就是使漏电电流干扰的影响尽量减小。综上6种干扰信号的耦合方式，本系统可能受到直接耦合方式的干扰，这种情况可采用滤波去耦的方法有效抑制；可能受到静电耦合方式的干扰，这种情况应注意敷设的导线之间应增大彼此之间的距离，并尽量使两导线不要平行；可能受到电磁耦合方式的干扰，这种情况下应避免整个系统中大范围使用大电流低电压的使用；可能受到共阻抗耦合方式，为了抑制电源阻抗的耦合干扰，可采取如下措施：减小电源的内阻、在电路中增加电源去耦滤波电路；可能受到电磁场辐射耦合方式的干扰，对于这种情况，应该注意采用一定的屏蔽措施；可能受到漏电耦合方式的干扰，应注意设备漏电。8.3软件抗干扰分析在计算机控制系统中除了

36、整个系统的结构和每个具体的控制模板和1/0模板需要仔细设计硬件抗干扰措施之外，还需要注重软件抗干扰措施的应用。有时一个偶然的人为或非人为干扰，例如并不很强烈的雷击，就使得硬件抗干扰措施无能为力，导致主控模板死机（即程序跑飞）或者控制出错（此时CPU内部寄存器内容被修改或者RAM和1/0口数据被修改）。这在某些工业环节将造成重大的事故。这时使用软件抗干扰措施就可以在一定程度上避免和减轻这些意外事故的后果。软件抗干扰技术是利用软件运行过程中的自我监视和控制网络中各机器间的相互监控，来监督和判断控制系统是否出错或失效的一个方法，这是计算机控制系统抗干扰的最后一道屏障。8.3.1看门狗看门狗,又叫 watchdog timer,是一个定时器电路, 一般有一个输入,叫喂狗,一个输出到MCU的RST端,MCU正常工作的时候,每隔一端时间输出一个信号到喂狗端,