计算机控制技术课件第5章

第5章控制系统的抗干扰技术二五四5.1干扰的来源和分类5.2硬件抗干扰技术5.3软件抗干扰技术5.4接地技术5.5电源系统的抗干扰技术5.6“看门狗”技术5.1干扰的来源和分类

所谓干扰，就是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、传播途径及干扰对象构成了干扰系统的三个要素。分析干扰传播途径，针对不同类型的干扰采取相应抗干扰措施，是提高计算机控制系统可靠性的重要手段。一、干扰的来源1.空间感应的干扰2.过程通道的干扰3.电源系统的干扰4.地电位波动的干扰5.反射波的干扰二、干扰信号的耦合方式1.直接耦合方式2.公共阻抗耦合方式3.电容耦合方式4.电磁感应耦合方式5.辐射耦合方式6.漏电耦合方式3、干扰的作用形式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。2.串模干扰串模干扰就是指串联叠加在工作信号上的干扰，它串联在信号源回路中，与被测信号相加输入系统。3.长线传输干扰在计算机控制系统中，现场信号到控制计算机以及控制计算机到现场执行机构，都经过一段较长的线路进行信号传输，即长线传输。5.2硬件抗干扰技术

干扰是客观存在的，研究干扰的目的是抑制干扰进入计算机。因此，在进行系统设计时，必须采取各种抗干扰措施，否则，系统不可能正常工作。应用硬件抗干扰措施是经常采用的一种有效方法，通过合理的硬件电路设计可以削弱或抑制大部分干扰。一、共模干扰的抑制

共模干扰产生的原因主要是不同的地方之间存在共模电压，以及模拟信号系统对地的漏阻抗。共模干扰的抑制方法主要有四种：变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽和具有高共模抑制比的放大器作为输入放大器。二、串模干扰的抑制

串模干扰信号和有效信号是相串联的，叠加在一起作为输入信号，因此，对串模干扰的抑制较为困难。抑制串模干扰主要从干扰信号与工作信号的不同特性入手，针对不同情况采取相应的措施。三、长线传输干扰的抑制

计算机控制系统是一个庞大系统。从生产现场到计算机的连线，又从计算机到生产现场的连线，往往长达几十米，甚至数百米。连线的“长”是相对的，在计算机控制系统中，由于数字信号的频率很高，很多情况下传输线要按长线对待。

5.3软件抗干扰技术

进入计算机控制系统的干扰，其频谱往往很宽，且具有随机性，采用硬件抗干扰措施，只能抑制某个频率段的干扰，仍有一些干扰会侵入系统。因此，除了采取硬件抗干扰技术以外，还要采取软件抗干扰措施。软件抗干扰问题越来越引起人们的普遍重视。一、软件出错对系统的危害及抗干扰对策1.干扰对系统软件的危害(1)数据采集不可靠(2)控制失灵(3)数据出错(4)程序运行失常2.提高计算机控制系统软件可靠性的措施

(1)分散结构设计(2)容错技术(3)标准化

3.软件抗干扰技术图1-5DDC系统原理框图(1)提高数据采集可靠性的软件对策(2)控制失灵的软件对策(3)保护RAM中数据的软件对策(4)程序运行失常的软件对策二、数字滤波

所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。三、输入/输出软件抗干扰措施

1.开关量(数字量)信号输入抗干扰措施在开关量的输入中，由于操作或外界等干扰，会引起状态变化，造成误判。2.开关量(数字量)信号输出抗干扰措施由于干扰，可能使计算机输出的正确数字信号，在输出设备中得到错误的信号。四、软件冗余技术1.数据冗余2.信息冗余3.指令冗余五、程序运行失常的软件抗干扰

为了防止“死机”，一旦发现程序运行失常后能及时引导程序恢复原始状态，必须采取一些相应的软件抗干扰措施5.4接地技术

接地技术对计算机控制系统是极为重要的，接地是抑制噪声和防止干扰的主要方法，接地的含义可理解为一个等电位点或等电位面，它是电路系统的基准电位，但不一定为大地电位。一、微机控制系统中的地线1.交流地2.直流地3.模拟地4.数字地5.安全地6.信号地7.系统地二、常用的接地方法1.一点接地和多点接地2.模拟地和数字地的连接3.各地回流法单点接地4.输入输出的接地5.印刷电路板的底线技术6.主机外壳接地7.多机系统的接地5.5电源系统的抗干扰技术

计算机控制系统中的各个单元都需要直流电源供电，一般是由市电电网的交流电经过变压、整流、滤波、稳压后向系统提供直流电源。由于变压器的初级绕组接在市电电网上，电网上的各种干扰便会引入系统，影响到系统的稳定性和可靠性。另外，计算机的供电不允许中断，因此，必须采取电源保护措施，防止电源干扰，保证不间断供电。一、抗干扰稳压电源的设计1.隔离变压器2.低通滤波器3.交流稳压器4.电源变压器5.直流稳压系统二、电源系统的异常保护1.不间断电源UPS

在正常情况下，由交流电网向微机系统供电，并同时给UPS的电池组充电。一旦交流电网出现断电，则不间断电源UPS自动切换到逆变器供电，逆变器将电池组的直流电压逆变成为与工频电网同频的交流电压，此电压送给直流稳压器后继续保持对系统的供电。2.连续备用供电系统连续备用供电系统是由柴油发电机供电，在两种供电系统转换期间，由电池完成平稳过渡，以避免电源更换对系统的冲击三、微机系统的掉电保护

对于允许暂时停运的微机系统，希望在电源掉电的瞬间，系统能自动保护RAM中的有用信息和系统的运行状态，以便当电源恢复时，能自动从掉电前的工作状态恢复。掉电保护工作包括电源监控和RAM的掉电保护两个任务。

1.电源监控电路；2.掉电保护5.6“看门狗”技术

看门狗，又叫Watchdogtimer，是一个定时器电路，是工控机普遍采用的抗干扰和可靠性措施，