计算机控制技术第4章讲义.ppt

第4章 计算机控制系统抗干扰技术 4.1 计算机控制系统主要干扰分析 4.2 过程通道抗干扰技术 4.3接地技术 4.4 供电技术 4.1 计算机控制系统主要干扰分析 4.1.1 干扰的来源 4.1.2 干扰的传播途径 4.1.3 过程通道中的干扰 4.1.1 干扰的来源 4.1.2 干扰的传播途径 干扰传播的途径主要有三种，即静电耦合，磁场耦合与公共阻抗耦合。 ⒈静电耦合 静电耦合是电场通过电容耦合途径窜入其他线路的。两根并排的导线之间会构成分布电容，如印制线路板上印制线路之间、变压器绕线之间都会构成分布电容。 ⒉磁场耦合 空间的磁场耦合是通过导体间的互感耦合进来的。在任何载流导体周围空间中都会产生磁场，而交变磁场则对其周围闭合电路产生感应电势。如设备内部的线圈或变压器的漏磁会引起干扰，还有普通的两根导线平行架设时，也会产生磁场干扰。 ⒊公共阻抗耦合 公共阻抗耦合发生在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的电压降会影响到另一个电路，从而产生干扰噪声的影响。 4.1.3 过程通道中的干扰 ⒈串模干扰 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，即干扰串联在信号源回路中。 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的干扰电压。 ⒊长线传输干扰 由生产现场到计算机的连线往往长达数百米，甚至几千米。 信号在长线中传输除了会受到外界干扰和引起信号延迟外，还可能会产生波反射现象。 当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布电感的影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波，称为入射波。 如果传输线的终端阻抗与传输线的阻抗不匹配，入射波到达终端时会引起反射；同样，反射波到达传输线始端时，如果始端阻抗不匹配，又会引起新的反射，使信号波形严重畸变。 4.2 过程通道抗干扰技术 4.2.1 串模干扰的抑制 4.2.2 共模干扰的抑制 4.2.3 长线传输干扰的抑制 4.2.1 串模干扰的抑制 对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰Un直接与信号Us串联。串模干扰的抑制方法应从干扰信号的特性和来源入手，采取相应的措施，目前常用的措施有用双纹线和滤波器两种。 ⒈用双绞线作信号线 串模干扰主要来自空间电磁场，采用双绞线作信号的目的就是减少电磁感应，并使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。 ⒉滤波 采用滤波器抑制串模干扰是一种常用的方法。 根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，可以选用低通、高通、带通等滤波器。 如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用低通滤波器来抑制高频串模干扰； 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； 如果串模干扰频率在被测信号频谱的两侧，则采用带通滤波器。 4.2.2共模干扰的抑制 共模干扰产生的原因： 不同“地”之间存在的电压； 模拟信号系统对地的漏阻抗引起的电压。 共模干扰电压的抑制：有效隔离两个地之间的电联系。 ⒈变压器隔离 利用变压器把现场信号源的地与计算机的地隔离开来，也就是把“模拟地”与“数字地”断开的方法称为变压器隔离。 ⒉光电隔离 光电隔离是目前计算机控制系统中最常用的一种抗干扰方法，它使用光电耦合器来完成隔离任务。 ⒊浮地屏蔽 浮地屏蔽是利用屏蔽层使输入信号的“模拟地”浮空，使共模输入阻抗大为提高，共模电压在输入回路中引起的共模电流大为减少，从而抑制共模干扰的来源，使共模干扰降至很低的方法。 4.2.3长线传输干扰的抑制 ⒈终端阻抗匹配 终端匹配方法如图4.10(a)、4.10（(b)所示。 ⒉始端阻抗匹配 在传输线始端串入电阻，也能基本上消除反射，达到改善波形的目的。如图4.11所示。 始端电阻 R＝Rp一Rsc 式中，Rsc为门A输出低电平时的输出阻抗。 4.3 接地技术 4.3.1 地线系统分析 4.3.2 计算机控制系统输入环节的接地 4.3.3 主机系统的接地 4.3.1地线系统分析 广义的接地包含两个方面，即接实