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第7章 计算机控制系统的抗干扰技术;7.1 工业现场的干扰及对系统的影响
7.2 硬件抗干扰技术
7.3 软件抗干扰技术
7.4 接 地 技 术
7.5 电源系统的抗干扰技术
7.6 小 结;7.1 工业现场的干扰及对系统的影响;7.1.1 干扰的来源;信息与电气工程学院; 外部干扰有电网的波动、大型用电设备的起停、电磁辐射,一些大功率的用电设备以及电力设备,甚至空间条件可能成为干扰源等。外部干扰的主要因素为:
(1) 外部电气条件:如电源电压的稳定性、强电场与磁场等;
(2) 外部空间条件:如温度、湿度、空气清洁度等;
(3) 外部机械条件:如振动、冲击等。;信息与电气工程学院;7.1.2 干扰的作用途径;7.1.3 干扰的作用形式;2. 共模干扰
共模干扰:在电路输入端相对公共接地点同时出现的干扰,即输入通道上共有的干扰电压。共模干扰主要由电源的地、放大器的地以及信号源的地之间的传输线上电压降造成的。; 共模干扰可以是直流电压,也可以是交流电压,其幅值可达1~10V。因为在计算机控制生产过程中,被控制和被测试的参量可能很多,并且是分散在生产现场的各个地方,一般用长导线将计算机发出的控制信号传送到现场的某个控制对象,或者把安装在某个装置中的传感器产生的被测信号传送到计算机的A/D转换器。因此,被测信号Us的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点往往存在一定的电位差Ucm。对于A/D转换器的两个输入端来说,分别有两个输入信号:Us+Ucm和Ucm。故Ucm是共模干扰电压。; 被测电路中,被测信号Us有单端对地输入和双端不对地输入两种。; 为衡量一个输入电路抑制共模干扰的能力,用共模抑制比CMRR来表示:
Un是转化成的串模干扰电压。
对于单端对地输入方式,Un=Ucm,故CMRR=0,说明无共模抑制能力;
对于双端不对地输入方式,Ucm引入的串模干扰Un越小,CMRR越大,抗共模干扰能力越强。; 通常IN/OUT线与大地或机壳之间发生的干扰都是共模干扰,信号线收到静电感应时产生的干扰也是共模干扰。
由于共模干扰它不和信号相叠加,但它能通过测量系统形成到地的泄漏电流,这泄漏电流通过电阻的耦合就能直接作用于仪表,产生干扰。;7.2 硬件抗干扰技术; 工程实践中常采用二级RC低通滤波器,其原理图如下:
该滤波器的时间常数要小于200ms,可使50Hz的串模干扰信号衰减600倍左右。当被测信号变化较快时,应相应改变网络参数,适当减小时间常数。;(2) 当尖峰型串模干扰成为主要干扰源,系统对采样速率要求不高时,采用双积分式A/D转换器可以削弱周期性的串模干扰。
(3) 通过提高阈值电平抑制低噪声的干扰。
(4) 高速逻辑器件抑制低频干扰;低速逻辑器件或人为附加电容抑制高频干扰(脉冲干扰)。
(5) 若串模干扰的频率与被测信号频率相近时,信号线应选用带屏蔽的双绞线或电缆线,并应有良好的接地系统;或在软件中使用数字滤波。
(6) 对于主要来自电磁感性的串模干扰,应尽可能早地对被测信号进行前置放大,以提高回路中信号噪声比,或尽可能早地完成A/D转换或采用隔离和屏蔽等措施。
;7.2.2 共模干扰的抑制;变压器隔离
变压器把模拟信号与数字信号电路隔离开,抑制共模干扰。隔离前和隔离后应采用两组相互独立的电源,切断两部分的地线联系。
脉冲变压器隔离法在微机测控系统中应用较广。;2. 光电隔离
在光耦的I/O部分必须分别采用独立的电源。
应注意光耦的位置设置(P164) 。;3. 继电器隔离—实现强弱电之间的抗干扰
4. 屏蔽方法—使输入信号的“模拟地”浮空;7.2.3 长线传输干扰的抑制;屏蔽信号线需注意的事项(P166)。
2. 双绞线不同的使用方法(图7.10)
传送距离小于5m,收发端装负载电阻
传送距离超过10m或经过噪声严重污染的区域时,可使用平衡输出的驱动器和平衡输入的接收器,发收端有末端电阻。
3. 双绞线与光耦联合使用(图7.11);7.2.4 阻抗匹配;终端并联阻抗匹配(P167)
R阻值的确定;优点;缺点
2. 始端串联阻抗匹配(P168)
R阻值的确定;优点;缺点
3. 终端并联隔直流匹配(P168)
R阻值的确定;优点;缺点
4. 终端接钳位二极管匹配(P168)
优点;7.2.5 长线的电流传输;7.3 软件抗干扰技术;7.3.2 数字滤波方法; 限幅滤波法(程序判断滤波法)
限幅滤波法能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰,但无法抑制周期性的干扰,平滑度差。
2.
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