ch07 计算机控制系统的抗干扰技术课件.ppt

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 附录：容错技术 7.1 工业现场的干扰及对系统的影响 干扰对系统造成的后果主要表现 ： 1. 测量数据误差加大；2. 影响存储数据；3. 控制系统失灵；4. 程序运行失常 7.1.1 干扰的来源 内部干扰： (1) 元器件本身的性能与可靠性； (2) 系统结构设计； (3) 安装与调试。 主要是由分布电容、分布电感引起的耦合感应、多点接地造成的电位差和寄生电容振荡、热噪声等引起。 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。 (1) 外部电气条件； (2) 外部空间条件； (3) 外部机械条件， 7.1.2 干扰的作用途径 干扰信号主要通过以下几个途径进入系统内部。 (1) 电磁感应； (2) 静电感应； (3) 传导耦合； (4) 公共阻抗耦合； (5) 其他形式。 7.1.3 干扰的作用形式 1.串模干扰 电磁感应和静电感应的干扰都是和信号串联，也就是以串模干扰的形式出现的。 系统对差模干扰的抑制能力 2. 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。 主要是由电源的地、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。 系统对共模干扰的抑制能力 7.2 硬件抗干扰技术 7.2.1 串模干扰的抑制 抗串模干扰措施是用低通输入滤波器滤除交流干扰，而对于直流串模干扰则采用补偿措施。常用的低通滤波器有RC网络、LC网络、双T网络及有源滤波器。 7.2.2 共模干扰的抑制 采用双端输入的差分放大器作为仪表输入通道的前置放大器，是抑制共模干扰的有效方法。 另外可以利用变压器或光耦把各种模拟负载与数字信号隔离开来，即把“模拟地”与“数字地”断开，被测信号通过变压器耦合或光电耦合获得通路，而共模干扰由于不成回路而被有效的抑制。 1. 变压器隔离 隔离变压器应有多层屏蔽：如一次绕组屏蔽，二次绕组屏蔽，等电位层屏蔽，磁屏蔽和外屏蔽等。 2. 光电隔离 可将长线完全悬浮起来，去掉长线两端的公共地线， 而且有效地解决了长线驱动和阻抗匹配的问题， 当受控系统短路时也可以防止系统损坏。 在光耦的I/O部分必须分别采用独立的电源。 光耦合器典型应用电路如图所示 3. 继电器隔离 7.2.3 长线传输干扰的抑制 1. 屏蔽信号线 屏蔽信号线的办法：一种是采用双绞线，其中一根用作屏蔽线，另一根用作信号传输线。把信号输出线和返回线两根导线拧合，。 另一种是采用金属网状编织的屏蔽线，金属编织网作屏蔽外层，芯线用来传输信号。 2. 双绞线不同的使用方法 3. 双绞线与光耦联合使用 7.2.4 阻抗匹配 为了防止静电干扰和反射特片干扰，采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，或者通过TTL芯片缓冲器与长线连接。 为了进行阻抗匹配，必须事先知道传输线的特征阻抗RP 。 1. 终端并联阻抗匹配 2. 始端串联阻抗匹配 3. 终端并联隔直流匹配 4. 终端接钳位二极管匹配 7.3 软件抗干扰技术 软件采取抗干扰设计，往往成本低见效快，起到事半功倍的效果。 7.3.1 软件出错对系统的危害 1. 数据采集不可靠 2. 控制失灵 3. 程序运行失常 7.3.2 数字滤波方法 实质上是一种程序滤波 1. 限幅滤波法 2. 中位值滤波法 3. 算术平均滤波法 4. 递推平均滤波法 5. 中位值平均滤波法 6. 限幅平均滤波法 7. 一阶滞后滤波法 8. 加权递推平均滤波法 9. 消抖滤波法 10. 限幅消抖滤波法 7.3.3 输入/输出软件抗干扰措施 1. 数字量信号输入抗干扰措施 2. 数字量信号输出抗干扰措施 2. 软件陷阱 指令冗余使“跑飞”的程序安定下来是有条件的，首先“跑飞”的程序必须落到程序区，其次必须执行到冗余指令。 所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，使程序从头开始运行或者引向一段专门对程序出错处理的程序。 为加强其捕捉效果，一般还在它前面加两条NOP指令，所以真正的软件陷阱由三条指令构成。 NOP NOP LJMP ERR 软件陷阱一般安排在下列四种地方 (1) 未使用的中断向量区。 (2) 未使用的大片ROM空间。 (3) 表格。 (4) 程序区。 3. “看门狗”技术 4. 系统复位特征 1) 非正常复位的识别 2) 硬件复位与软件复位的识别 3) 开机复位与把关[定时]器故障复位的识别 4