第2章-数据通信原理及基础.ppt

工业现场的干扰及对系统的影响 随着DCS、现场总线技术的应用，被控对象和被测信号往往是分布的，因此信号线和控制线均可能是易受干扰的长线。其次，工业现场往往有许多强电设备，他们的启动和工作将对测控系统产生强烈的影响。同时来自空间的辐射干扰、系统外引线干扰等问题也存在。 因此，除有用信号外，由于各种原因必然会有一些与被测信号无关的电流 或电压存在，这种无关的电流或电压通称为“干扰”（噪声）。有效地排除和抑制各种干扰，已成为必需探讨和解决的迫切问题，因为干扰不仅能造成逻辑混乱，使系统测量和控制失灵，以致降低产品的质量，甚至使生产设备损坏，造成事故。 由于工业现场经常存在着多种干扰源，扰的形式与危害多种多样，而系统的结构与功能又是各式各样。因此，应当根据具体的实际系统采取相应的抗干扰措施。 信噪比 电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。这里面的信号指的是来自设备外部需要通过这台设备进行处理的电子信号，噪声是指无规则的干扰信号。 信噪比的计量单位是dB 信噪（功率）比=10Lg(PS/PN)， Ps和Pn分别代表信号和噪声的有效功率 换算成电压幅值的比率关系： 信噪（幅值）比=20Lg(Vs/Vn)， Vs和Vn分别代表信号和噪声电压的“有效值” 干扰源及作用 通信系统所受到的干扰源分为外部干扰和内部干扰。 1）外部干扰：主要有三类： 来自环境。雷电，电源电网的波动、大型用电设备的启停等暂态过程、高压设备和电磁开关的电磁辐射、还有人为干扰等；（大气层的天电噪声能量频谱主要集中在30MHz以下，对检测系统的影响较大。） 来自来自电源的干扰：来自系统外引线的干扰主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰； 来自接地系统混乱时的干扰。 2）内部干扰：主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输造成的波反射；多点接地造成的电位差引入的干扰；装置及设备中各种寄生振荡引入的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰；甚至元器件产生的噪声等。细分有 机械干扰：是指机械振动或冲击使电子装置元件振动，改变系统电气参数。（可采用减振措施减小系统振幅。） 湿度及化学干扰：潮湿降低绝缘强度，加速金属材料腐蚀，产生原电池电化学干扰电压。 热干扰：元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰等。 固有噪声干扰：元件本身产生的、随机、宽频噪声称固有噪声。重要有电阻热噪声、半导体散粒噪声和接触噪声等。 干扰的传播途径 常见的干扰耦合方式： 静电耦合：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。 磁场耦合：通过导体间的互感耦合产生的。任何载流导体周围空间都会产生磁场，而交变磁场则对其周围闭合电路产生感应电势。 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 漏电流耦合：漏电电流产生的干扰 干扰的作用形式 干扰信号对系统的作用形式可分为串模干扰和共模干扰。 （1）串模干扰：串模干扰指叠加在被测信号上的干扰噪声，即干扰源串联在信号源回路中，（也称横向干扰或正态干扰，线间感应噪声、串模噪声或常模噪声）。 （2）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，（也称为共态干扰、对地干扰、纵向干扰、同向干扰等）。共模干扰主要是由电源的地、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，共模干扰对系统的影响是转换成串模干扰的形式作用的。 工业控制系统中的信号传输线通常长达几十米以至上百米，现场信号的参考接地点与计算机系统I/O通道的参考接地点间有电位差。即共模干扰。可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值达几伏甚至更高。 干扰的抑制 解决噪声干扰问题的硬件方法： 屏蔽：屏蔽共分两种，即电场屏蔽及磁场屏蔽。 隔离：隔离是使电路相互独立，不成回路。有效地切断噪声通道，常用方法有三种：采用光电耦合器件；用继电器隔离（因为继电器的信号动作与控制触点动作分在两个电路中）；用隔离变压器隔离。 滤波：用RC或LC滤波电路，消除或抑制直流电源传递的噪声。　　 接地：“地线” 指电信号的基准电位，也称为“公共参考端”，它除了作为各级电路的电流通道之外，还是保证电路工作稳定、抑制干扰的重要环节。它可以接大地，也可以与大地隔绝。比如有信号地、模拟地、数字地和系统地等。 软件抗干扰技术 数字滤波：加一段数字滤波程序， 有中位值法、平均值法和限幅滤波等； 软件冗余/软件陷阱 “看门狗”（watchdog）：控制器受到干扰而失控，引起程序乱飞，也可能使程序陷入“死循环”。当指令冗