【正文】 另一個(gè)電路，從而產(chǎn)生干擾噪聲的影響。在任何載流導(dǎo)體周圍空間中都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng) ， 而交變磁場(chǎng)則對(duì)其周圍閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) 。 ? 圖 33給出兩根平行導(dǎo)線之間靜電耦合的示意電路 ， Cl2是兩個(gè)導(dǎo)線之間的分布電容 ， C1g、C2g是導(dǎo)線對(duì)地的電容 ， R是導(dǎo)線 2對(duì)地電阻 。內(nèi)部干擾環(huán)境 如圖 32所示 ，有分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長(zhǎng)線傳輸造成的波反射；多點(diǎn)接地造成的電位差引入的干擾；裝置及設(shè)備中各種寄生振蕩引入的干擾以及熱噪聲、閃變?cè)肼?、尖峰噪聲等引入的干擾；甚至元器件產(chǎn)生的噪聲等。干擾有的來(lái)自 外部 ，有的來(lái)自 內(nèi)部 。 第 3章 抗干擾技術(shù) ? 引言 ? 干擾的來(lái)源與傳播途徑 ? 串模干擾、共模干擾和長(zhǎng)線傳輸干擾 ? 供電技術(shù)與接地技術(shù) ? 輸入輸出通道信號(hào)隔離技術(shù) ? 控制計(jì)算機(jī)的可靠性技術(shù) ? 數(shù)字濾波技術(shù) 本章主要內(nèi)容 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的被控變量分布在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)角落，因而計(jì)算機(jī)是處于干擾頻繁的惡劣環(huán)境中，干擾是有用信號(hào)以外的噪聲，這些干擾會(huì)影響系統(tǒng)的測(cè)控精度，降低系統(tǒng)的可靠性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行混亂，造成生產(chǎn)事故。 ? 外部干擾由使用條件和外部環(huán)境因素決定。 動(dòng)畫(huà)鏈接 干擾傳播的途徑主要有三種： 靜電耦合，磁場(chǎng)耦合，公共阻抗耦合。如果導(dǎo)線 1上有信號(hào) U1存在 ， 那么它就會(huì)成為導(dǎo)線 2的干擾源 ， 在導(dǎo)線 2上產(chǎn)生干擾電壓 Un 。 如設(shè)備內(nèi)部的線圈或變壓器的漏磁會(huì)引起干擾 ， 還有普通的兩根導(dǎo)線平行架設(shè)時(shí) ， 也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾 ， 如圖 34所示 。圖 35給出一個(gè)公共電源線的阻抗耦合示意圖。 動(dòng)畫(huà)鏈接 串模干擾、共模干擾和長(zhǎng)線傳輸干擾 ?引言 ? 串模干擾及其抑制 ? 共模干擾 及其 抑制 ? 長(zhǎng)線傳輸干擾 及其 抑制 引言 了解了干擾的來(lái)源與傳播途徑 ，我們就可以采取相應(yīng)的抗干擾措施 。圖中 Us為信號(hào)源，Un為串模干擾電壓，鄰近導(dǎo)線 (干擾線 )有交變電流 Ia流過(guò)，由 Ia產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)就會(huì)通過(guò)分布電容 C1和 C2的耦合，引至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入端。 ? 采用雙絞線作信號(hào)線的目的，就是因?yàn)橥饨珉姶艌?chǎng)會(huì)在雙絞線相鄰的小環(huán)路上形成相反方向的感應(yīng)電勢(shì)，從而互相抵消減弱干擾作用。根據(jù)串模干擾頻率與被測(cè)信號(hào)頻率的分布特性，可以選用具有低通、高通、帶通等濾波器。 動(dòng)畫(huà)鏈接 共模干擾是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入通道中信號(hào)放大器兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓，可以是直流電壓，也可以是交流電壓，其幅值達(dá)幾伏甚至更高，這取決于現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生干擾的環(huán)境條件和計(jì)算機(jī)等設(shè)備的接地情況。 ? 既然共模干擾產(chǎn)生的原因是不同 “ 地 ” 之間存在的電壓，以及模擬信號(hào)系統(tǒng)對(duì)地的漏阻抗。被測(cè)信號(hào)通過(guò)變壓器耦合獲得通路，而共模干擾電壓由于不成回路而得到有效的抑制。 （ 2）光電隔離 ? 光電耦合隔離器是目前計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中最常用的一種抗干擾方法。 ? 其實(shí)在模擬量輸入輸出通道中也主要應(yīng)用這種數(shù)字信號(hào)通道的隔離方法，即在 A/D轉(zhuǎn)換器與 CPU或 CPU與 D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)之間插入光耦隔離器，以進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)的耦合傳送， 如下頁(yè)圖所示 。 A / D計(jì)算機(jī)數(shù)字地（ a ） 在傳感器與 A / D 轉(zhuǎn)換器之間V CC放大器sU模擬地雙絞線D / A計(jì)算機(jī)數(shù)字地圖 8 1 2 光 耦隔離器的模擬信號(hào)隔離V CC放大器模擬地雙絞線LR（ b ） 在 D / A 轉(zhuǎn)換器與執(zhí)行器之間執(zhí)行器傳感器 動(dòng)畫(huà)鏈接 動(dòng)畫(huà)鏈接 ? 在 圖 812（ a） 輸入通道的現(xiàn)場(chǎng)傳感器與 A/D轉(zhuǎn)換器之間，光電耦合器一方面把放大器輸出的模擬信號(hào)線性地光耦 (或放大 )到 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端， 另一方面又切斷了現(xiàn)場(chǎng)模擬地與計(jì)算機(jī)數(shù)字地之間的聯(lián)系，起到了很好的抗共模干擾作用。而數(shù)字信號(hào)隔離方法的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)試簡(jiǎn)單，不影響系統(tǒng)的精度；缺點(diǎn)是使用較多的光耦器件，成本較高。圖中， Zs Zs2為信號(hào)源內(nèi)阻及信號(hào)引線電阻， Zs3為信號(hào)線的屏蔽電阻，它們至多只有十幾歐姆左右， Zc Zc2為放大器輸入端對(duì)內(nèi)屏蔽層的漏阻抗， Zc3為內(nèi)屏蔽層與外屏蔽層之間的漏阻抗。 由生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到計(jì)算機(jī)的連線往往長(zhǎng)達(dá)幾十米，甚至數(shù)百米。 信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸除了會(huì)受到外界干擾和引起信號(hào)延遲外，還可能會(huì)產(chǎn)生波反射現(xiàn)象。 2．終端阻抗匹配 ? 最簡(jiǎn)單的終端阻抗匹配方法 如圖 316（ a）所示 。 ? 為了克服上述匹配方法的缺點(diǎn)，可采用 圖 316（ b）所示的終端匹配方法。如果能合理地選擇信號(hào)線，并在實(shí)際施工中又能正確地敷設(shè)信號(hào)線，那么可以抑制干擾；反之，將會(huì)給系統(tǒng)引入干擾，造成不良影響。 ? （ 1）信號(hào)線類型的選擇 ? 在精度要求高、干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，應(yīng)當(dāng)采用屏蔽信號(hào)線。雙絞線之間的串模干擾小、價(jià)格低廉，是計(jì)算機(jī)控制實(shí)時(shí)系統(tǒng)常用的傳輸介質(zhì)。否則，不僅達(dá)不到抗干擾的效果，反而會(huì)引進(jìn)干擾。如果有條件，將信號(hào)線單獨(dú)穿管配線，在電纜溝內(nèi)從上到下依次架設(shè)信號(hào)電纜、直流電源電纜、交流低壓電纜、交流高壓電纜。 ②電纜溝內(nèi)用電纜架或在溝底自由敷設(shè)時(shí)，信號(hào)電纜與電源電纜間距一般應(yīng)在 15cm以上，如圖 817（ b）（ c）所示；如果電源電纜無(wú)屏蔽，且為交流電壓 220VAC、電流 10A時(shí)，兩者間距應(yīng)在 60 cm以上。 ? 理想的交流電應(yīng)該是 50HZ的正弦波。 1．交流電源系統(tǒng) 圖 318 交流電源正弦波上的尖峰脈沖 ? （ 1）選用供電比較穩(wěn)定的進(jìn)線電源 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的電源進(jìn)線要盡量選用比較穩(wěn)定的交流電源線，至少不要將控制系統(tǒng)接到負(fù)載變化大、晶閘管設(shè)備多或者有高頻設(shè)備的電源上。圖中交流穩(wěn)壓器是為了抑制電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，交流穩(wěn)壓器能把輸出波形畸變控制在 5％以內(nèi)，還可以對(duì)負(fù)載短路起限流保護(hù)作用。正常情況下由交流電網(wǎng)通過(guò)交流穩(wěn)壓器、切換開(kāi)關(guān)、直流穩(wěn)壓器供電至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；同時(shí)交流電網(wǎng)也給電池組充電。 ? （ 5）掉電保護(hù)電路 ? 對(duì)于沒(méi)有使用 UPS的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，為了防止掉電后 RAM中的信息丟失，可以采用鎳電池對(duì) RAM數(shù)據(jù)進(jìn)行掉電保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)供電時(shí)， VD1重新導(dǎo)通，VD2截止，又恢復(fù)主電源供電。 如果沒(méi)有 ，按一般開(kāi)機(jī)程序執(zhí)行 ， 即首先系統(tǒng)初始化；如果有掉電標(biāo)記 ， 則說(shuō)明本次復(fù)位是掉電保護(hù)之后的復(fù)位 ， 不應(yīng)將系統(tǒng)初始化 ， 而應(yīng)按掉電中斷子程序相反的方式恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) ， 以一種合理的安全方式使系統(tǒng)繼續(xù)工作 。為了進(jìn)一步抑制來(lái)自于電源方面的干擾，一般在直流電源側(cè)也要采用相應(yīng)的抗干擾措施。 圖 323 電源變壓器的屏蔽 ? （ 2）采用直流開(kāi)關(guān)電源 ? 直流開(kāi)關(guān)電源是一種脈寬調(diào)制型電源，由于脈沖頻率高達(dá) 20kHZ，所以甩掉了傳統(tǒng)的工頻變壓器，具有體積小、重量輕、效率高（＞ 70％）、電網(wǎng)電壓范圍大 [（－ 20％～ 10％） 220V]、電網(wǎng)電壓變化時(shí)不會(huì)輸出過(guò)電壓或欠電壓、輸出電壓保持時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 12V， 177。 DCDC變換器具有體積小、性能價(jià)格比高、輸入電壓范圍大、輸出電壓穩(wěn)定（有的還可調(diào)）、環(huán)境溫度范圍廣等一系列優(yōu)點(diǎn)。在每塊板上裝一塊或幾塊三端穩(wěn)壓集成塊（ 780790 7812， 7912等）組成穩(wěn)壓電源，每個(gè)功能板單獨(dú)對(duì)電壓過(guò)載進(jìn)行保護(hù)，不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)穩(wěn)壓塊出現(xiàn)故障而使整個(gè)系統(tǒng)遭到破壞，而且也減少了公共阻抗的相互耦合，大大提高供電的可靠性，也有利于電源散熱。 接地技術(shù) 正確合理的接地技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)極為重要， 接地的目的 有兩個(gè)：一是為了保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，防止地環(huán)路引起的干擾，常稱為工作接地；二是為了避免操作人員因設(shè)備的絕緣損壞或下降遭受觸電危險(xiǎn)和保證設(shè)備的安全，這稱為保護(hù)接地。 ? 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，大致有以下幾種地線： 模擬地、數(shù)字地、信號(hào)地、系統(tǒng)地、交流地 和 保護(hù)地 。 ? 數(shù)字地 作為計(jì)算機(jī)各種數(shù)字電路的零電位，應(yīng)該與模擬地分開(kāi)，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾。另外，交流地也容易帶來(lái)各種干擾。 1．單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地 ? 根據(jù)接地理論分析，低頻電路應(yīng)單點(diǎn)接地，這主要是避免形成產(chǎn)生干擾的地環(huán)路；高頻電路應(yīng)該就近多點(diǎn)接地，這主要是避免 “ 長(zhǎng)線傳輸 ”引入的干擾。模擬地、數(shù)字地、安全地的分別回流法 如圖 325所示 。在空間將數(shù)字地匯流條與模擬地匯流條間隔開(kāi)，以避免通過(guò)匯流條間電容產(chǎn)生耦合。對(duì)于屏蔽層的接地要慎重，也應(yīng)遵守單點(diǎn)接地原則。這樣單點(diǎn)接地是為了避免在屏蔽層與地之間的回路電流，從而通過(guò)屏蔽層與信號(hào)線間的電容產(chǎn)生對(duì)信號(hào)線的干擾。放大器與屏蔽罩間存在寄生電容， 如圖 327