【正文】 0 V圖 9 19 利 用干擾抑制器的電源系統(tǒng) 干 擾抑制器 計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)圖 919 ? （ 3）采用交流穩(wěn)壓器穩(wěn)定電網(wǎng)電壓 ? 計(jì)算機(jī)控制的交流供電系統(tǒng)一般 如圖 920所示 。這種尖峰脈沖，幅值可達(dá)幾十甚至幾千伏，持續(xù)時(shí)間也可達(dá)幾毫秒之久，容易造成計(jì)算機(jī)的“死機(jī)”，甚至?xí)p壞硬件，對(duì)系統(tǒng)威脅極大。 圖 8 17 信 號(hào)線的敷設(shè)信號(hào)電纜電源電纜隔板(a )信號(hào)電纜電源電纜1 5c m(b )信號(hào)電纜電源電纜1 5c m(c )電源電纜信號(hào)電纜屏蔽罩(d )圖 8 17 信 號(hào)線的敷設(shè)信號(hào)電纜電源電纜隔板(a )信號(hào)電纜電源電纜1 5c m(b )信號(hào)電纜電源電纜1 5c m(c )電源電纜信號(hào)電纜屏蔽罩(d )圖 8 17 信 號(hào)線的敷設(shè)信號(hào)電纜電源電纜隔板(a )信號(hào)電纜電源電纜1 5c m(b )信號(hào)電纜電源電纜1 5c m(c )電源電纜信號(hào)電纜屏蔽罩(d )圖 8 17 信 號(hào)線的敷設(shè)信號(hào)電纜電源電纜隔板(a )信號(hào)電纜電源電纜1 5c m(b )信號(hào)電纜電源電纜1 5c m(c )電源電纜信號(hào)電纜屏蔽罩(d )? 電源系統(tǒng)的抗干擾 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般是由交流電網(wǎng)供電，電網(wǎng)電壓與頻率的波動(dòng)將直接影響到控制系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。 電力線容量 信號(hào)線和電力線之間的最少間距（ cm） 電壓（ V） 電流（ A） 125 10 12 250 50 18 440 200 24 5000 800 48 表 93 ?（ 4）信號(hào)電纜與電源電纜必須分開(kāi)，并盡量避免平行敷設(shè)。 （ 2）屏蔽信號(hào)線的屏蔽層要一端接地，同時(shí)要避免多點(diǎn)接地。采用多股線電纜較好，其優(yōu)點(diǎn)是可撓性好，適宜于電纜溝有拐角和狹窄的地方。 屏蔽結(jié)構(gòu) 干擾衰減比 屏蔽效果（ dB） 備注 銅網(wǎng)（密度 85%） 103： 1 電纜的可撓性好，適合近距離使用 銅帶迭卷（密度90%） 376： 1 帶有焊藥，易接地，通用性好 鋁聚酯樹(shù)脂帶迭卷 6610： 1 應(yīng)使用電纜溝，抗干擾效果最好 表 92 ? 有屏蔽層的塑料電纜是按抗干擾原理設(shè)計(jì)的，幾十對(duì)信號(hào)在同一電纜中也不會(huì)互相干擾。不同的使用現(xiàn)場(chǎng)，干擾情況不同，應(yīng)選擇不同的信號(hào)線。顯然，終端所帶負(fù)載門(mén)個(gè)數(shù)越多，則低電平抬高得越顯著。 雙絞線AR PBR 2雙絞線AR PBRR 1E C(a )(b )圖 8 15 終端阻 抗匹配圖 915 3．始端阻抗匹配 ? 在傳輸線始端串入電阻 R，如圖 916所示，也能基本上消除反射，達(dá)到改善波形的目的。 雙絞線AR PBR 2雙絞線AR PBRR 1E C(a )(b )圖 8 15 終端阻 抗匹配圖 915 1212RRRRR? ? 適當(dāng)調(diào)整 R1和 R2的阻值，可使R=RP。如果傳輸線的波阻抗是 RP，那么當(dāng) R＝ RP時(shí)，便實(shí)現(xiàn)了終端匹配，消除了波反射。 雙絞線示波器信號(hào)ARR P圖 8 1 4 傳輸線波阻抗的測(cè)量圖 914 ? 為了避免外界干擾的影響，在計(jì)算機(jī)中常常采用雙絞線和同軸電纜作信號(hào)線。 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。 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。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。 ? 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。 ? 在 圖 912（ 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。 ? 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。這樣，被測(cè)信號(hào)通過(guò)變壓器的耦合獲得通路，而共模電壓由于變壓器的隔離無(wú)法形成回路而得到有效的抑制。 1．變壓器隔離 利用變壓器把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源的地與計(jì)算機(jī)的地隔離開(kāi)來(lái)，也就是把 “ 模擬地 ” 與 “ 數(shù)字地 ” 斷開(kāi) 。這個(gè) Ucm是加在放大器輸入端上共有的干擾電壓，故稱(chēng) 共模干擾電壓 。 為了把增益與頻率特性結(jié)合起來(lái)，對(duì)于小信號(hào)可以采取以反饋放大器為基礎(chǔ)的 有源 濾波器，它不僅可以達(dá)到濾波效果，而且能夠提高信號(hào)的增益，如圖 98(b)所示。 ? 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。 ? 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。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。 圖 95 硬件抗干擾措施 ? 引言 ? 串模干擾的抑制 ? 共模干擾的抑制 ? 長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制 ? 信號(hào)線的選擇與敷設(shè) ? 電源系統(tǒng)的抗干擾 ? 接地系統(tǒng)的抗干擾 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 95給出一個(gè)公共電源線的阻抗耦合示意圖。 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 94所示 。 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 。 圖 92 干擾的傳播途徑 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。 ? 外部干擾由使用條件和外部環(huán)境因素 決定。 但干擾是客觀存在的，所以，人們必須研究干擾，以采取相應(yīng)的抗干擾措施。 第 9章 : 抗干擾技術(shù) ? 干擾的來(lái)源與傳播途徑。 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。干擾有的來(lái)自 外部 ，有的來(lái)自 內(nèi)部 。 ? 內(nèi)部干擾環(huán)境如圖 92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。 干擾的傳播途徑 ? 圖 93給出兩根平行導(dǎo)線之間靜電耦合的示意電路 ， Cl 2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 。 在任何載流導(dǎo)體周?chē)臻g中都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng) ， 而交變磁場(chǎng)則對(duì)其周?chē)]合電路產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) 。 圖 94 ? 公共阻抗耦合發(fā)生在兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路在該阻抗上的電壓降會(huì)影響到另一個(gè)電路，從而產(chǎn)生干擾噪聲的影響。反之，也如此。其表現(xiàn)形式與產(chǎn)生原因如圖 96所示。 ? 1．雙絞線做信號(hào)引線 ? 雙絞線是由兩根互相絕緣的導(dǎo)線扭絞纏繞組成，為了增強(qiáng)抗干擾能力，可在雙絞線的外面加金屬編織物或護(hù)套形成屏蔽雙絞線。 節(jié)距 (mm) 干擾衰減比 屏蔽效果 /dB 100 14:1 23 75 71:1 37 50 112:1 41 25 141:1 43 平行線 1:1 0 表 91 ? 2．引入濾波電路 ? 采用 硬件濾波器 抑制串模干擾是一種常用的方法。 sU1R 2R1C 2C無(wú)源阻容濾波器(a )3R4R1C2C0UiU(b )圖 8 8 濾波電路+1R 2R器波濾源有A+計(jì)控系統(tǒng)層蔽屏計(jì)控系統(tǒng) 圖 98（ a）所示為在模擬量輸入通道中引入的一個(gè) 無(wú)源二級(jí)阻容低通濾波器，但它的缺點(diǎn)是對(duì)有用信號(hào)也會(huì)有較大的衰減。 共模干擾的抑制 ?在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中一般都用較長(zhǎng)的導(dǎo)線把現(xiàn)場(chǎng)中的傳感器或執(zhí)行器引入至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入通道或輸出通道中，這類(lèi)信號(hào)傳輸線通常長(zhǎng)達(dá)幾十米以至上百米，這樣，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的參考接地點(diǎn)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入或輸出通道的參考接地點(diǎn)之間存在一個(gè)電位差 Ucm。具體的有 變壓器隔離、光電隔離與浮地屏蔽等三種措施。被測(cè)信號(hào) US經(jīng)雙絞線引到輸入通道中的放大器，放大后的直流信號(hào) US1，先通過(guò)調(diào)制器變換成交流信號(hào)，經(jīng)隔離變壓器 B由原邊傳輸?shù)礁边?，然?