【正文】 地情況。 共模干擾的抑制 ?在計算機控制系統(tǒng)中一般都用較長的導線把現(xiàn)場中的傳感器或執(zhí)行器引入至計算機系統(tǒng)的輸入通道或輸出通道中，這類信號傳輸線通常長達幾十米以至上百米，這樣，現(xiàn)場信號的參考接地點與計算機系統(tǒng)輸入或輸出通道的參考接地點之間存在一個電位差 Ucm。 )a(mcUsUrZ計控系統(tǒng)mcU源號信U)b(式形現(xiàn)表 因原生產(chǎn)圖 8 9 共 模干擾Zsr計控系統(tǒng)圖 99 ? 既然共模干擾產(chǎn)生的原因是不同 “ 地 ” 之間存在的電壓，以及模擬信號系統(tǒng)對地的漏阻抗。具體的有 變壓器隔離、光電隔離與浮地屏蔽等三種措施。被測信號通過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。被測信號 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 US1，先通過調制器變換成交流信號，經(jīng)隔離變壓器 B由原邊傳輸?shù)礁边叄缓笥媒庹{器再將它變換為直流信號 US2，再對 US2進行 A/D轉換。 2．光電隔離 ? 光電耦合隔離器是目前計算機控制系統(tǒng)中最常用的一種抗干擾方法。 ? 在開關量輸入信號調理電路中，光耦隔離器不僅把開關狀態(tài)送至主機數(shù)據(jù)口，而且實現(xiàn)了外部與計算機的完全電隔離； ? 在繼電器輸出驅動電路中，光耦隔離器不僅把 CPU的控制數(shù)據(jù)信號輸出到外部的繼電器，而且實現(xiàn)了計算機與外部的完全電隔離。 A/D轉換器D1D2+ 5V+ 5VD3D4D5D6D7D0 D/A轉換器+5V+5V( b) 在 CPU 與 D /A 轉換器之間( a) 在 A /D 轉換器與 CPU 之間圖8 11 光耦隔離器的數(shù)字信號隔離C PUD1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0C PU圖 911 ?（ a） 是在 A/D轉換器與CPU接口之間 8根數(shù)據(jù)線之間都各插接一個光耦隔離器 (圖中只畫出了一個 )，不僅照樣無誤地傳送數(shù)字信號，而且實現(xiàn)了 A/D轉換器及其模擬量輸入通道與計算機的完全電隔離；（ b） 是在 CPU與 D/A轉換器接口之間 8根數(shù)據(jù)線之間都各插接一個光耦隔離器(圖中也只畫出了一個 )，不僅照樣無誤地傳送數(shù)字信號，而且實現(xiàn)了計算機與 D/A轉換器及其模擬量輸出通道的完全電隔離。 ? 例如在現(xiàn)場傳感器與 A/D轉換器或 D/A轉換器與現(xiàn)場執(zhí)行器之間的模擬信號的線性傳送。在 圖 912（ b） 輸出通道的 D/A轉換器與執(zhí)行器之間，光電耦合器一方面把放大器輸出的模擬信號線性地光耦 (或放大 )輸出到現(xiàn)場執(zhí)行器，另一方面又切斷了計算機數(shù)字地與現(xiàn)場模擬地之間的聯(lián)系，起到了很好的抗共模干擾作用。 ? 模擬信號隔離方法的優(yōu)點是使用少量的光耦，成本低；缺點是調試困難，如果光耦挑選得不合適，會影響系統(tǒng)的精度。但因光耦的價格越來越低廉， 因此，目前在實際工程中主要使用光耦隔離器的數(shù)字信號隔離方法。 3．浮地屏蔽 圖 8 1 3 浮地輸 入雙層屏蔽放大電路信號源cmU外屏蔽層內屏蔽層計算機sUsU1sZ2sZ3sZ 2cZc1cZ3Z(a ) 原理框 圖 (b ) 等效電路1I2I3IAcmU計算機屏蔽層圖 913 ? 計算機部分采用內外兩層屏蔽，且內屏蔽層對外屏蔽層 (機殼地 )是浮地的，而內層與信號源及信號線屏蔽層是在信號端單點接地的，被測信號到控制系統(tǒng)中的放大器是采用雙端差動輸入方式。工程設計中 Zc Zc Zc3應達到數(shù)十兆歐姆以上，這樣模擬地與數(shù)字地之間的共模電壓 Ucm在進入到放大器以前將會被衰減到很小很小。因此，這種浮地屏蔽系統(tǒng)對抑制共模干擾是很有效的。即使在中央控制室內，各種連線也有幾米到十幾米。例如，對于納秒級的數(shù)字電路來說， l 米左右的連線就應當作長線來看待；而對于 10微秒級的電路，幾米長的連線才需要當作長線處理。當信號在長線中傳輸時，由于傳輸線的分布電容和分布電感的影響，信號會在傳輸線內部產(chǎn)生 正向前進的電壓波和電流波 ，稱為入射波。圖中的信號傳輸線為雙絞線，在傳輸線始端通過與非門加入標準信號，用示波器觀察門 A的輸出波形，調節(jié)傳輸線終端的可變電阻 R，當門 A輸出的波形不畸變時，即是傳輸線的波阻抗與終端阻抗完全匹配，反射波完全消失，這時的 R值就是該傳輸線的波阻抗，即 RP＝ R。雙絞線的波阻抗一般在 100～ 200Ω之間，絞花愈密，波阻抗愈低。 2．終端阻抗匹配 ? 最簡單的終端阻抗匹配方法如圖 915（ a）所示 。此時終端波形和始端波形的形狀一致，只是時間上遲后。 ? 為了克服上述匹配方法的缺點，可采用 圖 915（ b）所示的終端匹配方法。這種匹配方法也能消除波反射，優(yōu)點是波形的高電平下降較少，缺點是低電平抬高，從而降低了低電平的抗干擾能力。實踐中寧可使高電平降低得稍多一些，而讓低電平抬高得少一些，可通過適當選取電阻 R1和 R2，并使 R1＞ R2來達到此目的，當然還要保證等效電阻 R=RP。一般選擇始端匹配電阻 R為 ? R＝ RP－ RSC ? 其中， RSC為門 A輸出低電平時的輸出阻抗。其原因是終端門 B的輸入電流在始端匹配電阻 R上的壓降所造成的。 信號線的選擇與敷設 在計算機控制系統(tǒng)中，信號線的選擇與敷設也是個不容忽視的問題。 1．信號線的選擇 ?對信號線的選擇，一般應從抗干擾和經(jīng)濟實用這幾個方面考慮，而抗干擾能力則應放在首位。在不降低抗干擾能力的條件下，應該盡量選用價錢便宜，敷設方便的信號線。 表 92列出幾種常用的屏蔽信號線的結構類型及其對干擾的抑制效果。屏蔽雙絞線與屏蔽電纜相比性能稍差，但波阻抗高、體積小、可撓性好、裝配焊接方便，特別適用于互補信號的傳輸。 （ 2）信號線粗細的選擇 ? 從信號線價格、強度及施工方便等因素出發(fā)，信號線的截面積在 2mm2以下為宜，一般采用 mm2和 mm2兩種。 2．信號線的敷設 選擇了合適的信號線，還必須合理地進行敷設。信號線的敷設要注意以下事項： （ 1）模擬信號線與數(shù)字信號線不能合用同一根電纜，要絕對避免信號線與電源線合用同一根電纜。 （ 3）信號線的敷設要盡量遠離干擾源，如避免敷設在大容量變壓器、電動機等電器設備的附近。表 9３號線和交流電力線之間的最少間距，供布線時參考。如果現(xiàn)場條件有限，信號電纜與電源電纜不得不敷設在一起時，則應滿足以下條件： ①電纜溝內要設置隔板，且使隔板與大地連接，如圖 917（ a）所示。 ③電源電纜使用屏蔽罩，如圖 917（ d）所示。實踐表明，電源的干擾是計算機控制系統(tǒng)的一個主要干擾，抑制這種干擾的主要措施有以下幾個方面。但事實上，由于負載的變動如電動機、電焊機、鼓風機等電器設備的啟停，甚至日光燈的開關都可能造成電源電壓的波動，嚴重時會使電源正弦波上出現(xiàn)尖峰脈沖。 1．交流電源系統(tǒng) uot圖 8 18 交流電源正弦波上的尖峰脈沖(1)選用供電比較穩(wěn)定的進線電源 計算機控制系統(tǒng)的電源進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)接到負載變化大、晶閘管設備多或者有高頻設備的電源上。干擾抑制器是一種無源四端網(wǎng)絡。圖中交流穩(wěn)壓器是為了抑制電網(wǎng)電壓的波動，提高計算機控制系統(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，還可以對負載短路起限流保護作用。 ～ 22 0V圖 9 20 一般交流供電系統(tǒng) 交 流穩(wěn)壓器 低 通濾波器 計 算機控制系統(tǒng) 直 流穩(wěn)壓器圖 920 ? （ 4）利用 UPS保證不中斷供電 ? 電網(wǎng)瞬間斷電或電壓突然下降等掉電事件會使計算機系統(tǒng)陷入混亂狀態(tài)，是可能產(chǎn)生嚴重事故的惡性干擾。 ～ 2 2 0 V電 池充電器 電池組 逆變器控制器交 流穩(wěn)壓器計算機切換直 流穩(wěn)壓器圖 9 2 1 不間斷電源 UPS 供電系統(tǒng)圖 921 ?這里，逆變器能把電池直流電壓逆變到正常電壓頻率和幅度的交流電壓，具有穩(wěn)壓和穩(wěn)頻的雙重功能，提高了供電質量。所有的 UPS設備都裝有一個或一組電池和傳感器，并且也包括交流穩(wěn)壓設備。 （ 5）掉電保護電路 ? 對于沒有使用 UPS的計算機控制系統(tǒng)，為了防止掉電后 RAM中的信息丟失，可以采用鎳電池對 RAM數(shù)據(jù)進行掉電保護。系統(tǒng)電源正常工作時，由外部電源 +5V供電， A點電平高于備用電池（ 3V）電壓， VD2截止，存儲器由主電源（＋ 5V）供電。當系統(tǒng)恢復供電時， VD1重新導通， VD2截止，又恢復主電源供電。 在 掉電電壓下降到 CPU最低工作電壓之前應能提出中斷申請 （ 提前時間為幾百微妙到數(shù)毫秒 ） ， 使系統(tǒng)能及時對掉電作出保護反應 —— 在掉電中斷子程序中 ， 首先進行 現(xiàn)場保護 ， 把當時的重要參數(shù) 、 中間結果以及輸入輸出狀態(tài)作出妥善處理 ， 并在片內 RAM中 設置掉電標志 。 如果沒有 ， 按一般開機程序執(zhí)行 ， 即首先系統(tǒng)初始化；如果有掉電標記 ， 則說明本次復位是掉電保護之后的復位 ， 不應將系統(tǒng)初始化 ， 而應按掉電中斷子程序相反的方式恢復現(xiàn)場 ， 以一種合理的安全方式使系統(tǒng)繼續(xù)工作 。 上電時 ， 電壓超過 ， 經(jīng)過約200ms 的 穩(wěn) 定 時 間 后RESET 信號由高電平變?yōu)榈?