计算机控制系统的抗干扰技术
在传感器出口处将被测信号由电压转换为电流，以电流形
式传送信号，将大大提高信噪比，从而提高传输过程中的
抗干扰能力。
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计算机控制系统的抗干扰技术
三、长线传输干扰的抑制
在计算机控制系统中，由于数字信号的频率很高，很 多情况下传输线要按长线对待。
信号在长线中传输时会遇到三个问题：一是长线传 输易受到外界干扰；二是具有信号延时；三是高速度变化 的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。
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计算机控制系统的抗干扰技术
1．终端匹配 为了进行阻抗匹配，必须事先知道传输线的波阻抗RP，
波阻抗的测量如图8所示。
图8 波阻抗测量原理图
调节可变电阻R，并用示波器观察门A的波形，当达到完 全匹配时，即R=RP时，门A输出的波形不畸变，反射波完 全消失，这时的R值就是该传输线的波阻抗。
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2．串模干扰
串模干扰就是指串联叠加在工作信号上的干扰，也 称之为正态干扰、常态干扰、横向干扰等。图2描述了 串模干扰的情况。共模干扰对系统的影响是转换成串模 干扰的形式来作用于系统的。
图2 串模干扰示意图
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图4变压器隔离图
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2．光电隔离 光电隔离是利用光电耦合器完成信号的传送，实现电路
的隔离，如图5所示。根据所用的器件及电路不同，通过光 电耦合器可以实现模拟信号的隔离，也可以实现数字量的 隔离。注意，光电隔离前后两部分电路应分别采用两组独 立的电源。
图5 光电隔离图
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当用于模拟信号的隔离时，对光电耦合器的线性特性 要求较高，而且一般要配以相应的校正电路来保证信号的 线性传送。现已有专门用于传递模拟信号的线性光电耦合 器，例如B-B公司的ISO100。
由于光电耦合器具有可靠的开关特性，所以用它来实 现数字信号的隔离是目前光电隔离的主要形式。对模拟信 号的隔离也可以通过V/F变换器将其变成不同频率的数字 信号，然后由光电耦合器传送。
内部干扰主要有：系统的软件不稳定、分布电容或分 布电感产生的干扰、多点接地造成的电位差给系统带来的 影响等。
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二、干扰的作用途径 1．传导耦合 干扰由导线进入电路中称为传导耦合。 2．静电耦合 干扰信号通过分布电容进行传递称为静电耦合。 3．电磁耦合 电磁耦合是指在空间磁场中电路之间的互感耦合。 4．公共阻抗耦合 公共阻抗耦合是指多个电路的电流流经同一公共阻抗
2．模拟地和数字地的连接
在计算机控制系统中，数字地和模拟地必须分别接地， 然后仅在一点把两种地连接起来。否则，数字回路通过模 拟电路的地线再返回到数字电源，将会对模拟信号产生影 响。
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图14 模拟地与数字地的连接线路图
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时所产生的相互影响。
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三、干扰的作用形式 1．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，如图1所示。
图1 共模干扰示意图
仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低、 增益可调等优点，是一种专门用来分离共模干扰与有用信 号的器件。
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计算机控制系统的抗干扰技术
二、串模干扰的抑制
1．在输入回路中接入模拟滤波器
根据被测信号的频率范围，选用不同频带的滤波器， 使有用信号顺利通过。
2．使用双积分式A/D转换器
3．程序运行失常
计算机系统引入强干扰后，程序计数器PC的值可能被改
变，这将引起程序执行出现混乱，最终可能导致程序“死循
环”。
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二、输入/输出软件抗干扰措施 1．开关量(数字量)输入抗干扰措施 对于开关量的输入，为了确保信息准确无误，在软件 上可采取多次读取的方法(至少读两次)，认为无误后再行 输入，如图11所示。 2．开关量(数字量)输出抗干扰措施 当计算机输出开关量控制闸门、料斗等执行机构动作 时，为了防止这些执行机构由于外界干扰而误动作，比如 已关的闸门、料斗可能中途打开；已开的闸门、料斗可能 中途突然关闭。对于这些误动作，可以在应用程序中每隔 一段时间发出一次输出命令，不断地关闭闸门或者开启闸 门。这样，就可以较好地消除由于扰动而引起的误动作 (开或关)。
备一定数量同等功能的模块，通过有关线路的配合，当其中 某一块模块失效时，备用模块即可自动投入运行。
4．故障诊断
在故障发生后及时显示故障信息，尽快定位故障点是提高 系统可靠性的重要保证，控制系统一般都具备自诊断功能。
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第四节 接地技术
一、计算机控制系统中的地线
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电子系统抗干扰 理论与技术
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计算机控制系统的抗干扰技术
• 第一节 工业现场的干扰及其对系统的影响 • 第二节 过程通道的抗干扰技术 • 第三节 软件抗干扰与硬件冗余技术 • 第四节 接地技术 • 第五节 电源系统的抗干扰技术 • 第六节 印刷电路板抗干扰设计
3．将逻辑地浮空并使机柜良好接地 浮地是指控制装置的逻辑地和大地之间不用导线连接，
以悬浮的“地”作为系统的参考电平。这在很大程度上可 以抑制外部辐射和干扰信号。 4．交流接地点与直流接地点分开
为了避免电阻把交流电力线引入的干扰传输到控制装 置内部，一般将两种地分开。这样既能保证控制系统内部 器件的安全性，又能提高系统工作的可靠性和稳定性。 5．印刷电路板地线的安排
RAM数据冗余就是将要保护的原始数据在另外两个区域
同时存放，建立两个备份，当原始数据块被破坏时，用备份 数据块去修复。
2．程序冗余
在一些对程序流向起决定作用的指令之前插入两条NOP
指令，以保证弹飞的程序迅速纳入正确轨道。在某些重要的 指令前也可插入两条NOP指令，以保证其正确执行。
3．硬件冗余
根据系统的功能及各个模块在系统中的地位和作用，配
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计算机控制系统的抗干扰技术
第一节 工业现场的干扰及其对系统的影响
一、干扰的来源
计算机控制系统所受到的干扰源分为外部干扰和内 部干扰。
外部干扰的主要来源有：电源电网的波动、大型用电 设备(如天车、电炉、大电机、电焊机等)的启停、高压设 备和电磁开关的电磁辐射、传输电缆的共模干扰等。
R R1R2 R1 R2
（2）
适当调整R1和R2的阻值，可使R=RP。这种匹配方法
也能消除波反射，优点是波形的高电平下降较少，缺点是
低电平抬高，从而降低了低电平的抗干扰能力。为了同时
兼顾高电平和低电平两种情况，可选取 R1=R2=2RP，此
时等效电阻R=RP。
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6.交流地。交流地是交流50Hz电源的地线，也称为噪声 地。
7.直流地。直流地是直流电源的地线。
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二、常用的接地方法
1．一点接地和多点接地
对于信号频率小于1MHz的电路，采用一点接地，防止 地环流的产生；当信号频率大于10MHz时，应采用就近多 点接地；如果信号频率在1～10MHz之间，当地线长度不 超过信号波长的1/20时，可以采用一点接地，否则就要多 点接地。
第三节 软件抗干扰与硬件冗余技术
一、软件故障的几种表现形式
1．数据采集不可靠
在数据传输过程中仍然会有一些干扰侵入系统，造成采 集的数据不准确造成误差。
2．控制失灵
在计算机控制系统中，控制状态的输出常常取决于某些 条件状态的输入和条件状态的逻辑处理结果，而在这些环节 至控制失灵。
图9 终端匹配图
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2．始端匹配
在传输线始端串入电阻R，如图10所示，也能基本上
消除反射，达到改善波形的目的。一般选择始端匹配电阻
R为：
R Rp Rsc
（3）
其中，RSC为门A的输出低电平时的输出阻抗。
图10 始端匹配图
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2．设置监视跟踪定时器
监视跟踪定时器，也称为看门狗定时器(Watchdog)， 可以使陷入“死机”的系统产生复位，重新启动程序运行。 这是用于监视跟踪程序运行是否正常的最有效的方法之一， 得到了广泛的应用。
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四、提高计算机控制系统可靠性的方法
1．数据冗余
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图11 多次读入流程图
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计算机控制系统的抗干扰技术
三、程序运行失常的软件抗干扰
1．设置软件陷阱
当干扰导致程序计数器PC值混乱时，可能造成CPU离 开正确的指令顺序而跑飞到非程序区去执行一些无意义地 址中的内容，或进入数据区，把数据当作操作码来执行， 使整个工作紊乱，系统失控。针对这种情况，可以在非程 序区设置陷阱，一旦程序飞到非程序区，很快进入陷阱， 然后强迫程序由陷阱进入初始状态。
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微型计算机控制系统信号隔离及抗干扰技术概述
微型计算机控制系统信号隔离及抗干扰技术概述作者：谭以坚来源：《科学与财富》2016年第20期摘要：微型计算机控制系统在实际运行过程中，其信号传送稳定性不足，极易受到计算机所处工作环境内多种因素的干扰，严重影响控制系统运行的可靠性。
本文主要对信号隔离及抗干扰技术进行分析和研究，并列举其它类型的抗干扰技术，切实保证信号传送的稳定性和准确性。
关键词：微型计算机；控制系统；信号隔离；抗干扰技术在微型计算机控制系统的实际运行过程中，信号隔离是比较常用的抗干扰方式，能够对外界环境的共模电压计电磁干扰进行有效隔离。
随着现代科学技术的发展，微型计算机控制系统的运行环境日趋复杂，为保证信号传送的稳定性和可靠性，加大力度对微型计算机控制系统信号隔离及抗干扰技术进行分析和研究，具有重要的现实意义。
1 信号干扰对微型计算机控制系统的干扰干扰有多种形式而且还有多种传导模式，干扰可以通过耦合通道来传入计算机控制系统，使得计算机控制系统的稳定性显著降低，干扰对计算机控制系统的影响如下：1.1 数据采集误差变大干扰会入侵到控制系统信号的输入通道，使得有用信号中包含干扰信号，那么在数据采集的过程中就会产生较大的误差，如果有用信号的强度较小时，那么干扰信号对于计算机控制系统的数据采集干扰就更加严重。
1.2 控制状态失灵微型计算机控制系统所传出的控制信号非常强，在传播过程中较难被外界干扰，但是输出的控制信号会与状态信号结合，一旦状态信号受到干扰就会使得影响控制信号，从而导致微型计算机控制系统的控制失常。
2 信号隔离器抗干扰技术就该项抗干扰技术的实际应用情况来看，导入单路或双路电压后，在途经信号隔离器的过程中，能够对信号进行一定处理，进而输出相应的电压或信号。
在这一过程中，电路相应部分的隔离功能明显增强，在保证信号传送稳定性上具有良好的应用效果。
信号隔离器抗干扰技术的有效应用，能够保持信号输入与输出处于隔离栏状态，降低信号传送过程中所受到的干扰，尤其是其内部半导体构建能够实现信号的转换，在相关元件的辅助下以及运行机制的处理后，信号得以恢复，并不会影响信号传送质量。
计算机控制系统抗干扰的应用及接地问题
离 ） 这 样 ， 于 Ｃ和 Ｄ之 间 地 电 位 不 同 所 产 生 的 干 扰 信 号 。 由
２１ 年 ４ ００ 月第 ２ 期
供 电系 统 地 的接 地 电阻 是 否足 够 小 ， 而整 个 地 网各 个 部
形 不成 回路 ， 抑制 了干扰 的危 害。为 了防止供电线路上引入
分 的电位差 是否 很小 ， 即地 网的各部 分之 间是否阻 值很小
远 ， 能 会有 较 大 的 电位 差 ｅ 这 个 电 位差 可能 会 在 Ａ・ 可 Ｎ， Ｂ两
用屏蔽 双绞线连接 ， 且这些信号线必须单独 占用 电线管或电
缆槽 ， 不可与其它信号在 同一电缆管（ 或槽） 中走线。低电平
的开关信号 （ 一些状 态干结点信号 ） 数据通信线路 （ Ｓ ３ 、 ， Ｒ ２２
隔板将它们 隔开。还有一种隔离是将信 号源同计 算机在电 气上进行 隔离 ， 这样 ， 大大地减小共模 干扰对计算机造成 会 的危害 。如图 ２ 表示用隔离放大器将信号的输入端子与计算
机部 分完全隔离 （ 有的系统 中采用 隔离变 压器 ， 或继 电器等 方式 隔离 ， 对开关 量则可以采 用光电器件 ， 或继电器进行隔
（ Ｒ） ＜ｌ 。
共摸高频干扰信 号 ， 以在供 电线路上设 隔离 变压器进 行干 可
上 的干 扰 。
（） ３ 计算机供 电线路上 弓入的干扰。在有些工业现场（ ｌ 特 别是 电厂 冶金 企业 、 大的机械加工厂 ） 大型电气设备启动频
在计算 机控 制系统 中， 涉及列很 多各种类 型的信号线 ， 直接与计算机 Ｉ ／ 口相连 ， Ｏ接 这些信号有开关量 型 ， 有模拟类
石 河子科技
总第 １ ０ ９ 期
计算机控制 系统抗干扰的应用及接地问题
２１ 年 ４ ００ 月第 ２ 期
供 电系 统 地 的接 地 电阻 是 否足 够 小 ， 而整 个 地 网各 个 部
形 不成 回路 ， 抑制 了干扰 的危 害。为 了防止供电线路上引入
分 的电位差 是否 很小 ， 即地 网的各部 分之 间是否阻 值很小
远 ， 能 会有 较 大 的 电位 差 ｅ 这 个 电 位差 可能 会 在 Ａ・ 可 Ｎ， Ｂ两
用屏蔽 双绞线连接 ， 且这些信号线必须单独 占用 电线管或电
缆槽 ， 不可与其它信号在 同一电缆管（ 或槽） 中走线。低电平
的开关信号 （ 一些状 态干结点信号 ） 数据通信线路 （ Ｓ ３ 、 ， Ｒ ２２
隔板将它们 隔开。还有一种隔离是将信 号源同计 算机在电 气上进行 隔离 ， 这样 ， 大大地减小共模 干扰对计算机造成 会 的危害 。如图 ２ 表示用隔离放大器将信号的输入端子与计算
机部 分完全隔离 （ 有的系统 中采用 隔离变 压器 ， 或继 电器等 方式 隔离 ， 对开关 量则可以采 用光电器件 ， 或继电器进行隔
（ Ｒ） ＜ｌ 。
共摸高频干扰信 号 ， 以在供 电线路上设 隔离 变压器进 行干 可
上 的干 扰 。
（） ３ 计算机供 电线路上 弓入的干扰。在有些工业现场（ ｌ 特 别是 电厂 冶金 企业 、 大的机械加工厂 ） 大型电气设备启动频
在计算 机控 制系统 中， 涉及列很 多各种类 型的信号线 ， 直接与计算机 Ｉ ／ 口相连 ， Ｏ接 这些信号有开关量 型 ， 有模拟类
石 河子科技
总第 １ ０ ９ 期
计算机控制 系统抗干扰的应用及接地问题
浅谈计算机中的抗干扰技术
同 使 在 不 同 的 工 业 控 制 系 统 中 ， 控 软 件 虽 然 完 成 的 功 能 不 同 ． 就 设 计 中 的 错 误 ， 时 还 要 注 意 软 件 可 测 试 性 的 设 计 ， 得 软 件 的 可 维 工 但 护性 较 高 、 障 的诊 断 及 时迅 速 。还 可 以通 过 软 件 测 试 来 保 证 软 件 的 故 其结 构来说 ， 一般具有如下特点 ： １ 实 时性 ： 业 控 制 系 统 中 有 些 事 件 的 发 生 具 有 随 机 性 ， 求 工 可靠 性 和 质 量 。 ） 工 要
关联 ． 互依存。 相
２ 许 多 元 器 件 的 失 效 与 温 度 有 密 切 的 关 系 ， 设 计 的 正 确 与否 是 ） 热 在理想情况下 ， 工控 软件 可 以 正常 执 行 。 但 在 工 业 现 场 环 境 的 干 要 扰 下 。 控 软 件 的周 期性 、 关 性 及 实 时性 受 到 破 坏 ， 序 无 法 正 常 执 影 响 系 统 工 作 稳 定 性 及 可 靠 性 的 主 要 因 素 之 一 ． 注 意 电 源 配 置 及 散 工 相 程 热措施。 行 ， 致 工 业 控 制 系统 的失 控 ， 表 现 是 ： 导 其 ３ 根 据 系统 可 能 工 作 的 环 境 进 行 防 护 设 计 ， 常 需 要 考 虑 温度 、 ） 通 １ 程 序计 数 器 Ｐ ） Ｃ值 发生 变 化 。 破坏 了程 序 的 正 常 运 行 。 Ｐ Ｃ值 被 湿度 、 压 、 、 、 雾 、 蚀性气体 、 尘及辐射等。 气 雨 雪 盐 腐 沙 干 扰 后 的 数 据是 随机 的 ， 因此 引起 程 序 执 行 混 乱 。 ４ 合 理 划 分 软 硬 件 功 能 。 时 间 资 源 允 许 的前 提 下 能 够 方便 地 用 ） 在 ２ 输 入， 出 接 口状 态 受 到 干 扰 ， 坏 了 工 控 软 件 的相 关 性 和 周 ） 输 破 期 性 ， 成 系 统 资 源被 某 个 任务 模 块 独 占 ， 系统 发 生 “ 锁 ” 造 使 死 。
计算机控制系统的可靠性及抗干扰性优化设计
１ ． ２ 系统 可 靠 度 提 升 方 法
系 到 工 程 项 目中 的众 多 仪 表 、 机器能否正常 、 安全 、 稳 定 运 转 。对 于 如 何 才 能 保 证 计 算 机 控 制 系 统 能 够 安 全 稳 定 地 运行的问题 ， 设 计 人 员 们 首 先 考 虑 的是 在 控 制 系 统 中添 加
性主要考 虑计算机抗 干 扰技 术 的实 现 ， 增 强 硬 件 系 统 对 运行环境 的适 应 性 ， 以及 使用 质 量 比较好 的 硬件 材 料 。 软件系统 的可靠性 主要 考 虑软 件 的 自我测试 技 术 、 自我 纠错 、 自我 修 复 等 。
１ ． ２ ． １ 硬 件 系统 的 可 靠 性
来 考 虑 。 由上 述 定 量 化 描 述 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 可 知 ， 提高系统 的可靠性需 要 注重 两个 方 面 ， 一 是 在 系 统 正 常
１ 计 算 机 控 制 系 统 的 可 靠 性
１ ． １ 可 靠 性 的 定 量 ห้องสมุดไป่ตู้
工 作 时 间 内 减 少 系统 故 障 发 生 的 次 数 ； 二 是 系 统 发 生 故 障 后 要 能 够 及 时 排 除 故 障 。提 高 计 算 机 硬 件 系 统 的 可 靠
抗干扰设计 ， 计 算 机 系 统 中 的抗 干 扰 设 计 是 事 关 项 目机 器 仪 表 能 否 正 常 运 转 的关 键 部 分 。
成， 因此 ， 提 高 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 可 以从 提 高 计 算 机 硬 件 系 统 的 可靠 性 和 提 高 计 算 机 软 件 系 统 的 可靠 性 两 部 分
从 控 制 系统 的软 件 系统 和 硬 件 系 统 两 个 角 度 对提 高 控 制 系统 可 靠 性 的 方 法 进 行 了介 绍 。
常见的plc控制系统抗干扰措施
常见的PLC控制系统抗干扰措施1. 引言PLC（Programmable Logic Controller）是一种常用于工业控制系统中的计算机控制设备。
在实际工业环境中，PLC控制系统常常面临各种干扰源的干扰，这些干扰可能导致系统稳定性下降、数据误差增加甚至系统故障。
因此，在设计和应用PLC控制系统时，需要采取一系列抗干扰措施来降低干扰的影响。
本文将介绍常见的PLC控制系统抗干扰措施，包括电磁干扰、地线干扰、高温环境干扰以及其他常见干扰的应对措施。
2. 电磁干扰的抗干扰措施电磁干扰是PLC控制系统中常见的干扰源之一，它可以导致数据误差、通信故障等问题。
以下是抗电磁干扰的措施：•屏蔽设计：在PLC设备和信号线上添加屏蔽层，以阻隔外部电磁干扰的入侵。
屏蔽层可以采用金属箔、金属编织层等材料。
•磁屏蔽：在PLC设备附近放置磁场屏蔽装置，以减弱外部磁场对设备的影响。
磁屏蔽装置可以采用铁氧体材料制成。
•地线隔离：将PLC设备的地线和电源系统的地线隔离开，防止电磁干扰通过地线传输到PLC设备中。
3. 地线干扰的抗干扰措施地线干扰是指由地线电流引起的干扰，它会导致系统电势差增大、信号失真等问题。
以下是抗地线干扰的措施：•地线去耦：在PLC设备的电源输入端和地线之间添加去耦电容，并将其接地。
去耦电容可以起到隔离地线干扰的作用。
•地线分离：将PLC设备的地线和其他设备的地线分离开，避免地线干扰的相互影响。
•良好接地：确保PLC设备的良好接地，减少地线干扰的发生。
4. 高温环境干扰的抗干扰措施高温环境对PLC控制系统的影响主要体现在PLC设备的散热和温度抗性方面。
以下是抗高温环境干扰的措施：•散热设计：合理设计PLC设备的散热结构，增加散热面积和散热风扇等设备，保证设备在高温环境下正常工作。
•温度抗性选择：选择具有良好温度抗性的元件和材料，确保PLC设备在高温环境下的可靠性。
•温度检测：安装温度传感器，实时监测PLC设备的温度，及时采取散热措施以防止设备过热。
计算机控制系统中硬件抗干扰技术的研究
维普资讯
第３ Ｏ卷 第 １ Ｏ期
２０ ０ ７年 １ Ｏ月
合肥 工 业 大 学 学报 （ 自然科 学版）
Ｊ ＯＵＲ Ｌ ＯＦ ＨＥ Ｅ ＮＡ Ｆ Ｉ ＵＮＩ ＲＳＴＹ ＯＦ ＴＥ ＨＮ Ｏ Ｙ ＶＥ Ｉ Ｃ ＯＬ Ｇ
Ｖ ｏ． ０ Ｎｏ １ １３ ． ０ Ｏｃ．２ ０ ｔ ０７
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｗａ ｅ ａ ｉｉ ｅ ｆ ｒ ｎｃ ｅ ｈｎｏ ｏ ｙ ｓ ａ ｃ ｎ ｈａ ｄ ｒ ｎｔ－ｎｔ ｒ ｅ ｅ ｅ ｔ ｃ ｌｇ ｆ ｒ ｃ ｍ ｐｕ ｅ ｏ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｓ ｏ ｏ ｔ ｒ ｃ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ
Ｗ ＡＮＧ ｉｎ ｘｎ。 ｊ Ｎ Ｊａ － ｉ Ｉ Ｑｉ
劣环境下保证系统正常工作的方法 。这些措施均在不同的实际工程项 目中加 以应用 ， 且效果显著 。 关键词 ： 计算机 控制系统 ；硬件 ； 干扰 ；可靠性 抗
中 图分 类 号 ： ２ ３ ５ ＴＰ ７ ． 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ３５ ６ （０ ７ １ —２５０ １ ０—０ ０ ２ ０ ）０１ ７—３
ｊｃｓ ｗｈｃ ｒｖ ｓ ｏｂ ｅｙｅｆｃｉｅ ｔ， ｉｈｐｏ ｅ ｅｖ ｒ ｆｅｔ ． ｅ ｔ ｖ
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｍ ｐ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔｍ ；ｈ ｒ ｗａ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅｆ ｒｎ ｅ ｅｉｂｌ ｙ ｙｗｏ ｄ ： ｏ ｕ ｅ ｏ ｔｏ ｓｅ ｓ ａ ｄ ｒ ；ａ ｔ ｉｔ ｒｅ ｅ ｃ ；ｒｌ ｉ ｔ — ａ ｉ
关 调 节 器 的 导通 电 流 产 生 的噪 声 ；空 间 电 磁 干
：
其 他 电磁波 、 阳黑子 运动 造成 的影 响 （ 斑 、 太 耀
障及磁爆） 其他计算机 系统或 电子设备引起 ；
第３ Ｏ卷 第 １ Ｏ期
２０ ０ ７年 １ Ｏ月
合肥 工 业 大 学 学报 （ 自然科 学版）
Ｊ ＯＵＲ Ｌ ＯＦ ＨＥ Ｅ ＮＡ Ｆ Ｉ ＵＮＩ ＲＳＴＹ ＯＦ ＴＥ ＨＮ Ｏ Ｙ ＶＥ Ｉ Ｃ ＯＬ Ｇ
Ｖ ｏ． ０ Ｎｏ １ １３ ． ０ Ｏｃ．２ ０ ｔ ０７
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｗａ ｅ ａ ｉｉ ｅ ｆ ｒ ｎｃ ｅ ｈｎｏ ｏ ｙ ｓ ａ ｃ ｎ ｈａ ｄ ｒ ｎｔ－ｎｔ ｒ ｅ ｅ ｅ ｔ ｃ ｌｇ ｆ ｒ ｃ ｍ ｐｕ ｅ ｏ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｓ ｏ ｏ ｔ ｒ ｃ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ
Ｗ ＡＮＧ ｉｎ ｘｎ。 ｊ Ｎ Ｊａ － ｉ Ｉ Ｑｉ
劣环境下保证系统正常工作的方法 。这些措施均在不同的实际工程项 目中加 以应用 ， 且效果显著 。 关键词 ： 计算机 控制系统 ；硬件 ； 干扰 ；可靠性 抗
中 图分 类 号 ： ２ ３ ５ ＴＰ ７ ． 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ３５ ６ （０ ７ １ —２５０ １ ０—０ ０ ２ ０ ）０１ ７—３
ｊｃｓ ｗｈｃ ｒｖ ｓ ｏｂ ｅｙｅｆｃｉｅ ｔ， ｉｈｐｏ ｅ ｅｖ ｒ ｆｅｔ ． ｅ ｔ ｖ
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｍ ｐ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔｍ ；ｈ ｒ ｗａ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅｆ ｒｎ ｅ ｅｉｂｌ ｙ ｙｗｏ ｄ ： ｏ ｕ ｅ ｏ ｔｏ ｓｅ ｓ ａ ｄ ｒ ；ａ ｔ ｉｔ ｒｅ ｅ ｃ ；ｒｌ ｉ ｔ — ａ ｉ
关 调 节 器 的 导通 电 流 产 生 的噪 声 ；空 间 电 磁 干
：
其 他 电磁波 、 阳黑子 运动 造成 的影 响 （ 斑 、 太 耀
障及磁爆） 其他计算机 系统或 电子设备引起 ；
计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术研究
胡 月明 范 勇 （ 西南科技大学计算机科学学院， 四川 绵阳 ６ １ １） ２００
摘 要
对计算机控制 系统的可靠性作 了定量表示 ， 并从软硬件两方面入 手提 出了提 高系统可靠性的几种措施。抗干扰技 术是 保证控制 系统可靠性的一个关键 。 目前针 对各种干扰施行 的抗 干扰技术单独列出 ， 把 也分别从硬 、 件两方面作 了较为详细 软
可靠 度 Ｒ表 明运 行 ｎ此 不 发生 故 障 的 概 率 。 也 可 表示 为 ：
１１系 统 可 靠 性 的 定量 表示 ．
时间 。如 果 该 值很 小 ， 示 系统 可 维 护 性 好 ， 易 修 复 。 表 容
（） ５ 有效度 Ａ （ｖ ｉ ｂｌ ａｉ） Ａ ａｌ ｉｙ ｒｔ ａ ｉ ｔ ｏ
４ 一
’ Ｆ于 ｉ 一 ｊ ｉ －
可 工 作 时 间
ｊ 丽 ：Ｆ
控 制 系 统 抗 干 扰设 计 和施 工 是 工 程 中 非 常 重 要 的 环 节 仪 表 及控 制 系 统 可 靠 性直 接 影 响 到 生产 装 置安 全 、 定 的运 行 ， 制 稳 控 系 统抗 干 扰 能 力 是关 系到 整个 系统 可 靠 运 行 的 关 键 。 １ 计 算 机 控 制 系 统 的可 靠 性
作 ， 行不久即出现故障 ， 运 有效度降低 。
（ ） 靠 度 Ｒ Ｒ ｌ ｂｌ ａｉ） ６可 （ ｅｉ ｉｙ ｒｔ ａ ｉ ｔ ｏ
Ｒ 『 尸几 ｆ ＝ ｌ 次运行不发 生故障ｆ ｆ
低， 如可靠度 、 维护率 、 失效 率 、 均故障间隔时 间（ Ｂ ）平均 平 ＭＴ Ｆ 、
维护时间 （ Ｔ ）有效度 等。具体解释如下［】 ＭＴ Ｒ 、 １：
假 定 系 统 投 入 运 行 后 ， 作 了 一 段 时 间 ｔ后 出现 了故 障 ， 工 不 得 不停 机 维 修 。经过 一 段 时 间 Ｔ 的 维 修后 ， 障 排 除 ， 统 又 正 １ 故 系 常 运 行 。这 样 ， 时 间 坐 标 轴 上 ， ， ， ， 是 系 统 正 常 工 作 时 在 ｔｔ … ｔ ， 间 ， １ ２… ， ｎ 维 护 时 间 ， 有 ： Ｔ， ， Ｔ 是 Ｔ 则
课件 第六章 计算机控制系统的抗干扰技术
2 常用的接地方法(2) 常用的接地方法(2)
（2） 模拟地和数字地的连接
6.3 系统供电及接地技术
2 常用的接地方法(3) 常用的接地方法(3)
（3） 主机外壳接地
6.3 系统供电及接地技术
外壳接地，机壳浮空
2 常用的接地方法(4) 常用的接地方法(4)
（4） 多机系统的接地
过程 通道 主机 打印机
1 微机控制系统中的地线
(1)数字地，或逻辑地。 (2) 模拟地。 (3) 安全地。又称为保护 地或机壳地，屏蔽地。 (4) 系统地。 (5) 直流地。 (6) 交流地。
2 常用的接地方法(1) 常用的接地方法(1)
（1） 一点接地和多点接地
6.3 系统供电及接地技术
图6.15 串联一点接地
图6.16 并联一点接地
4
采用具有高共模抑制比的仪表
采用具有高共模抑制比的仪表放大器作 为输入放大器： 为输入放大器 ： 仪表放大器具有共模抑 制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益 可调等优点，是一种专门用来分离共模 干扰与有用信号的器件。
6.2 硬件抗干扰技术
6.2.2
串模干扰的抑制
1. 在输入回路中接入模拟滤波器 使用双积分式A/D转换器 A/D转换器 2. 使用双积分式A/D转换器 3. 采用双绞线作为信号线 4. 电流传送 5. 对信号提早处理 选择合理的逻辑器件来抑制。 6. 选择合理的逻辑器件来抑制。
6.2 硬件抗干扰技术
3. 采用双绞线作为信号线
若串模干扰和被测信号的频率相当， 则很难用滤波的方法消除。此时，必须采 用其它措施，消除干扰源。通常可在信号 源到计算机之间选用带屏蔽层的双绞线或 同轴电缆，并确保接地正确可靠。采用双 绞线作为信号引线的目的是减少电磁。双 绞线能使各个小环路的感应电势相互抵消。 一般双绞线的节距越小抗干扰能力越强。
第三章计算机抗干扰技术
3.3 软件抗干扰措施
（5）输入输出数字信号的抗干扰措施 a.输入的数字信号，可以通过重复检查 的方法 b.反复向这些端口定期重写控制字、输 出状态字，来维持既定的输出端口状 态。 (重复输出同一数据)
3.3 软件抗干扰措施
2 提高软件自身的可靠性 （1）采取措施，减少软件设计中的错 误。 模块化设计、进行软件评审和对软件进 行测试等； （2）采用能提高可测试性的设计
3.1 干扰信号的类型及其传输形式
1.2按干扰与信号的关系分类 （1）串模干扰信号 串模干扰信号是指串联于有用信号源回路之中的干扰， 也称横向干扰或正态干扰。 当串模干扰的幅值与有用信号相接近时，系统就无法 正常工作，数据会严重失真，甚至是错误的。 产生串模干扰的原因主要是当两个电路之间存在分布 电容或磁坏链现象时，一个回路中的信号就可能在另 一个回路中产生感应电动势，形成串模干扰信号。另 外信号回路中元件参数的变化也是一种串模干扰信号。 （2）共模干扰信号
3.2 抗干扰技术
3、隔离技术 变压器隔离 继电器隔离 光电隔离
3.2 抗干扰技术
4、串模干扰的抑制 串模干扰 主要来自于电源(多为50Hz的工频干扰及其 高次谐波)、长线传输中的分布电感和分布 电容以及传感器固有噪声等。
3.2 抗干扰技术
抗串模干扰的技术措施有 ： (1)合理选用信号线。 (2)在信号电路中加装滤波器。 (3)选择合适的A／D转换器。 (4)采用调制解调技术。 (5)用光电耦合器隔离干扰。 (6)配备高质量的稳压电源 。
3.2 抗干扰技术
（2）浮地系统和接地系统 接地系统——是指设备的整个地线系统和大 地通过导体直接连接。 优点：对人员比较安全，也有利于抗干扰 。 缺点：可能会导致器件被击穿 。
抗干扰(六讲)
RST ST
为复位输出(低电平有效 产生条件同 为复位输出 低电平有效).产生条件同 低电平有效 产生条件同RST. 为选通输入watchdog定时器输入 定时器输入. 为选通输入 定时器输入
Vcc 为+5V电源 +5V电源 GND 为数字地 N.C. 悬空
2.MAX1232的主要功能 的主要功能 (1)电源监控 电源监控 (2)按钮复位输入 按钮复位输入 (3)监控定时器 监控定时器
1.MAX1232的结构原理 1.MAX1232的结构原理(续) 的结构原理( 当电源过压、欠压时，MAX1232将提供至少 将提供至少250ms宽 当电源过压、欠压时， 将提供至少 宽 度的复位脉冲， 度的复位脉冲，其中的容许极限能用数字式的方法来选 的容限， 择5%或10%的容限，这个复位埋藏也可以由无锁的手 或 的容限 动复位输入； 动复位输入；MAX1232有一个可编程的监控定时器监 有一个可编程的监控定时器监 督软件的执行， 可编程为150ms、600ms或 督软件的执行，该Watchdog可编程为 可编程为 、 或 1.2s的超时设置。下面给出了 的超时设置。 的内部结构图。 的超时设置 下面给出了MAX1232的内部结构图。 的内部结构图
2.7.3 CPU抗干扰技术 抗干扰技术
• 计算机控制系统的CPU抗干扰措施常常采用监 计算机控制系统的CPU抗干扰措施常常采用监 控定时器即看门狗（Watchdog）、 ）、电源监控 控定时器即看门狗（Watchdog）、电源监控 掉电检测及保护）、复位等方法。 ）、复位等方法 （掉电检测及保护）、复位等方法。这些方法 可用微处理器监控电路MAX1232来实现 来实现。 可用微处理器监控电路MAX1232来实现。 1.MAX1232的结构原理 1.MAX1232的结构原理 MAX1232微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以 微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以 及电源供电监控功能。 及电源供电监控功能。MAX1232通过监控微处理器系统 通过监控微处理器系统 电源供电及监控软件的执行，来增强电路的可靠性， 电源供电及监控软件的执行，来增强电路的可靠性，它 提供一个反弹的（无锁的）手动复位输入。 提供一个反弹的（无锁的）手动复位输入。