浅谈计算机抗干扰技术
计算机控制系统中的抗干扰技术特点、作用和应用
• 在计算机控制系统的现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作 过程中将产生干扰电磁场，另外还有来自空间传播的电磁波和雷电的
干扰，以及高压输电线周围交变磁场的影响等。
高压电线
雷电
过程控制系统
雷达、电台等 天线发射装置
引 入 噪 声
地电位波动
交流动力线
电机、电焊机等 大用电设备
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第9章 计算机抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
产生差模干扰的原因
主要有分布电容的电场耦合，空间的磁场耦合，长线传输的互 感，50Hz工频干扰，以及信号回路中元件参数变化等。
差模干扰示意图
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第9章 计算机抗干扰技术
共模干扰：
• 是指系统的两个信号输入端上所共有的干扰电压,共模干 扰也称为共态干扰或纵向干扰。
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第9章 计算机抗干扰技术
磁场耦合
– 在任何载流导体周围都会产生磁场，当电流变化时会引起交变磁场，该 磁场必备内部，线圈或变压器的漏磁也会引起干扰；在设备外部，平行架 设的两根导线也会产生干扰，由于感应电磁场引起的耦合，可以计算感 应电压
第9章 计算机抗干扰技术
第9章
计算机控制系统中的抗干扰技术特点、 作用和应用
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第9章 计算机抗干扰技术
本章主要内容
• 干扰的传播途径与作用方式 • 硬件抗干扰技术 • 软件抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1 干扰的传播途径 与作用方式
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第9章 计算机抗干扰技术
计算机数控系统中的干扰源及抗干扰技术
计算机数控系统中的干扰源及抗干扰技术来源：作者：发表时间：2009-12-07 13:53:03 在超精密数控车削系统设计制造过程中，考虑到系统工作在干扰弥布的车间现场，因而装置的可靠性和抗干扰能力就成为设计的重要指标。
数控车床的正常运行证明，本系统由于采用了一系列抗干扰技术，可靠性较高，抗干扰能力较强，对系统的推广应用具有突出贡献。
1 控制干扰源1.1 抗干扰的优质电源经验表明由电源引入的干扰是系统干扰的主要来源。
抗干扰性能好的优质电源是提高系统可靠性的关键。
由于CNC系统是基于PC总线的插卡式结构，计算机控制系统对电网的要求如下：允许电网电压波动为：+10%～-15%；允许电网频率波动为：±2%；允许电网电压动态恢复时间≤5ms(当负载变化在25%～100%时)。
而车间电网波动大，故对整个微机系统供电采用了一个不间断供电电源UPS。
机床主轴电机及其他驱动系统的供电不经UPS,直接由车间电网供电，这样避免了机床对其数控系统的电源干扰。
1.2 数控系统本身所产生干扰的抑制系统的电气部件动作变化会产生瞬变电流噪声，例如交流继电器接通，主轴交流电机通电时，冲击电流可达额定电流的5～10倍，而且其中的高频成分对系统有严重干扰。
对此，采用了交流继电器控制主轴电机，而继电器控制部分和工作台驱动部分由变压器降压提供，且给继电器提供了阻容阻尼网络来平滑通断时的突变。
2 硬件抗干扰措施2.1 接地系统良好的接地系统是系统可靠工作的基础。
①系统级接地由于CNC系统是集中布置，故宜采用集中一点接地，如图1所示。
图1 系统接地方式②板卡级接地运动控制卡是个模拟/数字混合系统，其模拟系统的中心是D/A转换器DAC2813,因此，在DAC2813的模拟地，AGND，附近建立单点模拟地，DAC2813的数字地应与此单点模拟地相连，如图2所示，其它任何数字电路的数字地不应与单点模拟地相连，关键的线要尽量粗，并两边加保护地，VOUT1-VOUT4，，在-VS和DGND间接个10μF的钽电容，尽量靠近芯片，DGND和AGND直接连到DAC2813下的一块敷铜地上。
计算机控制系统的软件抗干扰技术
干 扰 效 应 。
计算机控制系统不仅是保 障整个计算机运行安全，还需
（３）针 对 电路 板 干扰 源 ，可 以利 用 电容 器 与抑 制 电压 元 件 。
要对传递过程中的各种信号进行转换并对其进行其他的处理， 电容器可 以有 效的减 少干 扰 电流对计算机控制系统 的影响 ，
形成计算机语言 。因此计算机控制系统不仅具有控制 的能力， 在 电路板芯片电源与大地之间放置 电容器可以减少 电路之间
用 ，那就是外界的干扰对计算机控制系统会造成一定的危害，
２计 算 机 控 制 系 统 的软 件 抗 干 扰 建 议
使得计算被病毒侵害，从而可能会泄漏用户 的信息甚至公司
针对 第 二 部 分 对 计 算机 控 制 系 统 的干 扰 源 的介 绍 以及 分
与 国家 的 机 密 ，造 成 不 可 估 量 的损 失 。
判 断输入输 出接 口以及通信通道 的稳定性 以及可靠性 。并且
１计算机控制系统的干扰 因素
在进行程序运行期间需要对系统进行抚慰处理 ，中断响应，减
计算机控制系统在整个计算机运行过程具有重要的作用 ， 少错误操作 ，保 证系统 的安全性；最 后，增强信 息传递过程 中
它维持计算机 的高效运行并保障运 行的安全性与稳定性，因 的冗余信息量 ，提 高系统 的发现错误并改正错误 能力 。
的 目的 。计算机控制 系统 中包含硬件与软件，本文 只介绍相 的多余 电波进行过滤 ，从而减少其对系统的影响。
关 出厂 时就 已确 定 了，包
（２）针 对 信 号 电压 干 扰 源 ，可 以利 用磁 珠 以及 双 绞 线 等 方
含计算机的语言 、操作系统 以及 自带的 内部程 序。计算机控 式进行一定的防护 。磁珠的作用主要是降低输 出线中产生的
抗干扰技术课件
数字地
计算机 D/A
放大器
VCC
双绞线
执
行
器
RL
数字地
模拟地
（b） 在D/A转换器与执行器之间
图8-12 光耦隔离器的模拟信号隔离
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Hale Waihona Puke 学习文档在图8-12（a）输入通道的现场传感器与A/D 转换器之间，光电耦合器一方面把放大器输出 的模拟信号线性地光耦(或放大)到A/D转换器 的输入端， 另一方面又切断了现场模拟地与 计算机数字地之间的联系，起到了很好的抗共 模干扰作用。在图8-12（b）输出通道的D/A 转换器与执行器之间，光电耦合器一方面把放 大器输出的模拟信号线性地光耦(或放大)输出 到现场执行器，另一方面又切断了计算机数字 地与现场模拟地之间的联系，起到了很好的抗 共模干扰作用。
地点之间存在一个电位差Ucm。这个Ucm是加在放大器
输入端上共有的干扰电压，故称共模干扰电压。 既然共模干扰产生的原因是不同“地”之间存在的电压，
以及模拟信号系统对地的漏阻抗。因此，共模干扰电压的 抑制就应当是有效的隔离两个地之间的电联系，以及采用 被测信号的双端差动输入方式。具体的有变压器隔离、光 电隔离与浮地屏蔽等三种措施。
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3.2.2 共模干扰及其抑制
1. 共模干扰
共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信 号放大器两个输入端上共有的干扰电压，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，这取决于现场产生干扰的环境条件和计 算机等设备的接地情况。其表现形式与产生原因 如图3-10所示。
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共模抑制比CMRR
CMRR 20lg Ucm Un
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第六章 抗干扰技术1
关的干扰源。
高压电缆
闪电 微机控制系统
雷达、电台 等天线发射
地电位波动
引入噪声
电机、电焊机 等大用电设备
交流动力线 图 8-1 外部干扰环境
第六章计算机控制系统的抗干扰技术
(2) 内部干扰信号：内部干扰信号是由于系统的结构布局、 线路设计、元器件性能变化和漂移等原因所形成的存在 于系统内部的干扰信号。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。
Uc对放大器就会产生共模干扰。
第六章计算机控制系统的抗干扰技术 共模干扰与串模干扰相比，容易被忽略而难以处理。在某 些情况下，共模信号可能达到几伏甚至更高，完全将有用信号
湮没。
共模干扰的影响大都通过串模干扰的方式表现出来。 共模
干扰产生的原因很多，主要有：通过对地分布电容和漏电导的
耦合；同一系统的多点接地点之间形成的电位差。
第六章计算机控制系统的抗干扰技术
6.2 抗 干 扰 技 术
6.2.1 接地技术 将电路、单元与作为信号电位公共参考点的一个等位点或等
位面实现低阻抗连接，称为接地。接地的目的通常有两个： 一
是为了安全，即安全接地；二是为了给系统提供一个基准电位， 并给高频干扰提供低阻通路，即工作接地。前一系统的基准电位
4. 模拟地与数字地分开
模拟地作为传感器、变送器、放大器、A／D和D／A转换器 中模拟电路的零电位，模拟信号有精度要求，有时信号比较小， 而且与生产现场连接， 必须认真地对待模拟地。数字地作为计 算机中各种数字电路的零电位，应该与模拟地分开， 避免模拟 信号受数字脉冲的干扰。 由于数字地悬浮于机柜，增加了对有模拟量放大器的干扰 感应，同时为避免脉冲逻辑电路工作时的突变电流通过地线对 模拟量的共模干扰，应将模拟电路的地和数字电路的地分开， 接在各自的地线汇流排上，然后再将模拟地的汇流排通过2～4 μ F的电容在一点接到安全地的接地点。对模拟量来说，实际是 一个直流浮地交流共地的系统。
第六章 计算机控制系统抗干扰技术
1. 电源系统抗干扰----交流电源
① 采用电子稳压电源 用于克服电网电压波动对控制系统的影响，工业上也常用不间断电源 （UPS）和交流净化稳压电源。 ② 采用低通滤波器 抑制电网侵入的外部高频干扰。可疑让低于50Hz的工频几乎无衰减 通过，滤除高于50Hz的高次谐波。
L L
C3 L C2
3.软硬件结合实现看门狗技术 硬件看门狗技术能有效监视程序是否陷 入死循环，但对中断关闭故障无能为力； 软件看门狗技术对高级中断服务程序陷 入死循环无能为力，但能监视全部中断 关闭的故障。
二、填码技术
单片机应用系统的用户应用程序一般由循环结构的主程序和中断服务子 程序组成。将软件陷阱程序段插入到用户应用程序中，即在用户应用程 序存储器不用区域写入代码“0000020000H”。
1. 数字滤波器的优点 （1）无需增加任何硬件设备。 （2）系统可靠性高，不存在阻抗匹配问题。 （3）可多通道共享，从而降低成本。 （4）可以对频率很低（如0.01HZ）的信号进行滤波。 （5）使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改变滤波器的参数 在计算机控制系统中得到广泛的应用
1. 数字滤波器的优点 （1）无需增加任何硬件设备。 （2）系统可靠性高，不存在阻抗匹配问题。 （3）可多通道共享，从而降低成本。 （4）可以对频率很低（如0.01HZ）的信号进行滤波。 （5）使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改变滤波器的参数 在计算机控制系统中得到广泛的应用
二、干扰的种类
1.按特性分类 ①直流干扰：以直流电压或直流电流的形式出现， 一般由热电效应和电化学效应引起。 ②交流干扰：由交流电感应引起。是最易出现的一 种。 ③随机干扰：一般是瞬变的，为尖峰或脉冲形式， 多由电感负载的间断工作引起。这种干扰的时间 短，幅度大，会给系统带来很大的危害。
第六章 计算机控制系统抗干扰技术_资料
第六章 计算机控制系统抗干扰技术、 §1.干扰的来源和传播途径一、干扰的来源和干扰的分类计算机控制系统的干扰来源可分为：外部干扰：指那些与系统结构无关，由外部环境因素所决定的。
内部干扰：指那些由系统结构、制造工艺所决定的干扰。
计算机控制系统按干扰的作用方式可分为：串模干扰：指叠加在被测信号上的干扰噪声。
共模干扰：指模／数转换器两个输入端上公有的干扰电压。
1、串模干扰及其抑制方法串模干扰是叠加在被测信号上的干扰信号，也称横向干扰或正态干扰。
如图。
串模干扰的表现形式可用这样一个电路来解释：如图：抑制串模干扰的方法： 1)加输入滤波器。
2)采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆连接一次仪表和转换设备，再屏蔽层良好接地，就可避免干扰从传输导线窜入检测回路。
3)利用器件特性克服干扰。
提高阈值电平可抑制低噪声干扰；采用低速逻辑器件或加电容器降低速度，可以抑制高频干扰。
4)采用数字滤波技术。
采用平均值法、中值法、一阶滤波法等算法。
2、共模干扰及其抑制方法共模干扰是指同时加到计算机控制系统两个输入端上的公有的干扰电压。
如图。
1)采用共模抑制比高的、双端输入运算放大器。
2) 采用光耦合器或变压器隔离，如图。
3)采用隔离放大器。
利用隔离放大器完成对测量的信号的放大及模拟信号与传输通道的隔离。
I／O接口和通道还应采取下述几种措施：1)尽量缩短信号线的长度。
2)不用的输入端子不能悬空，必须通过负载电阻接到电源线上。
3)为防止电磁感应，信号线应采用屏蔽线。
除此之外还应考虑：电源与供电系统，系统的接地等，这些方面都要采取抗干扰措施，才能更好的提高系统的可靠性。
自动化系统所使用的各种类型PLC 中，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。
要提高PLC 控制系统可靠性，一方面要求PLC 生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
经典：计算机控制技术-第5章--计算机控制系统抗干扰和可靠性技术
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电场屏蔽
电场屏蔽主要解决由于分布电容耦合 引入的电场干扰问题。
因此屏蔽体应对干扰呈低阻抗，屏蔽 层应放在干扰源和敏感电路之间，而且 必须将屏蔽体接地。
Zi2为输入电路的输入阻抗。共模干扰电压vg在
放大器输入端A、B产生的串模干扰为
eg(Z1Z i1Zi1Z2Zi2Zi2)
若线路中Z1、Z2越小， Zil、Zi2越大，而 且Zil与Zi2越接近，共模干扰的影响就越小。
这种仪表放大器具有共模抑制能力强、输 入阻抗高、漂移低等优点，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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三种干扰的严重程度
最严重——交流电源的干扰； 其次——设备干扰，特别是来自通道的干
扰； 程度最低——空间的辐射干扰，采取适当
的屏蔽措施就可以获得比较满意的效果。
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5.1.2 干扰信号的耦合方式
静电耦合方式 电磁耦合方式 共阻抗耦合方式 电磁场辐射耦合方式
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1. 静电耦合方式
干扰是指有用信号以外的噪声或造成 计算机设备不能正常工作的破坏因素。
2
抗干扰的方法
硬件措施：效率高，但会增加系统的投 资和设备的负担。
软件措施：以CPU的开销为代价，会影响 到系统的工作效率和实时性。
软硬结合：最佳方式。
3
5.1 干扰源与干扰耦合方式
5.1.1 干扰来源 5.1.2 干扰信号的耦合方式
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(4) 电流传送
当传感器信号距离主机较远时很容易引入 干扰。如果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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浅谈计算机抗干扰技术
计算机抗干扰技术是指对计算机设备和系统进行防止干扰、减小干扰、提高运行稳定性和可靠性的技术手段。
随着计算机在各个领域的广泛应用，环境中的电磁干扰对计算机设备的正常运行产生了一定的影响，因此开发
和应用计算机抗干扰技术变得尤为重要。
以下将对计算机抗干扰技术进行
浅谈。
一、计算机抗干扰的类型
2.外部干扰：外部干扰是指计算机设备周围环境中其他设备对计算机
设备产生的影响，包括温度、湿度、气压等。
3.自身干扰：自身干扰是指计算机设备内部的电路和元器件之间的相
互影响，包括电磁兼容性和电磁暂态两种干扰形式。
二、计算机抗干扰的方法
1.物理层抗干扰技术：物理层抗干扰技术主要包括对电磁干扰的阻断
和屏蔽措施，如对电源线、信号线进行屏蔽处理，采用地线、屏蔽箱等设
备进行屏蔽。
另外，合理布置设备和线缆的布局，降低传导干扰的发生。
2.程序层抗干扰技术：程序层抗干扰技术主要是通过改进软件设计、
优化算法和编码方式，提高计算机系统的抗干扰能力。
例如，增加冗余校验、错误纠正码、差错控制等机制来保证数据的完整性和正确性。
3.电磁兼容性设计：电磁兼容性设计是指在设计计算机设备时，充分
考虑计算机设备周围的电磁环境因素，采取合适的措施降低电磁干扰的发生。
包括合理布局电路板、抗干扰滤波器、增加接地和屏蔽等。
4.元器件选择：选择具有良好抗干扰特性的元器件，如高温耐受性、
抗电磁波辐射、抗电磁波干扰等特点的元器件，可以提高整个系统的抗干
扰能力。
三、计算机抗干扰技术应用场景
1.军事领域：军事设备对干扰的抗性要求非常高，计算机抗干扰技术
在战场指挥、雷达系统、通信系统等方面得到广泛应用。
2.能源领域：能源设备往往存在较高的电磁辐射或电磁波干扰，使用
计算机抗干扰技术可以提高能源设备的稳定性和可靠性。
3.医疗领域：计算机在医疗设备中的应用越来越广泛，医疗设备对稳
定性和可靠性要求较高，计算机抗干扰技术可以提高医疗设备的准确性和
可靠性。
4.工业控制领域：工业控制设备往往工作环境恶劣，噪声和电磁干扰
问题突出，计算机抗干扰技术可以提高工业控制设备的抗干扰能力，保证
其正常运行。
综上所述，计算机抗干扰技术是保障计算机设备正常运行的重要手段，其类型多样，技术方法各异。
随着技术的不断发展，计算机抗干扰技术将
在更多领域得到广泛应用，为各个行业提供更加稳定可靠的计算机设备。