計(jì)算機(jī)控制技術(shù)設(shè)計(jì)課程論文

1、摘 要干擾問(wèn)題是機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中必須考慮的重要問(wèn)題。在機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作環(huán)境中，存在大量的電磁信號(hào)，如電網(wǎng)的波動(dòng)、強(qiáng)電設(shè)備的啟停、高壓設(shè)備和開(kāi)關(guān)的電磁輻射等，當(dāng)它們?cè)谙到y(tǒng)中產(chǎn)生電磁感應(yīng)和干擾沖擊時(shí)，往往就會(huì)擾亂系統(tǒng)的正常運(yùn)行，輕者造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，降低了系統(tǒng)的精度；重者會(huì)引起控制系統(tǒng)死機(jī)或誤動(dòng)作，造成設(shè)備損壞或人身傷亡。抗干擾技術(shù)就是研究干擾的產(chǎn)生根源、干擾的傳播方式和避免被干擾的措施（對(duì)抗）等問(wèn)題。機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，既要避免被外界干擾，也要考慮系統(tǒng)自身的內(nèi)部相互干擾，同時(shí)還要防止對(duì)環(huán)境的干擾污染。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了電子產(chǎn)品的電磁輻射參數(shù)指標(biāo)。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境往往十分

2、惡劣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不可避免地受到各種各樣的干擾。這些干擾可能會(huì)影響到測(cè)控系統(tǒng)的精度，使系統(tǒng)的性能指標(biāo)下降，降低系統(tǒng)的可靠性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行混亂或故障，進(jìn)而造成生產(chǎn)事故。干擾可能來(lái)自外部，也可能來(lái)自?xún)?nèi)部；它可通過(guò)不同的途徑作用于控制系統(tǒng)，且其作用程度及引起的后果與干擾的性質(zhì)及干擾的強(qiáng)度等因素有關(guān)。干擾是客觀存在的，研究抗干擾技術(shù)就是要分清干擾的來(lái)源，探索抑制或消除干擾的措施，以提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本章首先介紹干擾的種類(lèi)及傳播途徑，然后根據(jù)硬件和軟件抗干擾措施的不同，分別加以論述。關(guān)鍵詞：干擾的因素 干擾源 屏蔽 濾波目 錄摘 要i1產(chǎn)生干擾的因素11.1干擾的定義11.2形成

3、干擾的三個(gè)要素11.3干擾來(lái)源22干擾存在的形式32.1串模信號(hào)32.2共模信號(hào)33抗干擾的措施43.1抗干擾方法43.2屏蔽43.3隔離53.3.1光電隔離53.3.2變壓器隔離53.3.3繼電器隔離64 系統(tǒng)接地74.1一點(diǎn)接地74.2多點(diǎn)接地85軟件抗干擾設(shè)計(jì)95.1濾波簡(jiǎn)介95.2低通濾波器96提高系統(tǒng)抗干擾的措施116.1邏輯設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)單可靠116.2硬件自檢測(cè)和軟件自恢復(fù)的設(shè)計(jì)116.3從安裝和工藝等方面采取措施以消除干擾116.3.1合理選擇接地116.3.2合理選擇電源126.3.3合理布局12結(jié) 論14致 謝15參考文獻(xiàn)161產(chǎn)生干擾的因素1.1干擾的定義干擾是指對(duì)系統(tǒng)的正常

4、工作產(chǎn)生不良影響的內(nèi)部或外部因素。從廣義上講，機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾因素包括電磁干擾、溫度干擾、濕度干擾、聲波干擾和振動(dòng)干擾等等，在眾多干擾中，電磁干擾最為普遍，且對(duì)控制系統(tǒng)影響最大，而其它干擾因素往往可以通過(guò)一些物理的方法較容易地解決。本節(jié)重點(diǎn)介紹電磁干擾的相關(guān)內(nèi)容。電磁干擾是指在工作過(guò)程中受環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)的一些與有用信號(hào)無(wú)關(guān)的，并且對(duì)系統(tǒng)性能或信號(hào)傳輸有害的電氣變化現(xiàn)象。這些有害的電氣變化現(xiàn)象使得信號(hào)的數(shù)據(jù)發(fā)生瞬態(tài)變化，增大誤差，出現(xiàn)假象，甚至使整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)異常信號(hào)而引起故障。例如傳感器的導(dǎo)線受空中磁場(chǎng)影響產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)會(huì)大于測(cè)量的傳感器輸出信號(hào)，使系統(tǒng)判斷失靈。1.2形成干擾的三個(gè)要

5、素干擾的形成包括三個(gè)要素：干擾源、傳播途徑和接受載體。三個(gè)要素缺少任何一項(xiàng)干擾都不會(huì)產(chǎn)生。干擾源：產(chǎn)生干擾信號(hào)的設(shè)備被稱(chēng)作干擾源，如變壓器、繼電器、微波設(shè)備、電機(jī)、無(wú)繩電話和高壓電線等都可以產(chǎn)生空中電磁信號(hào)。當(dāng)然，雷電、太陽(yáng)和宇宙射線屬于干擾源。傳播途徑：傳播途徑是指干擾信號(hào)的傳播路徑。電磁信號(hào)在空中直線傳播，并具有穿透性的傳播叫作輻射方式傳播；電磁信號(hào)借助導(dǎo)線傳入設(shè)備的傳播被稱(chēng)為傳導(dǎo)方式傳播。傳播途徑是干擾擴(kuò)散和無(wú)所不在的主要原因。接受載體：指受影響的設(shè)備的某個(gè)環(huán)節(jié)吸收了干擾信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為對(duì)系統(tǒng)造成影響的電器參數(shù)。接受載體不能感應(yīng)干擾信號(hào)或弱化干擾信號(hào)使其不被干擾影響就提高了抗干擾的能力。接

6、受載體的接受過(guò)程又成為耦合，耦合分為兩類(lèi)，傳導(dǎo)耦合和輻射耦合。傳導(dǎo)耦合是指電磁能量以電壓或電流的形式通過(guò)金屬導(dǎo)線或集總元件（如電容器、變壓器等）耦合至接受載體。輻射耦合指電磁干擾能量通過(guò)空間以電磁場(chǎng)形式耦合至接受載體。根據(jù)干擾的定義可以看出，信號(hào)之所以是干擾是因?yàn)樗鼘?duì)系統(tǒng)造成的不良影響，反之，不能稱(chēng)其為干擾。從形成干擾的要素可知，消除三個(gè)要素中的任何一個(gè)，都會(huì)避免干擾。抗干擾技術(shù)就是針對(duì)三個(gè)要素的研究和處理。1.3干擾來(lái)源內(nèi)部干擾則是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，制造工藝等決定的。內(nèi)部干擾主要有：系統(tǒng)的軟件干擾、分布電容或分布電感產(chǎn)生的干擾、多點(diǎn)接地造成的電位差給系統(tǒng)帶來(lái)的影響等。長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?，多點(diǎn)接地的電

7、位差，元器件產(chǎn)生的噪聲也屬于內(nèi)部干擾。在設(shè)備內(nèi)部，線圈或變壓器的漏磁也會(huì)引起干擾；在設(shè)備外部，平行架設(shè)的兩根導(dǎo)線也會(huì)產(chǎn)生干擾。其中，為感應(yīng)磁場(chǎng)交變角頻率，m為兩根導(dǎo)線之間的互感，i1為導(dǎo)線1中的電流。另外，長(zhǎng)線干擾具有天線效應(yīng)，即能夠輻射干擾波和接收干擾波。例如，在大功率的廣播電臺(tái)周?chē)?，?dāng)垂直極化波的電場(chǎng)強(qiáng)度為100mv/m時(shí)，長(zhǎng)度為10cm的垂直導(dǎo)體可以產(chǎn)生5mv的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這也是一個(gè)不小的數(shù)字。外部干擾指那些與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，而是由外界環(huán)境因素決定的，主要是空間電與磁的影響，環(huán)境溫度，濕度等氣象條件也是外來(lái)干擾。外部干擾的主要來(lái)源有：電源電網(wǎng)的波動(dòng)、大型用電設(shè)備(如天車(chē)、電爐、大電機(jī)、電焊

8、機(jī)等)的啟停、高壓設(shè)備和電磁開(kāi)關(guān)的電磁輻射、傳輸電纜的共模干擾等。大量物體表面都有靜電電荷的存在，特別是含電氣控制的設(shè)備，靜電電荷會(huì)在系統(tǒng)中形成靜電電場(chǎng)。靜電電場(chǎng)會(huì)引起電路的電位發(fā)生變化；會(huì)通過(guò)電容耦合產(chǎn)生干擾。靜電干擾還包括電路周?chē)锛戏e聚的電荷對(duì)電路的泄放，大載流導(dǎo)體（輸電線路）產(chǎn)生的電場(chǎng)通過(guò)寄生電容對(duì)機(jī)電一體化裝置傳輸?shù)鸟詈细蓴_等等。大電流周?chē)艌?chǎng)對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備回路耦合形成的干擾。動(dòng)力線、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電源變壓器和繼電器等都會(huì)產(chǎn)生這種磁場(chǎng)。產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾的設(shè)備往往同時(shí)伴隨著電場(chǎng)的干擾，因此又統(tǒng)一稱(chēng)為電磁干擾。2干擾存在的形式2.1串模信號(hào)串模干擾是疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾信號(hào)，也稱(chēng)橫向

9、干擾。產(chǎn)生串模干擾的原因有分布電容的靜電耦合，長(zhǎng)線傳輸?shù)幕ジ?，空間電磁場(chǎng)引起的磁場(chǎng)耦合，以及50hz的工頻干擾等。圖2-1 串模信號(hào)轉(zhuǎn)換器a/d轉(zhuǎn)換器ugusuca/d轉(zhuǎn)換器us2.2共模信號(hào)共模干擾往往是指同時(shí)加載在各個(gè)輸入信號(hào)接口斷的共有的信號(hào)干擾。如圖2-2所示檢測(cè)信號(hào)輸入a/d轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端上的公有的電壓干擾。由于輸入信號(hào)源與主機(jī)有較長(zhǎng)距離，輸入信號(hào)us的參考接地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入端參考接地點(diǎn)之間存在電位差ucm。這個(gè)電位差就在轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端上形成共模干擾。以計(jì)算機(jī)接地點(diǎn)為參考點(diǎn)，加到輸入點(diǎn)a上的信號(hào)為us+ucm，加到輸入點(diǎn)b上也有信號(hào)ucm 。us轉(zhuǎn)換器ucm圖2-2

10、串模干擾示意圖3抗干擾的措施3.1抗干擾方法提高抗干擾的措施最理想的方法是抑制干擾源，使其不向外產(chǎn)生干擾或?qū)⑵涓蓴_影響限制在允許的范圍之內(nèi)。由于車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)干擾源的復(fù)雜性，要想對(duì)所有的干擾源都作到使其不向外產(chǎn)生干擾，幾乎是不可能的，也是不現(xiàn)實(shí)的。另外，來(lái)自于電網(wǎng)和外界環(huán)境的干擾，機(jī)電一體化產(chǎn)品用戶(hù)環(huán)境的干擾源也是無(wú)法避免的。因此，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中，除了對(duì)一些重要的干擾源，主要是對(duì)被直接控制的對(duì)象上的一些干擾源進(jìn)行抑制外，更多的則是在產(chǎn)品內(nèi)設(shè)法抑制外來(lái)干擾的影響，以保證系統(tǒng)可靠地工作。抑制干擾的措施很多，主要包括屏蔽、隔離、濾波、接地和軟件處理等方法。3.2屏蔽屏蔽是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨?/p>

11、殼狀屏蔽體，將干擾源或干擾對(duì)象包圍起來(lái)從而割斷或削弱干擾場(chǎng)的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。按需屏蔽的干擾場(chǎng)的性質(zhì)不同，可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽。電場(chǎng)屏蔽是為了消除或抑制由于電場(chǎng)耦合引起的干擾。通常用銅和鋁等導(dǎo)電性能良好的金屬材料作屏蔽體。屏蔽體結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量完整嚴(yán)密并保持良好的接地。磁場(chǎng)屏蔽是為了消除或抑制由于磁場(chǎng)耦合引起的干擾。對(duì)靜磁場(chǎng)及低頻交變磁場(chǎng)，可用高磁導(dǎo)率的材料作屏蔽體，并保證磁路暢通。對(duì)高頻交變磁場(chǎng)，由于主要靠屏蔽體殼體上感生的渦流所產(chǎn)生的反磁場(chǎng)起排斥原磁場(chǎng)的作用。選用材料也是良導(dǎo)體，如銅、鋁等。在變壓器繞組線包的外面包一層銅皮作為漏磁短路環(huán)。當(dāng)漏磁通穿過(guò)短路環(huán)時(shí)，在

12、銅環(huán)中感生渦流，因此會(huì)產(chǎn)生反磁通以抵消部分漏磁通，使變壓器外的磁通減弱。屏蔽的效果與屏蔽層數(shù)量和每層厚度有關(guān)。在同軸電纜中，為防止在信號(hào)傳輸過(guò)程中受到電磁干擾，在電纜線中設(shè)置了屏蔽層。芯線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)被局限在外層導(dǎo)體和芯線之間的空間中，不會(huì)傳播到同軸電纜以外的空間。而電纜外的磁場(chǎng)干擾信號(hào)在同軸電纜的芯線和外層導(dǎo)體中產(chǎn)生的干擾電勢(shì)方向相同，使電流一個(gè)增大，一個(gè)減小而相互抵消，總的電流增量為零。許多通信電纜還在外面包裹一層導(dǎo)體薄膜以提高屏蔽外界電磁干擾的作用。3.3隔離隔離是指把干擾源與接收系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，使有用信號(hào)正常傳輸，而干擾耦通道被切斷，達(dá)到抑制干擾的目的。常見(jiàn)的隔離方法有光電隔離、變壓器

13、隔離和繼電器隔離等方法。3.3.1光電隔離光電隔離是以光作媒介在隔離的兩端間進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)模玫钠骷枪怆婑詈掀?。由于光電耦合器在傳輸信息時(shí)，不是將其輸入和輸出的電信號(hào)進(jìn)行直接耦合，而是借助于光作為媒介物進(jìn)行耦合，因而具有較強(qiáng)的隔離和抗干擾的能力。一般光電耦合器組成的輸入/輸出線路。在控制系統(tǒng)中，它既可以用作一般輸入、輸出的隔離，也可以代替脈沖變壓器起線路隔離與脈沖放大作用。由于光電耦合器具有二極管、三極管的電氣特性，使它能方便地組合成各種電路。又由于它靠光耦合傳輸信息，使它具有很強(qiáng)的抗電磁干擾的能力，從而在機(jī)電一體化產(chǎn)品中獲得了極其廣泛的應(yīng)用。由于光耦合器共模抑制比大、無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、易與

14、邏輯電路配合、響應(yīng)速度快、小型、耐沖擊且穩(wěn)定可靠，因此在機(jī)電一體化系統(tǒng)特別是數(shù)字系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。3.3.2變壓器隔離對(duì)于交流信號(hào)的傳輸一般使用變壓器隔離干擾信號(hào)的辦法。隔離變壓器也是常用的隔離部件，用來(lái)阻斷交流信號(hào)中的直流干擾和抑制低頻干擾信號(hào)的強(qiáng)度。隔離變壓器把各種模擬負(fù)載和數(shù)字信號(hào)源隔離開(kāi)來(lái)，也就是把模擬地和數(shù)字地?cái)嚅_(kāi)。傳輸信號(hào)通過(guò)變壓器獲得通路，而共模干擾由于不形成回路而被抑制。當(dāng)含有直流或低頻干擾的交流信號(hào)從一次側(cè)端輸入時(shí)，根據(jù)變壓器原理，二次側(cè)輸出的信號(hào)濾掉了直流干擾，且低頻干擾信號(hào)幅值也被大大衰減，從而達(dá)到了抑制干擾的目的。另外，在變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)線圈外設(shè)有靜電隔離層

15、s1和s2，其目的是防止一次和二次繞組之間的相互耦合干擾。變壓器外的三層屏蔽密封體的內(nèi)外兩層用鐵，起磁屏蔽的作用，中間用銅，與鐵心相連并直接接地，起靜電屏蔽作用。這三層屏蔽層是為了防止外界電磁場(chǎng)通過(guò)變壓器對(duì)電路形成干擾，這種隔離變壓器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。3.3.3繼電器隔離繼電器線圈和觸點(diǎn)僅有機(jī)械上形成聯(lián)系，而沒(méi)有直接的電的聯(lián)系，因此可利用繼電器線圈接受電信號(hào)，而利用其觸點(diǎn)控制和傳輸電信號(hào)，從而可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電的隔離。同時(shí)，繼電器觸點(diǎn)較多，且其觸點(diǎn)能承受較大的負(fù)載電流，因此應(yīng)用非常廣泛。4 系統(tǒng)接地4.1一點(diǎn)接地將電路、設(shè)備機(jī)殼等與作為零電位的一個(gè)公共參考點(diǎn)（大地）實(shí)現(xiàn)低阻抗的連接，稱(chēng)之謂接

16、地。接地的目的有兩個(gè)：一是為了安全，例如把電子設(shè)備的機(jī)殼、機(jī)座等與大地相接，當(dāng)設(shè)備中存在漏電時(shí)，不致影響人身安全，稱(chēng)為安全接地；二是為了給系統(tǒng)提供一個(gè)基準(zhǔn)電位，例如脈沖數(shù)字電路的零電位點(diǎn)等，或?yàn)榱艘种聘蓴_，如屏蔽接地等。稱(chēng)為工作接地。工作接地包括一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地兩種方式。如圖4-1所示為串聯(lián)一點(diǎn)接地，由于地電阻r1，r2和r3，是串聯(lián)的，所以各電路間相互發(fā)生干擾，雖然這種接地方式很不合理，但由于比較簡(jiǎn)單，用的地方仍然很多。當(dāng)各電路的電平相差不大時(shí)還可勉強(qiáng)使用；但當(dāng)各電路的電平相差很大時(shí)就不能使用，因?yàn)楦唠娖綄?huì)產(chǎn)生很大的地電流并干擾到低電平電路中去。使用這種串聯(lián)一點(diǎn)接地方式時(shí)還應(yīng)注意把低電平

17、的電路放在距接地點(diǎn)最近的地方，即圖4-1中最接近于地電位的a點(diǎn)上。電路1電路2電路3iiir1r2r3i+ i+ i+i+ ii圖4-1串聯(lián)接地如圖4-2所示是并聯(lián)一點(diǎn)接地方式。這種方式在低頻時(shí)是最適用的，因?yàn)楦麟娐返牡仉娢恢慌c本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，不會(huì)因地電流而引起各電路間的耦合。這種方式的缺點(diǎn)是，需要連很多根地線，用起來(lái)比較麻煩。 電路1電路2電路3r1r2r3abc圖4-2串聯(lián)接地4.2多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地所需地線較多，一般適用于低頻信號(hào)。若電路工作頻率較高，電感分量大，各地線間的互感耦合會(huì)增加干擾。如圖4-3所示，各接地點(diǎn)就近接于接地匯流排或底座、外殼等金屬構(gòu)件上。電路1電路2電路

18、3圖4-3 多點(diǎn)接地5軟件抗干擾設(shè)計(jì)5.1濾波簡(jiǎn)介濾波是抑制干擾傳導(dǎo)的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號(hào)的頻譜寬得多，因此，當(dāng)接受器接收有用信號(hào)時(shí)，也會(huì)接收到那些不希望有的干擾。這時(shí)，可以采用濾波的方法，只讓所需要的頻率成分通過(guò)，而將干擾頻率成分加以抑制。常用濾波器根據(jù)其頻率特性又可分為低通、高通、帶通、帶阻等濾波器。低通濾波器只讓低頻成分通過(guò)，而高于截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過(guò)。高通濾波器只通過(guò)高頻成分，而低于截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過(guò)。帶通濾波器只讓某一頻帶范圍內(nèi)的頻率成分通過(guò)，而低于下截止和高于上截止頻率的成分均受抑制，不讓通過(guò)。帶阻濾波

19、器只抑制某一頻率范圍內(nèi)的頻率成分，不讓其通過(guò)，而低于下截止和高于上截止頻率的頻率成分則可通過(guò)。5.2低通濾波器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，常用低通濾波器抑制由交流電網(wǎng)侵入的高頻干擾。圖7-9所示為計(jì)算機(jī)電源采用的一種lc低通濾波器的接線圖。含有瞬間高頻干擾的220v工頻電源通過(guò)截止頻率為50hz的濾波器，其高頻信號(hào)被衰減，只有50hz的工頻信號(hào)通過(guò)濾波器到達(dá)電源變壓器，保證正常供電。圖5-1所示電路中，5-1a所示為觸點(diǎn)抖動(dòng)抑制電路，對(duì)于抑制各類(lèi)觸點(diǎn)或開(kāi)關(guān)在閉合或斷開(kāi)瞬間因觸點(diǎn)抖動(dòng)所引起的干擾是十分有效的。圖5-1b所示電路是交流信號(hào)抑制電路，主要是為了抑制電感性負(fù)載在切斷電源瞬間所產(chǎn)生的反電勢(shì)。這種

20、阻容吸收電路，可以將電感線圈的磁場(chǎng)釋放出來(lái)的能力，轉(zhuǎn)化為電容器電場(chǎng)的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，以降低能量的消散速度。圖5-1c所示電路是輸入信號(hào)的阻容濾波電路。類(lèi)似的這種線路，既可作為直流電源的輸入濾波器，亦可作為模擬電路輸入信號(hào)的阻容濾波器。abc圖7-10 干擾濾波電路6提高系統(tǒng)抗干擾的措施6.1邏輯設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)單可靠對(duì)于一個(gè)具體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝控制要求的前提下，邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，以便節(jié)省元件，方便操作。因?yàn)樵谠骷|(zhì)量已定的前提下，整體中所用到的元器件數(shù)量愈少，系統(tǒng)在工作過(guò)程中出現(xiàn)故障的概率就愈小，亦即系統(tǒng)的穩(wěn)定性愈高。但值得注意的是，對(duì)于一個(gè)具體的線路，必須擴(kuò)大線路的穩(wěn)定儲(chǔ)備量，留

21、有一定的負(fù)載容度。因?yàn)榫€路的工作狀態(tài)是隨電源電壓、溫度、負(fù)載等因素的大小而變的。當(dāng)這些因素由額定情況向惡化線路性能方向變化，最后導(dǎo)致線路不能正常工作時(shí)，這個(gè)范圍稱(chēng)為穩(wěn)定儲(chǔ)備量。此外，工作在邊緣狀態(tài)的線路或元件，最容易接受外界干擾而導(dǎo)致故障。因此，為了提高線路的帶負(fù)載能力，應(yīng)考慮留有負(fù)載容度。比如一個(gè)ttl集成門(mén)電路的負(fù)載能力是可以帶8個(gè)左右同類(lèi)型的邏輯門(mén)，但在設(shè)計(jì)時(shí)，一般最多只考慮帶56個(gè)門(mén)，以便留有一定裕度。6.2硬件自檢測(cè)和軟件自恢復(fù)的設(shè)計(jì)由于干擾引起的誤動(dòng)作多是偶發(fā)性的，因此應(yīng)采取某種措施，使這種偶發(fā)的誤動(dòng)作不致直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，在總體設(shè)計(jì)上必須設(shè)法使干擾造成的這種故障能夠盡快地

22、恢復(fù)正常。通常的方式是，在硬件上設(shè)置某些自動(dòng)監(jiān)測(cè)電路。這主要是為了對(duì)一些薄弱環(huán)節(jié)加強(qiáng)監(jiān)控，以便縮小故障范圍，增強(qiáng)整體的可靠性。在硬件上常用的監(jiān)控和誤動(dòng)作檢出方法通常有數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠媾紮z驗(yàn)（如輸入電路有關(guān)代碼的輸入奇偶校驗(yàn)），存儲(chǔ)器的奇偶校驗(yàn)以及運(yùn)算電路、譯碼電路和時(shí)序電路的有關(guān)校驗(yàn)等。從軟件的運(yùn)行來(lái)看，瞬時(shí)電磁干擾會(huì)影響：堆棧指針sp、數(shù)據(jù)區(qū)或程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容，使cpu偏離預(yù)定的程序指針，進(jìn)入未使用的ram區(qū)和rom區(qū)，引起一些如死機(jī)、死循環(huán)和程序“飛掉”等現(xiàn)象，因此，要合理設(shè)置軟件“陷阱”和“看門(mén)狗”并在檢測(cè)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)字濾波（如粗大誤差處理）等。6.3從安裝和工藝等方面采取措施以消除干擾6.3

23、.1合理選擇接地許多機(jī)電一體化產(chǎn)品，從設(shè)計(jì)思想到具體電路原理都是比較完美的。但在工作現(xiàn)場(chǎng)卻經(jīng)常無(wú)法正常工作，暴露出許多由于工藝安裝不合理帶來(lái)的問(wèn)題，從而使系統(tǒng)容易接受干擾，對(duì)此，必須引起足夠的重視。如選擇正確的接地方式方面考慮交流接地點(diǎn)與直流接地點(diǎn)分離；保證邏輯地浮空（是指控制裝置的邏輯地和大地之間不用導(dǎo)體連接）；保證使機(jī)身、機(jī)柜的安全地的接地質(zhì)量；甚至分離模擬電路的接地和數(shù)字電路的接地等等。6.3.2合理選擇電源合理選擇電源對(duì)系統(tǒng)的抗干擾也是至關(guān)重要的。電源是引進(jìn)外部干擾的重要來(lái)源。實(shí)踐證明，通過(guò)電源引入的干擾噪聲是多途徑的，如控制裝置中各類(lèi)開(kāi)關(guān)的頻繁閉合或斷開(kāi)，各類(lèi)電感線圈（包括電機(jī)、繼電

24、器、接觸器以及電磁閥等）的瞬時(shí)通斷，晶閘管電源及高頻、中頻電源等系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和截止等都會(huì)引起干擾，這些干擾幅值可達(dá)瞬時(shí)千伏級(jí)，而且占有很寬的頻率。顯而易見(jiàn)，要想完全抑制如此寬頻帶范圍的干擾，必須對(duì)交流電源和直流電源同時(shí)采取措施。大量實(shí)踐表明，采用壓敏電阻和低通濾波器可使頻率范圍在20khz100mhz之間的干擾大大衰減。采用隔離變壓器和電源變壓器的屏蔽層可以消除20khz以下的干擾，而為了消除交流電網(wǎng)電壓緩慢變化對(duì)控制系統(tǒng)造成的影響，可采取交流穩(wěn)壓等措施。對(duì)于直流電源通常要考慮盡量加大電源功率容限和電壓調(diào)整范圍。為了使裝備能適應(yīng)負(fù)載在較大范圍變化和防止通過(guò)電源造成內(nèi)部噪聲干擾，整機(jī)電源

25、必須留有較大的儲(chǔ)備量，并有較好的動(dòng)態(tài)特性。習(xí)慣上一般選取0.51倍的余量。另外，盡量采用直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源不僅可以進(jìn)一步抑制來(lái)自交流電網(wǎng)的干擾，而且還可以抑制由于負(fù)載變化所造成的電路直流工作電壓的波動(dòng)。6.3.3合理布局對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備及系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行合理的布局，能有效地防止電磁干擾的危害。合理布局的基本原則是使干擾源與干擾對(duì)象盡可能遠(yuǎn)離，輸入和輸出端口妥善分離，高電平電纜及脈沖引線與低電平電纜分別敷設(shè)等。對(duì)企業(yè)環(huán)境的各設(shè)備之間也存在合理布局問(wèn)題。不同設(shè)備對(duì)環(huán)境的干擾類(lèi)型、干擾強(qiáng)度不同，抗干擾能力和精度也不同，因此，在設(shè)備位置布置上要考慮設(shè)備分類(lèi)和環(huán)境處理，如精密檢測(cè)儀器應(yīng)放置在恒

26、溫環(huán)境，并遠(yuǎn)離有機(jī)械沖擊的場(chǎng)所，弱電儀器應(yīng)考慮工作環(huán)境的電磁干擾強(qiáng)度等。一般來(lái)說(shuō)，除了上述方案以外，還應(yīng)在安裝、布線等方面采取嚴(yán)格的工藝措施，如布線上注意整個(gè)系統(tǒng)導(dǎo)線的分類(lèi)布置，接插件的可靠安裝與良好接觸，注意焊接質(zhì)量等。實(shí)踐表明，對(duì)于一個(gè)具體的系統(tǒng)，如果工藝措施得當(dāng)，不僅可以大大提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，而且還可以彌補(bǔ)某些設(shè)計(jì)上的不足之處。結(jié) 論抗干擾的內(nèi)容還有很多，例如，數(shù)字濾波、屏蔽；人工控制指令的合法性和輸入設(shè)定值的合法性判別等等，這些都是一個(gè)完善的工業(yè)控制系統(tǒng)必不可少的。工業(yè)控制是計(jì)算機(jī)的最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，也是計(jì)算機(jī)的最艱難的應(yīng)用環(huán)境。我從多年來(lái)的研究經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的抗干擾性能根本在硬件結(jié)構(gòu)，