第八章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾與可靠性技術(shù)

1、第八章第八章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾 與可靠性技術(shù)與可靠性技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)：干擾源與抗干擾耦合方式干擾源與抗干擾耦合方式空間抗干擾措施空間抗干擾措施過程通道的抗干擾措施過程通道的抗干擾措施系統(tǒng)供電與接地的抗干擾措施系統(tǒng)供電與接地的抗干擾措施采用監(jiān)控定時(shí)器的采用監(jiān)控定時(shí)器的Watchdog的抗干擾措施的抗干擾措施提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性措施提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性措施微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)所謂干擾，就是有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備所謂干擾，就是有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。不能正常

2、工作的破壞因素?？垢蓴_的方法有硬件措施、軟件措施，還有軟硬件結(jié)合抗干擾的方法有硬件措施、軟件措施，還有軟硬件結(jié)合的措施。的措施。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.1 干擾源與抗干擾耦合方式干擾源與抗干擾耦合方式 系統(tǒng)的各個(gè)裝置己經(jīng)小型化、集成化、數(shù)字化，然而在系統(tǒng)的各個(gè)裝置己經(jīng)小型化、集成化、數(shù)字化，然而在極小的空間內(nèi)卻容納并處理著大量的信息，同時(shí)系統(tǒng)還要實(shí)極小的空間內(nèi)卻容納并處理著大量的信息，同時(shí)系統(tǒng)還要實(shí)施各種控制。其結(jié)果是抵御干擾的能力自然會(huì)有所下降。另施各種控制。其結(jié)果是抵御干擾的能力自然會(huì)有所下降。另外，系統(tǒng)采用大量的低電平信號(hào)電路，致使干擾的作用更加外，系統(tǒng)采用大量的低電平信

3、號(hào)電路，致使干擾的作用更加明顯。明顯。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.1.1 干擾來源干擾來源干擾來源干擾來源外部干擾外部干擾內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，由外界與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，由外界環(huán)境因素決定的干擾環(huán)境因素決定的干擾由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制造工藝由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制造工藝等決定的等決定的電源干擾電源干擾空間干擾空間干擾設(shè)備干擾設(shè)備干擾微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.1.1 干擾來源干擾來源1. 電源干擾電源干擾電源干擾是指來自供電電源的干擾，主要有：浪涌、尖電源干擾是指來自供電電源的干擾，主要有：浪涌、尖峰、噪聲和斷電。峰、噪聲和斷電。浪涌浪涌:大功率設(shè)備感性負(fù)載設(shè)備的啟動(dòng)或停止造成浪涌

4、。大功率設(shè)備感性負(fù)載設(shè)備的啟動(dòng)或停止造成浪涌。尖峰尖峰:大功率開關(guān)的通斷，使電網(wǎng)上出現(xiàn)尖峰脈沖。大功率開關(guān)的通斷，使電網(wǎng)上出現(xiàn)尖峰脈沖。噪聲噪聲:噪聲隨供電電源侵入系統(tǒng)。噪聲隨供電電源侵入系統(tǒng)。斷電斷電:斷電、電網(wǎng)調(diào)度高壓切換中的瞬間斷電。斷電、電網(wǎng)調(diào)度高壓切換中的瞬間斷電。 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.1.1 干擾來源干擾來源2. 空間干擾空間干擾靜電和電場(chǎng)的干擾靜電和電場(chǎng)的干擾系統(tǒng)的部分設(shè)備產(chǎn)生靜電，或部分設(shè)備在某個(gè)電場(chǎng)之中。系統(tǒng)的部分設(shè)備產(chǎn)生靜電，或部分設(shè)備在某個(gè)電場(chǎng)之中。磁場(chǎng)干擾磁場(chǎng)干擾系統(tǒng)設(shè)備與某些能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)的電氣設(shè)備構(gòu)成電磁感應(yīng)。系統(tǒng)設(shè)備與某些能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)的電氣設(shè)備構(gòu)

5、成電磁感應(yīng)。電磁輻射干擾電磁輻射干擾通信發(fā)射臺(tái)；可控硅逆變電源、變頻調(diào)速裝置等發(fā)出的通信發(fā)射臺(tái)；可控硅逆變電源、變頻調(diào)速裝置等發(fā)出的電磁波干擾。電磁波干擾。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.1.1 干擾來源干擾來源3. 設(shè)備干擾設(shè)備干擾設(shè)備干擾是指設(shè)備內(nèi)部或設(shè)備之間產(chǎn)生的干擾。設(shè)備干擾是指設(shè)備內(nèi)部或設(shè)備之間產(chǎn)生的干擾。以上三種干擾，來自交流電源的干擾最為嚴(yán)重，其次為以上三種干擾，來自交流電源的干擾最為嚴(yán)重，其次為設(shè)備干擾，特別是來自通道的干擾，再其次為來自空間的輻設(shè)備干擾，特別是來自通道的干擾，再其次為來自空間的輻射干擾。射干擾。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.1.2 干擾信號(hào)的

6、耦合方式干擾信號(hào)的耦合方式干擾信號(hào)進(jìn)入到計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的主要耦合方式分為干擾信號(hào)進(jìn)入到計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的主要耦合方式分為四種：四種： 靜電耦合方式靜電耦合方式 電磁耦合方式電磁耦合方式 共阻抗耦合方式共阻抗耦合方式 電磁場(chǎng)輻射耦合方式。電磁場(chǎng)輻射耦合方式。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.1.2 干擾信號(hào)的耦合方式干擾信號(hào)的耦合方式1. 靜電耦合方式靜電耦合方式當(dāng)二根導(dǎo)線平行地放置至一定距離時(shí)，該二根導(dǎo)線之間當(dāng)二根導(dǎo)線平行地放置至一定距離時(shí)，該二根導(dǎo)線之間的電容就構(gòu)成了它們相互間的電容性耦合。的電容就構(gòu)成了它們相互間的電容性耦合。兩根導(dǎo)線之間的電容性耦合兩根導(dǎo)線之間的電容性耦合導(dǎo)線之間

7、電容性耦合等效電路導(dǎo)線之間電容性耦合等效電路微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.1.2 干擾信號(hào)的耦合方式干擾信號(hào)的耦合方式2. 電磁耦合方式電磁耦合方式在設(shè)備內(nèi)部，線圈或變壓器的漏磁就是一個(gè)很大的干擾在設(shè)備內(nèi)部，線圈或變壓器的漏磁就是一個(gè)很大的干擾源；在設(shè)備外部，當(dāng)二根導(dǎo)線在較長(zhǎng)的距離內(nèi)敷設(shè)或架設(shè)時(shí)，源；在設(shè)備外部，當(dāng)二根導(dǎo)線在較長(zhǎng)的距離內(nèi)敷設(shè)或架設(shè)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生電磁耦合干擾。將會(huì)產(chǎn)生電磁耦合干擾。兩個(gè)電路之間的電磁耦合兩個(gè)電路之間的電磁耦合電磁耦合等效電路電磁耦合等效電路微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.1.2 干擾信號(hào)的耦合方式干擾信號(hào)的耦合方式3. 共阻抗耦合方式共阻抗耦合方式

8、當(dāng)兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路在該當(dāng)兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路在該阻抗上所產(chǎn)生的電壓降會(huì)影響到另一個(gè)電路，該種耦合方式阻抗上所產(chǎn)生的電壓降會(huì)影響到另一個(gè)電路，該種耦合方式稱作公共阻抗耦合，其原理如圖所示。稱作公共阻抗耦合，其原理如圖所示。 公共阻抗耦合原理圖公共阻抗耦合原理圖微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.1.2 干擾信號(hào)的耦合方式干擾信號(hào)的耦合方式4. 電磁場(chǎng)輻射耦合方式電磁場(chǎng)輻射耦合方式處于電磁波中的導(dǎo)體，將因受到電磁波的作用而感應(yīng)出處于電磁波中的導(dǎo)體，將因受到電磁波的作用而感應(yīng)出相應(yīng)頻率的電動(dòng)勢(shì)。相應(yīng)頻率的電動(dòng)勢(shì)。 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技

9、術(shù)8.2 空間抗干擾的措施空間抗干擾的措施空間感應(yīng)包括靜電場(chǎng)、高頻電磁場(chǎng)以及磁場(chǎng)引起的干空間感應(yīng)包括靜電場(chǎng)、高頻電磁場(chǎng)以及磁場(chǎng)引起的干擾，主要的方法解決：擾，主要的方法解決：空間隔離：空間隔離：使敏感設(shè)備或信號(hào)線遠(yuǎn)離干擾源（如大型使敏感設(shè)備或信號(hào)線遠(yuǎn)離干擾源（如大型動(dòng)力設(shè)備及大變壓器等）。動(dòng)力設(shè)備及大變壓器等）。屏蔽：屏蔽：對(duì)敏感電路加屏蔽盒或?qū)π盘?hào)加屏蔽層，注意對(duì)敏感電路加屏蔽盒或?qū)π盘?hào)加屏蔽層，注意屏蔽層不能隨意接地，必要時(shí)屏蔽層外還要有絕緣層。屏蔽層不能隨意接地，必要時(shí)屏蔽層外還要有絕緣層。電氣布線：電氣布線：合理的選擇信號(hào)線，并在實(shí)際施工中正確合理的選擇信號(hào)線，并在實(shí)際施工中正確的敷設(shè)

10、信號(hào)線來抑制干擾。的敷設(shè)信號(hào)線來抑制干擾。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.2.1 屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)屏蔽主要用來解決電磁干擾，將電力線或磁力線的影響屏蔽主要用來解決電磁干擾，將電力線或磁力線的影響限定在某個(gè)范圍之內(nèi)或阻止他們進(jìn)入某個(gè)范圍。通?？煞窒薅ㄔ谀硞€(gè)范圍之內(nèi)或阻止他們進(jìn)入某個(gè)范圍。通?？煞譃椋簽椋?低頻磁場(chǎng)屏蔽低頻磁場(chǎng)屏蔽 電磁屏蔽電磁屏蔽 雙層屏蔽雙層屏蔽 電場(chǎng)屏蔽電場(chǎng)屏蔽微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.2.1 屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是如何保證屏蔽體的完整性，使其屏蔽技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是如何保證屏蔽體的完整性，使其電磁泄漏獎(jiǎng)低到最小程度。通常采取以下措施電磁泄漏獎(jiǎng)

11、低到最小程度。通常采取以下措施 屏蔽殼體接縫上的永久性縫隙一般采用氬弧焊密封焊屏蔽殼體接縫上的永久性縫隙一般采用氬弧焊密封焊接。接。 機(jī)殼的通風(fēng)孔一般采用穿孔金屬板或者金屬絲網(wǎng)覆蓋。機(jī)殼的通風(fēng)孔一般采用穿孔金屬板或者金屬絲網(wǎng)覆蓋。 必須對(duì)傳輸線進(jìn)行屏蔽，其屏蔽外皮必須伸入到外殼必須對(duì)傳輸線進(jìn)行屏蔽，其屏蔽外皮必須伸入到外殼或鏈接器內(nèi)部?；蜴溄悠鲀?nèi)部。 元件的安裝孔，需要通過導(dǎo)電襯墊與外殼連接。元件的安裝孔，需要通過導(dǎo)電襯墊與外殼連接。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.2.2 電氣布線技術(shù)電氣布線技術(shù)系統(tǒng)布線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是進(jìn)行正確電纜選型、敷設(shè)、抑制系統(tǒng)布線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是進(jìn)行正確電纜選型、敷設(shè)

12、、抑制干擾和降低成本。干擾和降低成本。1、常用的線纜類型、常用的線纜類型 雙絞線雙絞線 屏蔽電纜屏蔽電纜 同軸電纜同軸電纜2、電纜的選擇與敷設(shè)、電纜的選擇與敷設(shè)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.3 過程通道的抗干擾措施過程通道的抗干擾措施 強(qiáng)烈的干擾往往沿著過程通道進(jìn)入計(jì)算機(jī)，其主要原因強(qiáng)烈的干擾往往沿著過程通道進(jìn)入計(jì)算機(jī)，其主要原因是過程通道與計(jì)算機(jī)之間存在公共地線，而且首當(dāng)其沖是是過程通道與計(jì)算機(jī)之間存在公共地線，而且首當(dāng)其沖是A心心和各種輸入裝置。所以要求這些設(shè)備有很強(qiáng)的抗干擾能力，和各種輸入裝置。所以要求這些設(shè)備有很強(qiáng)的抗干擾能力，而且要設(shè)法削弱來自公共地線的干擾，以提高過程通道

13、的抗而且要設(shè)法削弱來自公共地線的干擾，以提高過程通道的抗干擾性能。干擾性能。干擾的作用方式，一般可分為干擾的作用方式，一般可分為串模干擾串模干擾和和共模干擾共模干擾。干擾信號(hào)的形式干擾信號(hào)的形式微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.3 過程通道的抗干擾措施過程通道的抗干擾措施 1串模干擾及其抑制串模干擾及其抑制疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾信號(hào)稱為串模干擾。產(chǎn)生的原疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾信號(hào)稱為串模干擾。產(chǎn)生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。起的磁場(chǎng)耦合?？梢圆扇∠铝写胧┍M量減少其影響。可以采取下列措施盡量減少其

14、影響。 采用輸入濾波器采用輸入濾波器 進(jìn)行電磁屏蔽和良好的接地進(jìn)行電磁屏蔽和良好的接地 選擇合適的選擇合適的ADC 使用電流信號(hào)傳輸使用電流信號(hào)傳輸微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.3 過程通道的抗干擾措施過程通道的抗干擾措施 2共模干擾及其抑制共模干擾及其抑制共模干擾產(chǎn)生的主要原因是不同共模干擾產(chǎn)生的主要原因是不同“地地”之間存在共模電之間存在共模電壓，以及模擬信號(hào)系統(tǒng)對(duì)地存在漏阻抗。壓，以及模擬信號(hào)系統(tǒng)對(duì)地存在漏阻抗。工模干擾工模干擾微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.3 過程通道的抗干擾措施過程通道的抗干擾措施抑制共模干擾的措施有：抑制共模干擾的措施有：(1) 采用差分放大器做

15、信號(hào)前置放大采用差分放大器做信號(hào)前置放大 (2) 采用隔離技術(shù)將地電位隔開采用隔離技術(shù)將地電位隔開 當(dāng)信號(hào)地與放大器地隔開時(shí)，當(dāng)信號(hào)地與放大器地隔開時(shí)， Vg不形成回路，就不能轉(zhuǎn)不形成回路，就不能轉(zhuǎn)成串模干擾。常用的隔離方法是使用變壓耦合或光電耦合。成串模干擾。常用的隔離方法是使用變壓耦合或光電耦合。若被測(cè)信號(hào)是直流信號(hào)，采用變壓器隔離時(shí)，就必須采用調(diào)若被測(cè)信號(hào)是直流信號(hào)，采用變壓器隔離時(shí)，就必須采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)。由變壓器構(gòu)成的隔離放大器如圖所示。制解調(diào)技術(shù)。由變壓器構(gòu)成的隔離放大器如圖所示。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.3 過程通道的抗干擾措施過程通道的抗干擾措施隔離放大器隔離放大

16、器隔離放大器隔離放大器微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.3 過程通道的抗干擾措施過程通道的抗干擾措施(3)利用浮地屏蔽利用浮地屏蔽采用雙層屏蔽三線采樣采用雙層屏蔽三線采樣(Sl，S2，S3)浮地隔離放大器來抑浮地隔離放大器來抑制共模干擾電壓。制共模干擾電壓。隔離放大器隔離放大器微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.4.1系統(tǒng)供電的抗干擾措施系統(tǒng)供電的抗干擾措施考慮采取電源保護(hù)措施，防止電源干擾，并保證不間斷考慮采取電源保護(hù)措施，防止電源干擾，并保證不間斷地供電。交流穩(wěn)壓器抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，保證地供電。交流穩(wěn)壓器抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，保證220VAC供電。低通濾波器讓供電。低通濾

17、波器讓50Hz的基波通過，而濾除高頻干擾干擾的基波通過，而濾除高頻干擾干擾信號(hào)。直流穩(wěn)壓電源采用開關(guān)電源。對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)適應(yīng)信號(hào)。直流穩(wěn)壓電源采用開關(guān)電源。對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，抗干擾性能好。性強(qiáng)，抗干擾性能好。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.4.1系統(tǒng)供電的抗干擾措施系統(tǒng)供電的抗干擾措施1. 供電系統(tǒng)的一般保護(hù)供電系統(tǒng)的一般保護(hù) 解決尖峰脈沖的硬件方法：解決尖峰脈沖的硬件方法： 選用供電比較穩(wěn)定的進(jìn)線電源選用供電比較穩(wěn)定的進(jìn)線電源 利用干擾抑制器消除尖峰干擾利用干擾抑制器消除尖峰干擾 采用交流穩(wěn)壓器穩(wěn)定電網(wǎng)電壓采用交流穩(wěn)壓器穩(wěn)定電網(wǎng)電壓一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)一般計(jì)算機(jī)控制系

18、統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.4.1系統(tǒng)供電的抗干擾措施系統(tǒng)供電的抗干擾措施2. 電源異常保護(hù)電源異常保護(hù)采用不間斷電源采用不間斷電源UPS不中斷供電。不中斷供電。具有具有UPS發(fā)熱供電結(jié)構(gòu)發(fā)熱供電結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.4.1系統(tǒng)供電的抗干擾措施系統(tǒng)供電的抗干擾措施3. 直流電源系統(tǒng)直流電源系統(tǒng)直流電源側(cè)采取的相應(yīng)抗干擾措施直流電源側(cè)采取的相應(yīng)抗干擾措施 交流電源變壓器的屏蔽交流電源變壓器的屏蔽 采用直流開關(guān)電源采用直流開關(guān)電源 直流供電系統(tǒng)的隔離直流供電系統(tǒng)的隔離當(dāng)控制裝置和電子電氣設(shè)備的內(nèi)部子系統(tǒng)之間需要相互當(dāng)控制裝置和電子電氣設(shè)備的內(nèi)部子系統(tǒng)之間

19、需要相互隔離時(shí)，它們各自的直流供電電源間也應(yīng)相互隔離，以減少隔離時(shí)，它們各自的直流供電電源間也應(yīng)相互隔離，以減少公共阻抗的相互耦合和公共電源的相互耦合。公共阻抗的相互耦合和公共電源的相互耦合。交流側(cè)隔離交流側(cè)隔離直流側(cè)隔離直流側(cè)隔離微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.4.2 系統(tǒng)接地的抗干擾措施系統(tǒng)接地的抗干擾措施廣義的接地包含接實(shí)地和接虛地。廣義的接地包含接實(shí)地和接虛地。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接地的目的：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接地的目的： 抑制干擾抑制干擾 保護(hù)計(jì)算機(jī)、電器設(shè)備和操作人員的安全保護(hù)計(jì)算機(jī)、電器設(shè)備和操作人員的安全微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.4.2 系統(tǒng)接地的抗干擾措施系統(tǒng)接地的抗干擾

20、措施計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的“地地”有多種，故接地線主要分為有多種，故接地線主要分為以下幾類：模擬地、數(shù)字地、安全地、系統(tǒng)地、交流地。以下幾類：模擬地、數(shù)字地、安全地、系統(tǒng)地、交流地。 模擬地是系統(tǒng)中的傳感器、變送器、放大器、模擬地是系統(tǒng)中的傳感器、變送器、放大器、AD和和D/A轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。 數(shù)字地是計(jì)算機(jī)中數(shù)字電路的零電位，為避免對(duì)模擬數(shù)字地是計(jì)算機(jī)中數(shù)字電路的零電位，為避免對(duì)模擬信號(hào)造成數(shù)字脈沖的干擾，數(shù)字地應(yīng)與模擬地分開。信號(hào)造成數(shù)字脈沖的干擾，數(shù)字地應(yīng)與模擬地分開。 安全地又稱為保護(hù)地或機(jī)殼地，其目的是讓設(shè)備機(jī)殼安全地又稱為保護(hù)地或機(jī)

21、殼地，其目的是讓設(shè)備機(jī)殼與大地等電位。與大地等電位。 系統(tǒng)地是上述幾類地的最終回流點(diǎn)，直接與大地相連。系統(tǒng)地是上述幾類地的最終回流點(diǎn)，直接與大地相連。 交流地是計(jì)算機(jī)交流供電電源地，即動(dòng)力線地，其地交流地是計(jì)算機(jī)交流供電電源地，即動(dòng)力線地，其地電位很不穩(wěn)定。交流地絕對(duì)不允許與上述幾類地相連。電位很不穩(wěn)定。交流地絕對(duì)不允許與上述幾類地相連。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.4.2 系統(tǒng)接地的抗干擾措施系統(tǒng)接地的抗干擾措施1. 單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.4.2 系統(tǒng)接地的抗干擾措施系統(tǒng)接地的抗干擾措施2. 分別回流單點(diǎn)接地分別回流單點(diǎn)接地微型

22、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.4.2 系統(tǒng)接地的抗干擾措施系統(tǒng)接地的抗干擾措施3. 實(shí)用的低頻接地實(shí)用的低頻接地微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.4.2 系統(tǒng)接地的抗干擾措施系統(tǒng)接地的抗干擾措施4. 輸入通道的接地技術(shù)輸入通道的接地技術(shù) 電路一點(diǎn)地基準(zhǔn)電路一點(diǎn)地基準(zhǔn)信號(hào)源端接地時(shí)，放大器電源不接地；放大器接地時(shí)，信號(hào)源不接地。信號(hào)源端接地時(shí)，放大器電源不接地；放大器接地時(shí)，信號(hào)源不接地。 電纜屏蔽層的接地電纜屏蔽層的接地 信號(hào)電路一點(diǎn)接地時(shí)，低頻電纜的屏蔽層也一點(diǎn)接地。信號(hào)電路一點(diǎn)接地時(shí)，低頻電纜的屏蔽層也一點(diǎn)接地。(a)(b)I/O設(shè)備I/O設(shè)備微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技

23、術(shù)8.4.2 系統(tǒng)接地的抗干擾措施系統(tǒng)接地的抗干擾措施5. 主機(jī)外殼接地主機(jī)外殼接地微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.4.2 系統(tǒng)接地的抗干擾措施系統(tǒng)接地的抗干擾措施6. 多機(jī)系統(tǒng)的接地多機(jī)系統(tǒng)的接地微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.5 采用監(jiān)控定時(shí)器采用監(jiān)控定時(shí)器Watchdog的抗干擾措施的抗干擾措施當(dāng)侵入的尖峰脈沖干擾使程序編碼的某一位當(dāng)侵入的尖峰脈沖干擾使程序編碼的某一位(或數(shù)位或數(shù)位)發(fā)生發(fā)生改變時(shí)，程序可能改變時(shí)，程序可能“飛掉飛掉”,Watchdog技術(shù)可幫助系統(tǒng)恢復(fù)正技術(shù)可幫助系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。常運(yùn)行。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.5 采用監(jiān)控定時(shí)器采用監(jiān)

24、控定時(shí)器Watchdog的抗干擾措施的抗干擾措施1、監(jiān)控定時(shí)器、監(jiān)控定時(shí)器Watchdog的工作原理的工作原理Tl是應(yīng)用程序的運(yùn)行周期；定時(shí)器是應(yīng)用程序的運(yùn)行周期；定時(shí)器TM2是是Watchdog。利。利用溢出脈沖用溢出脈沖P2并附加必要的程序設(shè)計(jì)，可以檢測(cè)系統(tǒng)的出錯(cuò)，并附加必要的程序設(shè)計(jì)，可以檢測(cè)系統(tǒng)的出錯(cuò)，使應(yīng)用程序重新恢復(fù)正常運(yùn)行或使系統(tǒng)復(fù)位后恢復(fù)運(yùn)行。使應(yīng)用程序重新恢復(fù)正常運(yùn)行或使系統(tǒng)復(fù)位后恢復(fù)運(yùn)行。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.5 采用監(jiān)控定時(shí)器采用監(jiān)控定時(shí)器Watchdog的抗干擾措施的抗干擾措施2. 監(jiān)控定時(shí)器監(jiān)控定時(shí)器Watchdog的實(shí)現(xiàn)方法的實(shí)現(xiàn)方法微型計(jì)算機(jī)控制

25、技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.5 采用監(jiān)控定時(shí)器采用監(jiān)控定時(shí)器Watchdog的抗干擾措施的抗干擾措施3.監(jiān)控定時(shí)器監(jiān)控定時(shí)器Watchdog用于用戶程序的自動(dòng)恢復(fù)用于用戶程序的自動(dòng)恢復(fù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.5 采用監(jiān)控定時(shí)器采用監(jiān)控定時(shí)器Watchdog的抗干擾措施的抗干擾措施4.監(jiān)控定時(shí)器監(jiān)控定時(shí)器Watchdog用于硬件故障的檢測(cè)用于硬件故障的檢測(cè) 凡在某個(gè)規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)數(shù)次出錯(cuò)即可判斷為硬凡在某個(gè)規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)數(shù)次出錯(cuò)即可判斷為硬件故障。件故障。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8.6 提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性措施8.6.1 可靠性可靠性是指機(jī)器、零件或系

26、統(tǒng)，在規(guī)定的工作條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)具有正常工作可靠性是指機(jī)器、零件或系統(tǒng)，在規(guī)定的工作條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)具有正常工作性能的能力。性能的能力。狹義的可靠性是指一次性使用的機(jī)器、零件或系統(tǒng)的使用壽命。狹義的可靠性是指一次性使用的機(jī)器、零件或系統(tǒng)的使用壽命。衡量可靠性的指標(biāo)常用的有：可靠度、衡量可靠性的指標(biāo)常用的有：可靠度、MTBF、MTTF及故障率。及故障率。 可靠度可靠度(Reliability)：指機(jī)器、零件或系統(tǒng)，從開始工作起，在規(guī)定的使用條件下的：指機(jī)器、零件或系統(tǒng)，從開始工作起，在規(guī)定的使用條件下的工作周期內(nèi)，達(dá)到所規(guī)定的性能，即無故障正常狀態(tài)的概率，用工作周期內(nèi)，達(dá)到所規(guī)定的性

27、能，即無故障正常狀態(tài)的概率，用R(t)表示。即：表示。即：R(t)P(Xt) 可靠度可靠度R(t)具有下列性質(zhì)：具有下列性質(zhì)： R(0)1； 0R(t)1；R(t)是時(shí)間是時(shí)間t的單調(diào)遞減函數(shù)。的單調(diào)遞減函數(shù)。; 0) t (Rlimt微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) MTBF(Mean Time Between Failures)：平均故障時(shí)間指可修理機(jī)器、零件或系統(tǒng)，相：平均故障時(shí)間指可修理機(jī)器、零件或系統(tǒng)，相鄰故障期間的正常工作時(shí)間的平均值。鄰故障期間的正常工作時(shí)間的平均值。 MTTF(Mean Time To Failures)：到發(fā)生故障的平均時(shí)間指不能修理的機(jī)器、零件或：到發(fā)生

28、故障的平均時(shí)間指不能修理的機(jī)器、零件或系統(tǒng)，至發(fā)生故障為止的工作時(shí)間的平均值，即指不可修理產(chǎn)品的平均壽命。系統(tǒng)，至發(fā)生故障為止的工作時(shí)間的平均值，即指不可修理產(chǎn)品的平均壽命。 故障率故障率(Failure Rate)：通常指瞬時(shí)故障率。它是指能工作到某個(gè)時(shí)間的機(jī)器、零件或：通常指瞬時(shí)故障率。它是指能工作到某個(gè)時(shí)間的機(jī)器、零件或系統(tǒng)，在連續(xù)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的比例，用系統(tǒng)，在連續(xù)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的比例，用(t)表示。又稱失效率、風(fēng)險(xiǎn)率。表示。又稱失效率、風(fēng)險(xiǎn)率。設(shè)設(shè)N個(gè)同類型元件，到個(gè)同類型元件，到t時(shí)刻有時(shí)刻有Ns個(gè)元件仍正常工作，個(gè)元件仍正常工作，NFNNs個(gè)元件失效。則個(gè)元件失效。則上式

29、表明，故障率上式表明，故障率(t)(t)等于等于t t以后的單位時(shí)間內(nèi)失效元件數(shù)與以后的單位時(shí)間內(nèi)失效元件數(shù)與t t時(shí)刻仍有效的元件數(shù)之比時(shí)刻仍有效的元件數(shù)之比。dt) t (dNN1) t (Fs微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)1. 可靠性設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則可靠性設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則在可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，遵循下列準(zhǔn)則：在可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，遵循下列準(zhǔn)則：有效地利用以前的經(jīng)驗(yàn)；有效地利用以前的經(jīng)驗(yàn)；盡可能減少零件件數(shù)，尤其是故障率高的零件數(shù)；盡可能減少零件件數(shù)，尤其是故障率高的零件數(shù)；采用標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品；采用標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品；檢查、調(diào)試和互換容易實(shí)現(xiàn)；檢查、調(diào)試和互換容易實(shí)現(xiàn)；零件互換性好；零件互換性好；可靠性特殊設(shè)計(jì)方法，

30、例如，可靠度合理分配、冗余設(shè)計(jì)、安全裝置設(shè)可靠性特殊設(shè)計(jì)方法，例如，可靠度合理分配、冗余設(shè)計(jì)、安全裝置設(shè)計(jì)、可靠性預(yù)測(cè)等。計(jì)、可靠性預(yù)測(cè)等。8.6.2 提高可靠性的途徑微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)日本橫河公司對(duì)集散系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)提出了三個(gè)準(zhǔn)則。日本橫河公司對(duì)集散系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)提出了三個(gè)準(zhǔn)則。系統(tǒng)運(yùn)行不受故障影響的準(zhǔn)則系統(tǒng)運(yùn)行不受故障影響的準(zhǔn)則冗余設(shè)計(jì)可以使系統(tǒng)某一部件發(fā)生故障時(shí)能夠自動(dòng)切換。冗余設(shè)計(jì)可以使系統(tǒng)某一部件發(fā)生故障時(shí)能夠自動(dòng)切換。多級(jí)操作可以使系統(tǒng)某一部件發(fā)生故障時(shí)能夠旁路或者降級(jí)使用。多級(jí)操作可以使系統(tǒng)某一部件發(fā)生故障時(shí)能夠旁路或者降級(jí)使用。系統(tǒng)不易發(fā)生故障的準(zhǔn)則系統(tǒng)不

31、易發(fā)生故障的準(zhǔn)則從系統(tǒng)的基本部件著手，提高系統(tǒng)的從系統(tǒng)的基本部件著手，提高系統(tǒng)的MTBF。迅速排除故障的準(zhǔn)則迅速排除故障的準(zhǔn)則是一條維修性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。包括故障診斷、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、部件更換等設(shè)是一條維修性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。包括故障診斷、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、部件更換等設(shè)計(jì)。計(jì)。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) (1)冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冗余分類冗余分類:按冗余部件、裝置或系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可分為工作冗余按冗余部件、裝置或系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可分為工作冗余(熱后備熱后備)和后備冗余和后備冗余(冷后備冷后備)兩類。兩類。按冗余度的不同，可分為雙重化冗余和多重化按冗余度的不同，可分為雙重化冗余和多重化(n:1)冗余。冗余。集散系統(tǒng)的供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、集散系統(tǒng)的供電系統(tǒng)、通