計(jì)算機(jī)控制課件-可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)關(guān)于可靠性的幾個概念；可靠度：系統(tǒng)可靠運(yùn)行隨時間的概率曲線，T=0時P=1；

如圖2.6-1所示；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)關(guān)于可靠性的幾個概念；失效率：系統(tǒng)失效隨運(yùn)行時間的概率曲線，T=0時P=0；

如圖2.6-2所示；平均無故障時間：該產(chǎn)品在足夠樣本統(tǒng)計(jì)下的無故障運(yùn)行平均時間；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.1計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)可靠性與硬件的關(guān)聯(lián)1.元器件選擇

篩選；

老化；

測試；

參數(shù)閾值冗余；

器件特性冗余；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.1計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)可靠性與硬件的關(guān)聯(lián)2.電路設(shè)計(jì)的常用手段與可靠性相關(guān)的電路設(shè)計(jì)手段：接口的電氣隔離技術(shù);老化；接口輸入信號的防沖擊吸收、防護(hù)技術(shù)；信號抗干擾的各種濾波技術(shù);器件的高低溫適應(yīng)性選擇與設(shè)計(jì)；特殊環(huán)境（防暴、防輻射）對電路板、器件的設(shè)計(jì)選擇與約束；測量電路的“共模干擾”抑制技術(shù)：“浮地雙屏蔽”技術(shù)、差

動放大技術(shù)；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.1計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)可靠性與硬件的關(guān)聯(lián)2.電路設(shè)計(jì)的常用手段與可靠性相關(guān)的電路設(shè)計(jì)手段：重要功能單元的“冗余”設(shè)計(jì)技術(shù)：短路失效——并聯(lián)冗余；短路失效——串聯(lián)冗余；接口的冗余備份技術(shù)；電源抗干擾技術(shù)：電源沖擊防護(hù)技術(shù)；電源高頻干擾濾波；隔離防沖擊技術(shù)；穩(wěn)壓技術(shù)；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.1計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)可靠性與硬件的關(guān)聯(lián)2.電路設(shè)計(jì)的常用手段與可靠性相關(guān)的電路設(shè)計(jì)手段：后備電源及冗余供電技術(shù)；電路的功能、類別分區(qū)及分區(qū)供電技術(shù)；電路“自噪”消除方法；防程序“跑飛”電路技術(shù)：watchdong電路2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.1計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)可靠性與硬件的關(guān)聯(lián)3.PCB設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝PCB抗干擾布局技術(shù)：合理分區(qū)、合理分層、元器件就近

布局、地平面設(shè)計(jì)與屏蔽技術(shù)；

PCB抗干擾布線技術(shù)：“避免長距離平行布線”；“信號線避免形成“封閉環(huán)””；適當(dāng)?shù)脑诟蓴_源與受干擾電路之間插布；地線或地平面；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.1計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)可靠性與硬件的關(guān)聯(lián)3.PCB設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝高頻信號的布線技術(shù)：布線拐角的平滑化、縮短布線長度；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對PCB設(shè)計(jì)的約束；“工業(yè)設(shè)計(jì)”對PCB設(shè)計(jì)的約束；防震、防塵、防潮、防腐、高低溫、防暴對PCB設(shè)計(jì)的約束；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.1計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)可靠性與硬件的關(guān)聯(lián)4.整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)

整機(jī)結(jié)構(gòu)布置與防電磁干擾；

強(qiáng)電單元與弱電單元的分置與屏蔽；

機(jī)殼與內(nèi)部架構(gòu)的屏蔽效果與接地；

電路板的“三防”處理（防水、防塵、防腐）；

接線端子、接插件的選擇與防護(hù)（防腐、防氧化）

大電流接線端子的防過熱、防氧化；

整機(jī)的防水、防潮、防塵、防震設(shè)計(jì)；

高低溫環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)；

特殊環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)：防暴、防輻射；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.1計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)可靠性與硬件的關(guān)聯(lián)5.電源系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)的在線冗余：電網(wǎng)輸入的冗余——市電+在線PUS；主電源的冗余：DC供電+電池；低功耗系統(tǒng)：電源+超級電容或電池；如圖2.6-32.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.1計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)可靠性與硬件的關(guān)聯(lián)6.產(chǎn)品整機(jī)的測試、考核與老化

整機(jī)性能測試；

電磁兼容測試；

高低溫環(huán)境測試；

震動測試；

通電老化測試；

穩(wěn)定性測試：精度穩(wěn)定性；通訊穩(wěn)定性——誤碼率、斷網(wǎng)率；運(yùn)行穩(wěn)定性；沖擊老化測試；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.1計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)可靠性與硬件的關(guān)聯(lián)7.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“冗余”與“備份”

雙機(jī)熱備；

多服務(wù)器任務(wù)動態(tài)分配；2.6.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性與軟件設(shè)計(jì)1．過程通道接口軟件的可靠性設(shè)計(jì)

軟件去抖技術(shù)；

數(shù)字濾波技術(shù)；

測量數(shù)據(jù)的軟件容錯技術(shù)；

軟件放誤操作技術(shù)；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性與軟件設(shè)計(jì)2.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的容錯設(shè)計(jì)

測量錯誤的容錯處理；

錯誤操作動容錯處理；

錯誤指令的容錯處理；

程序跑飛的容錯處理；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性與軟件設(shè)計(jì)3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

硬件抗干擾設(shè)計(jì)：元件選擇、電路原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)工藝；電路原理方面：過程通道抗干擾技術(shù)；電源抗干擾技術(shù)；結(jié)構(gòu)屏蔽與基地技術(shù)；

軟件抗干擾設(shè)計(jì)：數(shù)字濾波；

軟件容錯；防“跑飛”技術(shù)：watchdog、總線錯誤復(fù)

位、軟件冗余、軟件陷阱；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

2.6.2.1抗干擾的“三要素”2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)對可控干擾源，主動消除干擾源是最積極有效的抗干擾措施；如：IC噪聲的消除——去藕電容；電感性負(fù)載關(guān)斷沖擊的沖擊吸收：繼電器線圈的許流吸收；電力電子器件的吸收回路；

接觸器線圈并接吸收回路；2.6.2.2從干擾源出消除噪聲最有效2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)2.6.2.3切斷干擾的耦合通道

直接傳導(dǎo)耦合：經(jīng)電阻性、電容性、電感性通道耦合到測量通道的干擾信號。解決辦法：信號綠波——硬件濾波、軟件濾波；經(jīng)公共阻抗耦合：如圖2.6-4所示，大幅度波動的電流經(jīng)“公共阻抗”耦合到受

干擾電路；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)2.6.2.3切斷干擾的耦合通道經(jīng)公共阻抗耦合：如圖2.6-4所示，大幅度波動的電流經(jīng)“公共阻抗”耦合到受

干擾電路；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)2.6.2.3切斷干擾的耦合通道經(jīng)公共阻抗耦合：解決辦法：消除“公共阻抗”——采用“一點(diǎn)接地”的方法；如圖2.6-5所示；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)2.6.2.3切斷干擾的耦合通道

電容性耦合：的電容性耦合如圖2.6-6所示；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)2.6.2.3切斷干擾的耦合通道解決辦法：消除或降低與干擾源之間的分布電容；

采用屏蔽接地技術(shù)；

如圖2.6-7所示；2.6可靠性與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.6.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)2.6.2.3切斷干擾的耦合通道電感性耦合：干擾源與受干擾電