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《電子測試雜志》2015年第四期

1干擾的來源

1.1信號(hào)干擾信號(hào)干擾實(shí)際上就是控制系統(tǒng)中的感性元件，在信號(hào)線上工作的時(shí)候，容易產(chǎn)生噪聲干擾。這是由于電流在通過感性元件的時(shí)候，產(chǎn)生了電磁場，它與電流本身的磁性相沖而形成的。其他的情況如空間磁暴、雷電等都會(huì)使感性元件信產(chǎn)生電磁干擾進(jìn)行形成信號(hào)干擾。還有一種情況，就是當(dāng)供電電壓出現(xiàn)一定幅度的波動(dòng)時(shí)，會(huì)造成感性元件的識(shí)別不能，進(jìn)而產(chǎn)生假信號(hào)干擾到系統(tǒng)工作。

1.2接地干擾由于實(shí)際施工的時(shí)候，難以做到每個(gè)設(shè)備接地點(diǎn)之間的電位絕對均勻，因此會(huì)在較近的幾處接地點(diǎn)形成一個(gè)小型的環(huán)形電路，有時(shí)在一條較長的線路上會(huì)形成若干處類似的電路。它們既會(huì)產(chǎn)生靜電干擾，也會(huì)產(chǎn)生信號(hào)干擾，直接影響到了計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)。如果控制室的等電位接地系統(tǒng)沒有做好接地的工作，一旦發(fā)生較大的放電現(xiàn)象，或者出現(xiàn)磁暴和雷擊的情況，都會(huì)對現(xiàn)場的儀表甚至儀表箱造成損壞，嚴(yán)重影響計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的正常工作。

1.3干擾的影響干擾對于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的損壞十分嚴(yán)重。靜電干擾和電源干擾會(huì)對附近的元器件造成較大的損壞，嚴(yán)重的話還會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的死機(jī)。信號(hào)干擾會(huì)使系統(tǒng)接收到的信號(hào)失真，甚至是出現(xiàn)錯(cuò)誤的信號(hào)。這樣的話，經(jīng)過系統(tǒng)處理所得出的輸出信號(hào)也會(huì)是錯(cuò)誤的。這對于整個(gè)系統(tǒng)來說是不可估量的損失。

2抗干擾措施

2.1屏蔽屏蔽的含義就是對干擾源進(jìn)行抑制甚至隔離，盡量減低它對周圍的影響。常見的抑制干擾源的方法有兩種。1）遠(yuǎn)離技術(shù)，也就是隔離。將干擾源的位置設(shè)置在遠(yuǎn)離于易受干擾的元器件的位置，這種方法是目前普遍采用的隔離手段，成本低廉且效果明顯。還要注意強(qiáng)電的回路線必須設(shè)置一條單獨(dú)的線路，絕對不能貪圖省事省力而與信號(hào)線混在一起，這樣會(huì)增加出現(xiàn)干擾信號(hào)的幾率。強(qiáng)度不同的信號(hào)線之間也要做好隔離措施，保證線路之間的不會(huì)出現(xiàn)平行走向，避免彼此的電磁互相干擾，最好將兩種線路正相交，來降低這種干擾的影響。還有就是不同的電平要按照高低區(qū)分開來，不能通過同一根電纜來進(jìn)行連接，也不能接入同一個(gè)插件，避免在電路之中形成小型的回路。靜電耦合干擾是指控制電纜與周圍電氣回路的靜電容耦合，在電纜中產(chǎn)生了電勢，從而對周圍的電路及元器件產(chǎn)生了干擾。一般采取的措施就是遠(yuǎn)離技術(shù)，將控制電纜設(shè)置在遠(yuǎn)離電氣回路的位置，其距離不得小于導(dǎo)體直徑的40倍。在這個(gè)距離下，干擾的程度明顯減弱。2）屏蔽技術(shù)，也就是抑制。將屏蔽設(shè)備設(shè)置在干擾源的周圍，使其干擾作用大大減弱，同時(shí)將屏蔽設(shè)備接地，就可以將電源等大型電器設(shè)備產(chǎn)生的干擾源屏蔽掉，降低了它對附近導(dǎo)線和回路的干擾作用。對于耦合電路，可以同時(shí)使用同軸電纜和雙絞線的組合線路來屏蔽耦合電路的干擾。因?yàn)橥S電纜接地后，就能夠很好地屏蔽電場的耦合干擾；配合上雙絞線的磁場屏蔽作用，兩者結(jié)合能夠達(dá)到完全屏蔽電源干擾的綜合效果。還可以采用雙絞屏蔽線來阻止其干擾。采用雙絞屏蔽線的原因它兼具有雙絞線和同軸電纜兩者的優(yōu)點(diǎn)，它不僅對電場干擾有屏蔽作用，而且也對磁場干擾有抑制作用。靜電感應(yīng)干擾是指周圍電氣回路產(chǎn)生的磁通變化在電纜中感應(yīng)出的電勢。干擾的大小取決干擾源電纜產(chǎn)生的磁通量的大小，控制電纜形成的閉環(huán)面積和干擾源電纜與控制電纜間的相對角度。一般采取將控制電纜與主回路電纜或其它動(dòng)力電纜分離鋪設(shè)的方法，其分離距離不得低于10cm，以30cm左右為最佳。如果分離電纜的作業(yè)比較難以實(shí)現(xiàn)，可以將控制電纜穿過鐵管進(jìn)行鋪設(shè)，也就是通過屏蔽技術(shù)來降低干擾。

2.2接地在目前所采用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，大多數(shù)都是通過接地來抑制噪聲和防止干擾的。在屏蔽技術(shù)中也多次提到了接地的方法，兩者如果能夠很好地配合使用，對于降低噪聲干擾有著十分理想的效果。接地的時(shí)候要進(jìn)行合理的地線配置，這樣能夠有效地避免形成地線環(huán)路，從而避免了接地干擾。接地干擾有很多種，常見的有屏蔽體接地和信號(hào)接地造成的干擾，還有對于弱電壓電流回路及任何不合理的接地所誘發(fā)的干擾，例如在一條線路上設(shè)置了兩個(gè)以上的接地點(diǎn)，那么鄰近的兩個(gè)接地點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生電位差，從而形成電勢，這樣就會(huì)對附近的線路和元器件產(chǎn)生干擾。對于接地干擾常見的措施就是在控制電纜的任意一點(diǎn)選擇一個(gè)接地點(diǎn)，也就是所謂的一點(diǎn)接地法。一點(diǎn)接地法可以分為兩種，串聯(lián)和并聯(lián)。兩種措施各有各的用處，要根據(jù)實(shí)際情況采用最合理的措施。如果要防止噪聲干擾，那么應(yīng)當(dāng)選擇并聯(lián)接地的方法，因?yàn)榇?lián)接地的抗干擾性能不如并聯(lián)接地。還要將接地線與信號(hào)線區(qū)分開來，避免共同使用造成不必要的干擾。還要注意電纜的接地要在變頻器側(cè)進(jìn)行，專門使用單獨(dú)的接地端子，避免與其它接地端子共用。接地端子的引接點(diǎn)電阻也要控制在合理范圍之內(nèi)，以免電阻過大產(chǎn)生干擾。做好接地措施也是為了有效地保證安全。整個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，包括機(jī)箱、機(jī)柜及其內(nèi)部零件都應(yīng)接地。機(jī)箱和機(jī)柜接上了可靠的地線，就相當(dāng)于與大地連接起來，那么電源就變成了零電位，對于維持機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和保證操作人員的人身安全，有著重要的作用。內(nèi)部的零件多數(shù)為金屬件，其接地是需要靠絞鏈等部件來實(shí)現(xiàn)的，如果接地措施不到位，那么系統(tǒng)運(yùn)行就會(huì)受到影響，甚至?xí)霈F(xiàn)停機(jī)和死機(jī)的現(xiàn)象。還要預(yù)防內(nèi)部零件的電化腐蝕，同時(shí)注意不同種類的金屬件之間出現(xiàn)電化電壓，降低零件的損耗。

2.3軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也會(huì)通過指令限制來增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾的功能。例如非法指令復(fù)位和非法指令中斷就是系統(tǒng)自身進(jìn)行干擾處理的主要程序，它能夠及時(shí)阻止干擾信號(hào)進(jìn)一步破壞系統(tǒng)設(shè)備和其他信息。舉例說明，如圖2所示，掃描輸入可借用定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的中斷輸出，也可以在系統(tǒng)設(shè)置專門掃描清“O”輸入信號(hào)。這里時(shí)鐘取自32kHz石英晶體諧振器。4060為14級(jí)分頻器。它的輸出可根據(jù)不同用戶需要而設(shè)置，以該圖為例，最大范圍可在250ms左右計(jì)滿輸出，設(shè)實(shí)際運(yùn)行的用戶程序(或稱為子程序)所需工作周期為T’分頻器計(jì)滿時(shí)間設(shè)為T，T’>T。如果系統(tǒng)正常工作，則分頻器永無計(jì)滿輸出信號(hào)，一旦工作不正常(飛程序或鎖程序)分頻器RST端得不到定時(shí)掃描輸入信號(hào)，則分頻器永無計(jì)滿輸出一脈沖信號(hào)復(fù)位CPU。為了高質(zhì)量修復(fù)程序，可以使一個(gè)被強(qiáng)干擾打亂或“鎖死”的程序恢復(fù)到受干擾前正在執(zhí)行的任務(wù)上，從而提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的可靠性。

3結(jié)束語

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)操作簡便且功能強(qiáng)大，適用于多種行業(yè)，因此無法保證現(xiàn)場環(huán)境不會(huì)對系統(tǒng)本身產(chǎn)生影響。特別是一些施工單位和主要控制單位，一旦出現(xiàn)較強(qiáng)的干擾將會(huì)造成重大的損失。如何避免這些環(huán)境的干擾因素破壞控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，是本文著力發(fā)掘的重點(diǎn)。通過研究可得出一個(gè)結(jié)論，想要提高系統(tǒng)的適應(yīng)能力，保證其功能可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就要從提高系統(tǒng)自身的抗干擾能力，采取適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施這兩方面來入手，綜合提高系統(tǒng)的可靠性。

作者：黨杰單位：西安醫(yī)學(xué)院后勤保障處動(dòng)力科