控制板系統方案開發的抗干擾設計

干擾源類型及對控制板系統的干擾

1. 來自空間的輻射干擾

空間的輻射電磁場主要來自電力網絡、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備，其分布極為復雜。若控制板系統置于所射頻場內。就會受到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑:一是對控制板通信網絡的輻射，由通信線路的感應引人干擾;二是直接對控制板內部的輻射，由電路感應產生干擾。

2. 來自系統外引線的干擾

a. 來自電源的干擾

控制板系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應出電壓和電流。尤其是電網內部的變化，開關操作浪涌、大型電力設備起停、電網短路暫態沖擊等，都通過輸電線路傳到電源。控制板電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。

b. 來自信號線引入的干擾

控制板系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾;二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起vo信號工作異常和測量精度的降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統總線回流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。

c. 來自接地系統混亂時的干擾

接地是提高電子設備電磁兼容性的有效手段之一。正確地接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾;而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使控制板系統將無法正常工作。接地系統混亂對控制板系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端都接地，就存在地電位差，這時就有電流流過屏蔽層，當發生異常狀態如雷擊時，地線電流將更大。此外，屏蔽層、接地線和地之間有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內又會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的禍合，干擾信號形成回路。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。控制板工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響控制板的邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂、程序跑飛或死機。

控制板抗干擾設計的一般方法

抑制電磁干擾的基本原則是抑制干擾源、切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑、提高裝置和系統的抗干擾能力。

1. 設備選型

在選擇設備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產品，其次還應了解生產廠給出的抗干擾指標，如耐壓能力、共模抑制比，對最大電場強度和最高頻率范圍設置。另外考察其在類似工作中的應用實績。如果選擇國外進口產品要注意:我國是采用220v高內阻電網制式，比如日本是110v低內阻電網。由于我國電網內阻大，零點電位漂移大，地電位變化大，工業企業現場的電磁干擾至少要比日本高4倍以上，對系統抗干擾性能要求更高，在國外能正常工作的控制板產品在國內工業就不一定能可靠運行，這就要求在采用國外產品時，按我國的標準((GB/T13926)合理選擇。

2. 設計施工中的抗干擾設計

為保證系統在工業電磁環境中免受或減少內外電磁干擾，必須綜合抗干擾設計，在設計階段采取措施。綜合抗干擾設計主要內容包括:對控制板'系統及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾;對外引線進行隔離、濾波，特別是動力電纜，應該與信號線分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾;正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統。

主要抗干擾措施

1. 采用性能優良的電源

在控制板系統中，電源占有十分重要的地位。電網干擾串入控制板系統主要通過控制板系統的供電電源、變送器供電電源和與控制板系統具有直接電氣連接的儀表供電電源等藕合進入的。對于控制板系統供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源;而對于變送器供電的電源和控制板系統有直接電氣連接的儀表的供電電源，選擇分布電容小、抑制性強的配電器，抑制電網引入的干擾。

2. 電纜選擇和敷設

為了減少動力電纜輻射電磁干擾，不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敷設，嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敷設.以減少電磁干擾。

3. 硬件濾波及軟件抗干擾措施

信號在接入計算機前，在信號線與地間并聯電容，以減少共模干擾。由于電磁干擾的復雜性，要根本消除干擾影響是不可能的，困此在控制板系統的軟件設計和組態時，還應在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統的可靠性。

4. 選擇正確接地點系統

接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統是控制板系統抗電磁干擾的重要措施之一。系統接地方式有:浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對控制板系統而言，它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于l MHz，所以控制板系統接地線采用一點接地和串聯一點接地方式。集中布置的控制板系統適于并聯一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯一點接地方式。

5. 控制板輸入、輸出信號回路采用光電隔離

利用光電禍合器的開關特性實現輸人和輸出信號的完全隔離，已成為抑制干擾的有效措施之一。光電輻合器把各種模擬負載和數字信息源隔離開來，也就是把“模擬的”和“數字的”斷開。光電藕合器能實現良好隔離的原因有三個。

a. 由于光電棍合器輸入電阻抗很小而干擾源的內阻則很大，因此分壓到光電藕合器輸入端的干擾信號較小，輸入回路與輸出回路之間分布電容極小，而且絕緣電阻較高，因此回路一邊的干擾很難通過光電藕合的回饋送到另一邊;

b. 光電藕合器在密封條件下實現輸入回路與輸出回路的光禍合，不會受外界光的影響;

c. 無論是模擬還是數字信號，在輸入、輸出通道上都采用光電禍合電路，用光線來藕合信號，使輸人、輸出沒有電的直接聯系，可以有效地防止漏電、短路、打火、感應引起的過電壓串入控制板系統。因此在控制板系統現場uo信號經光電藕合器隔離，與控制板系統本體分開，切斷了干擾噪聲的通道，解決了輸入、輸出回路的抗干擾問題，使系統調試方便，運行可靠。

結束語

工程實踐表明，采用以上杭干擾設計和措施可以取得很好的效果。但是控制板系統中的干擾是一個十分復雜的問題，還需在實踐中不斷摸索，綜合考慮各方面的因素，進一步完善優化抗干擾設計方法，合理有效地抑制干擾。