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計算機控制系統的電源與供電系統，是整個系統的非常重要的一環，可以說解決了電源干擾問題，則抗干擾問題就解決了一大半。以下介紹幾種常用的電源抗干擾技術，這些措施可以單獨使用，也可同時采用其中幾種措施。 1. 遠離干擾源 所謂遠離干擾源，就是采取有效措施避開干擾源。最有效的辦法是使系統的電源線遠離帶有大功率感性負載的動力線；有條件的地方要拉專用的交流電源；必要時可以采用“干凈”的照明線路電源為系統供電。 2. 安裝電源低通濾波器 由于雷電、電氣設備的開關、大型電力設備的啟停、大功率移相控制設備等在電網上造成的噪聲，以及電網欠壓或過壓等，均在系統的穩壓電源的輸入端形成共�；虺ＤＴ肼�。對這一類噪聲，通常采用集中參數的低通濾波器來實現抗干擾，圖1是一種典型的電源低通濾波器。另外，當噪聲較強時，由于電感發生磁飽和會導致抗干擾失敗，為此常在電源進入電源低通濾波器之前加設由一捆近50m長的雙絞線組成的分布參數噪聲衰減器，以保證低通濾波器的電感工作在非飽和區。  圖1 電源低通濾波器 3. 采取變壓器屏蔽和分路供電措施 系統的電源變壓器繞組采取屏蔽措施后，初次級間的耦合電容可以大大減少，從而可以有效地抑制從電網側進入系統的噪聲。變壓器的屏蔽層應接地，其中初級繞組的屏蔽層與交流“地”相接，次級繞組的屏蔽層和中間隔離層都與直流側的工作“地”相連。由于計算機系統是“弱”信號系統，為防止其受“強電”部分影響，應使為計算機系統供電的變壓器和向燈泡、繼電器等供電的變壓器分開，如圖2所示。  圖2 變壓器屏蔽和分路供電 4. 采取措施拓寬對電網波動的適應能力 針對電網交流電壓的波動，可在直流穩壓電源前采用交流穩壓器或選用電網調節范圍大的直流穩壓電源，大多數的計算機設備都應配有交流穩壓裝置；對于電網半周以內的欠壓，可以通過增大直流穩壓電路的輸出電解電容而使其有較長的輸出電壓保持時間的方法來解決。 5. 使用壓敏電阻和均衡器 均衡器是按頻譜均衡原理設計的，它可將尖峰電壓的集中能量分配到不同的頻段上去，從而減弱其破壞性。如國產的干擾抑制器就是一種均衡器，將其按圖3所示串接在交流電源的進線中，就可以得到很滿意的效果。另外，對電網的高頻短暫過電壓，也可采用在交流進線處并聯壓敏電阻予以吸收。  圖3 壓敏電阻和均衡器使用 6. 直流側去耦措施 抑制直流側的電源干擾，除了選用穩壓性能好、紋波小的穩壓電源外，還要克服因脈沖電路運行而引起的交叉干擾。主要使用去耦法，即在各主要的集成電路芯片的電源輸入端與地之間，或在印刷電路板電源布線的一些關鍵點與地之間，接入一個1～10μF的電解電容；同時為濾除高頻干擾，可再并聯一個0.01μF左右的小電容。 7. 供電系統應合理配線和布線 在計算機系統中，電源的引入線和輸出線的布線方法以及公共線均應采取一定的措施，以提高抗干擾能力。 (1) 從電源進線到電源的布線原則：電源應放在距電源引進口很近的地方；從電源引進口、經過開關器件和低通濾波器、直到電源的配線應盡量使用粗導線。 (2) 電源輸出至系統用電設備的導線的布線原則：均應采用雙絞線，扭絞的螺距要小，如果導線較粗而無法扭絞時，應把布線距離縮到最短程度；交流線（指低通濾波器到穩壓電源裝置的連線）、直流穩壓電源線、邏輯信號線、模擬信號線、燈泡和繼電器等感性負載驅動線以及非穩壓的直流線均應分開布線，避免引線過長或相互交叉；盡量采用前述的分路供電措施，以避免由于某一負載變化引起的壓降或浪涌影響其他負載，如果電源裝置的公共線不可避免，則應把公共線加粗以降低阻抗。 8. 電柜接地和公共接地的處理 地線是侵入噪聲的主要渠道，通常應采用匯流排或粗導線，電柜接地線與公共接地線應分開走線。此外，變壓器屏蔽端子及鐵芯的靜電屏蔽層、產生噪聲的線路（如電源線）所用屏蔽導線的屏蔽層、低通濾波器的外殼罩、各組成單元柜、外部設備等，均應用金屬編織線可靠接地。電柜接地和公共接地之間應保證交流電位差為零，否則可作如下處理：若兩者之間允許直接連接，可將兩者于某一處可靠接地；若兩者不允許直接連接，則可將兩者用1～10μF的電容器連接起來。具體接地處理方法可見圖4有關部分。 9. 尖峰脈沖干擾的綜合防治 如前所述，計算機控制系統在工業現場運行時，其所受干擾的來源是多方面的，除電網電壓的過壓、欠壓以及浪涌外，對系統運行危害最嚴重的首推是電網的尖峰脈沖干擾，這種尖峰干擾常使計算機“飛程序”或“死機”。  圖4 電網正弦波上的尖峰干擾 尖峰干擾是一種頻繁出現的疊加于電網正弦波上的高能隨機脈沖，如圖4所示，其幅度可達幾千伏，寬度只有幾個毫微秒或幾個微秒，出現的位置也無規律，因此采用常規的抑制辦法是無效的，而必須采取綜合治理辦法： (1)“遠離”干擾源。 (2) 用硬件設備抑制尖峰干擾的影響 盡管采用“遠離”方法，可以盡量避開尖峰干擾，但要想全部將其消滅掉是不可能的。為此，必須加上第二道屏障，對串入計算機控制系統交流電源饋線的尖峰干擾進行抑制。目前，較常用的抑制方法有三種：在交流電源的輸入端并聯壓敏電阻；采用鐵磁共振原理，如采用超級隔離變壓器；在交流電源輸入端串入均衡器。 (3) 在大功率用電設備上采取措施抑制尖峰干擾的產生 除掉對已發生的干擾采取相應措施予以處理外，還應積極考慮防止和減少干擾的產生，比較有效的方法是對現場惡性尖峰干擾源（如大功率感性用電設備）的開關采用過零型開關。由于控制電平撤除時過零型開關并不立即斷開，而是要等到電流降至低于維持電流（幾毫安到幾百毫安水平）以下時才關斷，這樣感性負載產生的反電動勢大為降低，從而消除了尖峰干擾的產生。 (4)采用“看門狗”(Watchdog)技術 當采用上述辦法仍然不能阻擋尖峰干擾的侵入時，針對典型的過程控制軟件一般具有定時循環結構的特點，可以采用Watchdog（俗稱“看門狗”）技術來消除“漏網”的尖峰脈沖的影響。 |
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GMT+8, 2021-12-6 20:44
