【導(dǎo)讀】由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工作境往往十分惡劣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不可避免地受到各種各樣的干擾。這些干擾可能會(huì)影響到測(cè)控系統(tǒng)的精度，使系統(tǒng)的性能指標(biāo)下降，降低系統(tǒng)的可靠性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行混亂或發(fā)生故障，進(jìn)而造成生產(chǎn)事故。
1、抗干擾概述
由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工作境往往十分惡劣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不可避免地受到各種各樣的干擾。這些干擾可能會(huì)影響到測(cè)控系統(tǒng)的精度，使系統(tǒng)的性能指標(biāo) 下降，降低系統(tǒng)的可靠性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行混亂或發(fā)生故障，進(jìn)而造成生產(chǎn)事故。干擾可能來自外部，也可能來自內(nèi)部；它通過不同的途徑作用于控制系統(tǒng)，且其作用程度及引起的后果與干擾的性質(zhì)及干擾的強(qiáng)度等因素有關(guān)。干擾是客觀存在的，研究抗干擾技術(shù)就是要分清干擾的來源，探索抑制或消除干擾的措施，以提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
2、干擾的概念
干擾使指有用信號(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。產(chǎn)生干擾信號(hào)的原因稱為干擾源。干擾源通過傳播途徑影響的器件或系統(tǒng)稱為干擾對(duì)象。干擾源、傳播途徑和干擾對(duì)象構(gòu)成了干擾系統(tǒng)的三個(gè)因素。抗干擾技術(shù)就是通過對(duì)這三要素中的一個(gè)或多個(gè)采取措施來實(shí)現(xiàn)的。為了有效的抑制和消除干擾，首先要分清干擾的來源、傳播途徑以及干擾的作用方式。
3、干擾的來源
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中干擾的來源是多方面的，有時(shí)甚至是錯(cuò)綜復(fù)雜?？傮w上，按照來源，干擾可分為內(nèi)部干擾和外部干擾。外部干擾與系統(tǒng)所在環(huán)境和使用條件有關(guān)，與系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)。內(nèi)部干擾則由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局、制造工藝等引入。
外部干擾：與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，是由使用條件和外部環(huán)境決定的。外部干擾主要有：天電干擾，如雷電或大氣電離作用引起的干擾電波；天體干擾，如太陽或其它星球輻射的電磁波；周圍電氣設(shè)備發(fā)出的電磁波干擾；電源的工頻干擾；氣象條件引起的干擾，如濕度、溫度等；地磁場(chǎng)干擾；火花放電、弧光放電、輝光放電等產(chǎn)生的電磁波等。
內(nèi)部干擾：是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、線路設(shè)計(jì)、元器件性質(zhì)變化和漂移等原因造成的，主要有：分別電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)；電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)；長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?；多點(diǎn)接地造成的電位差引入的干擾；寄生震蕩引起的干擾以及熱噪聲、閃變?cè)肼?、尖峰噪聲等?/div>
4、干擾的傳播途徑
在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)往往有許多強(qiáng)電設(shè)備，它們?cè)谄饎?dòng)和生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生干擾電磁場(chǎng)，另外還有來自空間傳播的電磁波和雷電干擾，以及高壓輸電線周圍交變磁場(chǎng)的影響等。干擾傳播途徑主要有：電場(chǎng)耦合、磁場(chǎng)耦合、公共阻抗耦合。
電場(chǎng)耦合：又稱靜電耦合，是通過電容耦合竄入其它線路的。兩根導(dǎo)線之間會(huì)構(gòu)成分布電容，印制電路板上各印制電線之間、變壓器線匝之間和繞線之間都會(huì)構(gòu)成分布電容。這些分布電容的存在可以為干擾信號(hào)提供干擾電抗通道，電場(chǎng)干擾就可以由該通道竄入系統(tǒng)，形成干擾。
磁場(chǎng)耦合：在任何載流導(dǎo)體周圍都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)電流變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)必然會(huì)在其周圍的閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)引起干擾，它是通過導(dǎo)體間互感耦合進(jìn)來的。在設(shè)備內(nèi)部，線圈或變壓器的漏磁也會(huì)引起干擾；在設(shè)備外部，平行架設(shè)的兩根導(dǎo)線也會(huì)產(chǎn)生干擾。電磁輻射會(huì)造成磁場(chǎng)耦合干擾，如高頻電流流過導(dǎo)體時(shí)，在該導(dǎo)體周圍便產(chǎn)生了向空間傳播的電磁波。這些干擾極易通過電源線和長(zhǎng)信號(hào)線耦合到計(jì)算機(jī)中。另外，長(zhǎng)線干擾具有天線效應(yīng)，即能夠輻射干擾波和接受干擾波。
公共阻抗耦合：是由于電流流過回路間公共阻抗，使得一個(gè)回路的電流所產(chǎn)生的電壓降影響到另一回路。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，普遍存在公共耦合阻抗，例如，電源引線、印刷電路板上的地和公共電源線、匯流排等。這些匯流排都都具有一定的阻抗，對(duì)于多回路來講，就是公共耦合阻抗。當(dāng)流過較大的數(shù)字信號(hào)電流時(shí)，其作用就像是一根天線，將干擾引入到各回路中。同時(shí)，各回流條之間具有電容，數(shù)字脈沖可以通過這個(gè)電容耦合過來。印制板上的地，實(shí)質(zhì)上就是公共回流線，由于它仍然具有一定的電阻，各電路之間就通過它產(chǎn)生信號(hào)耦合。
5、干擾的作用方式
按干擾作用方式的不同，干擾可分為：差模干擾、共模干擾和長(zhǎng)線傳輸干擾。
差模干擾：也稱串模干擾，就是串聯(lián)與信號(hào)源回路之中的干擾。它串聯(lián)在信號(hào)源回路中，與被測(cè)信號(hào)相加后輸入系統(tǒng)。產(chǎn)生差模干擾的因素主要有分布電容的靜電耦合、空間的磁場(chǎng)耦合、長(zhǎng)線傳輸?shù)幕ジ小?0HZ的工頻干擾，以及信號(hào)回路中元件的參數(shù)變化等。
共模干擾：用于過程控制的計(jì)算機(jī)的地、信號(hào)放大器的地和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源的地之間通常要隔一段距離，長(zhǎng)達(dá)幾十米甚至上百米，在兩個(gè)接地點(diǎn)之間往往存在一個(gè)電位差，這個(gè)電位差對(duì)放大器的干擾，稱為共模干擾，也稱為共態(tài)干擾或縱向干擾。這種干擾可以是直流干擾也可以是交流干擾，其幅值可以是幾伏甚至更高，取決于現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生干擾的環(huán)境條件和計(jì)算機(jī)等設(shè)備的接地情況。
長(zhǎng)線傳輸干擾：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)到控制計(jì)算機(jī)以及控制計(jì)算機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，都需要一段較長(zhǎng)的線路進(jìn)行信號(hào)傳輸，即長(zhǎng)線傳輸。對(duì)于高速信號(hào)傳輸?shù)木€路，即在高頻信號(hào)電路中，多長(zhǎng)的導(dǎo)線可作為長(zhǎng)線，取決于電路信號(hào)頻率的大小，在有些情況下，可能1m左右的線就應(yīng)作為長(zhǎng)線看待。
信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸會(huì)遇到三個(gè)問題：一是高速變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)出現(xiàn)的波反射現(xiàn)象，二是具有信號(hào)延時(shí)，三是長(zhǎng)線傳輸會(huì)遇到外界干擾。
