提高变电所自动化系统可靠性的措施
一、概述
变电所综合自动化系统具有功能强、自动化水平高、可节约占地面积、减轻值班员操作及监视的工作量、缩短维修周期以及可实现无人值班等优越性。这已为越来越多的电力部门的专家和技术人员所共识。但一方面，由于它是高技术在变电所的应用，是一种新生事物，很多人对它还不够了解，因此也不放心。特别是目前不少工作在变电所第一线的技术人员与运行人员，对综合自动化系统的技术和系统结构还不了解，对其可靠性问题比较担心。另一方面，变电所综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统，但它们的工作环境是电磁干扰极其严重的强电场所，在研制综合自动化系统的过程中，如果不充分考虑可靠性问题，没有采取必要的措施，这样的综合自动化系统在强电磁场干扰下，也确实很容易不能正工作，甚至损坏元器件。因此，综合自动化系统的可靠性是个很重要的问题。
可靠性是指综合自动化系统内部各子系统的部件、元器件在规定的条件下、规定的时间内，完成规定功能的能力。不同功能的自动装置有不同的反映其可靠性的指标和术语。例如，保护子系统的可靠性通常是指在严重干扰情况下，不误动、不拒动。远动子系统的可靠性通常以平均无故障间隔时间MTBF来表示。
提高综合自动化系统可靠性的措施涉及的内容和方面较多，本章将从电磁兼容性、抗电磁干扰的措施和自动化系统本身的自纠错和故障自诊断等方面讨论提高变电所综合自动化系统的可靠性措施问题。
二、变电所内的电磁兼容
(一)电磁兼容意义
变电所内高压电器设备的操作、低压交、直流回路内电气设备的操作、雷电引起的浪涌电压、电气设备周围静电场、电磁波辐射和输电线路或设备短路故障所产生的瞬变过程等都会产生电磁干扰。这些电磁干扰进入变电所内的综合自动化系统或其他电子设备，就可能引起自动化系统工作不正常，甚至损坏某些部件或元器件。
电磁兼容的意义是，电气或电子设备或系统能够在规定的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能，它们本身所发射的电磁能量不影响其他设备或系统的正常工作，从而达到互不干扰，在共同的电磁环境下一起执行各自功能的共存状态。
电磁兼容的内容包括抗干扰(设备和系统抵抗电磁干扰的能力)和电磁发射控制(设备和系统发射的电磁能量的控制)两个方面。
电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和电磁敏感设备。针对电磁干扰的三要素，提出三种解决电磁干扰问题的方法是：①抑制干扰源产生的电磁干扰(滤波、屏蔽和接地)；②切断干扰的传播途径；③提高敏感设备抗电磁干扰的能力(降低对干扰的敏感度)。
变电所综合自动化系统以微机、集成电路和电子器件为其主要部件，属于电磁敏感设备。如果具有良好的电磁兼容性能，对保证自动化系统的安全、可靠运行有着十分重要的意义。
解决其电磁兼容的途径，主要侧重于提高抗电磁干扰的能力。
(二)变电所内电磁干扰产生的原因及其特点
仔细分析电磁干扰产生的原因，是采取正确的抗干扰措施的先决条件。根据干扰的三要素，干扰形成的途径为干扰源一耦合通道一电磁敏感设备。
1．电磁干扰源分析
目前与电力系统有关的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两方面。
外部干扰源指的是与变电所综合自动化系统的结构无关，而是由使用条件和外部环境因素决定的干扰源。对变电所综合自动化系统来说，外部干扰源主要有交、直流回路开关操作、扰动性负荷(非线性负荷、波动性负荷)短路故障、大气过电压(雷电)、静电、无线电干扰和核电磁脉冲等，概括表现为如下三类：③场的干扰．
变电所设备的交流电源及直流电源受低频扰动现象包括：
(1)电压波动。由大负荷变化引起的周期性或非周期的电压波动，幅值一般不超过±10％额定电压。
(2)电压突降和中断。电压突降指电压突然降低于90％额定值；电压中断指电压消失，主要由大负荷突变、短路、故障切除及重合闸等引起。
(3)谐波污染。由电气设备的非线性电压(电流)特性所产生，如大功率整流器、换流器、感应炉、电弧炉和某些家用电器等。
(4)非工频整数倍数的间谐波。主要来源是电焊机、电弧炉、静态变频器、换流器等。
(5)电力线附加信号扰动。电力部门利用供电网络，在工频电压上叠加信号电压以传送某种信号时(如负荷控制、远方读表、分时计费、电力线载波、通信
等)信号电压对交流电源产生干扰。
这些低频扰动对变电所的二次设备和综合自动化系统都会产生干扰。
传导瞬变和高频干扰是指通过传导进入变电所综合自动化系统和电子设备的各种浪涌和高频瞬变电压或电流。其特征为：
(1)1.2／50μs（电压）和8／20μs（电流）单向浪涌。产生这类单向浪涌的原因有雷击、操作和短路故障等。除变电所遭受雷击外，还可能有沿送电线路进入的雷电浪涌。如果接收设备阻抗很高，则浪涌对设备形成电压脉冲；如果设备阻抗低，则形成电流脉冲。
(2)10/700μs浪涌。这是雷击通信线路的典型瞬变过电压波形。这类浪涌有较长的持续时间和较大的能量。
(3)100／1300us浪涌。当大容量熔断器断开低压馈电线路时，由于电路内蓄存能量的释放，可能引起这类瞬变过电压，其特点是持续时间长、脉冲上升时间慢、能量大，但幅度低。
(4)快速瞬变干扰。快速瞬变干扰多产生于断开小电感负载时，如断开电磁式继电器、接触器等。它的特点是电压上升时间快、持续时间短、重复率高，相当于一连串脉冲群，脉冲电压幅值一般为2～7kV，频率可达数兆赫兹，脉冲群的持续时间为数十毫秒。
(5)阻尼振荡波。在高、中压变电所，断路器和隔离开关操作或短路故障时会产生阻尼振荡波。特别是投切高压母线时，这种干扰最显著，这是由于断路器断口的电弧重燃所引起的。干扰波的特性是一连串断续出现的阻尼振荡波，上升时间快、重复率高、持续时问长，振荡频率从100kHz至数兆赫兹。
(6)衰减振荡波。这是由于雷电、操作等波前陡峭的浪涌在低压网络内传播时，因电路中阻抗不匹配而引起反射现象形成的振荡波。典型特性是上升时间为0.5us、频率为100kHz的衰减振荡波，常出现于低压供电网及控制信号回路中。
场的干扰现象有如下几种：
(1)工频磁场。可分为正常运行情况下的稳态磁场和短路事故时的暂态磁场两种。前者数值较小，后者数值较大，但持续时间短。工频磁场的产生是导体中的电流或带电设备的漏磁引起的。当外界工频磁场强度超过3.2～7.2A／m时，对CRT显示器的工作情况有影响，可能使画面变形扭曲、抖动和变颜色。
(2)脉冲磁场。脉冲磁场由雷击、短路事故和断路器操作产生，磁场强度为
数百安/米至千安/米。磁场脉冲波的典型特征是，上升时间为6.4us±30％，持续时间为16us±30％。
(3)阻尼振荡磁场。在高、中压变电所中，操作隔离开关时，将产生阻尼振荡瞬变过程，也将产生相应的磁场，磁场强度为10～lOOA／m，振荡频率从100kHz 到数兆赫兹。
(4)辐射电磁场。电磁辐射源有多种，如无线电台、电视台、移动式无线电发信机及各种工业电磁辐射源。电力系统中，主要关心的是在电子设备附近使用步话机。
内部干扰是由自动化系统结构、元件布置和生产工艺等决定，主要有杂散电感、电容引起的不同信号感应；交流声、多点接地造成的电位差干扰；长线传输造成的波的反射；寄生振荡和尖峰信号引起的干扰等。从物理分析来看，外部干扰和内部干扰具有同一物理性质，因而消除和抑制的方法没有质的区别。
按干扰对电路的作用，干扰分为差模干扰和共模干扰。
(1)差模干扰是串联于信号源回路中的干扰，主要由长线路传输的互感耦合所致，见图4-1(a)。
图4-1 差模共模干扰示意图
（a）差模干扰（b）共模干扰
(2)共模干扰是由网络对地电位变化所引起的干扰，即对地干扰，见图4-1
(b)。共模干扰信号可为直流，也可为交流，是造成自动化装置不正常工作的主要原因。图4-1中，U S为信号，U nm和U cm为干扰信号。
2．电磁干扰的耦合途径
电磁干扰侵入电子设备的途径可分为辐射和传导两大类：第一类为辐射干扰，干扰信号通过电磁波辐射传播；第二类为传导干扰，干扰信号通过干扰源与被干扰设备之间的阻抗进行传播。
两者会相互转换，辐射干扰经过导线可转换成传导干扰；传导干扰又可通过导线形成辐射干扰。
电磁干扰耦合的途径可归纳如下几种。
(1)电容性耦合。又称静电耦合或电场耦合，它是由于两个电路之间存在分布电容，使一个电路的电荷影响另一个电路。
(2)电感性耦合。又称电磁耦合或磁场耦合，它是由于两个电路之间存在电感，使一个电路的电流变化，通过磁交链影响到另一电路。
(3)共阻抗耦合。当干扰源和感受器共用一个主回路或共用一根接地电流返回路径时，由于干扰源和感受器的电流流经共同的路径则产生共阻抗耦合，这种路径可能是电阻、电容或电感组成，故称共阻抗。
(4)辐射耦合。当高频电流流过导体时会发射电磁波，此空间电磁波作用于其他导体，感应出电动势，形成电磁耦合干扰。变电所综合自动化系统的输入信号线、外部电源线、机壳都相当于接受电磁波的天线。
3．电磁干扰可能造成的后果
上面对电磁干扰源及干扰现象和干扰的耦合途径已作了分析，总之这些干扰的共同特点是频率高、幅度大、前沿陡，可以顺利通过各种分布电容或分布电感耦合到变电所综合自动化系统中，一旦干扰侵入自动化系统内，便将对系统的正常工作造成影响，其干扰的后果各式各样，归纳起来有以下几类。
(1)电源回路干扰的后果。工作在变电所的综合自动化系统，其计算机的电源往往分如下两类供电：
1)交流电源供电。监控主机系统(包括打印机、CRT显示器)和通信管理机，往往采用交流220V电源，取自所用变压器。从所用变压器到计算机的引线很长，而且在所用变压器上还接有其他负荷，电网的冲击，电压、频率的波动都将直接影响到计算机。
2)直流电源供电。微机保护等各子系统往往采用直流220V电源，取自变电所的直流屏，其受电网波动的影响比交流电源要小得多。
但不论采用交流电源供电还是直流电源供电，电源与干扰源之间的直接耦合通道都相对较多，而且电源线直接连至各部分，包括最要害的CPU部分。
计算机电源受干扰，往往造成计算机工作不稳定，甚至死机。
(2)模拟量输入通道干扰的后果。电磁干扰的可能后果是从TA或TV的二次引线引入浪涌电压，造成采样数据错误，轻则影响采样精度和计量的准确性，
重则可能引起微机保护误动，甚至还可能损坏元器件。
(3)开关量输入、输出通道干扰的后果。变电所现场断路器、隔离开关的辅助触点处于恶劣的强电磁干扰环境中，这些辅助触点通过长线引至开关量输入回路，必然带来干扰信息，干扰的结果常见的有断路器或隔离开关的辅助触点抖动甚至造成分、合位置判断错误。开关量的输出通道由计算机的输出至断路器的跳、合闸出口回路，除了易受外界引入的浪涌电压干扰外，自动装置内部、微计算机上电过程也容易有干扰信号，导致误动。
(4)CPU和数字电路受干扰的后果。电磁干扰侵入自动化系统中的数字电路后，影响CPU正常的工作，其干扰的后果有多种表现形式。首先，当CPU正通过地址线送出一个地址信号时，若地址线受干扰，使传送的地址出错，导致取错指令、操作码或取错数据，结果有可能误判断或误发命令，也可能取到一个CPU不认识的指令操作码而停止工作或进入死循环；如果CPU在传送数据过程中，数据线受干扰，则造成数据错误，逻辑紊乱，对于微机保护装置来说也可能引起误动或拒动，或引起死机。计算机的随机存储器RAM是存放中间计算结果、输入输出数据和重要标志的地方，在强电磁干扰下，可能引起RAM中部分区域的数据或标志出错。所引起的后果如数据线受干扰一样，也是严重的。大部分自控装置的程序和各种定值存放在EPROM或电子盘中，如果EPROM受干扰而程序或定值遭破坏，将导致相应的自动装置无法工作。
由以上分析可见，在变电所综合自动化系统中，不管哪个子系统受电磁干扰，都会引起局部或整体工作不正常，甚至造成断路器拒动、误动或死机等故障。因此，采取合理的抗干扰措施是非常必要的。
三、变电所抗电磁干扰的措施
干扰源的能量通过各种途径以传导或辐射方式耦合至变电所的一次系统和二次回路，表现为在电力线、信号线、控制回路和自动化系统上的干扰电压和干扰电流的水平或电场和磁场的水平。因此，电磁兼容是至关重要的问题。
电力系统的一次、二次系统是一个整体，它们既密切相关，又互相影响，在电磁兼容的设计上必须统一考虑。特别是高、中压变电所一次系统的设计，如果不考虑电磁兼容设计，不采取控制电磁干扰的措施(例如，改善接地、采用屏蔽控制电缆等)，则会在二次回路引起很大的干扰。如果二次系统不考虑电磁兼容设计，不采用控制和抗电磁干扰的技术，则会对一次系统提出不经济、不合理的技术要求(如对二次设备的布置提出过高要求)，造成投资的增加。另一
方面，二次设备本身还会因发射电磁波而污染环境。因此，应对一次和二次系统的电磁兼容设计进行经济上和技术上的统一考虑。
按规定的电磁兼容标准进行电磁兼容设计是预防出现电磁干扰的一个基本要求。但电磁环境是千变万化的，要真正达到经济上和技术上的电磁兼容，保证一、二次设备运行的可靠性，必须根据具体情况，灵活运用各种技术和措施。
消除或抑制干扰应针对电磁干扰的三要素进行，即消除或抑制干扰源；切断电磁耦合途径；降低装置本身对电磁干扰的敏感度。对于变电所综合自动化系统来说，重点应放在后两方面：
下面结合作者所设计的变电所综合自动化系统在多个变电所的实际运行情况，并吸收兄弟单位的经验，介绍几种常用的电磁兼容技术措施。
(一)抑制干扰源的影响
外部干扰源是变电所综合自动化系统外部产生的，无法消除。但这些干扰往往是通过连接导线由端子串入自动化系统的，因此可从两方面抑制干扰源的影响。
1．屏蔽措施
(1)一次设备与自动化系统输入、输出的连接采用带有金属外皮(屏蔽层)的控制电缆，电缆的屏蔽层两端接地，对电场耦合和磁耦合都有显著的削弱作用。
当屏蔽层一点接地时，屏蔽层电压为零，可显著减少静电感应(电容耦合)电压；当两点接地时，干扰磁场在屏蔽层中感应电流，该电流产生的磁通与干扰磁通方向相反，互相抵消，因而显著降低磁场耦合感应电压。两端接地可将感应电压降到不接地时感应电压的1%以下。
(2)二次设备内，综合自动化系统中的测量和微机保护或自控装置所采用的各类中间互感器的一、二次绕组之间加设屏蔽层，这样可起电场屏蔽作用，防止高频干扰信号通过分布电容进入自动化系统的相应部件。
(3)机箱或机柜的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可抑制外部高频干扰。由于干扰都是通过端子串入的，当高频干扰到达端子时，通过电容对地短路，避免了高频干扰进入自动化系统内部。
(4)变电所综合自动化系统的机柜和机箱采用铁质材料，本身也是一种屏蔽。
2．减少强电回路的感应耦合
为了减少变电所综合自动化系统以外由一次设备带来的感应耦合，可采用
以下办法。
(1)控制电缆尽可能离开高压母线和暂态电流的入地点，并尽可能减少平行长度。高压母线往往是强烈的干扰源，因此增加控制电缆和高压母线间的距离，是减少电磁耦合的有效措施。避雷器和避雷针的接地点、电容式电压互感器、耦合电容器等是高频暂态电流的入地点。控制电缆要尽可能离开它们，以便减少感应耦合。
(2)电流互感器回路的A、B、C相线和中性线应在同一根电缆内，避免出现环路。
(3)电流和电压互感器的二次交流回路电缆，从高压设备引出至监控和保护安装处时，应尽量靠近接地体，减少进入这些回路的高频瞬变漏磁通。
(二)接地和减少共阻抗耦合
接地是变电所一、二次设备电磁兼容的重要措施之一，也是变电所综合自动化系统抑制干扰的主要方法。在变电所设计和施工过程中，如果能把接地和屏蔽很好地结合起来，可以解决大部分干扰问题。
众所周知，地球是导体而且体积非常大，因而其静电容量也很大，电位比较稳定，因此人们把它的电位作为基准电位，也即零电位。而当雷雨云集结，并靠近地面时，由于正、负电荷相吸，也会使地面上部分地区的电位产生变化：计算机及其他电子设备工作时，接地电位的变化，是产生干扰的最大原因之一。
下面针对一次系统和二次系统的特点，介绍一些行之有效的接地应注意的问题和方法。
1．一次系统接地
一次系统接地是以防雷、保安(系统中性点接地)为目的，但它对二次回路的电磁兼容有重要的影响。如果接地合适，可以减少开关场内的高频瞬变电压幅值，特别是减少地网中各点的瞬变电位差，降低了地网中的瞬变电位升高，这对二次设备的电磁兼容很有好处。
处理一次系统接地时，应注意对于引入瞬变大电流的地方应设多根接地线并加密接地网，以降低瞬变电流引起的地电位升高和地网各点电位差。例如，①设备接地线要接于地网导体交叉处；②设备接地处要增加接地网络互连线；
③避雷针、避雷器接地点应采用两根以上的接地线和加密接地网络。
2．二次系统接地
二次系统接地分安全接地(保护接地)和工作接地两大类。
(1)安全接地。安全接地主要是为了避免工作人员因设备绝缘损坏或绝缘降低时，遭受触电危险和保证设备的安全。安全接地是将设备的外壳(包括变电所综合自动化系统的各机柜和机箱外壳)接地，以防电击或静电放电。安全接地的接地网通常就是一次设备的接地网。接地线要尽量短和可靠，以降低可能出现的瞬变过电压。
(2)工作接地。工作接地是为了给电子设备或微机控制系统或保护装置一个电位基准，保证其可靠运行，防止地环流引起的干扰。接地线还可作为各级电路之间信号传输的返回通路。从电磁兼容的角度，对工作接地要求是：①工作接地网(总线)各点电位应一致；②多个电路公用接地线时，其阻抗应尽量小；
③由多个电子器件组成的系统，各电子器件的工作接地应连在一起，通过一点与安全接地网相连。
采用以上措施的目的，是为了降低多个电路共用地线阻抗所产生的噪声电压，避免产生不必要的地环路，或造成不同接地点有电位差。
正确的工作接地对变电所综合自动化系统的安全可靠工作来说关系重大，而且必须根据实际情况灵活处理。下面将重点介绍变电所综合自动化系统的工作接地问题。
3．变电所综合自动化系统的工作接地
(1)综合自动化系统的地线种类。在变电所综合自动化系统中，大致有如下5种地线：
1)微机电源地和数字地(即逻辑地)，这种地是微机直流电源和逻辑开关网络的零电位。
2)模拟地，这是A／D转换器和前置放大器或比较器的零电位。
3)信号地，这种地通常为传感器的地。
4)噪声地，继电器、电动机等噪声地。
5)屏蔽地，即机壳接地。
对这些不同的地线应如何处理?是浮地还是共地?是一点接地还是多点接地?是分散接地还是集中接地等问题，都是综合自动化系统设计、安装、调试过程中需认真考虑的问题。
(2)微机电源地(0V)和数字地的处理。电磁干扰可能进入综合自动化系统弱电部分的主要途径是通过微机电源。因为电源与干扰源的联系比较紧密，同时电源线直接连接至各部分，包括CPU部分，因此来自电源的干扰很容易引起死
机。如何处理微机电源的地线问题，一直是人们关心的问题。下面对浮地和共地、一点共地和多点共地等几种接地方式进行分析。
1)微机电源地采用浮地的方法。微机电源地和数字地采用浮地方法是指微机电源的零线不与机壳相连。这是目前变电所综合自动化系统和各种微机自动装置或微机保护装置经常采用的方法。这种方法必须尽量减少电源线同机壳之间的分布电容。此方法最大的优点是，由于干扰造成的流过电源的浪涌电流可大大减少，从而增加了抗共模干扰的能力，可明显地提高系统的安全性、可靠性。浮地方法在电磁干扰作用下，微机电源同机壳之间将浮动，如果微机系统中某一关键部分对机壳的耦合电容较大，则可能引起逻辑判断出错。
图4-2为干扰电压u n通过耦合电容作用至电源零线的示意图。在+5V和0V 之间，由于接有电容C l和C2对高频可以认为是短路的，此时零线对机壳的电位决定于分布电容C3和C4的分压，如果电路中某一点A，它与+5V和OV间的阻抗分别为Z l和Z2，对机壳的分布电容为C5。在Un的作用下，显然A点相对电源的电位将受到影响。例如A点本来应是高电平的，即Z2很大，Z l通常在几千欧数量级，如果C5较大，则在高频干扰下，A点可能短时呈现“0”态(低电平)，则造成逻辑出错。
综上所述，微机电源地采用不接机壳的关键是必须保证尽量减小微机电源地对机壳的耦合。根据实践经验，可以采用的方法有：①微机系统的印刷电路板周围都用电源线封闭起来，这样可以隔离印刷板上的电路与机壳的耦合；②印刷电路板上电路的要害部分不要走长线，特别不要引至面板；③尽量减少地线长度，在允许的情况下尽量加粗线径，同时，印刷电路板上的支线、干线和总线应根据电流大小按比例加粗；④印刷板中的地线应成网状，并且电源地与机壳的绝缘电阻应大于50MΩ。
2)微机电源地与机壳共地。针对微机电源地采用浮地方式存在的缺点，有另一种观点认为，“浮地”或不良接地不仅破坏了接地系统的完整性，而且可能成为一个干扰分配系统。因此，对含有模／数转换和高增益放大器的微机装置，宜采用微机电源地与机壳和大地共地的接地方式。这种共地方式可切除放大器正反馈通道，并可消除通过分布电容间导线耦合的低频干扰的影响。
电源地与机壳共地存在的主要问题是，电源零线与机壳接地线间总有一定的阻抗，很难避免浪涌电流流过电源线对微机系统造成干扰的情况，而且这种干扰容易造成微机系统工作紊乱，甚至死机。
3)一点接地和多点接地问题。对微机电源地或数字地的接地方式，一般认为：高频电路(10MHz以上)宜采用多点接地；而低频电路(1MHz以下)常采用一点接地。对于1～10MHz的系统，接地导体的长度小于干扰波长1/20的，则采用一点接地为好；接地导体的长度大于干扰波长1/20的，则采用多点接地。原因是在高频电路中若采用一点接地，地线必然相对较长，地线上有电感，在高频电路中，造成阻抗大，同时各地线之间又容易产生电感耦合。当频率甚高时，特别是当地线长度等于1/4干扰波长的奇倍数时，地线阻抗会变得很高，这时地线相当于变成天线，甚至可以向外辐射噪声信号。所以地线长度应小于信号波长的1/2，才能防止辐射干扰，并降低阻抗，所以高频电路应采用多点接地。
变电所综合自动化系统属低频系统，应尽量采用一点接地。因为在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么大的问题，但是接地电路若形成环路，则对干扰影响大。采用一点接地，对避免地线形成环流有利。
变电所综合自动化系统中的各个子系统都由多块插件组成，各插件板之间应遵循一点接地的原则，如图4-3所示。
(3)数字地和模拟地的处理。由于A/D转换器的数字地通常和电源地是共地连接，实践证明，数字地上电平的跳跃会造成很大的尖峰干扰，会影响A/D转换器的模拟地电平的波动，影响转换结果的精度。为了解决此问题，对数字地和模拟地间的关系有如下两种处理方式。
1)数字地和模拟地共地，其连接方法如图4-4所示。这种接法的特点是，模拟地的电平随数字地电平同时波动，有利于保证A/D转换的精度；另外，有些A/D转换器芯片内部的数字地和模拟地就没有分开，其引脚上只出现一个公共的地，因此其连接方式显然只有上述这种共地方式。
对于一些精度比较高的A/D转换器芯片，厂家在出厂时，提供了分开的数字量(电源地)和模拟地两个引脚，这就使得有可能用多种方法处理两种地的关系。一种是上述数地和模地共地的连接方法，另两种方法将在下面介绍。
2)模拟地浮空的接线方式。这种连接方式的特点是将模拟地和信号地连在一起，然后浮空，不与数字地连在一起。
3)模拟地和数字地通过一对反相二极管相连接。这种接线方式使模拟地和数字地有所隔离，而又保证模拟地对数字地的电位漂移被二极管所钳制，其连接方法如图4-5所示。实践证明，这种连接方式对保证A／D转换精度也较为有利。
以上介绍了三种关于模拟地的处理方法，至于采用哪一种方式最佳，要结合实际系统的情况，通过反复调试、试验确定。
(4)噪声地的处理。对于继电器或电动机等回路的噪声地，采用独立地的方式，不要与模拟地和数字地合在一起。
以上介绍了变电所综合自动化系统的几种接地方式，在实际应用中，并不是简单地采用某一种接地方式，而往往是根据地线分流的原则，综合运用上述几种接地方式。地线分流的原则是：强、弱信号分开；信号、噪声分开；走线时，模、数分开。
(三)隔离措施
采取良好的隔离和接地措施，可以减小干扰传导侵入。在变电所综合自动化系统中，行之有效的隔离措施有以下几种。
1．模拟量的隔离
变电所的监控系统、微机保护装置以及其他自动装置所采集的模拟量，大多数都来自一次系统的电压互感器和电流互感器，它们均处于强电回路中，不能直接输入至自动化系统，必须经过设置在自动化系统各种交流输入回路中的隔离变压器常称小电压互感器TV和小电流互感器TA)隔离，这些隔离变压器一、二次之间必须有屏蔽层，而且屏蔽层必须接安全地，才能起到比较好的屏蔽效果。
2．开关量输入、输出的隔离
变电所综合自动化系统开关量的输入主要是断路器、隔离开关的辅助触点和主变压器分头位置等。开关量的输出，大多数也是对断路器、隔离开关和主变压器分接开关的控制。这些断路器和隔离开关都处于强电回路中，如果与自动化系统直接相连，必然会引入强的电磁干扰。因此，要通过光电耦合器隔离或继电器触点隔离，这样会取得比较好的效果。
3．其他隔离措施
二次回路布线时，应考虑隔离，减少互感耦合，避免干扰由互感耦合侵入。
(1)强、弱信号电缆的隔离。强、弱信号不应使用同一根电缆；信号电缆应尽可能避开电力电缆；尽量增大与电力电缆的距离，并尽量减少其平行长度。
(2)二次设备配线时，应注意避免各回路的相互感应。
(3)印刷电路板上的布线要注意避免互感。
(四)滤波
滤波是抑制自动化系统模拟量输入通道传导干扰的主要手段之一。模拟量输入通道受到的干扰有差模干扰(也称常态干扰)和共模干扰(也称共态干扰)两种。对于串入信号回路的差模干扰，采用滤波的方法可以有效地滤除。因此，各模拟量输入回路都需要先经过一个滤波器，以防止频率混迭。滤波器能很好地吸收差模浪涌。
如果差模干扰信号Unm的频率比被测信号Us的频率高，则采用低通滤波器来抑制高频差模干扰；若Unm的频率比Us的频率低，则采用高通滤波器；若干扰信号Unm的频率落在Us频率的两侧，则采用带通滤波器。
1．对抗电磁干扰滤波器的要求
(1)在阻带范围内，要具有足够高的衰减量，将传导干扰电平降低到规定的范围内。
(2)对传输的有用信号的损耗，应降低到最低程度。
(3)电源滤波器对电源工作电流的损耗应降到最低程度。
2．滤波器的种类及作用
常用的滤波器有以下几种。
(1)电容滤波器。最简单的低通滤波器有旁路电容器，利用电容器的频率特性，使高频串模干扰旁路掉。在变电所综合自动化系统的交流输入回路中，小电压互感器和小电流互感器的输入端子上和印刷电路板上常采用这种电容滤波器。电容式滤波器接在线间，对抑制差模干扰有效；接在线一地之间，对消除共模干扰有效。
(2)电感滤波器。电感滤波器常称扼流圈，按其作用分差模扼流圈和共模扼流圈两种。差模扼流圈串接在电路中，用于扼制高频噪声；共模扼流圈有两个线圈，当出现共模噪声时，两线圈产生的磁通方向相同，通过耦合使电感加倍，起到很强的抑制作用。但是，共模扼流圈对差模噪声基本上不起抑制作用。
(3)R-C滤波器。R-C滤波器是最常采用的滤波器。在交流采样的小电压互感器和电流互感器的二次侧采用R、C滤波，如图4-6所示，可以滤去高频干扰信号。
对于电磁干扰严重的环境，可采用电容和非线性电阻组成的并联浪涌吸收器，以抑制暂态干扰。
这种浪涌吸收器能有效地抑制共模和差模暂态干扰。因此，常用在综合自动化系统各子系统的交流输入回路的小电压互感器和小电流互感器的二次侧，
以及直流电源的入口处。电
容器的电容量一般可取0.5μF以下；非线性元件一般可用碳化硅SiC或氧化锌ZnO、放电管等；理想的非线性电阻应具有热容量大、响应快、电容电流及泄漏电流小、启动电压低和非线性特性好等特点。
3．抑制共模干扰的方法
上述在模拟量信号回路加滤波器的措施，多数对抑制差模干扰比较有效。对于共模干扰可采用双端对称输入，抑制共模干扰。图4-7表示一个双端输入的采样回路。
Ucm通过传输线等阻抗形成的回路电压为：高端U cmH=Z i1U cm/(Z s1+Z i1)；低端U cmL=Z i2U cm/（Z s2+Z i2）
采样开关和放大器输入端的干扰电压为U cm＇=U cmH-U cmL=[Z i1/（Z s1+z i1） -Z i2U cm/（Z s2+Z i2）]U cm
如果传输线的Z s1=Z s2，而且Z i1=Z i2，则U cm＇=0，即干扰被抑制。但实际很难实现Z s1和Z s2、Z i1和Z i2分别完全相等，但要使它们尽量接近。
为了使Z s1和Z s2尽量相等，有效的办法是尽量缩短信号线长度，而且采用双绞屏蔽线。双绞屏蔽线两线长度基本相同，对屏蔽层的分布电容也基本相同，不仅可使Z s1和Z s2很接近，而且沿线上的干扰电流互相抵消，因此对抑制共模干扰和差模干扰都有效果。
如果输入信号为电流型信号(O～10mA或4～20mA)，双绞线屏蔽层在接收端接保护地，则抑制干扰的效果更好。
(五)计算机供电电源的抗干扰措施
变电所综合自动化系统中，微机电源的供电系统大致分两类。①大多数微机保护子系统或自动装置等采用直流220V供电，其电源取自所内直流屏；②大多数综合自动化系统的监控机或管理机或其他用途的微机系统，其供电电源常采用交流220V，一般取自所用变压器，这种情况下，电网的冲击、电压和频率的波动都将直接影响到微机系统运行的可靠性和稳定性，甚至由于电网的冲击，会造成死机，而电源线是计算机的重要干扰途径。因此，对计算机交流供电系统采取必要的抗干扰措施是至关重要的，本节重点介绍交流供电系统的抗干扰措施。
1．采用隔离变压器隔离
在微机电源的输入侧，安装隔离变压器，由隔离变压器的输出端直接向计
算机供电，这是很有效的抗干扰措施。隔离变压器的变比可取1：1，在一次侧和二次侧间采用双屏蔽技术，一次屏蔽层(用漆包线或铜线等非导磁材料绕一层，但电气上不能短路)接中线，以隔离来自电网或所用变压器的干扰；二次屏蔽层与微机机箱或机柜共地。
2．采用电源滤波器
电网中常有高频干扰，在计算机电源的输入侧安装电源滤波器，可以滤去交流电源输入的高频干扰和电源高次谐波。目前市面上有专卖的电源滤波器可以选用，它实质上由R、L、C元器件组成，其原理图如图4-8所示。
安装电源滤波器时需注意：①滤波器的输入、输出端引线必须分开走线；
②滤波器安装在机柜内，其接地线要用粗线与机箱(或机柜)的保护接地相连。
3．采用不间断电源UPS
通过UPS电源向微机系统供电，可有效地抑制电网低频常态干扰。
选用UPS电源时，要注明用在线式，输出为正弦波的。这样，当供电电源突然掉电时，UPS可直接向微机供电，从而保证计算机的安全连续运行。
4．采用氧化锌压敏电阻
氧化锌压敏电阻安装在交流电源输入端，其作用是吸收交流供电网络的过电压。电压的选择可由下式计算
Ur=(2～2.5)Uac
式中：Uac为交流电压的有效值。通流容量是按过电压能量来确定的，即压敏电阻通流容量>线路过电压能量。
上述几种电源的抗干扰措施是常采用而且很有效的方法，但并不是几种方法都要同时采用，可根据实际情况(计算机承担任务的重要性情况和供电电源的干扰环境)选用其中一、二种措施。对于一些不具备采用UPS电源和隔离变压器的用户，可考虑只采用电源滤波器，同时注意计算机的电源线由电源母线单独引出，其线径按计算机额定电流5倍考虑。但不论最终选用何种决策，都要以保证计算机能长期可靠连续运行为前提。
题目：跳频通信系统抗干扰性能分析 姓名： 学院：信息科学与技术学院 系：通信工程系 专业： 年级： 学号： 教师： 2012年7月10日
跳频通信系统抗干扰性能分析 摘要 扩频技术是一种信息传送技术，它利用伪随机码对被传输信号进行频谱扩展，使之占有远远超过被传送信息所需的最小带宽。而跳频技术以其良好的抗干扰性能和衰落性及较低的信号被截获概率，成为战术通信领域应用最广的一种抗干扰手段。本文在介绍跳频通信基础原理的基础上，并借助计算机仿真工具Matlab /Simulink 搭建仿真模型，得到了在多径信道下的误码率-信噪比曲线，从而分析跳频通信系统的抗干扰性能。 关键字：跳频、Simulink 仿真、多径、抗干扰 一．引言 跳频通信时现代通信中采用的最常用的扩频方式之一，其基本原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化。与定频通信相比，由于发送的信号调制在多个伪随机跳变的频率上，敌方不容易捕获到所发送的信息，有利于信号的隐藏，可以有效躲避干扰。因此，跳频技术在通信对抗尤其是卫星通信中处于特别有利的位置。扩频技术正在取代常规通信技术成为军事通信的一种主要抗干扰通信技术。因此，对扩频通信的研究，成为通信对抗中的重要部分。本文通过Matlab 软件仿真跳频通信系统的基本过程，在多径信道下分析其抗干扰能力。 二．跳频通信的基本原理 扩频通信系统是一种信息处理传输系统，这种系统是利用伪随机码对被传输信号进行频谱扩展，使之占有远远超过被传输信息所必需的最小带宽。在接收机中利用同一码对接收信号进行同步相关处理以解扩和恢复数据。现有的扩频系统可分为：直接序列扩频、跳频、跳时，以及上述几种方式的组合。其中跳频系统是如今使用最多的扩频技术。 跳频扩频的调制方式可以为二进制或M 进制的FSK(MFSK)。如果采用二进制FSK ，调制器选择两个频率中的一个，设为0f 或1f ，对应于待传输的信号0或1.得到的二进制FSK 信号是由PN 码生成器输出序列输出觉得的频率平移量，选择
抗干扰措施的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。 1、抑制干扰源 抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。 抑制干扰源的常用措施如下： （1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。 （2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。 （3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。 （4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。 （5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。 （6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的）。 2、切断干扰传播路径的常用措施 （1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。 （2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。 （3）注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。 （4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。 （5）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。 （7）在单片机I/O口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。
数控车床如何抗干扰 数控车床作为cnc机床自然也会像其他的电子仪器仪表一样受到众多的干扰，所以面对有可能发生的干扰我们必须有应对的措施，抗干扰的措施主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等。 ①屏蔽技术:屏蔽是目前采用最多也是最有效的一种方式。屏蔽技术切断辐射电磁噪声的传输途径通,常用金属材料或磁性材料把所需屏蔽的区域包围起来,使屏蔽体内外的场相互隔离,切断电磁辐射信号,以保护被屏蔽体免受干扰,屏蔽分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁屏蔽。在实际工程应用时,对于电场干扰时,系统中的强电设备金属外壳(伺服驱动器、变频器、驱动器、开关电源、电机等)可靠接地实现主动屏蔽;敏感设备如智能纠错装置等外壳应可靠接地,实现被动屏蔽;强电设备与敏感设备之间距离尽可能远;高电压大电流动力线与信号线应分开走线,选用带屏蔽层的电缆,对于磁场干扰,选用高导磁率的材料,如玻莫合金等,并适当增加屏蔽体的壁厚;用双绞线和屏蔽线,让信号线与接地线或载流回线扭绞在一起,以便使信号与接地或载流回线之间的距离最近;增大线间的距离,使得干扰源与受感应的线路之间的互感尽可能地小;敏感设备应远离干扰源强电设备变压器等。 ②隔离技术:隔离就是用隔离元器件将干扰源隔离,以防干扰窜入设备,保证电火花机床的正常运行。常见的隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。 (1)光电隔离:光电隔离能有效地抑制系统噪声,消除接地回路的干扰。在智能纠错系统的输入和输出端,用光耦作接口,对信号及噪声进行隔离;在电机驱动控制电路中,用光耦来把控制电路和马达高压电路隔离开。 (2）变压器隔离是一种用得相当广泛的电源线抗干扰元件,它最基本的作用是实现电路与电路之间的电气隔离,从而解决地线环路电流带来的设备与设备之间的干扰,同时隔离变压器对于抗共模干扰也有一定作用。隔离变压器对瞬变脉冲串和雷击浪涌干扰能起到很好的抑制作用,对于交流信号的传输,一般使用变压器隔离干扰信号的办法。 (3)继电器隔离,继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系。因此,可以利用继电器的线圈接受电气信号,而用触点发送和输出信号,从而避免强电和弱电信号之间的直接联系,实现
抗干扰技术 在电路设计当中，抗干扰占有一个特别重要的地位。在一切的电子技术当中，都是重点。（或许你会说你是玩单片机的，感觉没这方面的必要，其实是因为数字电路就两种信号，一个高电平，一个低电平，本身就有一定的抗干扰性能，而模拟信号是连续的，容易被干扰，这也是现在的产品都数字化的原因之一，但是玩单片机的就不玩模拟信号？加点抗干扰技术以防万一也没错吧！）举个例子来说，如果要放大一个微弱的信号，当电源不是很好，有较大的纹波，经常4.5V到6V之间跳，工频信号又很强，你的电路有没有什么防护措施，你想想，当这个信号到最后，还是你想要的信号吗？打个比方，如果唐僧身边没有那么多能干的徒弟，菩萨，神仙，他到得了西天吗？那些妖精就是干扰源，徒弟什么的就是抗干扰措施，当然唐僧自身也有一定的抗干扰能力。这就是我们要讲的抗干扰技术。（请各位懒人直接跳到最后的总结） 理论上来说，抗干扰分为3个方面：1、干扰源。2、传输途径。3、敏感原件。也就是我们需要下功夫的地方。按照优先考虑的顺序，也是如上的1、2、3。你要是能把干扰抑制在源头，扼杀在摇篮里，那就不用其他的措施了。但是干扰源来自四面八方，说不定自己后院还起火（比如运放的自激振荡），所以3个方面都是需要加强的。 一般来说，电源的干扰时最普遍的，所以电源做得好就是一切的基础，尽量降低电源的纹波系数，电容可以滤去交流信号，因此在一些用运放的地方电源和地端可以并联10uF、1uF、0.1uF的电容，以滤去不同频率的波。小电容通低频，大电容通高频，但注意电解电容不要正负极接反了，那样也会产生噪声。再就是布线时，电源线和地线要尽量粗点（减小导线的电阻），避免90°折线；模拟电路和数字电路用不同的电源，；数字电路与模拟电路避免使用公共地线；最多模拟地与数字地仅有一点相连，信号连接时，可用光电隔离，防止互相干扰。接地线越短越好，避免地线形成环路。 在传输途径上下功夫，各模块之间连接线尽量短，远离干扰；高频信号传输可使用同轴电缆或多芯屏蔽电缆，对可能的干扰源输出线进行滤波，产生噪声的导线与地线绞合，信号地线、其它可能造成干扰的电路的地线分开，敏感电路加屏蔽罩（屏蔽罩是要接地才有用的），把干扰源围闭在屏蔽罩内也是允许的。隔离也是常用的，隔离分变压器隔离，继电器隔离，光电隔离，光电隔离比较常用。 有的继承电路 而加强自身的抗干扰性能，大部分是靠原件本省的性质和所用的材料等等，我们自己难以决定。 总而言之，想要抗干扰，可采取以下措施： 1、提高电源的稳定性，减小纹波。各个模块的电源可以和地之间用不同的电容 相连。 2、在信号线容易受到干扰的地方，使用滤波电路。 3、各级模块相连的信号线尽量短，也可以用同轴电缆相连。 4、使用屏蔽盒屏蔽各个模块，或者干扰源。 5、模拟电路与数字电路使用不同的电源，信号之间使用光电隔离。 6、布线时，避免地线成环状，接线尽量短，但避免交叉、飞线。各种模块布局 时分开，模拟电路与数字电路分开。电源线与地线要尽量粗一点。原件排列
直接序列扩频通信系统抗干扰性能分析
直接序列扩频通信系统抗干扰性能分析 在现代战争中，通信对抗扮演着越来越重要的角色。随 着计算机技术、微电子技术等大量高新技术的应用，军事通信获得了长足的发展，尤其是跳频、扩频等一些新的通信手段应用之后，使得通信频谱越来越宽，通信的反侦察、抗干扰能力越来越强，迫使各国加紧对通信对抗技术以及装备的研制。直接序列扩频通信由于其优良的多址接入、低截获概率、抗干扰和强保密等特性，使得它在军事通信、卫星通信和民用领域得到了广泛应用。在电子对抗中，对扩频通信的有效干扰成为制胜关键。 第一章研究背景介绍 1.1直扩通信研究背景 现代战争首先是电子战，在电子战中失去优势的一方，将导致通信中断，指挥失灵等，从而丧失战争主导权。两次海湾战争，前南斯拉夫战争以及阿富汗战争都是很好的佐证。因此，通信对抗作为C4ISR系统的核心，越来越受到各国的重视。通信对抗属于电子对抗，它包括通信侦察、通信干扰等主要对抗措施。通信对抗的目的在于：侦收和截获敌方信息，测量有关技战术参数；采用各种干扰方式阻止敌方正常通信并抑制敌方对我方的干扰，保证我方通信系统有效工作。
扩频通信作为新型的通信方式，具有优良的抗干扰、抗衰落和抗多径性能及频谱利用率高、多址通信等诸多优点，并被广泛地应用于军事通信领域，极大地提高了通信系统的抗截获和抗干扰能力。因此，扩频通信系统成为干扰方的首要作战目标，同时，扩频通信的抗干扰、抗截获、抗侦破特性给干扰方带来了巨大的困难。为取得现代电子战的胜利，针对扩频通信系统研究高效的干扰方式，如何有效的干扰成为取得现代电子战胜利的重要一环，对战时通信对抗具有重要意义。 1.2直扩通信的军事应用情况 1）直扩通信技术在舰艇卫星通信系统上应用广泛。国外舰艇卫星通信系统和国内舰艇卫星通信系统均采用码分多址通信方式，使用C波段。这样网络组织与撤收灵活，通信质量高，频道使用少。从目前使用看，这种方式充分发挥了直接序列扩频通信的特点，是扩频通信应用成功的范例。另外，美军使用的联合战术信息分发系统也使用直接扩频技术，主要用于在战术作战环境中进行抗干扰、发布保密数字信息，具有容纳用户数多和交互数据量大的特点，能快速保密地交换指挥控制信息和敌方战术设备的状态参数。 2）直扩通信技术在军用战术移动通信电台、数据分发系统中发挥重要作用。1996年美军演示了SICOM公司研制
浅谈单片机应用系统的软件抗干扰措施 摘要分析单片机应用系統的软件干扰因素以及实现抗干扰必要条件，并针对单片机应用系统易出现的软件失控、软件数据出错、数字量输入错误等问题提出可行的软件抗干扰措施。 关键词单片机；软件；抗干扰 引言 单片机应用系统产生故障的最主要的原因在于干扰问题。干扰对于单片机应用系统产生的影响一方面会造成测量与控制精度失衡，另一方面也会造成应用系统完全失效。所以对于单片机应用系统软件的干扰问题必须进行解决。 1 单片机应用系统的软件抗干扰措施的必要条件[1] 1.1 干扰因素及影响分析 随着科学技术的不断发展，单片机系统应用的领域越来越广泛，因而对单片机系统的稳定性要求也变得越来越高。但是受到单片机应用系统结构复杂性以及工作环境的多变性的影响，决定单片机系统性能的因素相对来说也比较复杂，尤其是软件的抗干扰措施就是其中比较重要的组成部分。从专业角度分析，单片机系统稳定性影响因素主要分为四种，即浪涌干扰、放电干扰、电磁干扰和高频振荡干扰。在这些干扰因素的影响下单片机系统会发生采集的数据出现失真、程序的运行受到干扰、硬件控制发生失效等现象，而更加直观的表现就是视频图像发生串色、网纹，音频信号失真或者是声音发生串扰现象等。 1.2 软件抗干扰的必要条件分析 在对单片机软件抗干扰稳定性进行设计时，从安全角度考虑，将软件的程序数据放在了ROM中。而一般情况下，单片机抗干扰软件应当具有以下几个方面的条件：①当单片机系统受到外界干扰后，在抗干扰软件的作用下系统的硬件组成不应受到损坏，另外为了方便对系统运行状态的监控，应当在关键核心的位置设置相应的检测状态；②当程序区因外界因素受到干扰后不会产生一定的损坏。一般情况下，在RAM中与系统有关的表格、常数等即使在受到干扰后也不会发生损坏，但是RAM程序中的系统可能因外界等的干扰发生一定的故障。而一旦RAM区的有关程序受到外界干扰，为了从根本上消除干扰带来的不利影响，应当向RAM区重新输入有关的程序。 2 单片机应用系统的软件抗干扰措施[2] 2.1 失控软件的抗干扰措施
在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。下面以MCS-51单片机系统为例，对微机系统软件抗干扰方法进行研究。 1 软件抗干扰方法的研究 在工程实践中，软件抗干扰研究的内容主要是：一、消除模拟输入信号的噪声（如数字滤波技术）；二、程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法。 1.1 指令冗余 CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。若“飞” 到了三字节指令，出错机率更大。 在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。这样即使乱飞程序飞到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被当作操作数执行，程序自动纳入正轨。 此外，对系统流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。 1.2 拦截技术 所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。因此先要合理设计陷阱，其次要将陷阱安排在适当的位置。
（1 ）软件陷阱的设计 当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用。通过软件陷阱，拦截乱飞程序，将其引向指定位置，再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序区填入以下指令作为软件陷阱： NOPNOPLJMP 0000H其机器码为0000020000。 （2 ）陷阱的安排 通常在程序中未使用的EPROM空间填0000020000。最后一条应填入020000，当乱飞程序落到此区，即可自动入轨。在用户程序区各模块之间的空余单元也可填入陷阱指令。当使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程序中设置软件陷阱，能及时捕获错误的中断。如某应用系统虽未用到外部中断1，外部中断1的中断服务程序可为如下形式： NOPNOPRETI返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP 0000H”。如果故障诊断程序与系统自恢复程序的设计可靠、完善，用“LJMP 0000H”作返回指令可直接进入故障诊断程序，尽早地处理故障并恢复程序的运行。 考虑到程序存贮器的容量，软件陷阱一般1K空间有2-3个就可以进行有效拦截。 1.3软件“看门狗”技术 若失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。
软件抗干扰的几种办法 在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。下面以MCS-51单片机系统为例，对微机系统软件抗干扰方法进行研究。 1、软件抗干扰方法的研究 在工程实践中，软件抗干扰研究的内容主要是：一、消除模拟输入信号的噪声(如数字滤波技术);二、程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法。 (1) 指令冗余 CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。若“飞”到了三字节指令，出错机率更大。 在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。这样即使乱飞程序飞到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被当作操作数执行，程序自动纳入正轨。 此外，对系统流向起重要作用的指令如RET、RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。 (2) 拦截技术
所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。因此先要合理设计陷阱，其次要将陷阱安排在适当的位置。 软件陷阱的设计 当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用。通过软件陷阱，拦截乱飞程序，将其引向指定位置，再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序区填入以下指令作为软件陷阱： NOPNOPLJMP 0000H其机器码为0000020000。 陷阱的安排 通常在程序中未使用的EPROM空间填0000020000。最后一条应填入020000，当乱飞程序落到此区，即可自动入轨。在用户程序区各模块之间的空余单元也可填入陷阱指令。当使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程序中设置软件陷阱，能及时捕获错误的中断。如某应用系统虽未用到外部中断 1，外部中断1的中断服务程序可为如下形式： NOPNOPRETI返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP0000H”。如果故障诊断程序与系统自恢复程序的设计可靠、完善，用“LJMP0000H”作返回指令可直接进入故障诊断程序，尽早地处理故障并恢复程序的运行。 考虑到程序存贮器的容量，软件陷阱一般1K空间有2-3个就可以进行有效拦截。 (3)软件“看门狗”技术
根据国际电工委员会IEC1158定义,安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。当今全球最流行的现总线有FF总线(FieldbusFoundation）、Profibus、Modbus等,在造纸行业,ABB公司AF100应用也很多。但是无论哪一种现场总线,都是数字信号,当在介质上传输时,由于干扰噪音的原因,使得“1”变成了“0”,“0”变成了“1”,从而影响现场总线性能,以至于不能正常工作。因此研究现场总线的抗干扰问题并提高现场总线的抗干扰能力非常重要。 1 纸机车间存在的干扰源 (1)纸机传动系统是纸机车间最大的干扰源。纸机传动系统的总负荷约占造纸车间总负荷的1/3以上,在系统的整流和逆变中,大功率电力电子元器件(IGBT等)高速开和关转换,产生大量的高频电磁波,污染整个车间,并且产生大量高次谐波,污染工频电网。 (2)变压器、MCC柜、电力电缆和动力设备。这些设备均为工频,频率较低,干扰一般发生在近场,而近场中随着干扰源的特性不同,电场分量和磁场分量有很大差别。特别是动力设备启动时,瞬间电流能够达到额定电流的6~1倍,会产生大电流冲击的暂态干扰。 (3)来自工频电源的干扰。工频电源波形畸变和高次谐波若未加隔离或滤波,便会通过向纸机控制系统供电而进入控制系统,影响现场总线的信号。 (4)导线接触不良产生的火花、电弧等。 (5)三相供电不平衡产生的地电流、屏蔽层不共地产生的接地环流。 2 干扰的传播途径 (1)由导线传输,称为传导干扰。在现场总线中,主要表现为地线阻抗干扰和来自工频电源的干扰。 (2)通过空间以辐射的形式传输,称为辐射干扰。 3 现场总线的抗干扰措施 (1)远离干扰源动力设备和电力电缆对现场总线的干扰,与距离的平方成反比,即随距离的增大,干扰衰减非常快。所以,现场总线设备远离用电设备,现场总线电缆与动力缆分层桥架布置,都能起到很好的防干扰作用。远离干扰源,是防止辐射干扰的重要措施。 (2)现场总线设备和电缆的屏蔽现场总线屏蔽的机理,一是外来电磁波在金属表面产生涡流,从而抵消原来的磁场;二是电磁波在金属表面产生反射损耗,另一部分透射波在金属屏蔽层内传播过程中,衰减产生吸收损耗。现场总线的屏蔽是利用由导电材料制成的屏蔽并结合接地,来切断干扰源。 (3)采用UPS电源或隔离变压器可防止来自工频电源的干扰。 (4)采用光缆传输信号在现场总线传输速度高!传输距离远干扰大的情况下,尽可能地采用光缆。采用光缆后,有效解决了辐射扰和传导干扰的众多问题。若在不共地两点之间,或者在
先进无线通信信号处理研究团队介绍团队 电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室“先进无线通信信号处理研究团队”由唐友喜教授、邵士海副教授、赵宏志副教授、沈莹副教授、王传丹副教授、朱晓东副教授、夏金祥副研究员、符初生副研究员、徐强博士、马万治博士共10位教师组成，现有博士、硕士研究生117余人，是一支具备一流的大规模硬件、软件设计能力，以及无线信号处理创新能力的研究队伍。 科研团队以探索性、创新性无线通信信号处理关键技术研究为主，面向国家前沿军用和民用通信体制，开展原型机验证和产品开发。主要研究方向：同时同频全双工、分布式MIMO 信号处理；无线通信抗干扰技术，包括数据链、电台、移动通信网等中的抗干扰技术；高效固态射频功率放大器技术，包括CFR、DPD、RF功放架构等技术；软件无线电技术，包括：SDR开发环境、SCA、HAL、基带平台、AD与DA、RF平台等。 近年来承担国家自然科学基金重点项目、“863”重大项目、国家支撑计划、总装备部项目、华为公司项目等科研项目50余项。国家自然科学基金项目有：基于认知无线电的通信抗干扰理论与技术、基于视觉图意的移动无线网络认知与协同理论及关键技术研究、无线通信系统中分布式MIMO的信号设计与检测技术研究和二维扩展频谱方法及其关键技术研究等；“863”重大项目有：新一代蜂窝移动通信系统无线传输链路技术研究、B3GTDD方式下OFDM下行链路设计与实现、WCDMANodeB多址干扰对消多用户检测演示芯片设计；重大专项项目：支持基带集中处理的RAN构架研究、面向IMT-Advanced多小区多用户干扰抑制和抵消技术、高效射频功率放大器。已发表论文约200余篇，其中EI检索150余篇、SCI检索30余篇。申请发明专利90余项，其中授权50余项，获得国家科技发明二等奖、国防科技发明二等奖各一项。 欢迎对无线通信感兴趣的优秀同学加入我们的团队，通过科研活动，培养学生在短时间内独立做好一件事情的能力，培养学生与人相处的能力，培养独立分析和解决科研问题的能力。只要你信任我们团队的教师与员工，我们团队会把你培养成会做事、懂礼貌、情商高和专业技术好的全国最优秀研究生，并为你以后的人生和从事无线通信技术研究积累宝贵的财富。 导师介绍 唐友喜，男，教授，博士生导师。1985年毕业于军械工程学院，获雷达信号处理学士学位；1993年、1997年毕业于电子科技大学，分获通信与电子系统硕士、博士学位；1997年初进入华为中国科技大学联合博士后流动站做博士后研究。研究地点为华为总部及华为上海研究所。主要研究IS-95及第三代移动通信技术，任华为第三代移动通信项目副经理，第三代移动通信预研部经理，第三代移动通信研发学术带头人。2000年初在电子科技大学通信抗干扰技术国防科技重点实验室工作，二级教授。 近年来承担国家自然科学基金重点项目、“863”重大项目、国家支撑计划、总装备部项目、
电磁抗干扰来源及电路与软件抗干扰(EMC)措施 概述 可靠性是用电设备的基木要求之一，也是所有控制单元最基木的要求。它包括两方面的含义:故障时不拒动和正常时不误动。之所以会存在这两个方面的隐患是因为电磁干扰的存在。因此为了保障控制单元可靠的工作，除了采用合适的保护原理外，本章主要考虑抗干扰设计。 电磁干扰的传播方式主要有两种:(1)辐射:电磁干扰的能量通过空间的磁场、电场或者电磁波的形式使干扰源与受干扰体之间产生藕合。(2)传导:电磁干扰的能量可以通过电源线和信号电缆以电压或电流的方式进行传播。电磁干扰的频率包括(1)低频干扰(DC10~20Hz);(2)高频干扰(几百兆赫，辐射干扰和达几千兆赫):(3)瞬变干扰(持续周期从几毫秒到几纳秒)。 造成电力系统中形成电磁干扰的原因有诸多方面，我们知道，同一电力系统中的各种电力设备通过电和磁紧密的联系起来，相互影响，由于运行方式的改变、故障、开关设备的操作等引起的电磁振荡会对智能控制单元产生影响:另外，软起动工作在环境恶劣的煤矿井下，空气非常潮湿，到处充满着煤尘，电磁干扰尤为严重。控制单元在工作时不仅要受到从电网上传来的“噪声”干扰，其木身也是一个很强的干扰源，比如负载上电流的频繁变化和通过导线空间进入单片机系统内部，造成程序跑飞，使系统工作不正常，甚至损坏系统。所以对控制单元各个部分的抗干扰性能提出了较高的要求，尤其是单片机系统的抗干扰问题。因此，在整个单片机应用系统的研发过程中，始终将抗干扰性能作为系统设计时首先考虑的问题之一。 电磁干扰的来源 所谓干扰，简单来说就是指电磁干扰(Electro-Magnetic Interference 简称EMI)，它在一定条件下干扰电子设备、通信电路的正常工作。 电源干扰 电源干扰是单片机应用系统的主要干扰源，据统计，实时系统的干扰约70%来自
技术装备 52 MODERN URBAN TRANSIT 6/2009现代城市轨道交通 0引言 列车控制系统在地铁信号的发展过程中，经历了从单向轨道电路到双向无线通信的变革。目前广泛应用于地铁列车控制系统的是基于无线通信的列车控制系统（ＣＢＴＣ）（图１）。而无论基于无线局域网还是专用无线网的通信，都存在同频或邻频干扰的问题。为此，如何引入技术手段，提高ＣＢＴＣ系统的抗干扰能力，保证其可靠、稳定运行十分重要。 1无线局域网 １．１结构 无线局域网（ＷＬＡＮ）是计算机 网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，利用电磁波完成数据交互，实现传统有线局域网的功能。ＷＬＡＮ的核心结构如图２所示。 从图２可以看到，ＷＬＡＮ的工作层有介质访问控制层（ＭＡＣ）和物 理层（ＰＨＹ），其中物理层分为ＰＬＣＰ（物理层收敛过程）子层和ＰＭＤ（物理机制相关）子层。ＰＬＣＰ子层通过将ＭＡＣ层信息映射到ＰＭＤ子层，使ＭＡＣ层对物理层的依赖减到最低，而ＰＭＤ子 层则提供了控制无线介质 的方法和手段。ＷＬＡＮ的物理层采用扩频工作方式，包括ＦＨＳＳ（跳频扩频）、ＤＳＳＳ（直接序列扩频）、ＨＲ／ＤＳＳＳ（高速直接序列扩频）和ＯＦＤＭ（正交分复用），无线工作频段为ＩＳＭ：２．４～２．４８７５ＧＨｚ以及Ｕ－ＮＩＩ：５．７２５～５．８５０ ＧＨｚ（取决于采用的标准）。在ＩＥＥＥ８０２．１１结构内还包含两个管理实体（ＭＡＣ层管理实体ＭＬＭＥ和ＰＨＹ 物理层管理实体ＰＬＭＥ）和管理信息库（ＭＩＢ），从而控制ＭＡＣ层和ＰＨＹ层的工作状态。 １．２ＭＡＣ层干扰问题 无线局域网的ＭＡＣ层的载波监听多路访问／冲突检测方法（ＣＳＭＡ／ＣＤ）协议问题，从理论上讲，ＭＡＣ层的ＣＳＭＡ／ＣＤ协议完全能够满足局域网级的多用户信道竞争问题，但是，对应无线环境而 邱鹏：南京恩瑞特实业有限公司轨道交通事业部，助理工程师，南京 ２１１１０６ 关于ＣＢＴＣ系统无线通信 抗干扰技术的研究 邱鹏 李亮 摘 要：研究基于无线传输的ＣＢＴＣ系统车－地通信抗干扰技术，通过 分析无线局域网中的同频干扰，结合重复累积码、感知无线电、一致性测试３项技术，提出１套在ＣＢＴＣ系统设计和系统运营两个阶段抑制同频干扰的完整解决方案。 关键词：车地通信；同频干扰；重复累积码；感知无线电；一致性测试 注：ＬＬＣ即逻辑链路控制；ＷＥＰ即有线等效保密 图2WLAN 的核心结构 图1CBTC 系统框图 车载部分 车载ＡＴＣ定位 数据通信部分 无线传输系统 轨旁网络装置 ＡＴＳ 轨旁ＡＴＣ系统 ＬＬＣ ＷＥＰＭＡＣ ＰＨＹ ＤＳＳＳ ＦＨ ＩＲ ＯＦＤＭＭＡＣＭｇｍｔ ＭＩＢ ＬＬＣ ＭＡＣ 业务接口 ＭＡＣ管理业务接口ＭＡＣ子层 ＭＡＣ管理层 ＰＨＹ业务接口 ＰＨＹ管理业务接口ＰＨＹ管理层 ＰＬＣＰ子层ＰＭＤ 子层
提高变电所自动化系统可靠性的措施 一、概述 变电所综合自动化系统具有功能强、自动化水平高、可节约占地面积、减轻值班员操作及监视的工作量、缩短维修周期以及可实现无人值班等优越性。这已为越来越多的电力部门的专家和技术人员所共识。但一方面，由于它是高技术在变电所的应用，是一种新生事物，很多人对它还不够了解，因此也不放心。特别是目前不少工作在变电所第一线的技术人员与运行人员，对综合自动化系统的技术和系统结构还不了解，对其可靠性问题比较担心。另一方面，变电所综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统，但它们的工作环境是电磁干扰极其严重的强电场所，在研制综合自动化系统的过程中，如果不充分考虑可靠性问题，没有采取必要的措施，这样的综合自动化系统在强电磁场干扰下，也确实很容易不能正工作，甚至损坏元器件。因此，综合自动化系统的可靠性是个很重要的问题。 可靠性是指综合自动化系统内部各子系统的部件、元器件在规定的条件下、规定的时间内，完成规定功能的能力。不同功能的自动装置有不同的反映其可靠性的指标和术语。例如，保护子系统的可靠性通常是指在严重干扰情况下，不误动、不拒动。远动子系统的可靠性通常以平均无故障间隔时间MTBF来表示。 提高综合自动化系统可靠性的措施涉及的内容和方面较多，本章将从电磁兼容性、抗电磁干扰的措施和自动化系统本身的自纠错和故障自诊断等方面讨论提高变电所综合自动化系统的可靠性措施问题。 二、变电所内的电磁兼容 (一)电磁兼容意义 变电所内高压电器设备的操作、低压交、直流回路内电气设备的操作、雷电引起的浪涌电压、电气设备周围静电场、电磁波辐射和输电线路或设备短路故障所产生的瞬变过程等都会产生电磁干扰。这些电磁干扰进入变电所内的综合自动化系统或其他电子设备，就可能引起自动化系统工作不正常，甚至损坏某些部件或元器件。 电磁兼容的意义是，电气或电子设备或系统能够在规定的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能，它们本身所发射的电磁能量不影响其他设备或系统的正常工作，从而达到互不干扰，在共同的电磁环境下一起执行各自功能的共存状态。
卫星通信抗干扰系统 一般可理解为，通信装备及系统为对抗干扰方利用电磁能和定向能控制、攻击通信电磁频谱，以提高其在通信对抗中的生存能力所采取的通信反对抗技术体系、方法和措施。 一般说，通信抗干扰的基本体系、方法、措施可分为三类： 1、信号处理。如直接序列扩频技术（DS-SS），其关键参量是作为时间函数的相位；跳频技术（FH-SS）其关键参量是作为时间函数的载频；等等。 2、空间处理。如采用自适应天线调零技术，当接收端受到干扰时，使其天线方向图零点自动指向干扰方向，以提高通信接收机的信干比。 3、时间处理。如猝发传输技术，由于通信信号在传输过程中暴露的时间很短暂，从而大大降低了被干扰方侦察、截获的概率。 通信抗干扰技术研究的就是在已知或预测敌方的干扰手段情况下，在上述技术基础上（当然不排除以后有新的技术类别）选取适当的技术手段来消除或减轻敌方干扰，而使我方需要进行的通信能够延续的一项技术。对敌方的干扰性质，强度、种类、手段、采用的体系，了解得越清楚，采取的措施越有针对性，取得的效果也越好。由于敌方的对抗手段往往是综合的、多变的，有的可能是完全新颖的，所以抗干扰的手段也必须采取多种方式的结合才能取得较好的效果。 通信抗干扰技术的特点： 1、对抗性强，技术综合性强，难度高，发展快，某种程度上说是敌我双方智慧和技术的斗争。通信的成败关系着战争的胜负，所以此技术对抗性很强。通信抗 干扰有了新技术，搞对抗的就想新的对策，反过来也一样，这样就促进了技术的发展和难度的提高。 2、对技术的实用性和可靠性的要求高，通信抗干扰必须在战场上实际解决问题。指标高而不可靠或不实用是不能容忍的，其后果不堪设想。 ［相关技术］通信对抗；扩频技术；抗干扰电台；卫星通信抗干扰 ［技术难点］ 1、提高跳频速率有利于抗干扰，但跳速提高需解决如下问题：接收机中频滤 波器产生的瞬时扰动问题；发射机功率输出截止状态产生的过渡问题；频率合成器
工控计算机软件抗干扰技术 ０引言 工业现场各种动力设备在不断地启停运行。使得现场环境恶劣，电磁干扰严重。工业控制计算机在这样的环境里面临着巨大的考验。可以说我们研制的工业控制系统能否正常运行，并且产生出应有的经济效益，其抗干扰能力是一个关键的因素。因此，除了整个系统的结构和每个具体的工控机都需要仔细设计硬件抗干扰措施之外，还需要注重软件抗干扰措施的应用。我们在多年的工业控制研究中，深感工业现场意外因素太多并且危害很大。有时一个偶然的人为或非人为干扰，例如并不很强烈的雷击，就使得我们自认为无懈可击的硬件抗干扰措施无能为力，工控机死机了（即程序跑飞了）或者控制出错了（此时CPU内部寄存器内容被修改或者RAM和I/O口数据被修改）。这在某些重要的工业环节上将造成巨大的事故。使用软件抗干扰措施就可以在一定程度上避免和减轻这些意外事故的后果。软件抗干扰技术就是利用软件运行过程中对自己进行自监视，和工控网络中各机器间的互监视，来监督和判断工控机是否出错或失效的一个方法。这是工控系统抗干扰的最后一道屏障。 1工控软件的结构特点及干扰途径 在不同的工业控制系统中，工控软件虽然完成的功能不同，但就其结构来说，一般具有如下特点： * 实时性：工业控制系统中有些事件的发生具有随机性，要求工控软件能够及时地处理随机事件。 * 周期性：工控软件在完成系统的初始化工作后，随之进入主程序循环。在执行主程序过程中，如有中断申请，则在执行完相应的中断服务程序后，继续主程序循环。 * 相关性：工控软件由多个任务模块组成，各模块配合工作，相互关联，相互依存。 * 人为性：工控软件允许操作人员干预系统的运行，调整系统的工作参数。在理想情况下，工控软件可以正常执行。但在工业现场环境的干扰下，工控软件的周期性、相关性及实时性受到破坏，程序无法正常执行，导致工业控制系统的失控，其表现是： * 程序计数器PC值发生变化，破坏了程序的正常运行。PC值被干扰后的数据是随机的，因此引起程序执行混乱，在PC值的错误引导下，程序执行一系列毫无意义的指令，最后常常进入一个毫无意义的“死循环”中，使系统失去控制。 * 输入/输出接口状态受到干扰，破坏了工控软件的相关性和周期性，造成系统资源被某个任务模块独占，使系统发生“死锁”。
关于自动化装置受干扰及抗干扰措施的分析 摘要：电磁兼容是现代自动化装置抗电磁干扰能力方面非常关注的目标。许多同行专业人士已作了大量的工作，制定了相关的标准和试验方法。在抗电磁干扰方面，也有许多论文发表，大家从理论到实践提出了许多提高产品抗电磁干扰能力的措施。 关键词：自动化装置干扰抗干扰措施分析 电磁兼容是现代自动化装置抗电磁干扰能力方面非常关注的目标。许多同行专业人士已作了大量的工作，制定了相关的标准和试验方法。在抗电磁干扰方面，也有许多论文发表，大家从理论到实践提出了许多提高产品抗电磁干扰能力的措施。 本文先以一台同期装置作为被试产品，对其干扰及抗干扰措施进行分析，随后提出一系列在设计实践中的经验抗干扰措施。干扰源是一个简单的电磁式的中间继电器。 干扰源分析：在上面简单的电路中可能会存在以下三种干扰源。 1、如图（一）中操作电源带有一个电感性负载（即许继中间继电器），当切断电感性负载时，在电感线圈上产生很高的感生电动势，一般在5～10倍电源电压，高达几千伏，我在试验中测得大于1千伏。该高电压使得断开接点击穿，产生火花或电弧，而火花或电弧是一个发射高频噪声的干扰源，该干扰直接串入电源中，形成串模干扰，该干扰是本线路中试验发现最明显的。 火花或电弧熄灭时间很短，又将产生感应电压，所以在不断地“通断”的瞬变过程中电源上串入了很大的高频干扰信号和浪涌电流。而自动装置内部的电子元件尤其IC片都是弱
电工作元器件，该干扰信号和浪涌流对继电器造成逻辑紊乱，以致误动，实际上对继电器内部元器件也具有很大的伤害性。尤其是静态的继电器产品表现更为严重，对于同期继电器，内部回路复杂，电源（稳压管）负载较重，在此重负荷下受干扰就会显得影响很大。 对于这种干扰实际上最有效的办法是在电感负载上并接一个吸收回路即可，但是电感负载是多种不同设备，且有很多是在运行中的产品，这样就自然的把问题踢给了新产品（被试产品）。 在试验中本人启用了图（二）接线的抑制回路，作用是用以抑制高频干扰，试验效果明显。 2、直流电压纹波引起的工频干扰，该种干扰在一般的产品设计中都有措施抑制，在试验中很少发现这种干扰。对于这种干扰，在试验中采用了以下图三的电路，该电路具有消除低频干扰和高频干扰双重作用，但对于电容耐压要求较高。 3、线间串扰，该干扰是因信号线（电源、交流等）靠近和平行放置在一起而引起，虽在电压不高时显示不出来，但在受冲击电压时难免会引起干扰，这就是该干扰最难预测和最难控制的因素之一。这一点要求在布线方面注意干扰。 以上仅是一个简单的电路，旨在只说明干扰存在的普遍性，根据电力系统的运行环境和自动化装置发展的实际情况，现在很多产品在“静电放电干扰、快速瞬变干扰和辐射电磁场干扰”方面实际上都没有很好办法，有些产品对电磁干扰还非常敏感，拒动、误动、死机、改变定值等现象都有发生。因此，自动化装置抗电磁干扰能力的提高，仍然需各位专业人士艰苦努力。以下是根据我在多年的产品设计中，针对“静电放电干扰、快速瞬变干扰和辐射电磁场干扰电磁干扰”采取的一些措施和方法，供大家参考，不当之处请批评指正。 一、抗静电放电干扰
单片机系统的抗干扰 抗干扰问题是单片机控制系统工程实现中须解决的关键问题之一。对干扰产生的机理及其抑制技术的研究，受到国内外普遍重视。大约在50年代，就开始了对电磁干扰的系统研究，逐步形成了以研究干扰的产生、传播、抑制和使装臵在其所处电磁环境中既不被干扰又不干扰周围设备，从而都能长期稳定运行等为主要内容的技术学科—电磁兼容技术、EMC技术。 按国家军用标准GJB 72—85《电磁场干扰和电磁兼容性名词术语》其定义为：“设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中能一齐执行各自功能的共存状态。即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其它设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其它设备（分系统、系统），因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。” 一、干扰的作用机制及后果 干扰对单片机系统的作用可分为三个部分，第一个部位是输入系统，它使模拟信号失真，数字信号出错，系统如根据该信号做出的反应必然是错误的。第二个部位是输出系统，使各输出信号混乱，不能正常反映系统的真实输出量，从而导致一系列严重后果。第三个部位是单片机的内核，干扰使三总线上的数字信号错乱，使CPU工作出错。 对单片机系统而言，抗干扰有硬件和软件措施，硬件如设臵得当，可将绝大多数的干扰拒之门外，但仍然有部分的干扰窜入系统，引起不良后果，因此，软件抗干扰也是必不可少的。但软件抗干扰是以CPU的开销为代价的，如果没有硬件措施消除大部分的干扰，CPU将忙于应付，会影响到系统的实时性和工作效率。成功的抗干扰系统是由硬件和软件相结合而构成的。硬件抗干扰具有效率高的优点，但要增加系统的成本和体积，软件抗干扰具有投资低的优点，但要降低系统的工作效率。 由于应用系统的工作现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作过程将对单片机产生强烈的干扰；也由于被控制对象和被测信号往往分布在不同的地方，即整个控制系统的各部分之间有较远的距离，信号线和控制线均可能是长线，这样电磁干扰就很容易以不同的途径和方式混入应用系统之中。如果上述来源于生产现场的干扰称为系统内部的干扰源的话，那么还有来源于现场以外的所谓外部干扰源，如外电源（如雷电）对电网的冲击，外来的电磁辐射等。 不管哪种干扰源，对单片机的干扰总是以辐射、电源和直接传导等三种方式进入的，其途径主要是空间、电源和过程通道。按干扰的作用形式分类，干扰一般有串模干扰和共模干扰两种。抗干扰的方法则针对干扰传导的源特征和传导方式，采取抑制源噪声，切断干扰路径，和强化系统抵抗干扰等三种方式。 控制干扰源的发射，除了从源的机理着手降低其产生电磁噪声的电平之外，广泛的应用着屏蔽（包括隔离）、滤波与接地技术。屏蔽主要用于切断通过空间的静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合形成的电磁噪声传播途径。此三种耦合分别对应于采取的静电屏
工控系统的通信抗干扰技术 0 引言 一个工控系统常常由几台、几十台甚至更多的工业控制机组成各种形式的分布式测控系统。直接控制级（DDC）可以独立完成本地的数据采集和控制任务，主站负责系统的管理。所有的机器连接成网络互通信息，就可以完成以整体目标为宗旨的相互协调配合，达到更高的控制水平和管理层次。系统的通信因此就成为所有的机器协调一致的关键环节。对于工控系统的设计者来说，面对工业现场严重的干扰，提高通信网络的抗干扰能力无疑是非常重要的事。 1 给RS232C通信接口加装光隔电流环的抗干扰措施 RS232C是微机之间最常用的点对点串行通信接口，但RS232C的抗干扰能力很差。这是由于RS232C采用单端信号传输，而它的连接电缆把它所连接的两台机器的地又连接在了一起，因此，当两个地线之间的地电位不一致时，就有共模干扰电压产生。于是就造成了严重的干扰，甚至烧毁接口器件。如果给RS232C加装一个光隔电流环，就可以隔断两个地之间的联系，从而极大地提高其抗干扰能力。图1是RS232C加光隔电流环的电路原理图。图中，U1是工控机1的RS232C发送接口芯片1488，U2是工控机2的RS232C接收接口芯片1489。它们之间的通信信道已经由T1、T2组成的光隔电流环驱动。当工控机1发送“0”时，U1输出约+11 V，它使光隔管T1的发光二极管发光，使得T1的光电三极管导通，其发射极输出电流i。电流i通过通信线路，驱动光隔管T2的发光二极管发光，使得T2的光电三极管导通，其发射极输出电压约+11 V，接收芯片U2转换该电压成为TTL电平“0”。当工控机1发送“1”时，T1、T2截止，通信线路没有电流，T2的发射极输出-12 V，U2转换它成为TTL电平“1”。图中的C1、D2，C2、D3起加速作用。本电路经实际使用，可以构成几公里的通信。需要注意的是，光隔电流环的电源一定要选用与工控机电源隔离的电源。接地点D1、D2、D3各自独立于各自的体系，不能混接！由于工控机和外电路完全隔离，因此显著地提高了工控机的抗干扰水平。 图1 RS232C光隔电流环电路原理图 对RS232C进行光隔电流环改造，隔断了工控机与外界的电的联系，显著地提高了工控机的抗干扰能力。而且这种改造只是在插口上进行，不涉及到工控