淺談保證計算機通信與控制系統可靠運行的措施
2007-01-01 00:00:00王明超
現代商貿工業 2007年4期
摘 要：隨著高新技術的不斷開發，數字通信及控制技術也在飛速發展，計算機通信及控制技術得到了廣泛應用，針對各種情況探討了保證計算機通信與控制系統可靠運行的措施。
關鍵詞：計算機通信；控制系統
1 在設計計算機通信與控制系統時要注意以下事項
（1）在對計算機通信與控制系統設計和配置時，要注意到系統的結構要緊湊，布局要合理，信號傳輸要簡單直接。
在計算機通訊與控制系統的器件安裝布局上，要充分注意到分散參數的影響和采用必要的屏蔽措施：對大功率器件散熱的處理方法；消除由跳線、跨接線、獨立器件平行安裝產生的離散電容、離散電感的影響，合理利用輔助電源和去耦電路。
（2）計算機通信與控制系統本身要有很高的穩定性。
計算機通信與控制系統的穩定性，一方面取決于系統本身各級電路工作點的選擇和各級間的耦合效果。特別是在小信號電路和功率推動級電路的級間耦合方面，更要重視匹配關系。另一方面取決于系統防止外界影響的能力，除系統本身要具有一定的防止外界電磁影響的能力外，還應采取防止外界電磁影響的措施。
（3）算機通信與控制系統防止外界電磁影響的措施，應在方案論證與設計時就給予充分考慮。
例如數字信號的采集傳輸，是采用脈沖調制器還是采用交流調制器，信號在放大時采用幾級放大器，推動司服系統工作時采取何種功放，反饋信號的技術處理及接入環節，電路級間隔離的方法，器件安裝時連接和接地要牢固可靠，避免接觸不良造成影響，機房環境選擇和布局避免強電磁場的影響等。
2 排除電源電壓波動給計算機通信與控制系統帶來的影響
計算機通信與控制系統的核心就是計算機，計算機往往與強電系統共用一個電源。在強電系統中，大型設備的起、停等都將引起電源負載的急劇變化，也都將會對計算機通信與控制系統產生很大的影響；電源線或其它電子器件引線過長，在輸變電過程中將會產生感應電動勢。防止電源對計算機通信與控制系統的影響應采取如下措施：
（1）提高對計算機通信與控制系統供電電源的質量。
供電電源的功率因數低，對計算機通信與控制系統將產生很大的影響，為保證計算機通信與控制系統穩定可靠的工作，供電系統的功率因數不能低于0.9。
（2）采用獨立的電源給計算機通信與控制系統供電。
應對計算機通信與控制系統的主要設備配備獨立的供電電源。要求獨立供電電源電壓要穩定，無大的波動；系統負載不能過大，感性負載和容性負載要盡可能的少。
（3）對用電環境惡劣場所采取穩壓方法。
對計算機等重要設備采用UPS電源。在穩壓過程中要采用在線式調壓器，不要使用變壓器方式用繼電器接頭來控制的穩壓器。
3 防止由于外界因素對供電電源產生的傳導影響
由于外界因素對電源產生的傳導影響要采取以下措施。
3.1 采用磁環方法
(1) 用磁環防止傳導電流的原理。
磁環是抑制電磁感應電流的元件，其抑制電磁感應電流的原理是：當電源線穿過磁環時，磁環可等效為一個串接在電回路中的可變電阻，其阻抗是角頻率的函數。
即：Z二f／(ω)
從上式可以看出：隨著角頻率的增加其阻抗值再增大。
假設Zs是電源阻抗，ZL是負載阻抗，ZC是磁環的阻抗，其抑制效果為：
DB=20Lg[(Zs+ZL+ZC／(ZS+ZL)]
從上述公式中可以看出，磁環抑制高頻感生電流作用取決于兩個因素：一是磁環的阻抗；另一個是電源阻抗和負載的大小。
(2) 用磁環抑制傳導電流的原則。
磁環的選用必須遵循兩個原則：一是選用阻抗值較大的磁環：另一個是設法降低電源阻抗和負載阻抗的阻值。
3.2 采用金屬外殼電源濾波器消除高頻感生電流，特別是在高頻段具有良好的濾波作用
電源濾波器的選取原則
對于民用產品，應在100KHZ一30MHZ這一頻率范圍內考慮濾波器的濾波性能。軍用電源濾波器的選取依據GJBl51／152CE03，在GJBl51／152CE03中規定了傳導高頻電流的頻率范圍為15KHZ-50MHZ。
4 抑制直流電源電磁輻射的方法
4.1 利用跟隨電壓抑制器件抑制脈沖電壓
跟隨電壓抑制器中的介質能夠吸收高達數千伏安的脈沖功率，它的主要作用是，在反向應用條件下，當承受一個高能量的大脈沖時，其阻抗立即降至很低，允許大電流通過，同時把電壓箝位在預定的電壓值上。利用跟隨電壓抑制器的這一特性，脈沖電壓被吸收，使計算機通信與控制系統也減少了脈沖電壓帶來的負面影響。
4.2 使用無感電容器抑制高頻感生電流
俗稱“隔直通交”是電容器的基本特性，通常在每一個集成電路芯片的電源和地之間連接一個無感電容，將感生電流短路到地，用來消除感生電流帶來的影響，使各集成電路芯片之間互不影響。
4.3 利用陶瓷濾波器抑制由電磁輻射帶來的影響
陶瓷濾波器是由陶瓷電容器和磁珠組成的T型濾波器，在一些比較重要集成電路的電源和地之間連接一個陶瓷濾波器，會很好起到抑制電磁輻射的作用。
5 防止信號在傳輸線上受到電磁幅射的方法
(1)在計算機通信與控制系統中使用磁珠抑制電磁射。
磁珠主要適用于電源阻抗和負載阻抗都比較小的系統，主要用于抑制1MHZ以上的感生電流所產生的電磁幅射。選擇磁珠也應注意信號的頻率，也就是所選的磁珠不能影響信號的傳輸，磁珠的大小應與電流相適宜，以避免磁珠飽和。
(2)在計算機通信與控制系統中使用雙芯互絞屏蔽電纜做為信號傳輸線，屏蔽外界的電磁輻射。
(3)在計算機通信與控制系統中采用光電隔離技術，減少前后級之間的互相影響。
(4) 在計算機通信與控制系統中要使信號線遠離動力線；電源線與信號線分開走線。輸入信號與輸出信號線分開走線；模擬信號線與數字信號線分開走線。
6 防止司服系統中執行機構動作回饋的方法
6.1 RC組成熄燼電路的方法
用電容器和電阻器串聯起來接入繼電器的接點上，電容器C把觸點斷開的電弧電壓到達最大值的時間推遲到觸點完全斷開，用來抑制觸點間放電。電阻R用來抑制觸點閉合時的短路電流。
對于直流繼電器，可選取：
R=Vdc／IL
C=IL*K
式中，Vdc：直流繼電器工作電壓。
I：感性負載工作電流。
K二0.5-lЧF／A
對于交流繼電器，可選取：
R>0．5*UrmS
C二0.002-0.005(Pc／10) ЧF
式中，Urms：為交流繼電器額定電壓有效值。
Pc：為交流繼電器線圈負載功率。
6.2 利用二極管的單向導電特性
二極管加電阻與負載并接起來，當切斷電源的瞬間，由于反電動勢產生的電流，流過與負載并聯的二極管，并在負載電阻上消耗掉感應負載所產生的能量，這種結構的電路一般要求二極管的反向電壓為電源電壓的10倍以上。
