控制計算機系統中的常見干擾及處理

◆石雙全

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控制計算機系統中的常見干擾及處理

◆石雙全

（北京控制工程研究所 北京 100190）

本文通過介紹計算機系統中的常見干擾，分析了干擾的來源、途徑及作用方式等，針對干擾不同的作用方式，指出了控制計算機硬件系統中的常見的幾種抗干擾處理措施，可以為計算機使用單位制定具體的抗干擾措施提供依據。

干擾；干擾源；抗干擾技術

0 引言

隨著科學技術的發展，計算機系統取得了快速的進步。憑借其精確、快速的計算和判斷，計算機系統被廣泛應用于各行業，現在的計算機系統約每3～5年更新一次，性能價格比成十倍地提高，體積大幅度減小。隨著計算機的廣泛應用，對計算機的干擾長期與計算機系統共存，嚴重影響到計算機系統的可靠性、穩定性和安全性，同時，還會對其他硬件設備造成影響。因此，研究計算機系統中的各種干擾，分析干擾產生的原因，找到解決計算機系統干擾的方法顯得尤為必要。

1 計算機干擾系統的組成

計算機系統中的干擾是指超出計算機正常信號之外的能導致計算機系統不能正常運行的各種因素。產生干擾信號的設備稱為信號源。計算機干擾系統是由干擾源、干擾途徑以及作用對象三部分組成。

1.1 干擾的來源

（1）外部干擾

由于外部環境條件變化引起的干擾成為外部干擾。計算機系統常見的外部干擾有雷電干擾，比如在雷電惡劣天氣中產生的干擾電波；太陽輻射干擾，比如太陽電磁輻射產生的干擾；電源的工頻干擾；大地磁場產生的干擾；計算機周圍用電設備產生的干擾等。

（2）內部干擾

計算機系統內部環境條件如布局排列不當、線路交叉錯亂、內部構件損壞等產生的干擾稱為內部干擾。計算機系統常見的內部干擾有長線傳輸的波反射；內部電容和電感產生的各種不良感應，比如耦合感應；多點接地造成的電位差引入的干擾等。

1.2 干擾的途徑

影響計算機系統干擾傳播的途徑主要有公共阻抗耦合、磁場耦合和靜電耦合。

（1）公共阻抗耦合干擾

由于計算機各回路間產生公共阻抗，使得一個回路的電流所產生的電壓降影響到另一回路，這種干擾方式稱為公共阻抗耦合干擾。

公共耦合阻抗在計算機使用過程中比較常見，例如，電源插座的引線等。

（2）磁場耦合干擾

磁場耦合干擾是一種比較常見的干擾途徑。帶電導體的周圍廣泛分布著各種磁場，磁場是隨著電流的變化不斷變化的，變化的磁場必然在其周圍的閉合回路中產生感應電勢，通過導體之間這種互感耦合作用引起干擾，就是磁場耦合干擾。在設備外部，平行架設的兩根導線也會產生干擾。

（3）靜電耦合干擾

靜電耦合干擾是指干擾信號通過導線之間產生的分布電容進入計算機系統內，產生影響計算機正常運行的干擾信號。

靜電耦合方式如圖1所示。

圖1 靜電耦合方式

2 干擾的作用方式

計算機系統中常見干擾的作用方式主要有共模干擾、串模干擾和長線傳輸干擾。

2.1 共模干擾

共模干擾是指系統的兩個信號輸入端上所共有的干擾電壓，可以是直流電壓或者是交流電壓。

計算機的地、信號放大器的地與現場信號源的地一般相隔一段距離，距離的兩端在兩個接地點之間產生一個電位差（Vc）,電位差往往會對計算機系統產生一種共模干擾，如圖2。

圖2 共模干擾示意圖

對于系統的干擾來說，共模干擾大都通過差模干擾的方式表現出來，如圖3。

圖3 兩種輸入方式時共模電壓的引入

2.2 串模干擾

串模干擾是指各種干擾信號串聯在信號回路中，與被測信號相加輸入系統。串模干擾與被測信號在回路中處于同樣的地位。串模干擾作用示意圖如圖4。

圖4 串模干擾示意圖

2.3 長線傳輸干擾

在全過程的計算機系統中，無論是計算機產生作用信號到終端，還是終端產的信號到計算機，都經過一段較長的線路進行信號傳輸，即長線傳輸。對于高速信號傳輸的線路，即在高頻信號電路中，需要多長的導線可作為長線，取決于電路信號頻率的大小，在有些情況下，可能1米左右的線就應作為長線看待。

3 常見抗干擾技術

常見的抗干擾處理技術主要從電源系統抗干擾、傳播過程的抗干擾以及接地技術抗干擾三方面入手。

3.1 電源系統的抗干擾技術

通過電源系統產生的干擾是最常見的計算機干擾，這種由于電源耦合作用產生的干擾信號占據整個系統干擾信息的大部分。因此必須加強對電源系統的保護，讓電源系統穩定且不間斷不受干擾的供電是處理計算機系統干擾的優先措施。

電源系統的抗干擾措施主要從供電方式、尖峰脈沖、漏電保護以及電源直流側的處理等方面入手。

在供電方式上，保證計算機電源220v持續穩定供電。低通濾波器讓50Hz的基波通過，而濾除高頻干擾干擾信號。對于電源優先使用抗干擾強的開關電源。基于電源系統抗干擾的供電方式圖5所示。

圖5 計算機控制系統的供電方式

在對尖峰脈沖干擾的抑制方面，必須采取標本兼治、綜合治理、多管齊下的方法。可以在交流電源輸入端串入均衡器即干擾抑制器，來消除輸入端的干擾信號；可以擴大計算機與周圍用電設備直接的距離，使計算機系統遠離干擾源；另外，可以有針對性地對大的用電設備采取專門消除脈沖干擾的措施。

在漏電保護方面，對直流電源電壓監視可以使用專業的μP監控電路對計算機系統中的直流電源電壓進行監控。現在已經有許多集成電路μP監控電路可供選擇，它們具有很多種類和規格，同時也具有多種功能，如有的μP監控電路除電源監視外，還具有自動報警、復位、APP智能提醒等功能。

僅僅在電源系統的交流側采取抗干擾措施是不夠的，這樣很難保證干擾絕對不進入直流系統，因此須在直流側采取必要的抗干擾措施。常見的直流側抗干擾措施有去耦法和增設穩壓塊法兩種。

3.2 接地系統的抗干擾技術

計算機系統的抗干擾技術還包括接地系統的抗干擾。接地系統的抗干擾技術主要從主機系統的接地保護、輸入系統的接地保護以及地線系統的接地保護入手。

接地系統的抗干擾主要是主機系統的接地抗干擾，主機系統的接地通常設置計算機主機外殼為絕緣保護層，其絕緣電阻不小于50MΩ，通過外殼把計算機內部的各組件與外部設備絕緣。主機系統的接地保護如圖6。

圖6 主機與外部設備的一點接地方式

輸入系統的接地通常是在輸入通道內使用屏蔽設備對各種傳感器和信號模擬器等設備進行屏蔽，同時，使用專業有屏蔽作用的信號線輸入輸出信號。

3.3 過程通道的抗干擾技術

過程通道的信號干擾是由于干擾從干擾源沿著過程通道與計算機之間的公共地線侵入到計算機的各輸入裝置。因此，一方面要控制公共地線發出的各種干擾；另一方面選擇具有較強抗干擾能力的輸入設置，阻止干擾信號進入計算機。

（1）串模干擾的抑制

串模干擾信號和有效信號相互串聯，疊加在一起作為輸入信號輸入到計算機系統中，因此，串模干擾信號的一項是重點和難點。

通常采取以下措施來控制串模干擾信號對計算機系統的影響，一方面選擇的信號線距離強電磁場和動力線要有足夠的間距；儀表信號線、控制信號線與動力線不要平行放在同一個托盤里面；另一方面，對同一根管內的信號線使用屏蔽電線或屏蔽電纜，在儀表輸入端加濾波電路來削弱干擾信號。

（2）長線傳輸干擾的抑制

長線傳輸干擾主要是空間電磁耦合干擾和傳輸線上的波反射干擾。

對長線傳輸干擾，可以采用同軸電纜或雙絞線作為傳輸線、終端阻抗匹配以及始端阻抗匹配等。

4 結語

目前，雖然人們逐漸重視各種高抗干擾技術的應用，但對于計算機系統，不可能完全消除和避免這些干擾，只能將干擾控制在一定的范圍內，使他們不會影響到計算機系統的正常工作。隨著計算機技術的發展，各種干擾因素還會不斷顯現，我們必須給予足夠的重視。

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