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　　摘要：本文簡要介紹了控制系統(tǒng)電磁干擾的機(jī)制，列舉了減小干擾源的強(qiáng)度、抑制干擾的傳輸、降低設(shè)備對干擾的敏感度的措施，以及對控制系統(tǒng)進(jìn)行電磁兼容性測試的一般要求。
　　
　　1、概述
　　
　　控制系統(tǒng)通過輸入通道采集被控對象的相關(guān)運行參數(shù)，經(jīng)中央數(shù)字處理單元DPU運算處理后通過輸出通道發(fā)出控制指令，由執(zhí)行結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)控制對象的控制參數(shù)，zui終使控制對象的被控參數(shù)跟隨給定參數(shù)變化?？刂葡到y(tǒng)的實際運行環(huán)境不可避免地充滿作各種電磁干擾，閉環(huán)控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)因電磁干擾出現(xiàn)功能失常，都將造成被控參數(shù)偏離給定參數(shù)的要求，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。嚴(yán)重時會使被控對象停止運行，甚至損壞被控對象。提高控制系統(tǒng)的兼容性，使其在電磁干擾環(huán)境下也能順利完成規(guī)定的控制任務(wù)具有非常重要的意義。
　　
　　控制系統(tǒng)的電磁干擾主要有來自外部的：空間輻射干擾、電源線傳導(dǎo)干擾、信號線傳導(dǎo)的干擾、接地系統(tǒng)干擾；來自內(nèi)部的：電源／地噪聲、信號間串?dāng)_、信號傳輸反射干擾?？刂葡到y(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計任務(wù)是研究產(chǎn)生干擾的機(jī)制、抑制干擾的措施，保障控制系統(tǒng)在規(guī)定的干擾環(huán)境，能完成規(guī)定的任務(wù)。在偶然出現(xiàn)強(qiáng)干擾后，控制系統(tǒng)也能自動恢復(fù)正常運行，并且被控對象運行狀態(tài)變化在可接受的范圍內(nèi)。我們可以從設(shè)法減小干擾源的強(qiáng)度、抑制干擾的傳輸、降低設(shè)備對干擾的敏感度等三個方面入手。
　　
　　2、減小干擾源的強(qiáng)度
　　
　　2.1限制信號邊沿時間
　　
　　在控制的電子設(shè)備中，隨著信號的傳遞必然伴隨著電壓或電流的變化。隨著電路板工作頻率的增加，要求信號邊沿的上升時間和下降時間越來越小，電壓或電流變化得越快干擾強(qiáng)度也越大。因此可能的情況下應(yīng)盡量采用響應(yīng)速度較低的器件，必要時可在信號驅(qū)動端的信號線在串聯(lián)一個小電阻，減小信號變化速率。
　　
　　2.2降低地阻抗
　　
　　信號地線公共阻抗上的電位差，對信號的傳遞會產(chǎn)生干擾。干擾隨著信號瞬間電流增大、頻率增高、阻抗增大而增大。采用完整地平面為信號提供低阻抗返回路徑。對于1MHz以下部分常采用單點接地方式，更高頻率部分常采用多點接地方式。
　　
　　2.3降低電源噪聲
　　
　　開關(guān)電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，會產(chǎn)生高頻電磁輻射沿導(dǎo)線和空間向外傳播，干擾其它電子設(shè)備。通常在開關(guān)電源輸入輸出兩端需設(shè)置高抑制比的π型濾波器，并且必要時還應(yīng)加屏蔽罩。
　　
　　在器件的電源地之間設(shè)置濾波電容、電感，不但可降低電源線的噪聲，而且可減小對電源干擾的敏感度。
　　
　　2.4降低時鐘信號噪聲
　　
　　時鐘信號頻率高、邊沿陡峭易產(chǎn)生電磁干擾，應(yīng)盡量減少時鐘信號的走線長度，減少過孔，采用終端阻抗匹配以避免信號反射。給時鐘信號提供完整的返回通路，盡量減小信號回路面積。用地線將時鐘信號與敏感線路隔離。
　　
　　3、抑制干擾的傳輸
　　
　　3.1屏蔽電纜
　　
　　控制系統(tǒng)的I/0信號電纜通常很長，鋪設(shè)環(huán)境電磁環(huán)境較差，為了隙住經(jīng)導(dǎo)線因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生干擾，需要采用屏蔽電纜。屏蔽線必須采用一端接地，避免形成地環(huán)路造成干擾。通常選擇電子控制設(shè)備集中的機(jī)柜側(cè)接地。
　　
　　3.2屏蔽罩
　　
　　采用導(dǎo)電性能好的鐵磁性材料制作電子控制設(shè)備的外殼機(jī)箱、機(jī)柜，可減少空間高頻電磁場對控制系統(tǒng)的干擾。設(shè)法機(jī)箱各金屬件間可靠電氣連接不但可提高屏蔽效果，而且降低靜電的影響。盡量減小通風(fēng)孔、縫隙尺寸，必須也對其采取屏蔽措施，抑制電磁輻射。
　　
　　3.3接地
　　
　　按照接地功能可分為保護(hù)地、信號地。設(shè)備外殼金屬部分必須良好接地（保護(hù)地），以保護(hù)人身安全。信號地是整個控制系統(tǒng)工作的參考電位。由于一個工業(yè)控制系統(tǒng)的I/0信號分布區(qū)域較大，為了減小地電位波動對系統(tǒng)的干擾，應(yīng)采用“實地”，避免采用“浮地”。
　　
　　3.4電源濾波器
　　
　　公共電源線路上掛接了許多用電設(shè)備，某些大型設(shè)備，如電機(jī)、變頻器等，在工作時會產(chǎn)生大量諧波。應(yīng)在控制設(shè)備的電源輸入端設(shè)置電源濾波器，以抑制沿電源線路傳導(dǎo)來的干擾。
　　
　　3.5抑制串?dāng)_
　　
　　為了減小模擬電路與數(shù)字電路間的串?dāng)_，應(yīng)將模擬、數(shù)字電路分開布局；應(yīng)盡量縮短導(dǎo)線長度和增大導(dǎo)線間的距離，增大電源平面和地平面，以減小信號線路間的互感、互容。
　　
　　4、降低對干擾的敏感度
　　
　?。?）設(shè)置保護(hù)器件
　　
　　電磁干擾極易沿導(dǎo)線引入對控制設(shè)備造成干擾。在控制設(shè)備進(jìn)、出線端設(shè)置適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)器件。如TVS管、壓敏電阻、氣體放電管、自恢復(fù)保險等。
　　
　?。?）設(shè)置信號濾波
　　
　　在敏感電路中適當(dāng)設(shè)置濾波、限幅電路，抑制干擾信號強(qiáng)度。采用工頻限波算法軟件濾波。
　　
　?。?）處理空閑管足
　　
　　閑置不用的輸入管足不能懸空，應(yīng)將其連接到電源或地。
　　
　?。?）采用差分傳輸電路
　　
　　差分平衡電路具有很好的對稱性，可大幅度抑制共模干擾。對稱差分信號的共模電壓為零，信號幅度也僅為單端信號的一半，因此產(chǎn)生的干擾也小一半。對于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奈⑷跣盘?、高頻率信號建議采用差分傳輸方式。
　　
　?。?）采用隔離電路
　　
　　采用隔離電路（如光隔離器、變壓器）將各系統(tǒng)隔離開來，可有效抑制共模電壓產(chǎn)生的干擾。在A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與信號端子間應(yīng)設(shè)置運算放大器，以降低干擾影響。
　　
　?。?）抑制尖脈沖
　　
　　采用適當(dāng)硬件電路及固件措施，將脈沖寬度小于預(yù)定值的干擾信號濾除。
　　
　?。?）合理設(shè)置復(fù)位信號
　　
　　分別給各智能芯片設(shè)置復(fù)位信號，使CPU在檢測到某智能芯片功能異常時，先通過向該芯片發(fā)送控制字喚醒它，若不行可復(fù)位信號僅使該芯片復(fù)位，可避免故障擴(kuò)大。
　　
　?。?）采用可靠的時鐘信號
　　
　　因A/D芯片易受干擾，應(yīng)盡量避免采用A/D芯片內(nèi)部時鐘。
　　
　?。?）輸出保持
　　
　　在控制設(shè)備剛上電時（冷啟動），控制輸出信號（開出、模出）的初始值應(yīng)保持掉電時的狀態(tài)。
　　
　　在控制設(shè)備正常運行期間，若WATCHDOG動作CPU復(fù)位（熱啟動），控制輸出信號應(yīng)保持不變。
　　
　?。?0）冗余設(shè)計
　　
　　采用周期循環(huán)輸出控制信號；設(shè)置冗余設(shè)備采用冗余裁判（3取2、3取中等）邏輯。
　　
　　（11）信號跟蹤
　　
　　通訊線路離線后剛上線時，向控制設(shè)備寫出的初始信號應(yīng)跟蹤控制設(shè)備中該信號原來的值。避免因通訊離線、上線，給控制系統(tǒng)造成影響。
　　
　　5、電磁兼容性測試
　　
　　通過試驗檢測控制設(shè)備在特定電磁干擾環(huán)境下的抗*。要求控制設(shè)備在干擾環(huán)境下的能正確完成預(yù)定的控制功能。若控制設(shè)備出現(xiàn)短暫精度下降、復(fù)位等現(xiàn)象，只要不對被控對象參數(shù)造成不可接受的影響，干擾消失后控制設(shè)備能迅速恢復(fù)正常，還是可以接受的。不允許控制設(shè)備在干擾環(huán)境下出現(xiàn)*性失效的情況。
　　
　?。?）靜電放電試驗
　　
　　模擬人體帶電、帶電設(shè)備接近或接觸控制設(shè)備時通過靜電放電產(chǎn)生的干擾。由于放電電流非常大且持續(xù)時間很短，若放電回路中有電子元器件，易將其損壞。電流產(chǎn)生的電磁輻身娜使CPU復(fù)位、CPU死機(jī)、通訊離線。
　　
　　應(yīng)對人體所有可能接觸到的金屬部分（外殼、接線端子、接插件）按GB/T17626.2標(biāo)準(zhǔn)要求電壓大小進(jìn)行接觸放電和空間放電試驗。
　　
　　試驗合格判據(jù)：控制設(shè)備不損壞、CPU不死機(jī)、開關(guān)量I/O信號無錯誤、模擬量I/0信號精度不低于1%，干擾消失后控制系統(tǒng)能自動恢復(fù)正常。
　　
　　（2）快速瞬變脈沖群試驗
　　
　　模擬電網(wǎng)中感性負(fù)載切除時產(chǎn)生的脈沖干擾。干擾信號通過電源線、I/0信號線傳導(dǎo)進(jìn)控制設(shè)備，若處理不當(dāng)易造成I/0信號誤差、通訊離線、CPU死機(jī)等現(xiàn)象。
　　
　　按GB/T17626.4標(biāo)準(zhǔn)要求對控制設(shè)備的電源線、I/O信號線進(jìn)行快速瞬變脈沖群試驗。
　　
　　試驗合格判據(jù)：控制設(shè)備不損壞、CPU不死機(jī)、開關(guān)量I/O信號無錯誤、模擬量I/0信號精度不低于1%，干擾消失后控制系統(tǒng)能自動恢復(fù)正常。
　　
　?。?）浪涌沖擊試驗
　　
　　模擬電網(wǎng)中容性負(fù)載投入時產(chǎn)生的脈沖干擾。干擾信號通過電源線、I/0信號線傳導(dǎo)進(jìn)控制設(shè)備，若處理不當(dāng)易造成I/0信號誤差、通訊離線、CPU死機(jī)、元器件損壞等現(xiàn)象。
　　
　　按GB/T17626.4標(biāo)準(zhǔn)要求對控制設(shè)備的電源線、I/0信號線進(jìn)行快速瞬變脈沖群試驗。
　　
　　試驗合格判據(jù)：控制設(shè)備不損壞、CPU不死機(jī)、開關(guān)量I/O信號無錯誤、模擬量I/0信號精度不低于1%，干擾消失后控制系統(tǒng)能自動恢復(fù)正常。
　　
　?。?）電壓暫降試驗
　　
　　模擬電網(wǎng)中大型設(shè)備投入時引起的電壓突降現(xiàn)象。電源突降易造成CPU死機(jī)、通訊離線等現(xiàn)象。
　　
　　按GB/T17626.10標(biāo)準(zhǔn)要求對控制設(shè)備電壓暫降試驗。
　　
　　試驗合格判據(jù)：控制設(shè)備不損壞、CPU不死機(jī)、開關(guān)量I/O信號無錯誤、模擬量I/0信號精度不低于1%，干擾消失后控制系統(tǒng)能自動恢復(fù)正常。
　　
　　6、總結(jié)
　　
　　提高控制系統(tǒng)的兼容性，使其在電磁干擾環(huán)境下也能順利完成規(guī)定的控制任務(wù)具有非常重要的意義。我們在智能透平控制器的開發(fā)設(shè)計過程中，不僅要正確實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格書所要求的各種控制功能，而且還按照本文介紹的方法考慮產(chǎn)品的電磁兼容性問題。2009年3月生產(chǎn)的*樣機(jī)在和利時公司電磁兼容實驗室通過了靜電放電、快速瞬變脈沖群、浪涌沖擊、電壓暫降等實驗室所有的試驗項目嚴(yán)格測試。并且*智能透平控制器已在浙江龍游一家電廠投入連續(xù)運行，實踐證明該產(chǎn)品功能正常、性能穩(wěn)定可靠。