计算机控制系统中的硬件抗干扰技术
吴宇
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吴宇 ,. 计算机控制系统中的硬件抗干扰技术[J]. 软件工程研究,2021.8. DOI:10.12721/ccn.2021.157074.
摘要: 计算机在目前的应用价值较高,各行各业都在考虑将计算机技术的各项功能融入到日常工作环节中的方法。这需要构建完善的计算机控制系统,并应当重点关注计算机的硬件设备采购、安装和运维管理的问题。由于计算机的基本功能就是传递数据信息,因此需要具备一定的抗干扰能力。本文就重点从常见的硬件干扰问题展开研究,制定合理的系统抗干扰计划。并简述了几种新时期比较常见的抗干扰技术,目的是研究提升计算机运行安全性与稳定性的方法。
关键词: 计算机;控制系统;硬件;抗干扰技术
DOI:10.12721/ccn.2021.157074
基金资助:

计算机系统在运行过程中,容易受到外界其他电磁信号的干扰,影响文件传输的稳定性和安全性。同时,计算机硬件设备也会由于各种干扰问题,影响其正常的使用功能。因此,在科技信息技术时代,技术人员在进行计算机维修管理工作时,应及时制定合理的抗干扰方案。

1.介绍计算机控制系统中常见的硬件干扰问题

从硬件抗干扰方面展开研究,首先,应当结合计算机的实际使用情况和新时期的行业发展情况,分析干扰问题的常见类型及干扰的主要形式,方便结合具体问题制定相应的抗干扰计划。

1.1常见类型

干扰信号可使用相位、频率与幅值等基本参数进行描述,主要有下列三种:第一种为持续正弦波,干扰来源于电源等系统设备,近似且断续,可利用特征值进行表示;第二种为偶发脉冲电压波,可利用脉宽、幅值与前沿的上升陡度进行描述;第三种为脉冲序列波,主要来自于系统及其他设备的持续动作,可利用脉宽、幅值与前沿的上升陡度进行描述。

1.2干扰方式

在掌握干扰信号的种类后,要根据计算机系统的运行过程,了解干扰信号入侵系统的主要方式,从中找到下一步抗干扰工作的方向,确保抗干扰工作的有效性。常见干扰方式一般可以分为以下四种情况:

(1)直接耦合:控制系统和现场的硬件设备间,采用导线的连接作为主要信号通路,而这样也会为干扰信号创造入侵条件。事实上,很多干扰信号都是通过这种途径入侵到控制系统中的。(2)公共阻抗耦合:在公共阻抗中,电源内阻为重要组成部分之一,电路发生电流变化,会通过耦合对其他电路造成影响。(3)电容耦合:电路中不同元器件间会有分布电容存在,在分布电容作用下,干扰信号将通过耦合入侵到系统当中,尤其是高频信号。(4)空间磁场耦合:无论是电流磁场还是空间电磁波,都会通过感应进入到导线及元器件当中,造成不同程度的干扰。

2.针对计算机控制系统制定可行的抗干扰计划

技术人员在进行抗干扰工作时,应当先从计算机硬件设备的选购工作入手,研究提升硬件设备使用性能的方法。

2.1选购

在安装计算机控制系统,展开智能化管理工作时,应当重点做好硬件设备的采购工作。要关注机箱系统当中各类零部件及电路系统当中各类元器件的种类、型号之间的差异,根据不同行业对计算机设备的不同使用需求,选择合适的零件。相关零件的质量是提高硬件设备抗干扰能力,保障计算机系统稳定运行的基础前提。以电路设计工作为例,若能采用集成度相对较高的零件,则除了能简化PCB制作,还能大幅减少焊接点与连线点,以此降低故障问题的发生率与受干扰的概率。

2.2布局

在进行硬件设备的组装工作时,应合理对各类元器件进行布局设计工作。具体要根据机房对供电工作的需求,以及计算机设备的摆放情况进行综合考虑。同时,还要考虑包含电流、功耗和发热量等在内的各项因素;适当加宽地线,增设地线层,在增加电流容量的基础上,起到屏蔽的作用;对于高频信号线,应尽量避免高密度与长距离敷设,选择Z形或蛇形布置,也可使用地线进行间隔布置,以此减少贯穿和高频折射的产生。另外,通过对印制线条的适当加宽,能获得更好的稳定性与传导效果。

2.3结构

在系统基础结构的构建环节,应充分考虑以下内容:回路模板具体位置应尽可能靠近相关部件;模块之间的走向和连线,必须按照电磁兼容性标准进行布置,优先选择标准总线;在系统运行前,要对运行场所进行细致的前期调查,包括周边其他设备、电气环境与空间环境。

3.常见的硬件抗干扰技术种类及操作要点

新时期,实际可以应用于计算机控制系统当中的硬件抗干扰技术种类有很多,技术人员应根据干扰类型及渠道的不同,做出合理的选择。并应当注重提升自身的技术操作水平,以便于发挥出抗干扰技术的使用价值。

3.1串模问题

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图1 串模干扰

串模干扰如图1所示,串模干扰一般是在输入与输出通道上叠加的,在这种情况下应采用隔离的方法来处理。比如,利用变压器或光电隔离器对系统和外界之间的电气连接进行切断。为避免电源串扰,在信号线与动力线间,要根据动力线的容量确定足够的间隔距离。配备金属套管,并进行可靠接地,充分利用电感器与电容器对频率表现出的特征曲线,形成频带各异的滤波器。

3.2共模问题

对于共模干扰,主要针对平衡输入信号,实际工作要对信号源进行调整,使其保持平衡与对称,防止差模信号的产生;在输入电路中,借助差动放大器,最大限度利用它的宽频和低噪等优势,或形成运算放大器,能有效抑制共模。

3.3电源问题

电流供应的稳定性是影响计算机运行状态的基础前提,这需要从电源的角度做好硬件抗干扰工作。首先,考虑自然气象灾害对电流、电压稳定性的影响,在计算机连接电源时,设置接地线路。其次,应当考虑在电源处增设滤波器,避免瞬间干扰;对于直流的部分,应充分去耦,借助TVS期间来消除浪涌电压与瞬间干扰。

结语:技术人员在制定计算机控制系统的抗干扰计划时,应当进行元器件的采购工作,确定所需要的元器件种类,并做好布局设计工作。考虑计算机系统结构如何建设的问题,考虑信号连接和信号传输的问题。在具体使用抗干扰技术时,应根据常见干扰问题的类型选择技术方法,制定工作计划。通常情况下,技术人员应当从信号的串模、共模问题展开研究,明确意识到电源接地管理技术的重要作用,展开电源处理工作,保证电流、电压的稳定运行状态,发挥出计算机控制系统的使用价值。 

参考文献:

[1]王启光.浅谈计算机控制系统中硬件抗干扰技术[J].现代工业经济和信息化,2016,6(2):85-86.

[2]张文浩.探究计算机控制系统的可靠性及抗干扰性优化设计[J].电脑迷,2018,(22):50.

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