在数据采集系统运行实操中，为什么开关量、模拟量等输入信号会无故出现与实际情况不符的状态？为什么RS485,CAN等总线会出现校验错误？实际上，这些意外大多情况下，均是由干扰引起的。现在我们就来由深至浅的进行分析。

一．干扰的核心逻辑

1．回路干扰

      数据采集系统中，电源的正极与负极、信号（开关量，模拟量，通信）与负极会分别形成一个回路。回路在几何角度来看，就有面积。而这个面积就是接收干扰信号的一个重要因素；如果信号线中或旁边有大电流、高频率的信号的通路，是干扰产生的另一个重要因素；这两个因素合并在一起，会直接导致数据采集和通信系统不稳定。为方便描述，我们把这类问题简称回路干扰问题，如下图：

      我们先来分析回路干扰问题，回路干扰有一个基本物理公式如下所示：

                                                         E=−△Φ/△t

         • E：感应电动势（单位：伏特，也可以称为感应电压，用V表示）这个就是干扰信号的电压，E越大，干扰越强。

         • Φ：磁通量（单位：韦伯，Wb）；△Φ为单位时间磁通变化量。环路面积越大，接收到的单位时间磁通变化量也越大。强干扰信号电流越大，磁通变化量越大。

         • △t：为单位时间，干扰频率越高△t就越小，从而产生的感应电动势就越大。

         • 负号：表示感应电动势的方向遵循楞次定律（感应电流产生的磁场阻碍原磁通量的变化），不管是正负都产生了感应电压，所以这个负号在数采集系中我们不管它。

      从上面公式得知，要有效降低感应电压，各信号回路的面积必须足够小，大电流和高频信号尽量单独走线，使之远离信号采集和通信回路。

      当感应电压超过一定阀值，就会影响到数据采集（最严重的是电压信号）采集信号。

      值得提醒一点的是，有人说RS485信号采用的是双绞差分线，一点都不影响！其实不然，差分线只能解决差模干扰问题，不能解决共模干扰问题。RS485芯片的差分输入都有一个共模电压阀值，尤其是一些经济型的RS485驱动芯片，共模电压会做得很低。一般共模电压为-7~12V，超过这个值RS485依然不能工作。

2．地压差干扰

      设备的地之间的电压差也能使信号采集不成功。为方便描述，我们把这类问题简称地压差干扰问题，地压差干扰示意图如下所示：

      这个相对好理解，当设备2一边的设备电流过大，比如1A（脉冲电流很容易有这么多），如果等效电阻为1欧姆，那么设备1与设备2之间的地电压差VG2-1就是1V，这个值 其实已经严重影响电压型信号了。 如果再大些，完全可能影响到数据采集系统的通信和信号传输（开关量型和电流型信号）。

3．地压差和回路组合干扰

      地压差的干扰和回路干扰单独来说均没有超过系统的干扰阀值，但组合起来，就超过了数据采集系统中一些信号的阀值。这种干扰就象第回路干扰一样，很难排查。

二．解决办法

      电气柜中，电解地压差的问题相对容易，在一些大电流设备旁边单独加装一个电源即可，但要想解决一些回路面积大的问题很难实现，不像电路板（相当于2D），回路面积易于计算和控制；实际的电气柜相当于是3D的；回路面积不易于计算和控制。

      如图3和图4，最好的办法就数据信号线和通信均采用隔离传输。采用这种方式，可以把回路的信号线和地址合并在一起布线，从而解决回路面积大的问题，而且地压差也不算事了，只要末端设备能工作，电源就没有问题。

      我司的分布式IO、网关/分配器的通信和数据信号均采用了隔离技术，使得产品稳定可靠，在选择产品上，这项功能对于稳定性来说，是一个硬性指标，一定谨慎选择。

联系我们

               微信联系

 

电话：138-8094-8790

邮箱：108335857@qq.com