工控系统的电源抗干扰技术分析

就是拉专线供电方法。对于大型动力设备集中且干扰很大的工业现场，应当尽量少使用现场工频电源。采用非动力供电线路供电或者直接从非动力低压变压器"根部"拉专线供电的办法，避开大负荷动力线，减少电网干扰。这个方法很有效。因为电力导线存在电阻，大量的动力设备的运行和启停，在这个电阻上产生压降而成为强烈的干扰。尤其是尖峰脉冲干扰，在动力变压器根部明显减小，而在非动力变压器的低压输出根部，几乎不存在。这在很多工业现场都很实用。

　　2.5 其它方法

　　采用电源净化器、铁磁谐振交流稳压器、在线式UPS 等抗尖峰脉冲干扰效果都很好，只是体积大，价格贵。

　　3 工业控制机直流电源过压、欠压保护技术

　　前述的大量的抗干扰措施，都是在进入直流电源前的处理措施。工业控制机成年累月地运行，其直流电源本身也会受到干扰或者出故障，或者负载发生短路等等。这些都会使工业控制机出错造成事故。直流电源出故障的主要特征是输出电压不稳定、欠压或者掉电，而输出过压相对较少。直流电源的不稳定实际是反复的欠压过程，它直接干扰CPU或者外设接口的正常工作。而过压可能造成工业控制机的损坏。

3.1 直流电源的欠压保护技术

　　最常用的欠压保护措施，是采用电源监视IC电路监视直流电压的输出。当其低过某个限定值时，监视电路将持续产生复位信号使CPU 和外设接口处于复位状态，避免其不正常操作而带来的事故。当电源恢复其输出为正常值时，该电路经过一个规定的延迟时间后撤消复位信号，从而保证了工业控制机的正常工作。一个采用最新的电源监视IC的电路原理图示于图7。在图中，IMP809专门产生低电平有效的复位信号。如果μC或者μP的复位引脚是双向的，或者内部具有Watchdog Timer电路，例如68HC11，8098、80198系列等等，要在IMP809的RESET引脚上串联一个4.7 kΩ的电阻。此时，电路如图7b示。IMP809的复位输出与电源电压的时序关系如图7c所示。如果CPU的复位信号是高电平有效时，可以选用具有高电平RESET输出的IMP810，它在电路中的连接与图7相同。IMP809/810都采用3脚SOT23型封装，即只有米粒大小的表面安装元件。如果工业控制机还需要一个手动复位电路的话，可以按照图8结构电源监视电路。图中的IMP811具有手动复位输入引脚MR（Manual Reset ）。当CPU需要高电平复位信号时，选用IMP812电路就行了。IMP811/812采用4脚SOT143型封装。图8b是它们的引脚图。　

图7 电源监视IC电路及时序图? a.一般用法b.具有双向RESET引脚时的用法? c.时序图d.引脚图

　　IMP809/810、811/812是美国IMP公司的产品。是美国Maxim 公司MAX809/810、811/812的改进型替代产品。它们的功耗更低，性能更好。 并且有六种监视电压门限，供3～5 V供电系统选用。表3列出了器件的分档后缀及其监视电压门限。

表3 IMP809/810/811/812电压

图9 直流过压保护电路

　　3.2 直流电源的过压保护技术

直流电源输出过电压故障较少，但过电压具有破坏性。最有效的过压保护措施是使用2.3节的TVP瞬态电压抑制器件。它不但可以吸收电源因雷击或者干扰造成的过电压尖峰脉冲，而且对电源出现过压故障也有很好的保护。图9是使用TVP管构成的电源过压保护电路。当电源发生过压故障时，TVP管被击穿而将电压箝位于TVP管的VC以内，从而保护了控制装置。 只是当电压持续过压时烧毁保险丝，而抑制电源线上的尖峰干扰通常不会烧毁保险丝，也不干扰计算机正常运行。

　　4 交流掉电保护

　　交流掉电也是一个可能发生的故障，它也可能导致某些控制事故，即使是使用了UPS。因为UPS有时候也会发生故障。因此，如果能预知交流掉电的发生，并及时把所有的执行机构控制到安全的位置或者状态上，将会避免一些损失。同时，也把重要的数据或运行状态保存起来，这在某些系统里是非常必要的，因为重新运行需要这些数据。

一个实用的掉电检测电路如图10所示。220 V交流电流经桥式整流后驱动光电隔离管T1（TLP521）中的发光二极管发光，并使T1的光电三极管导通，给电容C1充电。C1上的电压经过R2，Rw分压后送到比较器U1（LM393）正极性输入端。当交流电正常工作时，调节电位器Rw使U1的"+"输入端的电压比"-"输入端（稳压管Dz的值）略高0.2 V左右，则U1输出高电平，触发器不翻转，其Q端输出高电平。当交流掉电时，C1不能被充电其电压将很快下降。于是，比较器U1输出低电平，触发RS触发器U2翻转，产生非屏蔽中断申请信号。如果在非屏蔽中断服务程序中，把有危险的控制机构调到其安全的位置，并且保存当前运行的重要数据和寄存器的状态，这就完成