抗干扰设计论文范文

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电子线路的干扰也就是在电子产品进行正常工作时，对自己或者是别的设备带来的影响，干扰包括很多方面，其中主要是温度的干扰、振动的干扰、湿度的干扰、声波的干扰以及电磁波的干扰等。同时干扰通常具有干扰源，它可能是设备本身带来的，也可能是设备外部系统带来的，其中电磁干扰在生活中比较常见，并且危害也比较大，不仅对设备周围的事物造成伤害，还容易对设备自身造成伤害。

2电子线路中常见的干扰

2.1电网的干扰

在电子线路常见到的干扰中，电网的干扰分布比较广泛，不仅在繁华的地区，在人烟稀少的地区也有电网的干扰。通常，电网的交流电通过进行整流，然后滤波以及稳压的工作为各种电子线路提供直流电源。在这个过程中，干扰信号和交流电源一块进入电子设备的系统中，导致电子线路出现故障，影响电子线路的正常工作。

2.2地线的干扰

地线的干扰在电子设备系统干扰中占主要部分。通常在电子设备系统中各个电子线路使用同一个直流电源，在这个过程中，各个地方的电子线路的电流都会经过同一个地电阻，这时会形成电压降，而电压降也就是各个电子设备的噪音干扰信号，这也就是地线的干扰。

2.3信号通道的干扰

随着我国经济的快速发展，信号通道的干扰逐渐被人们所关注。在进行远距离的测量工作或者通信工作中，由于距离很远，导致电子设备的输出以及输出信号都比较的长，然而线间却很近，所以信号在传递的过程中，容易受到信号线之间的串扰和电磁场的干扰等，导致传递的信号发生突变，影响电子线路的正常运行。

2.4空间电磁辐射的干扰

在一系列的干扰中，地线的干扰和电网的干扰对人们的影响比较严重，然后是信号通道的干扰和电磁辐射的干扰。对于空间电磁辐射的干扰，工作人员只要确保电子设备与干扰源的距离，并且采取相应的保护措施即可。

3解决电子线路中干扰线路设计法

3.1抗电网干扰的线路设计法

在电子线路中，抗电网的干扰措施可以参考图1。在这个过程中，工作人员主要要确保交流电的稳定，避免电源出现电压过剩或者电压不足的现象。同时选择合理的电源滤波器，消除串模的干扰，然后选择带有屏蔽层的变压器，来减少电容，避免高频信号的干扰，并且采取双T滤波器抑制频率的干扰，最后使用0.01—0.1uF的电容连到直流稳压的电路上来滤除高频的干扰，是电子设备能够正常的工作运营。

3.2抗地线干扰的线路设计法

在电子线路工作中，对于地线的干扰，工作人员可以采取以下措施：首先工作人员一定要使用一点接地的方法，也就是把各个线路整合到一起，从一个统一的地方进行接地处理。但是在印制电路板上由于使用此方法不太方面进行施工，因此工作人员可以采取串联接法来避免噪音的干扰，同时在安装的过程中可以把地线的宽度增大。其次对于强信号和弱信号的安装，一定要分开，保持一定的距离，最后在使用一点接地的方法。同时对于模拟地和数字地也要分开进行安装，避免交叉在一起。除此之外，工作人员一定采取合适的接地线，以便于减少接地电阻。

3.3抗信号通道干扰的线路设计法

在电子线路工作中，对于信号通道的干扰，工作人员主要采取两种措施：一种是双绞线传输，另一种是光电耦合传输。在双绞线传输工作中，工作人员首先选择好两条线，一个是信号线，另一个是地线。在电子线路的工作中使用这种方法，主要是为了避免信号地线的干扰、空间电磁的干扰以及线路之间的串扰等。通常在空间电磁场中，各个绞环里面所产生的感应电动势几乎是相同的。当使用双绞线传输时，每个线之间的感应电动势可以抵消。所以信号在传输的过程中，不会遭到干扰的破坏。除此之外，由于两条线上的信号电流方向相反，且大小相同，可以相互抵消，避免干扰的影响。对于噪音的干扰，工作人员可以采取光电耦合器进行解决。其中光敏三极管和发光二极管是它最重要的组成部分，把它们结合在一起，就能够有效地避免噪声的干扰。除此之外，若是电子设备的各个电路之间都设计成使用光电耦合器进行传输信号，那么即使进入的噪声的信号的内阻比较高，但由于光电耦合器的作用，会使噪音信号变小，因此只能产生微电流，不能够使二极管发光，因此也就阻止了信号地线上噪音的干扰。

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1.引言

码分多址（code division multiple acce-ss，CDMA）系统作为一个自干扰系统，它存在的多址干扰（Multiple Access Inter-ference，MAI）是限制CDMA系统容量和性能的主要因素。在抗MAI方面，近年的研究主要提出了多用户检测、扩频码设计和智能天线技术[1]。其中多用户检测和智能天线技术在对抗MAI方面效果较突出[2]。然而现有的多用户检测只在消除小区内干扰方面取得了较好的效果，而小区间的干扰问题没有解决，智能天线技术很好的解决了这一问题。因此，本文主要探讨基于智能天线与多用户检测技术的联合抗干扰技术。

2.联合抗干扰模型

智能天线分为圆阵和线阵两大类。圆阵与线阵相比，能提供俯仰角的估计，不仅能在水平面内全向扫描，也能产生最大值指向阵面法线方向的单波束方向图进行全向波束赋形，直接对准用户的接收端，还能通过自动调整各个阵元的加权因子，来控制其方向图。故论文以圆阵天线作为接收端的接收天线，以消除小区间干扰。

圆阵天线的阵因子为：

（1）

其中，An为激励电流的幅值，在此为一定值，所以讨论阵因子时它不作考虑。

是第n个单元的角位置，an为激励电流的相位，为了方便下面的讨论，这里我们假设an=0。

则由式（1）得：

（2）

（3）

式中：

，

天线的阵因子为：，，wi为各天线单元加权值。

阵列天线实质上是一个空域滤波器，但对小区内存在的干扰并无明显改善。因此，论文同时引入能有效消除小区内干扰的多用户检测技术。

为了与圆阵天线合理匹配，减小系统复杂度并减小背景噪声，我们选择了多用户检测中的线性变换方式的最小均方误差检测（MMSE）。

其基本思想是使第k个用户发送的信号与估计值的均误方差值最小。为了使接收端信号的判决比特与发送端传输比特bk之间的均方误差最小，现定义第k个用户的线性变换函数wk，满足：

（4）

令，K*K阶的矩阵表示K个用户之间的线性变换矩阵，则MMSE准则下的线性检测问题转换为：

（5）

要求矩阵W以满足上式，则令：

可以解得最小均误方差准则下的线性变换矩阵：

（6）

因此，MMSE线性检测器后的判决输出为：

（7）

3.仿真

利用Matlab进行仿真。联合抗干扰模型分为圆环阵列天线与MMSE检测两个部分。首先，在不考虑系统中所有用户的地理位置分布情况下，选择采用圆阵天线作为接收天线和不采用两种设置，设载波波长为，阵元间距d为载波波长的二分之一，即。圆环阵列天线的阵元数设为8，方位角为（-90o，90o），仰角为（0o，90o）。两种设置在天线接收信号后都采用MMSE最小均方误差法对输出信号进行判决。结果如图1所示。

由图1可知，只有MMSE检测的CDMA系统，信噪比从0dB达到8dB的这一过程中，误码率性能有所改善，但不明显。而引合抗干扰的CDMA系统，误码率性能已经大大下降，达到一个数量级以上。

图1 联合抗干扰引入前后CDMA系统误码率

和信噪比关系图

4.结论

论文论述了基于圆阵天线与MMSE检测的联合抗干扰技术。提出了使用八阵元圆环阵列天线作为接收天线，以MMSE检测作为检测算法的联合抗干扰模型。实验结果表明，引合抗干扰后，系统的误码率性能明显改善，系统容量从而得到了提升。

参考文献

[1]Guerci J.R.，Driscoll T.，Hannigan R.，etc..Next Generation Affordable Smart Antennas[J].Microwave Journal，2014，57（1）：24-40.

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[论文摘要]研究分析电磁干扰产生的原因、特点及干扰对电力远动系统的影响，从设计的角度对铁路电力远动监控系统进行抗干扰分析研究。

抗干扰设计是电力远动监控系统安全运行的一个重要组成部分，在研制综合自动化系统的过程中，如果不充分考虑可靠性问题，在强电场干扰下，很容易出现差错，使整个电力远动监控系统无法正常运行或出错误（误跳闸事故等），无法向站场和区间供电，影响铁路行车安全。

一、电磁干扰产生的原因及特点

（一）传导瞬变和高频干扰

1．由于雷击、断路器操作和短路故障等引起的浪涌和高频瞬变电压或电流通过变（配）电所二次侧进入远动终端设备，对设备正常运行产生干扰，严重还可损坏电路。2．由电磁继电器的通断引起的瞬变干扰，电压幅值高，时间短、重复率高，相当于一连串脉冲群。3．铁路电力供电中，特别是现代高速铁路对电力要求都比较高，一般都是几路电源供电，母线投切转换比较频繁，振荡波出现的次数较多。

（二）场的干扰

1．正常情况下的稳态磁场和短路事故时的暂态磁场两种，特别是短路事故时的磁场对显示器等影响比较大。2．由于断路器的操作或短路事故、雷击等引起的脉冲磁场。3．变电所中的隔离开关和高压柜手车在操作时产生的阻尼振荡瞬变过程，也产生一定的磁场。4．无线通信、对讲机等辐射电磁场对远动终端会产生一定的干扰，铁路中继站通常会和通信站在一处，通信发射塔对中继站电力远动终端设备的干扰比较大。

（三）对通信线路的干扰

1．铁路变电所远动终端的数据由串口通信经双绞线进入车站通信站，再经过转换成光信号沿铁通专用通信光缆送至电力远动调度中心，遥信和遥控数据在变电所到通信站的过程走的是电信号，由于变电所高低压进出线缆很多，远动终端受的干扰比较大。2．中继站一般距铁路都比较近，列车通过时的振动对远动终端设备有一定的干扰。

（四）继电器本身原因

继电器本身可能由于某种原因一次性未合到位而产生干扰的振动信号，或负荷开关、断路器、隔离开关等二次侧产生振动信号。

二、干扰对电力远动系统的影响

无论交流电源供电还是直流供电，电源与干扰源之间耦合通道都相对较多，很容易影响到远动终端设备，包括要害的CPU；模拟量输入受干扰，可能会造成采样数据的错误，影响精度和计量的准确性，还可能会引起微机保护误动、损坏远动终端设备和微机保护部分元器件；开关量输入、输出通道受干扰，可能会导致微机和远动终端判断错误，远动调试终端数据错误远动终端CPU受干扰会导致CPU工作不正常，无法正常工作，还可能会导致远动终端程序受到破坏。

三、抗干扰设计分析

（一）屏蔽措施

1．高压设备与远动终端输入、输出采用有铠装（屏蔽层）的电缆，电缆钢铠两端接地，这样可以在很大程度上减小耦合感应电压。2．在选择变电所和中继站电力设备时尽量选设有专门屏蔽层的互感器，也有利于防止高频干扰进入远动终端设备内部。3．在远动终端设备的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可以有效抑制外部高频干扰。

（二）系统接地设计

1．一次系统接地主要是为了防雷、中性点接地、保护设备，合适的接地系统可以有效的保障设备安全运行，对于断路器柜接地处要增加接地扁铁和接地极的数量，设备接地处增加增加接地网络互接线，降低接地网中瞬变电位差，提高对二次设备的电磁兼容，减少对远动终端的干扰。2.二次系统接地分为安全接地和工作接地，安全接地主要是为了避免工作人员因设备绝缘损坏或绝缘降低时，遭受触电危险和保证设备安全，将设备外壳接地，接地线采用多股铜软线，导电性好、接地牢固可靠，安全接地网可以和一次设备的接地网相连；工作接地是为了给电子设备、微机控制系统和保护装置一个电位基准，保证其可靠运行，防止地环流干扰。

3．由于高低压柜本身都是多都是采用镀锌薄钢板材料，本身也有屏蔽作用，将高低高柜都可靠接地。4．远动终端微机电源地和数字地不与机壳外壳相连，这样可以减小电源线同机壳之间的分布电容，提高抗共模干扰的能力，可明显提高电力远动监控系统的安全性、可靠性。

（三）采取良好的隔离措施

1．为避免远动终端自身电源干扰采取隔离变压器，电源高频噪声主要是通过变压器初、次级寄生电容耦合，隔离变压器初级和次级之间由屏蔽层隔离，分布电容小，可提高抗共模干扰的能力。2．电力远动监控系统开关量的输入主要断路器、隔离开关、负荷开关的辅助触点和电力调压器分接头位置等，开关量的输出主要是对断路器、负荷开关和电力调压器分接头的控制。3．信号电缆尽量避开电力电缆，在印刷远动终端的电路板布线时注意避免互感。4．采用光电耦合隔离，光电耦合器的输入阻抗很小，而干扰源内阻大，且输入/输出回路之间分布电容极小，绝缘电阻很大，因此回路一侧的干扰很难通过光耦送到另一侧去，能有效地防止干扰从过程通道进入主CPU。

（四）滤波器的设计

1．采用低通滤波去高次谐波。2．采用双端对称输入来抑制共模干扰，软件采用离散的采集方式，并选用相应的数字滤波技术。

（五）分散独立功能块供电，每个功能块均设单独的电压过载保护，不会因某块稳压电源故障而使整个系统破坏，也减少了公共阻抗的相互耦合及公共电源的耦合，大大提高供电的可靠性。

（六）数据采集抗干扰设计

1．在信息量采集时，取消专门的变送器屏柜，将变送器部分封装在RTU内，减少中间环节，这样可以减少变送器部分输出的弱电流电路的长度。2．遥信由于合闸一次不到位或由于二次侧振动而产生的误遥信干扰信号，并且还会产生尖脉冲信号，也可能对遥信回路产生干扰误遥信号。

（七）过程通道抗干扰设计

（八）印刷电路板设计。在印刷电路板设计中尽量将数字电路地和模拟地电路地分开；电源输入端跨接10～100μF的电解电容。

（九）控制状态位的干扰设计

（十）程序运行失常的抗干扰设计

（十一）单片机软件的抗干扰设计

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论文摘要:文章结合笔者多年实际工程经验,介绍了我国微机继电保护技术的特点,针对目前我国微机保护的常见故障和抗干扰技术进行了分析,对微机继保未来的发展提出了相关看法。

继电保护技术主要是针对电力系统故障和危及安全运行的异常工况,以探讨其对策的反事故自动化措施。当电力系统发生故障或异常工况时,在可能实现的最短时间和最小区域内,自动将故障设备从系统中切除,或发出信号由值班人员消除异常工况根源,以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响,其重要性可见一斑。

微机继电保护指的是以数字式计算机(包括微型机)为基础而构成的继电保护。微机保护装置硬件包括微处理器(单片机)为核心,配以输入、输出通道,人机接口和通讯接口等。该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。

本文根据笔者多年实际工程经验分析一下电力系统微机继电保护技术的技术特点、现状和发展趋势。

1.主要技术特点

研究和实践证明,与传统的继电保护相比较,微机保护有许多优点,其主要特点如下[1]:

(1)改善和提高继电保护的动作特征和性能,动作正确率高。主要表现在能得到常规保护不易获得的特性;其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护。

(2)可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等,可以方便地附加低频减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能。

(3)由软件实现的动作特性和保护逻辑功能不受温度变化、电源波动、使用年限的影响。

(4)简洁可靠地获取信息,通过串行口同PC通信就地或远方控制。

(5)采用标准的通信协议(开放的通信体系),使装置能够同上位机系统通信。

2.常见故障分析

(1)硬件故障

主要有:按键失灵、显示屏显示不正常、插件损坏等等。

可能的原因有:运行时间太久使得按键机械部分接触不良导致按键失灵,或者是设备内部连接线损坏导致按键失灵;显示屏液晶面板受潮或受到损坏,显示芯片损坏;插件问题可能是插件电路电容长时间运行损坏,电源芯片损坏等原因造成。

(2)软件故障[1]

某变电所主变压器采用的是WBZ-1201D,保护运行时,所有报告均由人机对话模件收集显示或打印机输出。在运行过程中,出现过这种情况而无法解决:保护屏上显示“有报告”,但人机对话模件上未显示“报告”内容,且打印机亦未工作。

(3)安装问题[2]

安装保护设备时要注意防高压。安装时要找厂家协商,在保护装置入口或适当的地方安装防高压装置,防止高压电窜入低压回路,烧毁插件板。鹤矿热电厂就曾烧坏过三个插件板。

在二次回路接线时要将电流互感器的二次接线和微机保护内的二次接线一并考虑,否则可能出现电流互感器二次开路现象。有时厂家来的高压开关柜电流互感器的内部接线已经完成,但个别出现反极性的情况,进而出现保护误动,所以在调试时开关柜内部接线也应检查。

3.抗干扰

继电保护的抗干扰是指继电保护装置在投入实际运行时,既不受周围电磁环境的影响,又不影响周围环境,并能按设计要求正常工作的能力。

按干扰的形态可分为共模干扰、差模干扰两种。共模干扰发生于保护装置电路中某点各导线对与接地或外壳之间的干扰;差模干扰是发生在电路各导线之间的干扰,是与信号传递途径相同的一种干扰。保护装置接收这种干扰的能力和接收信号的能力完全相同。

按干扰的危害性可分两种,一是引起保护装置不正确动作的干扰,低频差模常属于这一类。二是引起设备损坏的干扰。由于高压网络的操作或雷电引起的高频振荡,最容易造成保护装置元件和二次回路的损坏。这种干扰常属于共模干扰。

减少各种干扰对继电保护或其它二次设备影响,可以考虑采取以下措施。

(1)硬件抗干扰

屏蔽和隔离相结合。电磁屏蔽是通过切断电磁能量从空间传播的路径来消除电磁干扰的。保护柜用铁质材料做成,以实现对电场和磁场的屏蔽,在电场很强的场合,可以考虑在铁壳内加装铜网衬里或用铝板做屏蔽体。隔离既可使测控装置与现场保持信号联系,又不直接发生电的联系。

(2)软件抗干扰

接入RC滤波器。对于微机保护,在印制板布线设计时应使强、弱信号电路之间有一定的距离,避免平行,在每芯片的电源与零序之间应加抗干扰电容,在交流和直流入口处应接入RC滤波器等。

对外部二次回路的设计采取必要的抗干扰措施。如降低干扰源和干扰对象之间的耦合电容和电感;降低屏蔽层的阻抗值;降低二次回路附近的电气值等等。

此外,保护装置的模拟输入量之间存在着某些可以利用的规律。如果由于干扰导致输入采样值出错,可以取消不能通过检查的采样值,等干扰脉冲过去,数据恢复正常后再恢复工作。

4.微机保护的发展

微机保护装置在国内应用已有近二十年历史了,微机保护产品的发展也经历了几代,可以说,无论是国际品牌或国内知名厂家,其保护产品从原理到生产技术都已经非常成熟了。但是这些微机继保装置还是或多或少的存在一些缺陷,时代的发展,技术的进步,对微机保护也提出了更高的要求。

(1)更趋自动化、智能化

随着我国智能电网概念的提出和相关技术标准的制定,智能电网相应配套的关键技术和系统也需要加快研发速度。

对于继电保护技术来讲,一方面,可以深入挖掘智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划模糊逻辑等在微机保护方面的应用前景,将技术转化为生产力,以解决常规技术难以解决的实际问题。

(2)提高微机保护的设备管理和事件记录功能

现在的微机保护,除了应完成保护、测控、通信一体化功能外,还应能提供被保护设备的日常管理和事件记录。这些设备管理包括断路器的分闸、合闸次数,累计故障次数、断路器动作时间监视、断路器开断电流水平,断路器触头寿命、设备累计停电时间、设备累计运行时间、设备检修记录、分区段平均负荷电流、日最大负荷电流、日平均负荷电流、累计电度等。对变压器保护测控装置,如果有油温、压力等模拟量接入,还可进一步监视变压器的其它运行工况。

5.结语

随着我国智能化电网建设的一步步深入,变电站综合自动化技术的提高,数字式微机测控保护装置逐渐取代了传统模式,同时由传统的保护、测控单一实现方式向整合型转化即在同一平台上实现微机保护、测量监控及设备的管理和传动。

可以预见,未来的微机保护系统将会使更加人性化、自动化、智能化,将会为确保我国电力系统的安全稳定运行,确保国民经济的快速持续增长发挥更大的作用。

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二、单片机开发中的几个基本技巧

在单片机应用开发中，代码的使用效率问题、单片机抗干扰性和可靠性等问题仍困扰着。现归纳出单片机开发中应掌握的几个基本技巧。

1、如何减少程序中的bug。对于如何减少程序的bug，应该先考虑系统运行中应考虑的超范围管理参数如下。物理参数：这些参数主要是系统的输入参数，它包括激励参数、采集处理中的运行参数和处理结束的结果参数。资源参数：这些参数主要是系统中的电路、器件、功能单元的资源，如记忆体容量、存储单元长度、堆叠深度。应用参数：这些应用参数常表现为一些单片机、功能单元的应用条件。过程参数：指系统运行中的有序变化的参数。

2、如何提高C语言编程代码的效率。用C语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。如果使用C编程时，要达到最高的效率，最好熟悉所使用的C编译器。先试验一下每条C语言编译以后对应的汇编语言的语句行数，这样就可以很明确的知道效率。在今后编程的时候，使用编译效率最高的语句。各家的C编译器都会有一定的差异，故编译效率也会有所不同，优秀的嵌入式系统C编译器代码长度和执行时间仅比以汇编语言编写的同样功能程度长5-20％。对于复杂而开发时间紧的项目时，可以采用C语言，但前提是要求你对该MCU系统的C语言和C编译器非常熟悉，特别要注意该C编译系统所能支持的数据类型和算法。虽然C语言是最普遍的一种高级语言，但由于不同的MCU厂家其C语言编译系统是有所差别的，特别是在一些特殊功能模块的操作上。所以如果对这些特性不了解，那么调试起来问题就会很多，反而导致执行效率低于汇编语言。

3、如何解决单片机的抗干扰性问题。防止干扰最有效的方法是去除干扰源、隔断干扰路径，但往往很难做到，所以只能看单片机抗干扰能力够不够强了。在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。单片机干扰最常见的现象就是复位；至于程序跑飞，其实也可以用软件陷阱和看门狗将程序拉回到复位状态；所以单片机软件抗干扰最重要的是处理好复位状态。一般单片机都会有一些标志寄存器，可以用来判断复位原因；另外你也可以自己在RAM中埋一些标志。在每次程序复位时，通过判断这些标志，可以判断出不同的复位原因；还可以根据不同的标志直接跳到相应的程序。这样可以使程序运行有连续性，用户在使用时也不会察觉到程序被重新复位过。

4、如何测试单片机系统的可靠性。当一个单片机系统设计完成，对于不同的单片机系统产品会有不同的测试项目和方法，但是有一些是必须测试的：测试单片机软件功能的完善性；上电、掉电测试；老化测试；ESD和EFT等测试。有时候，我们还可以模拟人为使用中，可能发生的破坏情况。例如用人体或者衣服织物故意摩擦单片机系统的接触端口，由此测试抗静电的能力。用大功率电钻靠近单片机系统工作，由此测试抗电磁干扰能力等。

综上所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。此外在开发和应用过程中我们更要掌握技巧，提高效率，以便于发挥它更加广阔的用途。

参考文献：

[1]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1990

[2]蔡美琴等.MCS-51单片机系统及其应用.北京：高等教育出版社，1992

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1引言

我国电力事业发展迅速,电力系统容量越来越大。随着继电保护技术和计算机技术的高速发展,系统中微机型继电保护已应用的极为广泛。为了工作和安全的需要,电力系统及其电气设备的某些部分与大地相连接,这就是接地。电力系统的接地是必须的,也是必要的。

本论文主要针对电力二次系统的接地方法展开探讨分析,并对其中的抗干扰设计进行研究,以期从中找到可靠有效的电力二次系统的接地设计与抗干扰设计方法,并以此和广大同行分享。

2电力二次系统接地分析

2.1 常用的接地种类

接地的种类主要有以下凡种:

(1) 工作接地:工作接地是为系统正常工作而设置的接地。如为了降低电力设备的绝缘水平,在110kV及以上电力系统中采用中性点接地的运行方式,在两线一地的双极高压直流输电中也需将其中性点接地。

(2) 防雷接地:为了避免雷电的危害,避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备都必须配以相应的接地装置以便将雷电流引入大地。

(3) 安全接地:为了保证人身的安全,将电气设备外壳设置的接地。

2.2 电力二次系统接地方法

具体来说,二次系统的接地问题,也就是二次装置和二次回路及二次电缆屏蔽层的接地,主要分为以下几种情况:

(1) 保护系统和信号系统的接地

继电保护装置的工作环境中干扰是严重的,这些干扰的特点是频率高,幅度大,因而可以顺利通过各种分布电容的耦合;另一方面这些干扰持续时间短。继电保护的可靠性要求体现在两个方面:不误动和不拒动。

对于微机型保护装置,由于其工作是在时钟节拍的严格控制下高速同步进行的,这些干扰一旦闯入,轻则引起动作延迟,重则导致程序中止或出错,甚至元件损坏,所以抗干扰是微机保护的一个重要内容,除了在软硬件设计中进行抗干扰外,降低干扰是最直接和最根本的抗干扰方法,而接地是降低干扰最有效的措施,所以微机保护的接地是极其重要的。保护系统的接地方式有三种:悬浮接地,单点接地和多点接地。

(2) 二次回路的接地

二次回路的接地主要是互感器回路的接地。电力系统中互感器主要作用是将大电流变成小电流或将高电压变成低电压以便于测量,同时利用互感器将二次回路与一次高压电路隔开,以保证二次回路、仪器和人身的安全。

(3) 二次电缆屏蔽层的接地

现阶段,电力系统及测控领域所用的控制电缆和信号电缆均采用屏蔽电缆,其首要因素是屏蔽电缆具有良好的抗干扰性能,这对于广泛应用的微机系统和电子设备尤为重要。这些屏蔽线,有用于低频设备的单芯、两芯及多芯屏蔽线,双绞屏蔽线和用于高频设备的同轴电缆等。由于其使用环境、条件及信号的不同,因此在实施屏蔽时的接地方式也不同。

3电力二次系统抗干扰探讨

3.1 电力二次系统的常见干扰源

干扰源大致可分为以下几类:

(1) 电磁耦合干扰:电力系统一次设备和二次之间凡乎都是通过电磁耦合进行工作的,同时,电场效应和磁场效应也无处不在,因此,一次设备本身的高压电场可通过电容耦合到二次设备;大电流产生的磁场也可通过电感耦合到二次设备。

(2) 射频干扰:由于天线效应,大型变压器、大型发电机和电动机、高压导线等都会发射出工频和谐波频率的电磁辐射。

(3) 雷电干扰:雷电流平均20kA,最高可达200kA,其发生时间处于μs级,雷电流对二次的影响主要是在二次电缆上的干扰。雷电流经避雷器入地,使得地网上的电位分布极不均匀,另外引起地电位升高,将对屏蔽层接地的电缆上产生干扰。

(4) 操作引起的干扰:一次系统中的开关操作,断路器、隔离开关的操作会引起电气回路状态变化,特别是隔离开关动作时,没有灭弧装置,产生多次电弧重燃引起的电磁能量振荡。一般认为开关操作是引起干扰和过电压的重要原因。

其他的干扰源,如短路电流、二次回路操作、局部放电及电力二次系统内部的电子元器件等等,都会产生干扰。

3.2 电力二次系统形成干扰的原因分析

电力系统的二次系统是由二次电缆和二次设备组成的。电力系统二次设备的种类和型号很多,所处的运行环境异常复杂。二次回路干扰形成的主要原因有下列凡种:

(1) 雷电流注入接地网所造成的干扰;

(2) 工频短路电流注入接地网所造成的干扰;

(3) 一次、二次设备的操作引起的干扰。

(4) 强电场环境下,由于电磁场作用引起的干扰。

这些干扰可能对电力系统的正常运行产生影响,轻则引起二次系统及设备的运行稳定性,重则会导致保护误动作,造成停电,甚至会形成更大的事故。

3.3 电力二次系统的抗干扰设计

在设计电力二次系统时,在硬件上采用一些抗干扰措施,可以有效抑制干扰信号的侵入,提高装置的抗干扰能力。主要措施如下:

(1) 隔离

为了抑制共模干扰,保护装置中与外界连接的线路如模拟量、输入输出开关量、数字量和电源线等,经由光电隔离或隔离变压器隔离后再进入装置内部。其中光电隔离主要通过光电耦合器将外部开关量信号及开关量输出和内部电气回路进行隔离,隔离变压器主要通过专用变压器将一、二次侧的交流回路隔离。

(2) 屏蔽

屏蔽的实质是通过具有良好导电性的金属所构成的全封闭壳体来隔离和衰减电磁干扰,如微机保护的壳体,将核心数字部件、A/D转换器等器件装在内屏蔽壳体内。常见的屏蔽方式有抑制寄生电容耦合干扰的电场屏蔽(如电压、电流变换器一、二次侧绕组之间隔离)和防止电磁耦合及感性耦合的磁场屏蔽等。

(3) 滤波、退耦与旁路

抑制横模干扰的主要方法是采用滤波和退耦电路。交流信号输入通道都有前置模拟低通滤波器,兼有抗干扰的作用。交直流信号输入通道两个端子间应装上0.01-0.047pF的退耦电容,为高频横模干扰信号提供旁路。从抗干扰角度考虑,RC滤波器比LC滤波器好,因为RC滤波器是耗散式滤波器,把噪声能量变成热能耗散掉了,而LC滤波器则会产生附加的磁场干扰,所以电感要加屏蔽罩。在电源系统中,对每个电路或每个组件都要采用退耦电路供电。

4结语

电力系统的二次回路数量多,系统复杂,所处的工作环境亦复杂多样。系统的各种继电保护装置、动装置和各种监控系统随着微机产品的大量应用,对工作环境条件的要求也越来越严格,发电厂和变电站中的各种干扰是影响这些系统正常运行的主要因素。接地一方面是保证电力系统正常运行的必须条件,同时也是抗干扰的一项重要措施。在二次系统中,屏蔽电缆屏蔽层的接地、盘柜的接地、二次交流回路的接地、微机系统的接地等是非常重要而又复杂的工作,因此有必要对其做进一步的总结和研究。

参考文献:

篇7

现代化工生产中，传统的手动操作已远远不能获得好的控制品质。目前，在电气控制领域，国内外普遍采用PLC。特别是在高温高压、易燃易爆高危生产领域，PLC以其在工业恶劣环境下仍能高可靠性工作，及抗干扰能力强的特点而获得更为广泛的使用。PLC将电气、仪表、控制这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。由于PLC是专为工业控制而设计的，其结构紧密、坚固、体积小巧，是实现机电一体化的理想控制设备。随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用几乎覆盖了所有工业企业，日益跃居现代工业自动化三大支柱(PLC，ROBOT，CAD/CAM)的主导地位。

一、PLC具有以下显着特点

1.极高的可靠性

由于工业生产的环境条件远比通用计算机所处的环境差，因此要求PLC具有很强的抗干扰能力，并且应能在比较恶劣的运行环境中(如高温、过电压、强电磁干扰和高湿度等)长期可靠地运行。

2.使用方便

（1）操作方便：对PLC的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改的操作。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号继电器编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。

（2）编程方便：PLC有梯形图、布尔助记符、功能表图多种程序控制设计语言可供使用。

（3）维修方便：当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的指示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。

3.灵活性高

PLC的灵活性表现在下列三方面。

（1）编程的灵活性：PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图等，只要掌握其中一种语言就可进行编程。

（2）扩展的灵活性：PLC根据应用的规模的不断扩展，它不仅可以通过增加输入、输出卡件增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可通过多台PLC的通信来扩大容量和功能。

（3）操作的灵活性：操作的灵活性指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。

4.机电一体化

PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强，机械和电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表电子和计算机的功能综合在一起。

二、PLC应用中需要注意的问题

PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题：

1.工作环境

（1）温度

PLC要求环境温度在0~55oC，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。

（2）湿度

为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。

（3）震动

应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。

（4）空气

避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。

（5）电源

PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。

2.控制系统中干扰及其来源

（1）干扰源及一般分类

影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏，这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

（2）PLC系统中干扰的主要来源及途径

强电干扰

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。

柜内干扰

控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。

来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

来自PLC系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。

三、结束语

PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。21世纪，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。

参考文献

篇8

 现代化工生产中，传统的手动操作已远远不能获得好的控制品质。目前，在电气控制领域，国内外普遍采用plc。特别是在高温高压、易燃易爆高危生产领域，plc以其在工业恶劣环境下仍能高可靠性工作，及抗干扰能力强的特点而获得更为广泛的使用。plc将电气、仪表、控制这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。由于plc是专为工业控制而设计的，其结构紧密、坚固、体积小巧，是实现机电一体化的理想控制设备。随着微电子技术的快速发展，plc的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。在先进工业国家中plc已成为工业控制的标准设备，应用几乎覆盖了所有工业企业，日益跃居现代工业自动化三大支柱(plc,robot,cad/cam)的主导地位。 

 一、plc具有以下显着特点 

 1.极高的可靠性 

 由于工业生产的环境条件远比通用计算机所处的环境差，因此要求plc具有很强的抗干扰能力，并且应能在比较恶劣的运行环境中(如高温、过电压、强电磁干扰和高湿度等)长期可靠地运行。 

 2.使用方便 

 （1）操作方便：对plc的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。大多数plc采用编程器进行程序输入和更改的操作。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号继电器编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。 

 （2）编程方便：plc有梯形图、布尔助记符、功能表图多种程序控制设计语言可供使用。 

 （3）维修方便：当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的指示和故障代码的显示，或通过编程器和crt屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。 

 3.灵活性高 

 plc的灵活性表现在下列三方面。 

 （1）编程的灵活性：plc采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图等，只要掌握其中一种语言就可进行编程。 

 （2）扩展的灵活性：plc根据应用的规模的不断扩展，它不仅可以通过增加输入、输出卡件增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可通过多台plc的通信来扩大容量和功能。 

 （3）操作的灵活性：操作的灵活性指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。 

 4.机电一体化 

 plc是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强，机械和电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表电子和计算机的功能综合在一起。 

 二、plc应用中需要注意的问题 

plc是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证plc的正常运行。要提高plc控制系统可靠性，一方面要求plc生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题： 

 1.工作环境 

 （1）温度 

plc要求环境温度在0~55oc，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。 

（2）湿度 

为了保证plc的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。 

（3）震动 

应使plc远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。 

 （4）空气 

避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将plc安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。 

（5）电源 

plc对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般plc都有直流24v输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。 

2.控制系统中干扰及其来源 

 （1）干扰源及一般分类 

影响plc控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏，这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 

（2）plc系统中干扰的主要来源及途径 

强电干扰 

plc系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。 

柜内干扰 

控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对plc造成一定程度的干扰。 

来自信号线引入的干扰 

与plc控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起i/o信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。 

来自接地系统混乱时的干扰 

接地是提高电子设备电磁兼容性（emc）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使plc系统将无法正常工作。 

来自plc系统内部的干扰 

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。 

三、结束语 

plc控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能够使plc控制系统正常工作。随着plc应用领域的不断拓宽，如何高效可靠的使用plc也成为其发展的重要因素。21世纪，plc会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，plc作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。 

参考文献： 

篇9

1、引言

随着电力系统自动化水平的提高，变电站内采用的弱电设备及系统越来越多，如数据采集系统、通信系统、控制和继电保护系统等。变电站中的二次系统处在一个强电磁环境中，工频电流、电压和系统短路故障、开关操作、雷电侵扰、交直流混联以及多种放电现象等的通过不同途径引发的各种干扰，将不可避免地影响二次系统的正常工作。随着变电站一次系统电压的升高、容量的增大，电磁干扰更加严重如果不采取有效措施防御，容易造成继电保护装置的误动或拒动，造成监控系统的混乱、死机等现象，对电网安全构成严重的威胁。

为此，本论文将主要针对电力工程中二次系统的接地及其抗干扰问题展开分析探讨，以期从中找到合理有效的电力工程二次系统的接地抗干扰设计方法，并以此和广大同行分享。

2、电力工程二次系统干扰来源及其危害分析

变电站综合自动化系统运行中，电力系统发生短路故障，变电站内进行一次系统的操作，变电站遭遇雷击时的雷电流通过架空线路传入变电站的母线，运行、检修人员使用步话机，以及由于各种原因产生的静电放电，现场使用一些不符合电磁兼容标准的试验仪器和和电子设备，当然也有微机型继电保护装置及二次回路自身原因形成的干扰等，都构成影响继电保护及安全自动装置安全可靠工作的干扰源。

这些干扰不可避免地通过感应、传导和辐射等各种途径引入到二次设备中，当干扰水平超过了这些电子设备的耐受能力时，将导致这些设备不正确动作。更重要的是在系统发生故障情况下，这些重要的设备将因干扰的影响发生不正确动作行为，直接影响到系统的安全稳定，其后果将可能是十分严重的。因此，解决微机型监控系统和保护及安全自动装置的抗干扰问题就成了一个不可回避和不容忽视的重要问题。

随着综合自动化系统的应用，使变电站无人值守成为可能，并得到广泛的应用。这样，综自系统通讯的可靠性日益显现出其重要性，干扰的引入会导致通讯系统工作不正常、信号误报或整体通讯瘫痪，变电站失去相应的监控，极大影响变电站综自系统的运行。

3、电力工程二次系统的接地及抗干扰分析

3.1 电力二次系统接地保护策略分析

1) 建立独立的继电保护二次接地系统，将完全独立的继电保护二次接地系统与变电站的接地网用绝缘瓷瓶完全隔离后，在近控制室或保护室一侧与变电站主接地网一点连接，即开关场部分和保护室部分均与主地网绝缘。

2) 将开关场端子箱处沿电缆沟铺设100平方毫米的铜排或是铜缆至保护室，并将安装在保护室的二次接地系统(也是使用100平方毫米的铜排构成)用绝缘瓷瓶完全隔离后，在近控制室或保护室一侧与变电站接地网一点连接，即开关场部分不与主地网绝缘。

3) 将开关场端子箱处沿电缆沟铺设100平方毫米的铜排或是铜缆至保护室，与保护室的二次接地系统(也是使用100平方毫米的铜排构成)，在近控制室或保护室一侧与变电站接地网一点连接，即开关场部分和保护室部分均不与主地网绝缘。

4) 所有的接地铜排要求不小于100平方毫米的铜排。

5) 在电流互感器和电压互感器的引出接线端子盒到接线端子箱的连接电缆使用屏蔽电缆。

6) 隔离刀闸的控制电缆使用屏蔽电缆。或隔离刀闸就地控制箱到端子箱的连接电缆使用屏蔽电缆。

7) 屏蔽电缆的屏蔽层接地工艺符合要求，不能造成电缆绝缘损坏，起不到抗干扰的作用。

8) 发电厂厂用系统的低厂变、馈线、电动机等保护柜内的微机保护使用屏蔽电缆。

9) 对用于防止电压互感器二次过电压保护的放电间隙的定期检定。

3.2 二次系统接地过程中的注意事项

系统的接地应当注意以下几点：

l) 参照设备的接地注意事项；

2) 设备外壳用设备外壳地线和机柜外壳相连；

3) 机柜外壳用机柜外壳地线和系统外壳相连；

4) 对于系统，安全接地螺栓设在系统金属外壳上，并有良好电连接；

5) 当系统内机柜、设备过多时，将导致数字地线、模拟地线、功率地线和机柜外壳地线过多。对此，可以考虑铺设两条互相并行并和系统外壳绝缘的半环形接地母线，一条为信号地母线，一条为屏蔽地及机柜外壳地母线；系统内各信号地就近接到信号地母线上，系统内各屏蔽地及机柜外壳地就近接到屏蔽地及机柜外壳地母线上；两条半环形接地母线的中部靠近安全接地螺栓，屏蔽地及机柜外壳地母线接到安全接地螺栓上；信号地母线接到信号地螺栓上；

6) 当系统用三相电源供电时，由于各负载用电量和用电的不同时性，必然导致三相不平衡，造成三相电源中心点电位偏移，为此将电源零线接到安全接地螺栓上，迫使三相电源中心点电位保持零电位，从而防止三相电源中心点电位偏移所产生的干扰；

7) 接地极用镀锌钢管，其外直径不小于50mm，长度不小于2.0m；埋设时，将接地极打入地表层一定深度，并倒入盐水，一般要求接地。

3.3 电力工程二次系统抗干扰接地对策

1) 屏蔽接地

各种信号源和放大器等易受电磁辐射干扰的电路应设置屏蔽罩。由于信号电路与屏蔽罩之间存在寄生电容，因此要将信号电路地线末端与屏蔽罩相连，以消除寄生电容的影响，并将屏蔽罩接地，以消除共模干扰。

2) 设备接地

一台设备要实现设计要求，往往含有多种电路，比如低电平的信号电路(如高频电路、数字电路、模拟电路等)、高电平的功率电路(如供电电路、继电器电路等)。为了安装电路板和其它元器件、为了抵抗外界电磁干扰而需要设备具有一定机械强度和屏蔽效能的外壳。

设备的接地应当注意以下几点：

① 50 Hz电源零线应接到安全接地螺栓处，对于独立的设备，安全接地螺栓设在设备金属外壳上，并有良好电连接；

② 为防止机壳带电，危及人身安全，不许用电源零线作地线代替机壳地线；

③ 为防止高电压、对低电平电路大电流和强功率电路(如供电电路、继电器电路)(如高频电路、数字电路、模拟电路等)的干扰，将它们的接地分开。前者为功率地(强电地)，后者为信号地(弱电地)，而信号地又分为数字地和模拟地，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。

4 结语

电力系统的二次回路数量多，系统复杂，所处的工作环境亦复杂多样。系统的各种继电保护装置、自动装置和各种监控系统随着微机产品的大量应用，对工作环境条件的要求也越来越严格，变电站中的各种干扰是影响这些系统正常运行的主要因素。接地一方面是保证电力系统正常运行的必须条件，同时也是抗干扰的一项重要措施。本论文对于电力工程二次系统的接地方法及其抗干扰措施都进行了分析，具有一定的实用性，因而是值得推广的。

参考文献：

[1] 江苏省电力公司.电力系统继电保护原理与实用技术[M].北京:中国电力出版社,2006.

[2] 孙竹森,张禹方,张广州.500kV变电站电磁骚扰和防护措施的研究(一)[J].高电压技术,2000, 26(l):16-18.

篇10

 

可编程控制器（ProgrammableLogic Controller）简称PLC它是将传统的继电器控制技术、通讯技术和微机技术相融合，专为工业控制而设计的专用控制器。由于PLC本身所具有的一系列优点，因此在工业控制领域中的普及范围越来越广，PLC产品的种类也越来越多，其结构型号、性能、容量、指令系统，编程方法等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC 对于提高其在控制系统中的应用有着重要作用。应用PLC首先要详细分析被控对象、控制过程与要求，熟悉了解工艺流程后列出控制系统的所有功能和指标要求．与继电器控制系统和工业控制计算机进行比较后加以选择。PLC 最适合于控制对象的工业环境较差，而安全性、可靠性要求特别高，系统工艺复杂，输入输出以开关量为多，用常规的继电器接触器难以实现，工艺流程又要经常变动的对象和现场。其次要确定控制范围，一般讲，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器进行直接测量的参数；用人工进行控制工作量大，操作复杂容易出错或操作过于频繁，人工操作不容易满足工艺要求的往往由PLC控制。尽管PLC自身具备良好的抗干扰能力，但在实际应用中各种类型PLC大多处在恶劣电磁环境中,在实际应用中常遇到PLC因干扰而不能正常工作的情形,所以在PLC控制系统抗干扰能力仍然是设计系统不容忽视的问题。

1 PLC 的选择

1） PLC机型的选择

PLC机型的选择主要是指在功能上如何满足需要，并且充分利用系统资源。选择机型前，首先要对被控制系统进行初步估计：有多少开关量输入，电压分别为多少，有多少开关量输出，输出功率为多少；有多少模拟量输人和模拟量输出；是否有特殊控制要求，如高速计数器（HC）；现场对控制器响应速度有何要求；机房与现场分开还是在一起等。

在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格最优的机型。通常的做法是：在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，选用整体式结构的PLC；其他情况则最好选用模块式结构的PLC；对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的，一般其控制速度无须考虑，因此选用带A/D转换，D/A转换，加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而控制比较复杂，控制功能要求比较高的，可根据控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。应该注意的是，同一个企业应尽量做到机型统一，这样同一个机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，并集中管理。

2） 输入/输出端口（I/O）的选择

PLC与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的，PLC有许多I/O接口模块，包括开关量输入、输出模块、模拟量输人模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。

（1） 确定l/O点数。不同的控制对象所需要的阳点数不同，一些典型的传动设备及常用的电气元件所需PLC的I/O点数是固定的，如一个带磁环双作用气缸需用2个输入点；一个按钮需一个输入点；一个指示灯占用一个输出点等。但对于同一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有变化。根据控制系统的要求确定所需的I/O点数时，应再增加10％一20％的备用量，以便拓展控制功能。

（2） 开关量I/O。开关量I/O接口可以从传感器和开关（如按钮、行程开关等）及控制设备（如指示灯、电动机启动器等）接收信号。典型的交流I/O信号为24～240V，直流I/O信号为5～240V。输入电路因PLC品牌不同略有差别，但有些特性是相同的，如用于消除错误信号的抖动电路等。

（3）模拟量I/O。模拟量I/O接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。其典型量程为-10～+10V、0～+11V、4～20mA或10～50mA。一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可以接收低电平信号，如RTD、热电偶等。

3） 存储器类型及容量选择

PLC系统所使用的存储器由ROM和RAM组成，存储容量则随机器的大小变化，最大存储能力：一般小型机最大存储能力低于6KB，中型机的最大存储能力可达64KB，大型机的最大存储能力可上兆字节。使用时可根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型。必要时也可专门进行存储器的扩充设计。

4） 电源模块选择

在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能及编程器有所了解。小型控制系统一般选用价格便宜的简易编程器（如LOGO），如果系统较大或多台PLC共用，可以选用功能强，编程方便的图形编程器。如果有个人计算机，可以选用能在个人计算机上运行的编程软件包。同时，为了防止因干扰、电池电压下降等原因破坏RAM中的用户程序，可以选用E2PROM模块作为外部设备。论文参考网。

对于结构为模块式的PLC，电源模块和额定电流必须大干或等于主机、I/O模块、专用模块等总的消耗电流之和。当使用专用机架时．从主机架电源模块到最远一个扩展机架的线路压降必须小于0.25V。

5） 程序设计

根据控制对象的控制任务完成前述阶段后就可以进行控制系统的流程设计，画出控制系统的流程图，进一步说明各个控制信息之间的关系，然后具体安排I/O的配置，并对I/O进行地址编号。I/O地址编号确定后，再画出I/O端子和现场信号接线图，进行系统设计即可将硬件设计和程序编写二项工作平行进行，编写程序的过程就是软件设计过程。用户编写的程序在总装统调前需要进行模拟调试。用装在户LC 上的模拟开关模拟输入信号的状态，用输出点的指示灯模拟被控对象，检查程序无误后便把PLC接到系统里，进行总装统调，如果统调达不到指标要求则可对硬件和软件作调整，全部调试结束后，一般将程序固化在有长久记忆功能的EPROM中长期保存。

2 PLC系统的干扰源

PLC的干扰源比较复杂，分类方法较多，常见的有按性质分或按来源分。

按性质可分为共模干扰和差模干扰两大类。共模干扰主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向) 电压迭加所形成。共模电压有时较大,特别是采用隔离性能差的配电器供电时,变送器输出信号的共模电压普遍较高,有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏,这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因。这种共模干扰可为直流,亦可为交流。差模干扰主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,这种干扰直接叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。论文参考网。

按来源可分为内部干扰和外部干扰。内部干扰主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响,模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC 制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容,比较复杂,作为应用部门无法改变,可不必过多考虑。外部干扰主要有来自空间的辐射干扰、来自电源的干扰、来自信号线引入的干扰、来自接地系统混乱时的干扰等。来自空间的辐射干扰主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的,通常称为辐射干扰,其分布极为复杂,若PLC 系统置于射频场内,就会受到辐射干扰。

3 抗干扰措施

1） 硬件措施

（1）屏蔽：对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。

（2）滤波：对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。

（3）电源调整与保护：对CPU这个核心部件所需的＋5V 电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。

（4）隔离：在CPU与I/O电路间，采用光电隔离措施，有效隔离I/O间的电联系，减少故障误动作。

（5）采用模块式结构：这种结构有助干在故障情况下短时修复。论文参考网。因为一旦查处某一模块出现故障，就能迅速更换，使系统回复正常工作，也有助于加快查找故障原因。

2） 软件措施

（1）故障检测：PLC本身有很完善的自诊断功能，但在工程实践中，PLC的I/O元件如限位开关、电磁阀、接触器等的故障率远远高于PLC的本身故障率，这些元件出现故障后，PLC一般不会察觉出来，不会立即停机，这会导致多个故障相继发生，严重时会造成人身设备事故，停机后查找故障也要花费大量时间。

（2）信息保护和恢复：当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障条件消失，就可以恢复正常继续原来的工作。所以，PLC在检测故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储器信息被冲掉，一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作。

（3）提高输入信号的可靠性：由于电磁干扰、噪声、模拟信号误差等因素的影响，会引起输入信号的错误，引起程序判断失误，造成事故，例如按钮的抖动、继电器触点的瞬间跳动都会引起系统误动作，可以采用软件延时去抖。对于模拟信号误差的影响可采取对模拟信号连续采样三次．采样间隔根据A/D转换时间和该信号的变化频率而定，三个数据先后存放在不同的数据寄存器中，经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。在硬件和软件方面采取各种措施后,大大提高。

4 结束语

目前，随着各种技术的迅猛发展，PLC的种类日益繁多．功能也逐渐增强，在产品规模上向大小两个发展。在实际工作中还要根据实际情况对PLC的选用做出适当调整以及根据具体情况选用适当的抗干扰措施，以便满足期望的工业控制系统。

参考文献

[1] 陈宇,段鑫.可编程序控制器基础及编程技巧[M].广州:华南理工大学出版社,2002.

[2 ]陈琳. 可编程控制器应用技术[M] . 北京:化学工业出版社,2005.

[3 ]郭银景,吕文红,唐富华,杨阳. 电磁兼容原理及应用教程[M] . 北京:清华大学出版社,2004.

篇11

在信号的传输过程中，不可避免的会遇到各种干扰，如何有效的减少或消除干扰，使信号能够稳定传输，是系统设计中的关键问题。本文以RS-485传输电路为例，从软硬件两方面分析信号在传输过程中会遇到的各种干扰，并给出具体的解决方案。

1  硬件抗干扰设计

在传输电路的设计过程中主要出现以下问题：电气噪声干扰传输线路；强电磁（雷电）冲击；数字电路对模拟电路的干扰等。

针对上述问题的产生，本传输电路在硬件设计方面主要采取以下措施:

1) 对于芯片闲置的引脚，在不影响系统的逻辑功能的情况下接地或接电源。

2) 布线时，电源线和地线尽量粗。这样不但有利于减少压降，更重要是的是降低耦合噪声。

3) 布线时尽量减少回路环的面积，以减少感应噪声。避免90度折线，减少高频噪声发射。

4) 晶振布线时，晶振和单片机引脚尽量靠近，晶振下方尽量不要走线。

5) 采用光耦元件实现RS-485接口的电气隔离。这种方案可以承受高电压、持续时间较长的瞬态干扰，实现起来也比较容易。

6) 旁路保护方法。利用瞬态抑制元件TVS管，将具有危害性的瞬态能量旁路到大地。

7) 将电源地和模拟地相隔离，通过0欧的电阻相连。将电源地和RS-485地相隔离，通过磁珠相连。

8) 正确地处理“模拟地”与“数字地”。数字电路是非线形的，逻辑门的开关都会产生电流冲击，所以在数字地上高频扰动很强烈。因此，数字地与模拟地不能有共同路径或者环路，只应单点连接。

RS-485信号传输的具体电路如图1所示

                图1  RS-485信号传输电路

2  软件抗干扰设计

系统的抗干扰措施，除了在硬件上消除干扰外，还必须从软件设计上采取恰当的措施，以便提高系统的可靠性，我们主要采用看门狗(Watchdog)监视系统的运行状态。

看门狗又称程序运行监视器，能有效的防止系统在不可预测的干扰作用下产生的程序执行紊乱，即“程序跑飞”。目前很多MCU都自带有内部看门狗，我们在整机运行是将看门狗打开，如果MCU不能在规定的时间内将Watchdog复位，Watchdog从内部触发RESET中断，将整个系统复位，从而使整个系统重新运行，避免了程序死锁。

信号传输电路的主程序如下：

    void main(void)

{

    uint idata  i,j；      定义i,j为无符号整型变量

  WDT_feed()；              为看门狗控制寄存器赋初值

  for(i=0;i

{

  WDT_feed()；            喂看门狗

  DelayMS(30)；

}

  InitSystem()；            系统初始化

  timer2_run；              定时器2开始工作

  while(1)                  进入循环

{

  WDT_feed()；            喂看门狗

  while(!SystemTimerFlag)；当SystemTimerFlag=1，跳出本层循环

    TimerTick20ms()；        保证程序的循环周期为20ms 

      RS23220ms()；            RS232函数

  KEY20ms()；              键盘输入函数

  if(HardFailureFlag)；

  {                      ；如果RS485通讯失败

  RS485StateLedOff()；  RS485状态指示灯灭

  PizzerOn()；          蜂鸣器鸣叫 

  }

}

3  结语

本文针对信号在传输过程中受干扰问题，通过实例从软、硬件两方面给出了具体解决措施,极大地提高了系统的稳定性。适用于各种远距离的有线传输系统。

参考文献：

[1] 傅丰林等.电子线路基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001

[2] 谢金明等.高速数字电路设计与噪声控制技术.北京：电子工业出版社,2003-4

[3] 顾海洲等.PCB电磁兼容技术—设计实践.北京：清华大学出版社,2004-6

篇12

1　引言

激光具有波长单一和良好的方向性，所以和传统的探测方法相比，激光探测具有精度高，抗干扰能力强等特点，在激光测距、激光雷达、激光告警、激光制导、目标识别等军事领域，都得到了广泛应用。针对不同武器系统的需求，激光探测系统接口呈现出多样性。

近年来，随着应用需求和集成化度的增加，激光探测系内部、激光探测系统和各武器平台之间集成了不同厂商的硬件设备、数据平台、网络协议等，由此带来的异构性给探测系统的互操作性、兼容性及平滑升级能力带来了问题。

对激光探测系统而言，接口技术的设计是整个系统集成的关键技术。一个激光探测系统的设计、实施，有很大的工作量是在接口的处理上，好的接口设计可以提高系统的稳定性、运行效率、升级能力等，本文以激光探测系统接口技术为研究对象，着重分析其接口技术类型、设计考虑因素和验证方法。

2　激光探测系统几种主要接口技术

接口是多要素或多系统之间的公共边界部分，对激光探测系统的接口包括机械接口、电气接口、电子接口、软件接口等，本文着重讨论电子接口。按物理电气特性划分，常用的激光探测系统接口类型可分为以下几类：

1　TTL电平接口：最通用的接口类型，常用做系统内及系统间接口信号标准。驱动能力一般为几毫安到几十毫安，在激光探测系统中主要应用是作为长距离的总线数据和控制信号的传输

2　CMOS电平接口：速度范围与TTL相仿，驱动能力要弱一些。

3　ECL电平接口：为高速电气接口，速率可达几百兆，但相应功耗较大，电磁辐射与干扰与较大。

4　LVDS电平接口：在标准中推荐的最大操作速率是655Mbps，电流驱动模式，信号的噪声和EMI都较小。

5　GTL接口电平：低电压，低摆幅，常用作背板总线型信号的传输，虽然使用频率一般在100MHz以下，但上升沿一般都比较陡，特别是对沿敏感的信号，如时钟信号。

6　RS-232电平接口：为低速串行通信接口标准，电平为±12V，用于DTE与DCE之间的连接。RS-232接口采用不平衡传输方式，收、发端的数据信号是相对于信号地的电平而言，其共模抑制能力低，传输距离近，多用于点对点接口通讯。

7　RS-422/RS-485接口：采用平衡方式传输，采用差分方式，使其在通讯速率、抗干扰性和传输距离较RS-232接口有较大改善。多用于多点接口通迅。RS485电平接口可驱动32个负载，忍受-7V到12V共模干扰。

9　光隔离接口：能实现电气隔离，更高速率的器件价格较昂贵。

10　线圈耦合接口：电气隔离特性好，但允许信号带宽有限

11　以太网：经常采用的是10Base-T和100Base-T两种主流标准，主要应用激光探测系统和分系统之间的接口通讯和数据传输。以太网接口具有性价比高、数据传输速率高、资源共享能力强和广泛的技术支持等众多优点。

12　USB接口：USB总线接口是一种基于令牌的接口，USB主控制器广播令牌，总线上的设备检测令牌中的地址是否与自身相符，通过发送和接收数据对主机作出响应，其最大的优点是安装配置简单。

3　激光探测系统接口方案设计考虑因素

随着大规模数字处理芯片和高速接口芯片的迅猛发展，激光探测系统也呈现出智能化、小型化、模块化的趋势。在激光探测系统中，信息接口的设计逐渐向标准化、网络化、多节点、高速等方向展

3.1　接口信号传输中的干扰噪声

3.1.1　接口信号传输中的主要干扰形式

a)串模干扰：杂散信号通过感应和辐射的方式进入接口信道的干扰。串模干扰的产生原因主要是传输中插件等所产生的接触电势、热电势等噪声引起的。

b) 共模干扰：干扰同时作用在两根信号往返线上，而且幅指相同。共模干扰产生的原因，主要是传输线路较长，在发送端和接收端之间存在着接地的电位差。

3.1.2　接口信号传输中的抗干扰措施

a)传输线的选择

为了抑制由于杂散电磁场通过电磁感应和静电感应进入信道的干扰，接口传输线应尽量选用双绞线和屏蔽线，并将屏蔽层接地，而且屏蔽层的接地要于激光探测系统一端浮地的结构形式配合，不要将屏蔽线层当作信号线和公用线。

b)传输线的平衡和匹配

采用平衡电路和平衡传输结构是抑制共模干扰的有力措施。目前广泛使用的是差分式平衢性线电路，例如RS-422/RS-485标准串口电路。

接口信号传输时还要考虑与传输线特性阻抗的匹配问题。一般长线传输的驱动器接收器都适用于驱动特性阻抗为50Ω—150Ω的同轴电缆和双绞线，一般接口接收器的输入阻抗要比传输线的特性阻抗大，因此要设法将两者匹配，最好将发送端和接收端匹配。

控制信号线的具体配置：控制信号线要和强电、数据总线、地址总线分开，尽量选用双绞线和屏蔽线，并将屏蔽层接地。

c)隔离技术：电位隔离是常用的抗干扰方法，接口信号采用光电隔离和电磁隔离可以切断接口内外线路的电气连接，从而减弱露流、地阻抗耦合等传导性干扰的影响。

3.2　接口硬件的选择原则：

3.2.1　为各类接口选择合适的总线接口芯片、接口总线，并设计具体的接口电路。

3.2.3　选择接口芯片时应根据激光探测系统CPU/MPU类型，总线类型／宽度和系统所完成的功能并按照高效、经济、可靠，方便、简单的原则来确定。

3.2.4　设计具体的接口电路应具体考虑电源问题

3.2.5　数据／命令的锁存和驱动

激光探测系统内部及激光探测系统和其他系统间实施数据／命令传输时，一般采用数据锁存技术来适应双方读写的时间要求。

3.3　接口的实时性

由于激光探测系统对数据处理和传输的实时性要求很高，设计时要使时钟抖动、通道间时延、工作周期失真以及系统噪声最小化，所以设计接口时尽量选用高通讯速率和同步工作方式。

接口软件的设计原则

同步通讯系统软件设计要充分考虑数据流量的控制，最好在数据发送方发送数据时每隔一段时间插入一段空闲时间，从而保证数据同步传输的可靠性。

异步通讯系统软件设计要充分考虑合理的数据校验方式，可以根据系统要求选择冗余校验、校验和、冗余校验的方法。

4　激光探测系统接口方案设计验证

构建高速有效的激光探测系统接口是非常有挑战性的，并且设计者需要在设计接口前后就考虑多个因素，详细的系统级的验证都是必须的。

4.1　设计前的验证

基于指令集模拟器和硬件模拟器软硬件模拟技术是一种高效、低代价的系统验证方法。接口设计软件采用汇编，C，C++等语言编写，用户编写的接口源程序经过交叉编译器和连接器编译，输入到软件指令集模拟器进行软件模拟。而接口硬件验证则采用硬件描述语言如VHDL设计，经过编译后由硬件模拟器模拟。但设计前的验证也有一定的局限性，比如只能验证数字接口和验证环境理想化等缺点。这些都需要设计后的验证

4.2　设计后的验证

最常见的验证方法是制作模拟激光探测系统内部接口和系统间外部接口的通用信号源，通用信号源可以模拟探测系统内部的如主回波、时统、显示、键盘等信号，也可以模拟输入外部操控命令，并将激光探测系统状态、测量数据等信息显示输出。