光电隔离技术

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇光电隔离技术范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

光电隔离技术范文第1篇

电视广播中采用条件接收系统设备的通知

5月7日，国家广电总局科技司向各数字电视广播条件接收系统设备生产企业发出《广电总局科技司关于严格管理地面数字电视广播中采用条件接收系统设备的通知》（技科字〔2012〕0115号）。通知说，根据广电总局地面数字电视发展政策，地面数字电视广播主要用于公共服务，采用非加密方式传输覆盖。近期，总局接到群众举报，一些地方企业违规发射地面数字电视并加密向用户收费。为了确保我国地面数字电视广播公益，未经总局批准，不得销售用于地面数字电视广播的条件接收系统设备，不得支持地面数字电视广播接收终端的条件接收集成。请各单位严格遵照执行，按此要求进行自查，并在2012年6月1日之前将自查报告上报总局科技司和所在省（区、市）广播电视主管部门。

在自查中发现有违反上述要求的单位应立即整改，并在2012年6月15日之前将整改报告上报总局科技司和所在省（区、市）广播电视主管部门。

自2012年5月15日起，如有单位违反上述要求，总局科技司将对其通报批评，并自通报之日起暂停受理其入网认定申请。

中央电视台四个国际频道在保加利亚落地

日前，中央电视台与保加利亚Cores Croup有线网运营商就央视四个国际频道转播一事达成合作。根据双方签订的协议，Cores Croup 将以实时转播的方式在其有线网中每天24小时播出中文国际频道、英语新闻频道，俄语频道和纪录频道，四个频道共计覆盖用户数8000户。此次合作成功填补了中文国际频道、俄语频道和纪录频道在保加利亚的落地空白。

湖南加快文化体制改革

4月份以来，湖南省文化体制改革领导小组加大了督查力度，对进一步加快文化体制改革，如期完成既定的各项改革阶段性任务提出了明确要求。截至4月30日，湖南全省85家国有文艺院团完成65家，占76%；128家电影发行放映单位完成100家，占78%，第一批23家非时政类报刊完成10家，占44%，109家有线电视网络整合完成100家，占93%。常德、张家界、株洲、邵阳、郴州、自治州等地基本完成改革任务。

北京广播影视一季度创收34.66亿元

一季度，北京广播影视累计创收34.66亿元，比去年同期增加1.73亿元，同比增长5.3%。其中，广告收入14.22亿元，比去年同期减少3.16亿元，同比下降18.2%；电影票房收入3.35亿元，比去年同期增加0.77亿元，同比增长29.8%；北京广播电视台创收收入为17.5亿元，同比下降了13.3%，其中广告收入为9.99亿元，比去年同期减少3亿，同比下降23.3%。

山东广电收入跨百亿大关 去年电影票房超4亿

5月13日，山东省广播电影电视局的数据显示，山东广电系统2011年实现了103亿元的经营收入，突破百亿大关；城市电影票房收入达到4.16亿元，比上年增长40.5%。

目前，山东共有省级广播电视播出机构2家，市级播出机构30家，县级播出机构95家。有广播节目156套，电视节目170套。全省广播综合人口覆盖率98.19%，电视覆盖率97.91%。全省广播电视有线网络基本实现全省“一张网”，总长31万公里，网络干线通达99%的乡镇和85%以上的行政村，有线电视用户2000万户，数字电视用户872万户。农村公益电影放映覆盖97%以上的行政村，基本实现了“一村一月放映一场电影”的目标。

安徽：每个县级市至少建一座数字影院

5月4日，安徽广电局召开专题会议，就加快推动城市影院发展进行部署。

会议就发展繁荣电影产业提出三点要求。一要抢抓电影繁荣发展的难得机遇。在中央和省关于促进电影产业繁荣发展政策的引导下，全省电影业发展空间大、前景广，要积极抢抓机遇，因势利导地推动电影业快速发展。二要努力建成全省城市院线发行放映网络。用足用活国家推进“城市数字影院”建设的相关政策，确保在“十二五”期间每个县级城市至少建有1座数字影院，其中数字多厅影院达到60％以上，并在省本级建立1条以上跨省城市电影院线。三要全力推动电影产业跨越式发展。深入贯彻落实党的十七届六中全会和省第九次党代会精神，充分发挥人文资源、民间资本和市场潜力等优势。

中广协会外宣委员会（广播）

在京成立

中国广播电视协会对外宣传工作委员会（广播）5月8日在北京成立。由中国国际广播电台发起成立的对外宣传工作委员会（广播），是中国广播电视协会直属的专业委员会，将主要开展国际传播战略研究、全国易地采访报道、国际传播学术交流与合作等项工作。该委员会由全国59家广播电视台组成，旨在促进全国广播外宣单位的合作与资源共享，提升国际传播的有效性和针对性。

陈君聪拟任

深圳广电集团总裁

5月16日，深圳市委组织部在“深圳组工在线”网站拟重用、提任4名领导干部的任前公示，公示时间为2012年5月16日至22日。其中，深圳广电集团党组书记、总裁拟由现任深圳广电集团党组副书记、副总裁、编辑委员会总编辑陈君聪升任。

陈君聪1954年1月生，现年58岁，福建尤溪人，大学学历，学士，高级编辑。2005年出任广电集团高层。

台海网络广播电视台上线

光电隔离技术范文第2篇

Abstract： This article introduces the application of serial communication with the third party equipment in Sichuan to Eastern China gas pipeline. And it analyzes the problem of unstable communication and frequent disconnection， proposes a solution and how to accomplish the technology implementation.

关键词： 串口通信；光电隔离；Modbus；协议转换

Key words： serial communication；optical isolation；Modbus；protocol conversion

中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）10-0181-03

0 引言

国家重点工程川气东送管道站场及阀室中大量使用的设备如燃气发电机、太阳能电源控制柜、低压配电柜、TEG电源控制柜、UPS、SHAFER电子控制单元、加热炉、空气压缩机等，对川气东送控制系统SCADA系统而言，这些设备均属于第三方设备。这些第三方设备均通过串口使用Modbus工业通信协议与SCADA系统进行通信，并将运行参数、状态、及报警等信息上传到站控系统及调控中心。实时、可靠的监控这些设备的运行状态对管道生产运行有着非常重要的意义。

1 第三方设备通信的使用简介

1.1 第三方设备通信现状 目前川气东送管道各第三方设备与SCADA系统通信使用的串口接口标准不尽相同，主要有两种，RS232及RS485。对于不同的第三方设备而言这两种接口标准的串口管脚定义、Modbus通信的参数配置如波特率、数据位、停止位、奇偶校验等也不尽相同，且各设备在使用Modbus工业通信协议进行通信时，传输模式也不尽相同。为了实现各第三方设备与SCADA系统之间通信设置的灵活配置，并实现与调控中心的远程通信，目前川气东送主要使用了MOXA公司的DA660和IA240两款基于嵌入式Linux系统的嵌入式计算机，并由系统集成商TELVENT公司专门开发了相应的串口通信配置及协议转换程序放置到DA660及IA240中，实现站场及阀室第三方设备通信灵活配置及协议转换功能。

川气东送管道自2009年正式投运以来，站场第三方设备通信整体平稳可靠，阀室第三方设备通信经常出现通信中断问题，主要集中在鄂西、川渝段RTU阀室，调控中心无法监控现场设备运行情况。出现第三方通信中断后，需要管理处驱车尽快前往现场查找原因，耗费大量的人力、物力，特别是鄂西川渝段山高路险，给行车安全带来一定风险。如果MOXA设备端口烧坏，由于TELVENT对MOXA内的通信程序知识产权保护的原因，必须将备件先发给TELVENT，写入程序后再寄回现场，这样短则一周长则半个月，调控中心无法实时掌握现场设备运行情况，给管道平稳运行带来较大影响。

1.2 问题原因分析 从2009年以来第三方设备通信整体运行及出现中断的频次看，主要出现在川渝段、鄂西段RTU阀室，这些阀室现场环境恶劣，部分阀室处于山区段雷暴高发区。尤其鄂西管理处几座阀室：榔坪、高店子、碑坳、沙子坡、白岩、高家岭阀室经常出现第三方通信中断问题。造成通信中断的主要原因有下：

①原先采用的GPRS通信方式因DTU死机、移动信号不稳定、或附近移动接收塔故障造成的通信信道中断。②因雷击浪涌造成的损坏，如因地电位差造成的第三方设备通信回路之间造成的环流，感应雷损坏第三方通信回路中的设备端口（MOXA端口）、第三方设备上通信板卡（电子控制单元485通讯卡、燃气发电机通讯部件、TEG电源控制柜主控板、UPS通讯卡等）、以及回路中的浪涌保护器等。③第三方通信回路各节点的接线松动、回路断路、接线接反、未按照串口管脚定义接线等。④第三方设备本身的通信配置不对、相应的DIP开关设置不对、以及调控中心的组态设置不对等。

以上原因中的第一条随着全线光纤的贯通，将通信信道切换为光纤后将彻底解决因信道中断造成的通信中断问题。第三条、第四条也可以通过调试、故障处理过程中加强对这些方面的检查很好的解决这类问题。上述原因中第二条是造成第三方通信中断的最主要原因，也是对我们造成损失最多（由于设备部件损坏，经常需更换备件），解决起来技术难度最大的原因。下面将详细介绍其解决办法及技术实现。

2 光电隔离在第三方通信中的应用

2.1 光电隔离技术的简介 造成第三方通信回路中的通信设备板卡或端口损坏的原因90%以上是由于两端设备不共地、各类浪涌、感应雷击、静电干扰、热插拔，电磁干扰等。为了避免地线回路电压、浪涌、感应雷击、静电、热插拔等对第三方设备板卡或端口的损坏，我们采用串行口光电隔离器又称为串口隔离器（ISOLATORS），它采用了先进的光电隔离技术，极大限度的保护了第三方通回路中的串行通信接口及通信板卡。由于采用了光电隔离技术，完全隔离了第三方通信回路中两端设备的电气与地线回路，使得一侧的电信号变成光信号以后传到另一方，再变回到电信号，从而保护通信设备免受电源地线回路和浪涌的干扰和损坏，明显的提高了通信系统的可靠与稳定性。

2.2 光电隔离技术在川气东送管道第三方通信中的应用 因现场设备侧如SHAFER电子控制单元485通信卡等及MOXA侧端口均较为频繁发生损坏的原因，需要对这两侧的设备均进行有效的保护。

2.2.1 现场设备侧的保护 我们选用一款光电隔离保护器LC-1301S，它是一款有源工业级RS-422/485自适应型光电隔离中继器。具有对RS-422/485网络进行有效的隔离保护和延长通信距离的作用。LC-1301系列工业级光电隔离型RS-422/485自适应中继器产品是专门针对工业现场恶劣环境而设计的，对于那些要求高可靠性和安全性的应用场合尤其适合。光电隔离功能可以有效的保护RS-422/485网络和设备避免因工业现场的各种静电和浪涌信号对其造成的损害，同时更有效的避免了因地电位差而在整个422/485网络设备之间产生的环流。在具备光电隔离功能的同时，在每个RS-422/485端还加入了600W TVS防雷保护功能，使产品本身免于雷击和浪涌的伤害，延长了产品自身的使用寿命。

2.2.2 机柜侧的保护 考虑到机柜内的空间，我们选用MOXA厂家带光电隔离的4口导轨型嵌入式计算机IA261-I-T-LX。它是一款宽温型的工业级计算机，内置系统为嵌入式Linux系统，具备串口光电隔离保护，15KVESD保护等功能。

加入现场设备侧及机柜侧的光电隔离保护后，第三方设备通信的回路框图如图1所示。

3 技术实现

为了解决由于TELVENT对原MOXA IA240 DA660内的通信程序实施知识产权保护，带来的在故障处理时需先将备件寄给TELVENT，写入程序后再寄回现场过程中，造成调控中心较长时间无法实时掌握现场设备运行情况。为了改变这种情况，决心自主开发嵌入式Linux系统下MOXA DA261通信程序，实现第三方设备通信的灵活配置及协议转换功能。

3.1 获取配置信息功能的设计与实现 由于各第三方设备的通信方式（有RS232和RS485）、传输模式（有Modbus RTU和Modbus ASCII）不尽相同，且Modbus通信的参数配置如波特率、数据位、停止位、奇偶校验等也不相同，在程序开发中，实现第三方通信参数的灵活配置非常重要。

以MOXA IA261-I-T-LX为例，在使用之前，首先要配置相应的设备号并给设备配置相应的IP地址、通信端口号和串口参数等，这些配置信息放在一个txt文件当中。我们设计了一个Configinfo.txt文件，当我们需要向一个设备传递信息时，需要首先从文件中读取配置信息，对相应的串口及工控板的网络进行配置，然后再进行相应的操作。这时，我们在其中用到了两个自定义函数：GetConfigValue和GetCFGValue。其中Get ConfigValue的功能是将Configinfo.txt中的信息配置给串口服务器，它调用GetCFG-Value函数，在Configinfo.txt中寻找相应的配置信息项，并截取相应的配置信息。具体实现的程序框图如图2所示。

3.2 串口操作函数封装的设计与实现 在对串口进行相应的操作时，首先要打开串口并配置串口的波特率、数据位、停止位和工作模式等。这些关于串口的操作都封装在一个文件当中，以使结构清晰，方便检查以及修改或增加更多的操作函数。所进行的包括以下几种操作。

串口的打开和关闭：打开串口时，需要首先判断串口的类型，然后以一定的方式打开串口并保存原来的串口配置信息，最后对串口进行波特率、数据位、停止位和奇偶校验位的设置。关闭串口时，需要将原来保存的终端信息恢复，使串口回到打开前的状态。

对串口进行数据读写：串口的读写操作是串口服务器最基本的功能，当有数据传送过来时，需要通过串口发送。写串口操作会把内存中的数据写入所指的文件，读串口操作会把串口送来的数据写入内存中。分别用writecomport和readcomport来实现。

对串口进行设置：需要设置波特率、数据位、停止位和奇偶校验位。调用定义的封装函数，来完成这些操作。串口的工作模式通过termios函数的配置来控制。

3.3 Modbus TCP/RTU相互转换功能的实现 这一步是程序设计的关键，其转换重点在于CRC校验和MBPA报头的变换。在这里，定义mod2tcp函数来完成Modbus RTU到TCP格式的转换，定义tcp2mod函数来完成Modbus TCP到RTU格式的数据转换。例如，来自Modbus主站的TCP协议请求，经MOXA IA261转换成Modbus RTU格式，经485口发送给从站，并将从站相应数据经485接口送入MOXA中，转换成Modbus TCP格式信息返回主站。程序流程如图3所示，左侧为Modbus RTU 到TCP格式数据转换程序流程，右侧为Modbus TCP 到RTU格式数据转换程序流程。

3.4 主程序的设计与实现 此部分介绍整个程序的main（）函数，它会调用前文介绍的函数来实现协议转换器的功能，故其头文件中要包含前文所述的各函数文件。main（）函数应用Linux C函数编程，其中应尤其注意socket的应用，socket要先建立再bind（），在信号量中的参数要配置正确。进程的管理方面，要注意进程退出时先退出子进程，在所有进程都完成之后再关闭socket。程序流程如图4所示。

4 小结

通过光电隔离技术实现了第三方通信回路中电气信号的隔离，选用光电隔离保护器LC-1301S保护了现场设备侧的相应设备通信串口及通信卡件不被损坏，同时选用带光电隔离功能的MOXA IA261-I-T-LX保护机柜内通信端口不被损坏。同时开发了基于嵌入式Linux系统下的通信程序，实现了第三方设备通信参数的灵活配置和协议转换功能，实现了现场设备信息的持续、可靠、稳定的实时监控。目前已在鄂西段樃坪RTU阀室成功应用，从目前的应用情况看，设备运行稳定，相关数据参数能稳定、可靠地上传至调控中心，应用效果理想。

参考文献：

[1]变电站保护测控装置串口通信改造浅析[J].2009.

[2]基于嵌入式Linux的modbus协议转换的设计与实现[J].

2007.

[3]马忠梅，李善平.康慨ARM&Linux嵌入式系统教程[M].

光电隔离技术范文第3篇

Abstract： Starting from the parallel and series use of thyristor， this article introduces some commonly used trigger isolation technique of thyristor valve assembly and points out the advantages and disadvantages of each isolation technique. The coupling energy obtainment power isolation technique of a kind of photoelectric trigger isolation technique is introduced in detail， and the application condition of this technique in high voltage motor soft start is presented.

关键词： 晶闸管；光电触发；耦合取能

Key words： thyristor；optical trigger；coupling energy obtainment

中图分类号：TN34 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）24-0036-02

0 引言

电力半导体器件产生至今已有50多年的历史了，发展到今天，已经有了单只6500V/5000A的器件，但在高电压、大电流领域的应用时还不能满足电力电子装置的耐压需求，所以还必须采用多个半导体元件的串并联的使用，随之而来就会有一系列的技术问题。触发系统的电压隔离技术就是其中非常关键而又较难解决的一个问题。

目前常用的隔离方法主要有直接光触发隔离、间接光触发隔离、高压脉冲变压器触发隔离。本文在分别介绍各种隔离方法的基础上提出了一种全新的间接光触发系统，以便该技术能够在高电压大电流电力电子领域中得到更为广泛的应用。

1 常采用的隔离方法

1.1 直接光触发隔离 所谓直接光触发就是将触发信号转换成光信号，直接触发高位晶闸管。此种方式利用光纤技术来隔离高电压，传输损耗低，电磁兼容性非常强且运行安全稳定。但因光控晶闸管制造技术复杂、价格昂贵且国内厂商还不具备该项产品定型批量生产的能力，而国外产品又价格高昂，所以此种方式的应用还停留在航天领域，不能够大范围的推广。

1.2 高压脉冲变压器触发隔离 此种方式也称电磁触发隔离，即使用特制的高压脉冲分配器来隔离高低电位，此种方式电路结构简单明了，但电磁隔离还存在以下技术问题，其一高压脉冲变压器制作工艺复杂实现的技术难度较大，特别是在35000V以上的电压工矿下应用非常困难而且体积较大，其二电磁触发存在较大的电磁干扰这对串联阀组应用是非常不利的。电磁触发脉冲变压器常采用图1、图2两种电路形式。

图2较图1有较小的体积优势，但图1较图2有较好的脉冲一致性。

1.3 间接光触发 所谓间接光触发即光电隔离触发，即触发信号由电脉冲信号转换为光信号传输至元件侧再将光信号转换为电信号触发晶闸管，此种技术目前被广泛应用于高压大功率电力电子装置触发环节，但此种技术需解决的问题在于高位触发晶闸管回路电源的隔离问题。同样我们可以采用隔离高低压的电源变压器，此种方案简单明了，但制造工艺复杂困难，当主回路电压等级为35kV以上时实现起来较困难且在高压大电流应用时存在严重的电磁干扰，给系统的稳定运行带来了安全隐患。

目前此种触发形式高位晶闸管触发电源采取的是高位耦合取能的方式但需要每只晶闸管配一只高压互感器并配合晶闸管阻容吸收回路用以取能，技术相对较复杂并存在安全隐患。

为此笔者在经过大量的实验数据为基础的情况下大胆的提出了低压电源耦合隔离取能至高位晶闸管触发回路电源端，电路如图3。

在互感器原边通过单位电流在相应电路输出处可等到需要的电源，同时可按照实际需求调整互感器的二次输出功率达到设计要求。

触发回路设计如图4、图5、图6。

工作时只需将图3获得耦合隔离电源加于图6即可。

1.4 测试及实际应用 该触发及取能方式在触发国产KP3000A/5000V时测得脉冲前沿波形如图8：（测试仪器TEKTRONIX TDX3014型示波器，fluke97示波表等）。

测试波型无杂波干扰脉冲前沿0.34us上升至5V，脉冲器前沿陡峭，峰值电流600mA，脉冲对称度小于0.5度。

目前该触发系统已经成功的被应用到高压电机软起动装置当中，实践证明该触发装置隔离可靠触发对称度高，触发功率较大能够安全稳定的运行于大功率电力电子装置阀组触发当中。

2 结语

电力电子元件的产生推动了电气设备的技术革新，当前已有单只较大功率的元件，但因生产工艺的限制在高电压大电流的电力电子装置中还需要元件的串并联使用，那么选择一种好的触发隔离技术是装置能否可靠运行的关键所在，笔者将自己的一点心得写于此，仅供参考，望斧正。

参考文献：

[1]昃萌，廖敏.故障电流限制器的晶闸管阀触发与监测系统[J].电工技术学报，2010（10）.

光电隔离技术范文第4篇

关键字 开放式；数控系统；运动控制卡；制码系统

中图分类号TP2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）101-0210-02

0引言

运动控制是根据上位数控系统发出的命令来控制电机运动的方法，在数控系统中占据重要的位置。目前，国外有关运动控制方面的技术研究已经比较成熟。

相对而言，我国在运动控制领域的研究起步较晚，在稳定性、可靠性和实用性方面都仍存在问题。开放式数控制码系统主要是在小零件上制作标记的加工过程，对速度要求高、位置要求准确。根据中国国情，为开放式数控制码系统开发一款成本低廉、功能完备稳定、效果良好的运动控制卡是十分可行和必要的。

1 开放式数控制码系统的组成

开放式数控制码系统分软件系统和硬件结构两部分。软件系统就是安装在PC主机上控制开放式数控制码机运作的程序；硬件部分主要由负责人机操作的PC电脑主机、PCI光电隔离运动控制卡、硬件驱动器和开放式数控制码机四部分组成，如图1。

如图2为给零件加工制码的整个流程，先由PC机上的开放式制码系统发出制码指令，指令通过PCI光隔卡转换成高低电平信号，硬件驱动器再将高低电平信号的电压放大，最后驱动制码机中的三个步进电机进行加工制码。

整个制码过程中，系统的运行性能及控制精度都与PCI光电隔离运动控制卡的设计息息相关。因此，开放式数控制码系统硬件结构设计的关键就是PCI光电隔离运动控制卡的改造设计 。

PCI光隔运动控制卡的主要功能是负责制码机与PC机之间的数据通信，将PC机中的输入输出信号以高低电平的方式进行传输，该卡是嵌入于PC机的主板上联合运作的。

硬件驱动器主要负责是将PCI光隔卡输出的高低电平信号放大，足以驱动制码机运转，主要包括稳压器、放大电路等。开放式数控制码机里包含三相六拍的步进电机三个，分别用来控制制码机的刀架转动、刀架上下移动和被加工零件架的转动。

2 运动控制卡

开放式数控制码系统中的运动控制卡采用了宏拓PCI-7505光隔16路输入/16路输出开关量板。

PCI-7505板主要有TTL电平输出和功率输出两种方式，输出端最大功率可驱动24V/200mA或12V/200mA负载，采用光隔离技术，实现16路开关量独立输出。PCI-7505光隔卡采用的是共地方式，不需要外接电源，由于应用光电隔离技术，各输入输出开关量相互独立，从而实现16路电压型开关量的并行输入，所以在光隔板上的光耦器件焊接上合适的限流电阻，使其输入电流维持在4mA左右，便能适应不同电压的开关量输入。

PCI-7505包括开关量输入、开关量输出、PCI-ISA总线转换桥电路和地址译码及数据锁存四大功能模块，如图3所示。光电隔离芯片采用的是电流方式工作，电流务必保持4mA左右，因此，在电流不变的前提下，改变限流电阻的阻值，便可改变开关量输入信号电压。信号值“1”表示高电压信号，信号值“0”表示低电压信号。

首先，利用PCI光电隔离卡来控制制码机运作，需要的是TTL电平输出方式，通过高低电平信号的变换来实现对步进电机的控制。

再则，现使用的制码机中是36伏的稳压电源；PC中的制码控制程序发出高电平输出信号，经PCI光隔卡输出10V电压，再进入驱动器，经放大电路放大到36V，带动制码机制码。PCI光隔卡采用TTL电平输出方式时，其输出电压为5V，要使其进入驱动器的电压达到10V，则需对PCI光电隔离运动控制卡进行改造设计。

3 运动控制卡的改造设计

3.1 实现TTL电平输出

宏拓PCI-7505光隔卡出厂时默认为功率输出方式，而我们开放式数控制码系统中需要的是TTL电平输出方式，所以首先需要将PCI光隔卡改造为TTL电平输出方式。

具体方法是将功率驱动芯片MC1416卸下，将其插座上除8，9脚之外的所有输入输出脚用短路线端短接，如图4中各脚之间的短接示意图。然后将PCI板卡上其它二块相同的功率驱动芯片，都采用图4中相同的方法短接改造。

这样改造之后，可使光隔离输出的信号直接送到XS1输出端，来实现TTL电平输出。

3.2 实现放大驱动器电压的方法

PCI-7505卡输入输出信号的传送都采用光电隔离技术，经过多次尝试和试验操作测试，可以将一个30k的上拉电阻焊接在短接的MC1416各端（除8，9脚）与外接电源端之间，通过焊接的30K上拉电阻来增大输出电阻，从而使输出电压由5V放大到10V。

经过焊接上拉电阻的方法改造之后，外接36V电压的PCI光隔卡，会产生大于1mA的电流，经改造过的PCI卡中的光偶器件可输出10V电压，再通过硬件驱动器进行放大，从而驱动开放式数控制码机运作。

4 实验结果

在开放式数控制码系统运行的一年中，零件制码加工运作完全正常，成功率达95%，速度和精度的要求都完全合格，下位机中各种故障及突发事件的发生，也能即时通过此次改造的运动控制卡将信号传递回上位机。

此次运动控制卡的改造设计，不但能很好的应用于开放式数控制码系统中，而且还大大降低了成本，实现了一个经济型的开放式数控制码系统，具有较高的实用价值。

参考文献

[1]张吉堂.现代数控原理及控制系统（第3版）[M].北京： 国防工业出版社，2009.

[2]方文超. 基于DSP的激光切割机运动控制卡的设计与实现[J].工业控制计算机. 2013.26（6）： 6-8.

光电隔离技术范文第5篇

关键词： 工业控制系统；干扰；抗干扰

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）0120046-03

随着机电一体化技术的发展，工业控制系统应用场所越来越广泛。干扰与抗干扰就像矛与盾相伴相随。在工业控制系统的工作环境中，存在大量的干扰信号，如电网的波动、强电设备的启停、高压设备和开关的电磁辐射等，当干扰信号在工控系统中产生电磁感应和干扰冲击时，往往就会扰乱系统的正常运行，从而降低系统运转的可靠性和稳定性。本文即是针对各种干扰的来源以及抗干扰措施进行分析、研究。

1 干扰的产生

1.1 干扰的定义

干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素。这些有害因素使得控制系统的信号数据发生瞬态变化，增大误差，出现假象，甚至使整个系统出现异常信号而引起故障、甚至系统崩溃。

从广义上讲，控制系统干扰因素包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、声波干扰和振动干扰等等。其中电磁干扰最为普遍，且对控制系统影响最大，最难解决。

1.2 形成干扰的三个要素

干扰形成包括三个要素：干扰源、耦合通道和接受载体。三个要素缺少任何一项干扰都不会产生。

干扰形成的路径

1.2.1 干扰源

产生干扰信号的设备被称作干扰源，如变压器、继电器、微波设备、电机、无绳电话和高压电线等都可以产生干扰信号。当然，雷电、太阳和宇宙射线等也属于干扰源。

1.2.2 传播途径

传播途径是指干扰信号的传播路径。电磁信号在空中直线传播，并具有穿透性的传播称为辐射方式传播；电磁信号借助导线传入设备的传播被称为传导方式传播。传播途径是干扰扩散和无所不在的主要原因。

1.2.3 接收电路

接收电路是指设备中对干扰信号敏感的某个部分，吸收了干扰信号，并转化为对系统造成影响的部分。接收电路的接受过程又成为耦合，耦合分为两类：通过金属导线等介质接受干扰信号的过程称之为传导耦合。干扰信号通过空间以电磁场形式耦合至接受载体的称之为辐射耦合。

根据干扰的定义可以看出，干扰信号之所以是干扰是因为它会对系统造成不良影响，反之，不能称其为干扰。从形成干扰的要素可知，消除三个要素中的任何一个，都会避免干扰。抗干扰技术就是针对干扰三个要素的研究和处理。

1.3 干扰的种类

按干扰的耦合模式分类，干扰主要包括下列四种类型。

1.3.1 电网干扰

电网是整个工业系统的命脉，理想的电网供电质量应该是电压稳定、纯正弦波、频率准确、供电不间断。但实际上由于电网中负载的变化，如继电保护系统开关的通断；大功率用电设备的起停；感抗容抗器件在电网中接入和断开等都会在正弦波上叠加高频振荡或瞬变脉冲，造成电网波形严重失真，电网电压波动。电网干扰可以引起信息设备出错、失灵、数据丢失、破坏程序。造成的损失往往是难以挽回的重大经济损失。据统计工控系统故障有80%是由电网干扰引起的。每年因电网干扰引起仪器、设备受损的例子在国内外举不胜举。对于电子工程师来说，电网干扰是最头疼的事情，尤其是工程施工现场，由于客观条件的限制电网干扰更严重。

1.3.2 辐射干扰

辐射干扰主要是由电力网络、雷电、广播电视信号、雷达、高频感应加热设备等产生的，分布极为复杂。辐射干扰与现场设备布置及与设备所产生的电磁场的大小有关，特别是与频率有关。

1.3.3 信号通道干扰

与控制系统连接的各类信号传输线除了传入各种有用的信号外，还会伴随有外部干扰信号。由信号引入的干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度的严重失真。信号干扰分为模拟信号干扰和数字信号干扰。

1.3.4 接地系统干扰

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，使控制系统无法正常工作。

2 抗干扰的措施

抗干扰技术就是了解、分析、研究干扰的产生根源、干扰的传播方式和避免扰的措施（对抗）等问题。在做系统设计时就要采取尽量避开各种干扰的方法，尽量避开干扰源。

提高工控系统抗干扰能力最理想的方法是提高接收电路的抗干扰能力，抑制干扰源，削弱干扰信号的强度，使其不向外产生干扰或尽可能将干扰信号强度影响限制在允许的范围之内。抑制干扰的措施很多，针对不同类型的干扰要采取相应的措施，同时要提高接收电路的抗干扰能力和在软件编写上采取相应对策。抗干扰技术主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等方法。

2.1 电网抗干扰措施

工业控制系统的电源都接自电网。工业现场的用电情况比较复杂，电网上经常有振荡电压的存在，经过供电线路进入电源系统，造成电源电压不稳定、波形不规则。干扰工控系统的正常运转。目前主要采取以下几种措施来尽可能减少来自电网的干扰：

2.1.1 低通滤波器

低通滤波器作用只让低频成份通过，而高于截止频率的成份则受抑制、衰减，不让其通过。在工控系统中，常用低通滤波器抑制由交流电网侵入的高频干扰。下图为电源常用的LC低通滤波器的接线图。含有瞬间高频干扰的220V电源通过截止频率为50Hz的滤波器，其高频信号被衰减，只有50Hz的工频信号通过滤波器到达电源变压器，保证正常供电。

LC低通滤波器原理图

2.1.2 隔离变压器

隔离变压器也是常用电源隔离部件，用来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰信号的强度。隔离变压器把各种模拟负载和数字信号源隔离开来，也就是把模拟地和数字地断开。传输信号通过变压器获得通路，而共模干扰由于不形成回路而被抑制。

2.1.3 电源监视线路

电源监视线路具有监视电源电压瞬时短路、瞬间降压和微秒级干扰及掉电功能，即时输出供CPU接受的复位信号及中断信号总功能。

2.2 辐射抗干扰措施

对于外来辐射抗干扰措施主要是屏蔽和正确的接地（见2.3.3）。屏蔽是利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。屏蔽主要用于空间外来干扰信号的抑制。实际应用中须注意以下几点：

1） 消除静电干扰最简单办法是把感应体接地，接地时要防止形成接地环路。

2）为了防止电磁场干扰，使用带屏蔽层的信号线，要将屏蔽层单端接地。

3）不要把导线的屏蔽层当作信号线或公用线使用。

4）避免在电源电路和检测、控制电路之间使用公共线。

5）避免在模拟电路和数字电路之间使用公共线。

2.3 信号通道抗干扰措施

2.3.1 隔离措施

1）光电隔离

光电隔离是以光作媒介在隔离的两端间进行信号传输的，所用的器件是光电耦合器。光电耦合器在传输信息时，借助于光作为媒介物进行耦合。

光电隔离原理图

光电隔离具有以下几方面的特点：

① 光电耦合器的输入阻抗很小，一般为100Ω～1kΩ之间，而干扰源内阻则很大，通常为105～108Ω，因此能分压到光电耦合器输入端的噪声很小。② 干扰噪声虽有较大的电压幅度，但能量小，只能形成微弱电流，而光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作的，即使有很高电压幅值的干扰，由于不能提供足够的电流而被吸收。③ 光电耦合器是在密封条件下实现输入回路和输出回路的光耦合，不会受到外界光线的干扰。④ 输入回路和输出回路之间分布电容极小，一般为0.5～2pF之间，而且绝缘电阻很大，通常为1011～1012Ω，因此回路一边的干扰很难通过光电耦合器馈送到另一边去。

2）变压器隔离

隔离变压器也是常用的隔离部件，用来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰信号的强度。

3）继电器隔离

继电器线圈和触点仅在机械上形成联系，而没有直接的电的联系。继电器线圈接受控制信号，利用其触点控制和传输电信号，从而实现强电和弱电的隔离，使得高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。同时，继电器触点较多，触点能承受较大的负载电流，应用非常广泛。

实际使用中，继电器隔离适合开关量信号的传输。系统控制中，常用弱电开关信号控制继电器线圈，使继电器触电闭合和断开。而对应于线圈的触点，则用于传递强电回路的某些控制信号。隔离用的继电器，主要是一般小型电磁继电器或干簧继电器.

2.3.2 传输线防干扰措施

1）传输线要尽可能短。

2）信号线与电源线分开配线，电源线放在有屏蔽的金属管内。

3）带屏蔽层的信号线，要将屏蔽层单端接地。

4）在保证性能的前提下，把并行传输改成串行传输。

5）TTL电路负抗干扰能力比正抗干扰能力强，尽量用负脉冲或负电位传输等。

2.3.3 合理的接地措施

将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（大地）实现低阻抗的连接，称之谓接地。接地的目的有两个：一、安全。二、给系统提供一个基准电位。接地抗干扰技术主要是消除公共地线阻抗所产生的共阻抗耦合干扰，避免受磁场和电位差的影响，防止形成地环电流电路与其他电路产生耦合干扰。

1）见的接地方式有如下几种：① 悬浮接地 系统的工作地线与参考大地及其他导体之间没有导体连接，即设备悬浮，以悬浮的“地”作为系统的参考电位。这样可以提供良好的电器隔离，但是容易产生静电积累。② 单点接地 系统中的电路以一点作为参考，把这个单一的点连接至设备的接地系统。低频时可以避免各个单元的地阻抗干扰，但高频时，易造成单元间的相互干扰。③ 多点接地 所有电路的地线都是就近接地，以降低地线的阻抗，多适用于高频电路。多点接地比单点接地简单，但是由于接地点增加会导致设备可靠性降低。④ 混合接地 是指接地形式同时包括单点接地和多点接地形式。

2）设计接地电路和地线时遵循以下几点原则：① 交流地、直流地、模拟地、数字地必须要分开接地。② 地线应尽量粗，如果地线很细，接地电阻就会很大，信号电平不稳，降低电路的抗干扰能力。③ 工业控制系统主机和外部设备金属屏蔽直接接地。④ 根据需要选择合适阻值的接地电阻。⑤ 采用接地扼流圈的方法，防止地电流和高频电流干扰。⑥ 根据工作频率的大小，确定合适的接地形式。工作频率小于1MHZ时使用单点接地。大于10MHZ时选择多点接地形式。

2.4 软件抗干扰设计

工业控制系统在恶劣环境中工作时，干扰源不仅会影响到硬件系统的正常工作，还常常使系统的软件运行发生混乱。因此系统的抗干扰问题不能完全靠硬件去解决，软件的抗干扰设计也是一项重要措施。系统受到干扰时，可能使单片机内部特殊功能寄存器（SFR）值改变，使程序状态混乱；如果改变的是程序指针PC值，则会使程序进入死循环或将数据区中的数据破坏。如果是被测信号受到干扰，则会造成测量值失真。对于程序运行失常的软件，对策是及时发现，及时引导程序指针指向正确位置，或系统复位重新开始运行。通常采用如下措施：

2.4.1 软件滤波

用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号的方法，称为软件滤波。识别信号的原则有三种：

1）时间原则。分析、掌握有用信号和干扰信号在时间上出现的规律性。

2）空间原则。从不同位置、用不同检测方法、经不同路线或不同I/O口对接收到的同一信号进行比较，根据既定逻辑关系来判断真伪，滤掉干扰信号。

3）属性原则。有用信号往往是在一定幅值或频率范围的信号，当接收的信号远离该信号区时，可通过软件识别予以剔除。

软件滤波的方法主要有限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、滑动平均滤波法、限幅平均滤波法、消抖滤波法、数字滤波器等。

2.4.2 软件“陷阱”

当程序进入非程序区，只要在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，然后强迫程序回到初始状态。如单片机的RST指令对应字节码为0FFH，如果在不用的程序存储区预先写入0FFH，则当程序因干扰而“飞”到该区域执行代码时，就相当于执行了一条RST指令，从而达到系统复位的目的。实际上，新的EPROM芯片在没写入任何内容前，各字节内容均为0FFH。

2.4.3 看门狗技术

看门狗技术（watchdog timer）是一种程序监视技术，防止程序由于干扰等原因而进入死循环。它不断监测程序循环运行的时间，若发现程序运行时间超过最大循环运行时间就认为系统陷入死循环，然后强迫程序返回到已安排了出错处理程序的入口地址，使系统回到主程序或程序入口正常运行。看门狗技术可以通过硬件或者软件两种方式实现。

1）硬件看门狗是个特殊定时器，来监控主程序的运行。也就是说在主程序的运行过程中，程序在一定时间范围内对定时器清零。如果出现死循环，或者说PC指针不能回来，那么定时时间到后看门狗定时器就会溢出，产生复位信号使单片机复位。常用硬件看门狗芯片如MAX691、MAX6316LUK29CY-T、TPS3823、MAX813L、W78E51B、X25045、X5043/X5045等。下图为常用硬件看门狗电路设计图。上图为常用硬件看门狗电路设计图。

2）软件看门狗与硬件看门狗原理上差不多，只不过是采用软件的方法实现这个功能。利用单片机片内定时器的计数器单元作为看门狗，在单片机程序中适当地插入“喂狗”指令，当程序运行出现异常或进入死循环时，利用软件将程序计数器PC赋予初始值，强制程序重新开始运行。

以MCS-51系列单片机为例，晶振频率为12MHz，定时器T0工作在方式1，根据定时时间ams，设定定时器T0的初值应设为TH0=0xxH、TL0=0yyH，下面为软件门狗常用汇编语言程序：

3 总结

工业控制系统的工作环境恶劣，存在各种各样的干扰。进行系统设计时，必须对环境做全面的分析，确定干扰的来源、性质。采取相应的措施和方法来加以解决，设计者应综合考虑系统资源、经济性、可靠性等多方面因素，合理制定工业控制系统方案，提高系统的性能价格比，保证工业控制系统能够长期稳定运行。

参考文献：

[1]何立民，《单片机应用技术选编》，北京航空航天大学出版社，1993.12.