CN1916817A - 一种基于pc平台工控机的浮地抗干扰方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工控机系统中抗干扰的方法，具体地说是一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰方法及其设备。本发明中最为关键的技术在于：采用一些技术的结合，使系统浮地，即系统参考地和壳地在产品内无公共连接点，而计算机的机箱壳体与大地可靠连接，从而达到抗干扰的效果。实施该发明后，将该浮地计算机系统应用到干扰很大的场合，即使地线上耦合有大电压的情况下，该系统也不会受到干扰而可以正常的工作；更不存在烧毁控制系统的危害。故使用浮地的计算机系统使用的广泛性更大，用户受干扰的忧虑更少。

Description

一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰方法及其设备
[技术领域]
本发明涉及一种工控机系统中抗干扰的方法，具体地说是一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰方法及其设备。
[背景技术]
PC(个人计算机)因主要面向办公室个人使用的工作环境，为降低成本等因素考虑，在初始设计时就将信号地和机壳地设计成全连通的标准，但在某些恶劣工业环境(如强烈干扰)的情况下，这种设计标准有时不能适应现场的需要，可能会造成某些严重后果(如烧毁系统)。故设计时，需对其系统进行改良，特别是针对抗干扰的设计。
现有的计算机系统，其抗干扰技术着重在于研究电子电路的抗干扰技术，如：总线的抗干扰技术、软件的抗干扰技术(如Watch dog timer、输入输出软件检测、软件容错等)、系统中各个分系统的位置安排即布线、系统的防辐射措施、存储器噪声的抑制、抵抗电源瞬时变动对系统的干扰、以及系统接地等。由以上这些措施实施于普通的场合，只要制造工艺、元器件等方面能得到进一步的保证，质量措施得当，这样的计算机系统，在普通的应用场合应该是较稳定的一个系统。
但是，上述的系统中，有一个缺陷在于，现在的计算机功能接地和保护接地，电源地是路路通的，即功能接地在多点与箱体相连，而箱体和电源的地线、接地点之间按目前的计算机规范是一定要符合GB4943-2001(信息技术设备的安全)，其基本要求就是这样的控制系统接地连续性要求各个接地点之间的电阻不能超过0.1Ω，这样的系统设计是为了让控制器更好的接地，防止干扰尤其是工频干扰，也为了操作者不受耦合电压、漏电流的危害。在一般的应用场合，大地是一个大电容，能很好的旁路掉很多干扰能量尤其是工频干扰。但是在某些场合，大地局部能耦合较高的电压，而功能接地和大地之间是连通的，这个时候，非常容易烧毁控制系统，因为控制系统的控制电压较低。
而基于PC平台工业控制计算机主要被应用于工业现场环境，因此改变其原本设计标准，将其改造为浮地的形式增强抗干扰的能力，是很有必要的。
[发明内容]
本发明的目的在于克服了现有技术的不足，采用多种技术相结合，提供了一种抗干扰效果好的基于PC平台的工业控制计算机的浮地抗干扰设备。
本发明的另一个目的在于提供一种基于PC平台工业控制计算机的浮地抗干扰方法。
本发明采用以下技术方法实现：
一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰方法，至少包括以下步骤中一项：(1)设计一款机箱，使系统和机箱模块化，易于实现系统地和机箱的电气隔离且采用一种隔离材料将系统地和机箱隔离；
(2)设计一款开关电源，其二次电源参考地和电源输入地、壳体之间不连通；
(3)设计一种静电泄放和防止地线电压突变电路，所述电路能吸收系统积累的静电且能防止外部电压的突变引起控制器地线电压的突变。
上述三种技术手段可以单独适用，也可以结合使用。结合使用所能达到的技术效果更为理想。
本发明中最为关键的技术在于：采用一些技术的结合，使系统浮地，即系统参考地和壳地在产品内无公共连接点，而计算机的机箱壳体与大地可靠连接，从而达到抗干扰的效果。另外，本发明在实现抗干扰效果的同时还必须使新设计的计算机系统达到相关的国家标准。
上述方法所针对的对象，包含目前计算机系统中所有的软硬件设备，包括本发明专利的技术包含目前计算机所有的软硬件设备，包括机箱、电源、主板、CPU、内存、硬盘、光驱、软驱、显示卡、显示器等，也包含上述设备所涉及的相关抗干扰性设计，如背景技术中所提到的电子电路抗干扰设计、机器的安全性设计、软件抗干扰性设计等。
一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰的设备，包括机箱、开关电源、计算机电子系统等，所述的机箱1的一端联结开关电源2的一端，开关电源2的另一端通过电容10联结计算机电子系统3的一端，计算机电子系统3的另一端联结静电泄放和防止系统地电压突变电路4的一端，静电泄放和防止系统地电压突变电路4的另一端联结开关电源2。
所述的机箱1和计算机电子系统2是模块化的，这样易于实现系统地和机箱的电气隔离。另外，为了达到更好的隔离效果，两者之间还可以通过隔离板13相互隔离。
所述的隔离板是由环氧树脂板，也可以是其它材料的。
所述的开关电源2的内部设有电容10，以达到抗干扰的目的。开关电源在此属于现有技术，故不再进一步给出开关电源的原理图，将此隔离地线技术应用于计算机的开关电源之中，将有利于机器的抗干扰。而在现有技术中，功能地有的地方称为热地，保护地有的地方将它称为冷地。
静电泄放和防止系统地电压突变电路4的设计又是本发明的一个重点，所述电路能吸收系统积累的静电且能防止外部电压的突变引起控制器地线电压的突变。所述的电路是由大功率电阻11和高压电容12组成，大功率电阻11的一端联结高压电容12的一端。大功率电阻一般选取1w以上电阻，而高压电容选用耐压等级为1000V，避免使用油浸电容。
实施该发明后，将该浮地计算机系统应用到干扰很大的场合，即使地线上耦合有大电压的情况下，该系统也不会受到干扰而可以正常的工作；更不存在烧毁控制系统的危害。故使用浮地的计算机系统使用的广泛性更大，用户受干扰的忧虑更少。
[附图说明]
图1为本发明的示意图；
图2为本发明所述机箱的结构示意图；
图3为本发明所述开关电源的电原理图；
图4为本发明所述静电泄放和防止系统地电压突变电路的电原理图。
参见图1，2，3，4。1为机箱，2为开关电源，3为计算机电子系统，4为静电泄放和防止系统地电压突变电路，5为外机箱壳体，6为开关电源，7为内系统支撑平台，8为后面板出线口，9为磁盘架，10为电容，11为大功率的电阻，12为高压电容，13为隔离板。
[具体实施方式]
参见图2。以下结合附图对本发明做进一步的描述：
如图2所示：按计算机的箱体功能要求设计计算机的支撑箱体，具体细节不在此处描述，此时着重描述浮地计算机的箱体设计的特殊之处。将外机箱壳体5、开关电源6以及磁盘架9的接触电阻设计为小于0.1Ω，并在外机箱壳体5上面设置单独的接地点。内系统支撑平台7、后面板出线口8之间的接触电阻设计为小于0.1Ω，具体实施时可采用粗的屏蔽导线连接于内系统支撑平台7、后面板出线口8之间。在设计计算机的箱体时，在外机箱壳体5、内系统支撑平台7之间，外机箱壳体5、后面板出线口8之间采用环氧树脂板进行隔离，使内系统支撑平台7、后面板出线口8与外机箱壳体5浮空。对于本技术领域内的技术人员，按照以上描述可以实现本发明创造。
浮地计算机所采用的开关电源的冷地和热地之间采用如图3所示的电路，其他的设计按照开关电源的原理进行设计，这里不再具体描述。所示的电容10要能够耐足够的电压，容量以能够泄放高频干扰为度，一般采用Y电容。由于冷地和热地的隔离设计，要求期间选择上要考虑足够的耐压。一般以3000V交流耐压为设计基准。
在内系统支撑平台7、后面板出线口8和外机箱壳体5、开关电源6、磁盘架9结构之间，连接如图四所示的电路，目的是泄放内部静电，防止机箱地线的电压突变影响系统地的电压突变。在具体实施过程中，考虑到GB17618和GB17626的规定的不同，电路的电容容量作几种可调整规格。用跳线开关作规格选择。
本发明所述的抗干扰的着重点是隔离地环流。经测试，本发明能承受的隔离电压为1000VDC。

Claims (8)

1、一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰方法，其特征在于至少包括以下步骤中一项：(1)设计一款机箱，使系统和机箱模块化，易于实现系统地和机箱的电气隔离，且采用隔离材料将系统地和机箱隔离；(2)设计一款开关电源，其二次电源参考地和电源输入地、壳体之间不连通；(3)设计一种静电泄放和防止地线电压突变电路，所述电路能吸收系统积累的静电且能防止外部电压的突变引起控制器地线电压的突变。
2、一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰的设备，包括机箱、开关电源、计算机电子系统，其特征在于所述的机箱(1)的一端联结开关电源(2)的一端，开关电源(2)的另一端通过电容(10)联结计算机电子系统(3)的一端，计算机电子系统(3)的另一端联结静电泄放和防止系统地电压突变电路(4)的一端，静电泄放和防止系统地电压突变电路(4)的另一端联结开关电源(2)。
3、根据权利要求2所述的一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰的设备，其特在于所述的机箱(1)和计算机电子系统(2)是模块化的，且两者之间通过隔离板(13)相互隔离。
4、根据权利要求3所述的一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰的设备，其特在于所述的隔离板所采用的材料为环氧树脂板。
5、根据权利要求2所述的一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰的设备，其特在于所述的开关电源(2)的内部设有电容(10)。
6、根据权利要求2所述的一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰的设备，其特在于静电泄放和防止系统地电压突变电路由电阻(11)和电容(12)组成，电阻(11)的一端联结电容(12)的一端。
7、根据权利要求6所述的一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰的设备，其特在于所述电阻为功率为1w以上电阻。
8、根据权利要求6所述的一种基于PC平台工控机的浮地抗干扰的设备，其特在于所述电容的耐压等级为1000V。
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