經(jīng)編機(jī)電氣控制系統(tǒng)抗干擾研究

胡玉汞

(三明職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建三明365001)

經(jīng)編機(jī)電氣控制系統(tǒng)抗干擾研究

胡玉汞

(三明職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建三明365001)

根據(jù)經(jīng)編機(jī)的工作特殊性和干擾的多樣性,文章主要從電氣角度多方位提出了一些相應(yīng)的抗干擾措施。從而可以較好地提高經(jīng)編機(jī)的整體抗干擾能力,使系統(tǒng)具有高可靠性,能滿足高檔經(jīng)編機(jī)的控制要求。

經(jīng)編機(jī);電氣控制系統(tǒng);抗干擾

1 引言

隨著微機(jī)控制技術(shù)和機(jī)電一體化的水平不斷提高,為了提高產(chǎn)品的市場競爭力,國內(nèi)許多廠商以微型計(jì)算機(jī)或嵌入式控制微處理器芯片(如單片機(jī)、DSP、ARM)為核心對經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造,用電子橫移系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的花紋鏈條式機(jī)械橫移機(jī)構(gòu);用電子送經(jīng)系統(tǒng)取代機(jī)械送經(jīng)機(jī)構(gòu)。改進(jìn)后的經(jīng)編機(jī)具有花型變化柔性好,可以根據(jù)市場的需求隨時調(diào)整編輯花型,提升了產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次,它代表了現(xiàn)代高速經(jīng)編機(jī)的發(fā)展方向[1]。但改造后的電氣控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定與否,將直接影響經(jīng)編機(jī)的整體質(zhì)量,一次隨機(jī)的干擾可能會影響一批產(chǎn)品的質(zhì)量。電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能逐漸成為影響經(jīng)編機(jī)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素,而干擾是影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要原因,要提高控制系統(tǒng)可靠性必須在工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中合理運(yùn)用抗干擾技術(shù),有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能,使系統(tǒng)高穩(wěn)定性、高可靠性、高效率運(yùn)行。

2 經(jīng)編機(jī)干擾因素分析

電磁干擾的形成是由電磁干擾源、傳播途徑和敏感設(shè)備三個因素組成。為分析方便,可根據(jù)干擾源和干擾傳播路徑的不同,將對經(jīng)編機(jī)的干擾分為兩大類：一是系統(tǒng)外部的干擾,二是系統(tǒng)內(nèi)部的相互干擾。其中,系統(tǒng)外部的干擾主要包括兩種：一種是配電柜內(nèi)其它的強(qiáng)電信號,可通過電源線傳輸或空間電磁耦合等方式干擾經(jīng)編機(jī);二是外部環(huán)境,如大電弧電流產(chǎn)生的劇變強(qiáng)電磁場、強(qiáng)大的交變電磁場、大功率的變頻器以及雷電等,這些干擾的傳播路徑主要是空間電磁耦合[2]。系統(tǒng)內(nèi)部的相互干擾主要由電磁式電器(電磁鐵、接觸器、繼電器、開關(guān)等)裝置內(nèi)部的器件引起,可通過過程通道干擾(如輸入、輸出端口)、供電系統(tǒng)干擾(如電源線)和空間干擾的方式進(jìn)入經(jīng)編機(jī)控制模塊。

為了保證經(jīng)編機(jī)能夠長時間穩(wěn)定可靠地運(yùn)行在最佳工作狀態(tài),必須根據(jù)上述電磁干擾產(chǎn)生的來源及特征,針對性地采取行之有效的措施進(jìn)行抑制,將其對整個系統(tǒng)的影響程度降到最低。

3 電氣控制系統(tǒng)抗干擾措施設(shè)計(jì)

經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程,從控制器的選擇到工程設(shè)計(jì)、安裝施工和運(yùn)行維護(hù)中予以全面考慮,并結(jié)合具體情況進(jìn)行綜合設(shè)計(jì),才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運(yùn)行可靠性。

為了保證經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少干擾,必須從設(shè)計(jì)階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源;切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑;提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。這三點(diǎn)就是抑制電磁干擾的基本原則。

3.1 抑制電網(wǎng)引入的干擾

經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)中,電源占有極其重要的地位。電網(wǎng)干擾串入控制系統(tǒng)主要通過系統(tǒng)的供電電源、變送器供電電源和與控制系統(tǒng)具有直接電氣連接的外圍設(shè)備供電電源等耦合進(jìn)入的?，F(xiàn)在對于控制器供電的電源,一般都采用隔離性能較好的電源,而對于變送器供電電源以及和控制系統(tǒng)有直接電氣連接的外圍設(shè)備供電電源,主要是使用的隔離變壓器,其分布參數(shù)大,抑制干擾能力差,經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以,對于變送器和外圍設(shè)備供電電源應(yīng)選擇分布電容小、抑制干擾能力強(qiáng)的配電器,以減少經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)的干擾,應(yīng)采用的方法是既使用濾波器,同時又使用隔離變壓器。如圖1所示。必須注意,使用時應(yīng)把濾波器接入電源,然后再使用隔離變壓器。

圖1 連接方法

為了使交流濾波器運(yùn)行在最佳工作點(diǎn),達(dá)到最合理的阻抗匹配,其參數(shù)的選擇往往與負(fù)載大小有關(guān);因此,在現(xiàn)場選配一組最佳的交流濾波器參數(shù),削弱干擾的效果會更好。

3.2 抑制電磁式電器引入的干擾

電磁式電器主要有電磁鐵、繼電器、接觸器、驅(qū)動電機(jī)。

3.2.1 首先應(yīng)盡量將控制電路和電磁式電器電路分置在兩塊獨(dú)立電路板上,并保持一定距離,甚至在可能的情況下,還可以在電磁式低壓電器外面增加屏蔽罩并接地,效果會更好。

3.2.2 經(jīng)編機(jī)中的電磁鐵或控制繼電器通常由三極管驅(qū)動控制,連接如圖2所示。由于線圈是感性元件,開關(guān)過程中其內(nèi)部儲能的變化會伴隨著產(chǎn)生電磁干擾和感應(yīng)電動勢,從而會威脅到線圈驅(qū)動電路的安全。為此,一般在線圈兩端反向并聯(lián)一個開關(guān)類續(xù)流二極管,如圖2中V2所示,為感應(yīng)電勢的泄放提供通道。

圖2 續(xù)流二極管連接

當(dāng)控制繼電器觸點(diǎn)連接一定的負(fù)載后,其開合過程會產(chǎn)生拉弧打火現(xiàn)象,這實(shí)際上也是一種能量的釋放形式,也會引起電磁干擾,為此,可在觸點(diǎn)兩端并聯(lián)1個由電阻電容串接的RC滅弧器,吸收觸點(diǎn)產(chǎn)生的尖峰干擾,如圖3所示。

圖3 RC滅弧器連接

除了采取上述必須的措施減小電磁鐵動作產(chǎn)生的強(qiáng)干擾外,還可以將控制信號進(jìn)行光電隔離,進(jìn)一步減小電路中的串?dāng)_。

3.3 完善接地系統(tǒng)

完善的接地系統(tǒng)是經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地有浮地、直接接地和電容接地三種方式。對經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)而言,它屬高速低電平控制裝置,應(yīng)采用直接接地方式。

經(jīng)編機(jī)電氣控制系統(tǒng)主板安裝在一個機(jī)箱內(nèi),機(jī)殼為導(dǎo)體,起到電磁屏蔽的效果,但屏蔽層必須連到大地,為干擾信號提供一個泄放通道。電氣控制柜內(nèi)布線要合理,強(qiáng)電和弱電盡量分開走線,同類信號導(dǎo)線盡量對稱鋪設(shè),并在末端就近連接導(dǎo)線的屏蔽層。在連接電磁鐵地線時必須保證可靠,建議就近用螺釘攻絲固定,并且要防止機(jī)器非導(dǎo)電性物質(zhì)對地線接地效果的影響。整臺經(jīng)編機(jī)最終必須連大地,并且保證接地電阻滿足有關(guān)規(guī)定。建議盡量采用短而粗的導(dǎo)線,使導(dǎo)線電阻足夠小,接地極的接地電阻要小于兩歐姆,接地極最好埋在距建筑物十米以上,而且經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)接地點(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)相距十米以上,這對操作的安全性和抗干擾性都有很大的提高。

3.4 采用軟件抗干擾措施

由于電磁干擾的復(fù)雜性,要完全消除干擾影響是不可能的,因此在經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)時,還應(yīng)在軟件方面進(jìn)行抗干擾處理,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。可用的一些提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性的措施包括：數(shù)字濾波和工頻整形采樣,可有效消除周期性干擾;定時校正參考點(diǎn)電位,并采用動態(tài)零點(diǎn),可防止電位漂移;采用信息冗余技術(shù),設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件標(biāo)志位;采用間接跳轉(zhuǎn),設(shè)置軟件保護(hù)及軟硬件結(jié)合的看門狗技術(shù)等。

4 結(jié)束語

經(jīng)編機(jī)現(xiàn)場電磁環(huán)境惡劣,在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素,合理有效地抑制干擾,提高整個設(shè)備可靠性。根據(jù)經(jīng)編機(jī)自身所具有的工作特殊性和干擾的多樣性,本文主要從電氣角度多方位提出了一些相應(yīng)的抗干擾措施。通過基于DSP拉舍爾經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)和改造,可以較好地提高經(jīng)編機(jī)的整體抗干擾能力,應(yīng)用情況表明：該系統(tǒng)實(shí)時性好、響應(yīng)快,并具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能,可靠性和工作效率高、能滿足高檔經(jīng)編機(jī)的控制要求。

[1]蔣高明.現(xiàn)代經(jīng)編工藝與設(shè)備[M].北京：中國紡織出版社,2004.

[2]王幸之,王雷,鐘愛琴,等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電磁干擾與抗干擾技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2006.

Research on Anti-interference for Electrical Control System of Warp Knitting Machine

Hu Yugong
(Sanming Vocational&Technical College,Sanming 365001,China)

Based on the particularity and diversity of work interference of warp knitting machine,some anti-interference measures were presented multilaterally from the electrical aspect.The overall anti-interference capacity of warp knitting machine was improved to make the system highly reliable to meet the control requirement of top grade warp knitting machine.

warp knitting machine;electrical control system;anti-interference

TP273

：A

：1009-3028(2011)02-0030-03

2011-02-14

胡玉汞(1966—),男,福建三明人,副教授。