可靠性和抗干擾技術(shù)研究

倪華偉　安烏云

【摘 要】本文研究了可靠性和抗干擾技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】可靠性；抗干擾技術(shù)

許多控制系統(tǒng)，如pLC、單片機(jī)等，其編程簡單、可靠性高、通用性好、功能強(qiáng)等，而且越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。由于直接用于工業(yè)控制中，要把它設(shè)計(jì)成能在各種環(huán)境條件下可靠的工作，并且每個(gè)控制環(huán)節(jié)都有自己的技術(shù)條件。盡管如此，在現(xiàn)場環(huán)境過于惡劣，如溫度過高、濕度過大、震動(dòng)和沖擊太強(qiáng)，以及電磁干擾嚴(yán)重或安裝使用不當(dāng)?shù)?，都?huì)直接影響設(shè)備的正常、安全、可靠的運(yùn)行。因此，分析研究系統(tǒng)可靠性和抗干擾技術(shù)是十分必要的。

1.系統(tǒng)應(yīng)用中的可靠性分析設(shè)計(jì)

1.1環(huán)境技術(shù)條件分析設(shè)計(jì)

環(huán)境對系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在溫度、濕度、振動(dòng)和沖擊的影響。過高的溫度，會(huì)使集成電路、晶體管半導(dǎo)體器件性能惡化，壽命降低，電容器件漏電流增大，模擬電路的工作點(diǎn)偏移等。溫度過低，可能會(huì)引起控制系統(tǒng)動(dòng)作不正常，特別是溫度的急劇變化，由于電廣器件熱脹冷縮，更容易引起器件的特性變壞。溫度過大的環(huán)境中，水分容易通過模塊上的集成電路的金屬表面缺陷浸入內(nèi)部，印刷板可能由于高壓或高溫使電路引起短路；極干燥的環(huán)境下，絕緣物體上可能帶靜電，特別是MOS集成電路，由于靜電感應(yīng)強(qiáng)而損壞。一般系統(tǒng)能承受的振動(dòng)和沖擊頻率為10-55Hz，振幅為0.5mm，超過這個(gè)極限，可能會(huì)引起電磁閥或斷路器誤動(dòng)作，機(jī)械結(jié)構(gòu)松動(dòng)，電氣部件疲勞損壞以及連接器的接觸不良等后果。針對卜述問題，必須對具體應(yīng)用場合采用相應(yīng)的改善環(huán)境的措施。

（1）控制系統(tǒng)的環(huán)境溫度極限超過55℃時(shí)，盤、柜內(nèi)必須設(shè)置風(fēng)扇或冷風(fēng)機(jī)，通過濾波器把自然風(fēng)引入。有條件的還可把控制系統(tǒng)置于空調(diào)室內(nèi)，防止陽光直射，同時(shí)在安裝如電阻器或電磁接觸器等發(fā)熱元件時(shí)，要遠(yuǎn)離控制器或把控制器安裝在下面。為了保證可靠性，環(huán)境溫度最好控制在30℃以下，即留有三分之一的富余量；對于溫度過低，盤、柜內(nèi)可設(shè)置加熱器，控制溫度保持在所要求的范圍之內(nèi)。

（2）若環(huán)境的濕度過大，盤、柜設(shè)計(jì)成密封型，并放入吸濕劑，或把外部干燥空氣引入柜內(nèi)，印刷板上最好再覆蓋一層保護(hù)層，如噴松香水等，在濕度低即干燥的場臺進(jìn)行檢修時(shí)，人體盡量個(gè)接觸集成電路塊的電子元件，以防感應(yīng)電損壞器件。

（3）在有振動(dòng)和沖擊時(shí)，如果來自盤、柜之外，可采用、防振橡皮或遠(yuǎn)離振源的地方。如果振動(dòng)來自盤、柜內(nèi)，則拖產(chǎn)生振動(dòng)的設(shè)備移㈩單獨(dú)設(shè)置。同時(shí)強(qiáng)固控制器或I/O模塊及印刷板等可產(chǎn)生松動(dòng)的器件。

1.2供電系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)

供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響控制系統(tǒng)的可靠性，因此在設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)時(shí)考慮到電源系統(tǒng)的干擾能力以及供電方式的要求，通常最好用下列幾種設(shè)計(jì)方案。

1.2.1使用隔離變壓器的供電系統(tǒng)

為使用隔離變壓器的供電系統(tǒng)圖，控制器和I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電路電源分開。這樣當(dāng)某一部分電源出了故障時(shí)，而不會(huì)影響其它部分，如輸入、輸出供電中斷時(shí)控制器仍能繼續(xù)供電。提高了供電的可靠性。

1.2.2使用UPS供電系統(tǒng)

不間斷電源UPS是電子計(jì)算機(jī)的有效保護(hù)裝置，當(dāng)輸入交流電失電時(shí)，UPS能自動(dòng)切換到輸出狀態(tài)繼續(xù)向控制器供電，是UPS的供電系統(tǒng)圖，根據(jù)UPS的容量在交流電失電后可繼續(xù)向控制器供屯10～30min。因此對于非長時(shí)間停電的系統(tǒng)其效果更加顯著。

1.2.3雙路供電系統(tǒng)

為了提高供電系統(tǒng)的可靠性，交流供電最好采用雙路，其電源就分類來自兩個(gè)不同的變電站。當(dāng)一路出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切換到另一路供電。是雙路供電系統(tǒng)圖。KV為欠電壓繼電器，若先合A開關(guān)，KV-A線圈得電，鐵芯吸合，其常閉觸點(diǎn)斷開B路，這樣完成A路供電控制。然后合上B開關(guān)，而B路此時(shí)處于備用狀態(tài)。當(dāng)A路電壓降低到整定值時(shí)，KV—A欠壓繼電器鐵芯釋放，其觸點(diǎn)復(fù)位，則B路開始供電，以此同時(shí)KV-B線圈得電，鐵芯吸合，其常閉觸點(diǎn)KV-B斷開入路，完成A路到B路的切換。

2.系統(tǒng)應(yīng)用中的抗干擾技術(shù)

2.1電源抗干擾技術(shù)

一般機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)包括弱電系統(tǒng)和強(qiáng)電系統(tǒng)。為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，常采用強(qiáng)電與弱電、交流和直流等部分的相互隔離措施。隔離的方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等。使用隔離變壓器將電網(wǎng)與控制器側(cè)供電有效的隔離，為了改善抗干擾性能，使用隔離變壓器將屏蔽層良好接地，并且兩側(cè)連線使用雙絞線，以減輕電源線間的干擾.對于有條件的還可以接濾波器，干擾信號經(jīng)濾波器和隔離變壓器兩者的連接方式。

2.2大容量負(fù)載抗干擾技術(shù)

通常交流接觸器的觸點(diǎn)在通斷大容量負(fù)載電路時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧干擾，因此可在主觸點(diǎn)兩端連接C、R浪涌吸收器，若電動(dòng)機(jī)或變壓器開關(guān)干擾時(shí)，可在線間采用C、R浪涌吸收器。

3.外部配線抗干擾技術(shù)

3.1輸入、輸出信號線的配置

為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出信號應(yīng)分別使用各自的電纜，如果在30m以上長距離配線時(shí)，輸入信號與輸出信號線也應(yīng)分別使用各自的電纜，對于集成電路或晶體管設(shè)備的輸入、輸出信號線，必須使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)懸空，而在控制器側(cè)接地，其處理方式。另外輸入、輸出信號線與大電流的動(dòng)力線要分開配線，以防相互之間的干擾。

3.2輸入、輸出信號線配線距離要求

在30m以下的短距離配線時(shí)，直流和交流輸入、輸出信號線最好不要使用伺一電纜，如走同一配線管時(shí)，輸入信號線要使用屏蔽電纜，30～300m為中距離配線時(shí)，直流和交流輸入、輸出信號線必須分別使用各自的電纜，并且輸入信號線一定要用屏蔽線；300m以上長距離配線州，可使用遠(yuǎn)程I/0通道。

4.裝置的接地

良好的接地是保證控制系統(tǒng)可靠工作的重要條件之一，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地線與機(jī)器的接地端相聯(lián)，基本單元必須接地，如果選用擴(kuò)展單元，其接地點(diǎn)與基本單元接地點(diǎn)接在一起。為了抑制附加布電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給系統(tǒng)接以專用地線，接地線與動(dòng)力設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)）的接地點(diǎn)分開，若達(dá)小到此要求，則可與其它設(shè)備公共接地，嚴(yán)禁與其它設(shè)備串聯(lián)接地。

5.結(jié)語

控制系統(tǒng)工作的可靠性，提高其抗干擾能力，是確?？刂葡到y(tǒng)可以長期、穩(wěn)定、可靠工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此在實(shí)際應(yīng)用中，針對各種控制系統(tǒng)的技術(shù)條件、被控負(fù)載的性質(zhì)和現(xiàn)場環(huán)境，要充分考慮到各種因素的影響，并在設(shè)計(jì)中采取一定的技術(shù)措施，使控制系統(tǒng)的硬件條件滿足其要求，并達(dá)到一個(gè)較理想的工作狀態(tài)。