試論帶微機(jī)的機(jī)械電氣控制裝置的抗干擾

【摘 要】機(jī)械加工中，微機(jī)做為機(jī)械電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的核心被越來越廣泛的采用，如數(shù)控機(jī)床、各類程控加工生產(chǎn)線、自動(dòng)檢測(cè)儀、電氣傳動(dòng)控制設(shè)備的改造等。隨著電子元器件、微機(jī)硬件可靠性的提高，干擾問題是微機(jī)控制系統(tǒng)的最大問題，可以說此問題解決不當(dāng)，對(duì)電子技術(shù)應(yīng)用的推廣有一定的影響，本文針對(duì)微機(jī)控制系統(tǒng)中的干擾問題作出分析，并提出相關(guān)措施。

【關(guān)鍵詞】微機(jī) 電氣 控制

在當(dāng)今機(jī)械加工中，微機(jī)做為機(jī)械電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的核心被越來越廣泛的采用，如數(shù)控機(jī)床、各類程控加工生產(chǎn)線、自動(dòng)檢測(cè)儀、電氣傳動(dòng)控制設(shè)備的改造等。隨著電子元器件、微機(jī)硬件可靠性的提高，在微機(jī)控制系統(tǒng)中，最突出的是系統(tǒng)抗干擾問題，也是當(dāng)前推廣電子技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵。通常系統(tǒng)的干擾來自內(nèi)部和外部兩個(gè)方面，內(nèi)部干擾多由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、線路設(shè)計(jì)、元器件性能變化等因素造成，外部干擾則種類較多、強(qiáng)度和隨機(jī)性大。為此，將微機(jī)控制系統(tǒng)各主要組成部分：電源、過程通道、傳輸線路、控制箱等抗干擾問題。

一、微機(jī)控制系統(tǒng)電源的抗千擾

微機(jī)控制系統(tǒng)電源往往取自工頻電網(wǎng)，工頻電網(wǎng)中，可能有不同的電感性負(fù)載和晶閘管等半導(dǎo)體元件，在運(yùn)行時(shí)，di/dt/dv/dt閘管等半導(dǎo)體元件，在運(yùn)行時(shí)，在幾赫至幾兆赫，為防止這些干擾從工頻電網(wǎng)竄入，可采用加低通濾波器，帶屏蔽隔離變壓器、相序分置、高抗干擾穩(wěn)壓電源等方法。

（一）低通濾波器。低通濾波器基本電路如圖1所示，由于電容的容抗Xc=1/2fc，電感的電抗Xl=1/2fl，對(duì)于高頻干擾電壓，電容C1、C2呈現(xiàn)很低的容抗，而電感L呈現(xiàn)很高的電抗。這樣，高頻干擾電壓就能被此電路濾去。實(shí)際上這是一個(gè)無源四端網(wǎng)絡(luò)，能使直流分量和低于截止頻率的諧波通過，并不能消除全部高頻干擾。

（二）帶屏蔽的隔離變壓器。高頻干擾電壓是經(jīng)變壓器初、次級(jí)繞組的分布電容串入系統(tǒng)的。因此抑制這種干擾的出發(fā)點(diǎn)是盡量減小此分布電容，也就是要在變壓器的繞組中加屏蔽層，帶有屏蔽層的變壓器可將其分布電容減小到0.001Pf，對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行隔離。

（三）相序的分置。就是在控制系統(tǒng)中，把主機(jī)的電源和外部設(shè)備的電源，把弱電控制部分和強(qiáng)電執(zhí)行部分電源分別接到三相交流電源不同相序上。

（四）采用高抗干擾穩(wěn)壓電源。目前較為先進(jìn)的是采用頻譜均衡法原理制造穩(wěn)壓電源。它的抗干擾并不采用常規(guī)的濾波、屏蔽、隔離，而是將來自交流電網(wǎng)集中能量的隨機(jī)干擾轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N頻率的能量，達(dá)到均衡能量，從而減小干擾能量的幅值。

二、傳輸線路的抗千擾

導(dǎo)體本身具有電阻、電感，絕緣導(dǎo)線之間還有一定的寄生電容，對(duì)地有雜散電容。在控制系統(tǒng)中有各種電源線、控制線、信號(hào)線、執(zhí)行線，隨著敷設(shè)方式或走向不同都會(huì)產(chǎn)生不同的干擾。因此，合理布線是抗干擾的有效方法。

（一）布線原則。首先對(duì)控制系統(tǒng)各類線路進(jìn)行分類，分成易受干擾的、不受干擾、有干擾等類線路。為消除互擾影響，如交、直流電路、高阻抗輸入電路與鄰近電路、強(qiáng)電、弱電電路、不同電壓、不同電流電路等，應(yīng)分開距離走線，走線要不拘一格，使各器件之間連接盡可能縮短（減弱干擾效應(yīng)）。對(duì)于傳輸線可適當(dāng)采用雙絞線，必要時(shí)，同類型線可編成辮子走線，以利于抑制磁禍合造成的影響。布線最好貼“地”走，若系統(tǒng)“地線”采用公共地時(shí)，應(yīng)使其所有線路層量沿地面、金屬柜體或地線敷設(shè)。當(dāng)系統(tǒng)“地”采用“浮地”時(shí)，則所有線路均應(yīng)沿直流地敷設(shè)。正確的貼地可減少環(huán)路面積，縮小磁感應(yīng)藕合的影響。

（二）導(dǎo)線線徑的選取原則。系統(tǒng)各電路中選用的導(dǎo)線線徑，可根據(jù)導(dǎo)線在使用中的溫升、壓降、集膚效應(yīng)、機(jī)械強(qiáng)度綜合考慮。對(duì)于大電流的電源線、地線、以及長距傳輸線要注意壓降影響，電流線可按在此線上壓降損失（o2定線徑。一般直流或低頻線路可按4～SA/mmZ來選。對(duì)于頻率高于100kHz以上的高頻電路必須考慮到集膚效應(yīng)，可按3一4A/mm’選取。走線較長、線束較細(xì)或經(jīng)?；顒?dòng)的地方除了采用多股導(dǎo)線外，還要考慮具有一定機(jī)械強(qiáng)度，必要時(shí)加粗線徑。經(jīng)常注意導(dǎo)線的溫升，過高會(huì)使絕緣材料老化，產(chǎn)生漏流而形成干擾。

三、軟件抗千擾措施

微機(jī)在進(jìn)行輸入掃描及輸出控制時(shí)，往往易引起干擾。為保證輸入信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確性和輸出信號(hào)的可靠性，還得在軟件上進(jìn)行適當(dāng)處理。軟件抗干擾包括：用軟件來提高主機(jī)及外設(shè)的干擾性能和程序自身的抗干擾。

（一）重復(fù)輸入輸出：這是提高輸入輸出接口抗干擾性能的一項(xiàng)有力措施。對(duì)同一種信號(hào)連續(xù)接收或送出幾次，進(jìn)行重復(fù)運(yùn)算、對(duì)比，以判斷外圍工作是否正常。

（二）數(shù)字濾波：這種方法是利用處理器執(zhí)行一定的程序計(jì)算方法，減少噪音在有用信號(hào)中的比例，一般較常用的濾波方法有；算術(shù)平均值法、系統(tǒng)濾波法、一階慣性濾波法、加權(quán)平均法和中位值法。

（三）開關(guān)信號(hào)：可根據(jù)脈沖的寬度不同將干擾信號(hào)濾出，一般晶閘管換流的干擾信號(hào)脈沖寬度在100協(xié)s以內(nèi)，很容易使有用信號(hào)的脈沖寬度遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)值。

（四）防止程序“死鎖”或“跑飛”，因?yàn)楣こ炭刂贫际亲鳛閷Ｓ媚康模史乐钩绦蛩梨i跑飛較易。1.設(shè)置正常程序的運(yùn)行時(shí)間，時(shí)間監(jiān)視器不能產(chǎn)生中斷，一旦運(yùn)行超過正常時(shí)間，時(shí)間監(jiān)視器向CPU發(fā)出中斷，CPU轉(zhuǎn)入處理故障的子程序。2.設(shè)置開關(guān)標(biāo)志，當(dāng)程序較長時(shí)，最好分成幾個(gè)功能塊，每個(gè)功能塊中設(shè)立開關(guān)標(biāo)志。當(dāng)程序進(jìn)入這塊時(shí)，首先訪問它，然后建立狀態(tài)，一旦在運(yùn)行中受到干擾，就轉(zhuǎn)入再起動(dòng)入口處，轉(zhuǎn)入服務(wù)處理，查詢各標(biāo)志位和執(zhí)行過程的狀態(tài)位，就可判定程序執(zhí)行到何處，再由此啟動(dòng)，這樣就不需要重新啟動(dòng)而產(chǎn)生掉失數(shù)據(jù)。

四、總結(jié)

除以上三條抗干擾措施外，還應(yīng)注意了解用戶使用環(huán)境。往往工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有強(qiáng)大干擾，工作條件較差，因此還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)干擾情況按上述辦法，加強(qiáng)相應(yīng)的抑制措施，才保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓剛編.工業(yè)電子控制裝置的抗干擾技術(shù).中國鐵道部出版社

[2]〔日本〕西山憲和.抗噪聲的J妾地措施.國外電氣白動(dòng)化