機(jī)電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)的抗干擾措施

李錦程

摘 要：鑒于當(dāng)前干擾對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)造成的不良影響，文章將結(jié)合筆者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾源進(jìn)行分析，并探討相應(yīng)的抗干擾對(duì)策，希望能起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化設(shè)備；控制系統(tǒng)；抗干擾；措施

當(dāng)前，機(jī)電一體化已逐步發(fā)展成為了一門(mén)具有自身體系的新型學(xué)科。所謂的機(jī)電一體化系統(tǒng)就是在機(jī)械的主功能、信息功能、控制功能以及動(dòng)力功能上融入微電子技術(shù)，并且將電子裝置和機(jī)械裝置用一些相關(guān)的軟件進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合而形成的系統(tǒng)。受益于科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，其還被賦予了新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用微電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息變換技術(shù)、信息技術(shù)、接口技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在高可靠性、高質(zhì)量、多功能、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。但在使用過(guò)程中，機(jī)電一體化系統(tǒng)難免會(huì)受到附近環(huán)境、空間以及電網(wǎng)的影響而產(chǎn)生干擾。如果其無(wú)法有效抵抗干擾的影響，則其各項(xiàng)功能將難以順利運(yùn)行，功率驅(qū)動(dòng)模塊則容易發(fā)出錯(cuò)誤的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，傳感器模塊將會(huì)輸出偽信號(hào)，微機(jī)系統(tǒng)也會(huì)由于受到干擾的原因而出現(xiàn)程序錯(cuò)亂等現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓。故此，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮周全，采取有效的抗干擾措施。

1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾源

1.1 供電干擾

一些功率比較大的設(shè)備會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染，使得整個(gè)電網(wǎng)電壓起伏的波動(dòng)比較大。電網(wǎng)上常常出現(xiàn)很高的尖峰脈沖干擾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電源的投入、瞬時(shí)短路、欠壓、過(guò)壓、電網(wǎng)竄人的噪聲引起CPU誤動(dòng)作及數(shù)據(jù)丟失占各種干擾的90%以上。目前我國(guó)使用的是高壓高內(nèi)阻電網(wǎng)，電網(wǎng)的污染比較嚴(yán)重，即使使用了一些穩(wěn)壓的措施，但是電網(wǎng)中的污染還是會(huì)通過(guò)電路進(jìn)入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。

1.2 過(guò)程通道干擾

通道干擾一般都是出現(xiàn)在長(zhǎng)線(xiàn)傳輸中，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)傳感器測(cè)量部件絕緣性能差、接地系統(tǒng)不完善或電氣設(shè)備漏電；及各通道的傳輸線(xiàn)如果處于同根電纜或捆扎在一起，尤其是將信號(hào)線(xiàn)與交流電源線(xiàn)處于同一根管道時(shí)，產(chǎn)生的共?；虿钅ｋ妷憾紩?huì)影響系統(tǒng)，放在同一個(gè)長(zhǎng)達(dá)百米的管道內(nèi)，這種干擾是十分的嚴(yán)重。多路信號(hào)一般是靠多路開(kāi)關(guān)與采樣保持器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集然后送入微機(jī)，如果這一部分的電路性能沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，幅值比較大的干擾信號(hào)同樣會(huì)使相鄰的通道之間產(chǎn)生信號(hào)的串?dāng)_，這種串?dāng)_會(huì)使信號(hào)失真。

1.3 場(chǎng)干擾

在系統(tǒng)的周?chē)臻g總會(huì)存在著電磁場(chǎng)、磁場(chǎng)以及靜電場(chǎng)，例如通訊發(fā)射臺(tái)的電磁波；周?chē)蓄l的設(shè)備所發(fā)出的電磁輻射；太陽(yáng)和天體輻射的電磁波，廣播、手機(jī)等。這些場(chǎng)的干擾會(huì)通過(guò)傳輸線(xiàn)或者是電源影響各個(gè)功能的正常工作，使其中的電平發(fā)生改變或者是產(chǎn)生脈沖干擾的信號(hào)。

2 機(jī)電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)的抗干擾措施

2.1 硬件抗干擾的措施

2.1.1 抗供電干擾的措施。首先，抑制供電干擾首先從配電系統(tǒng)上采取措施。第一，設(shè)計(jì)者應(yīng)該以工廠實(shí)際的情況和系統(tǒng)的實(shí)際情況作為依據(jù)對(duì)其進(jìn)行分析，然后采用合理的、科學(xué)的設(shè)備經(jīng)過(guò)設(shè)置使機(jī)電一體化系統(tǒng)的供電的穩(wěn)定性提高，以此來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力。第二，可采用分立式供電方案，就是將組成系統(tǒng)各模塊分別用獨(dú)立的濾波、變壓、穩(wěn)壓、整流電路構(gòu)成的直流電源供電，用以降低集中供電的危險(xiǎn)性。并且也減少了公共阻抗以及公共電源的相互耦合，提高了供電的可靠性，也有利于電源散熱。

2.1.2 過(guò)程通道抗干擾措施。在長(zhǎng)距離的傳輸中，雙絞線(xiàn)是一種比較常用的傳輸介質(zhì)，同軸電纜與其相比，雖然同軸電纜的頻帶比較寬，但是雙絞線(xiàn)的阻抗比較高，對(duì)共模干擾起到了降低的作用。雙絞線(xiàn)構(gòu)成的每個(gè)環(huán)路使線(xiàn)間的電磁感應(yīng)改變了方向，兩者相互抵消，因此對(duì)電磁場(chǎng)的干擾有著抑制的效果。其次，還可采用光電隔離的措施來(lái)進(jìn)行抗干擾。利用光電耦合器的電流傳輸特性，在長(zhǎng)線(xiàn)傳輸時(shí)可以將模塊間兩個(gè)光電耦合器件用連線(xiàn)“浮置”起來(lái)，這種方法不僅有效地消除了各電氣功能模塊間的電流流經(jīng)公共線(xiàn)時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓互相竄擾。而且有效地解決了長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)和阻抗匹配問(wèn)題。再者，還可以通過(guò)使用Watchdog來(lái)達(dá)到抗干擾的目的。Watchdog是一種監(jiān)視定時(shí)器，其無(wú)需借助任何外力即可獨(dú)立完成工作，并且具有較高的信號(hào)采集準(zhǔn)確率，如此一來(lái)能夠讓系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可以有效抵抗電源的干擾，并保證系統(tǒng)得以順利運(yùn)作。最后，合理布線(xiàn)。強(qiáng)電饋線(xiàn)必須單獨(dú)走線(xiàn)，強(qiáng)信號(hào)線(xiàn)與弱信號(hào)線(xiàn)應(yīng)盡量避免平行走向。

2.1.3 抑制空間干擾。防止空間的干擾可以采用屏蔽和接地這兩種方法，但前提是制作確保屏蔽良好以及接地正確。第一，采用雙絞線(xiàn)等帶屏蔽層的信號(hào)線(xiàn)來(lái)防止電磁干擾，并將信號(hào)線(xiàn)屏蔽層的單端接地。第二，消除靜電可采用感應(yīng)體接地的方式來(lái)進(jìn)行，但需要注意的是在接地的過(guò)程中不要形成接地環(huán)路。第三，嚴(yán)禁將導(dǎo)線(xiàn)的屏蔽層當(dāng)作信號(hào)線(xiàn)或公用線(xiàn)來(lái)使用。第四，在布線(xiàn)的過(guò)程中，不要在電源電路和檢測(cè)、控制電路之間使用公用線(xiàn)，也不要在模擬電路和數(shù)字脈沖電路之間使用公用線(xiàn)，以免互相串?dāng)_。

2.2 軟件抗干擾的措施

2.2.1 抑制工頻干擾。當(dāng)工頻干擾侵入到微機(jī)系統(tǒng)的前后通道之后，通常被測(cè)信號(hào)上會(huì)被疊加上干擾信號(hào)，尤其是當(dāng)傳感器以小電壓信號(hào)進(jìn)行模擬量輸出時(shí)，這種串聯(lián)疊加是不會(huì)被檢測(cè)出來(lái)的。如果想要這種串聯(lián)干擾被清除，可以使采樣周期等同于電網(wǎng)工頻周期的整倍數(shù)，使工頻干擾的信號(hào)在采樣周期內(nèi)相互抵消。

2.2.2 數(shù)字濾波。軟件所采取的抗干擾措施就是將采集到微機(jī)中的采樣信號(hào)，使用數(shù)字濾波的方法消弱和消除干擾信號(hào)。數(shù)字濾波有著很多的優(yōu)點(diǎn)，可以完成一些模擬濾波器無(wú)法完成的工作，不需要任何硬件設(shè)備，在程序進(jìn)入控制算法和數(shù)據(jù)處理之前將數(shù)字濾波軟件附加在程序上就可以了。數(shù)字濾波使用起來(lái)非常的方便靈活，可以根據(jù)不同的需求來(lái)選擇濾波的參數(shù)和濾波方法。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化系統(tǒng)不但提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率，同時(shí)還大大的節(jié)省了人力和物力，但是在實(shí)際的使用過(guò)程中會(huì)受到外界多種因素的干擾，從而影響了系統(tǒng)中模塊功能發(fā)揮，甚至還會(huì)引起系統(tǒng)的癱瘓。所以在機(jī)電一體化系統(tǒng)管理的過(guò)程中，要對(duì)干擾源進(jìn)行全面的了解和分析，并通過(guò)多種方式進(jìn)行干擾抑制，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

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