論述機電一體化系統抗干擾的途徑

論述機電一體化系統抗干擾的途徑

　　摘要：機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成的系統。機電一體化系統在工業應用環境運行時，系統會受到一定的干擾問題，對此，文中進行了分析，并提出了一些相應的解決措施。
　　關鍵詞：機電一體化；干擾；抗干擾
　　機電一體化系統投入工業應用環境運行時，系統總會受到電網、空間與周圍環境干擾。若系統抵御不住干擾的沖擊，各電氣功能模塊將不能進行正常的工作，微機系統往往會因干擾產生程序跑飛，傳感器模塊將會輸出偽信號，功率驅動模塊將會輸出畸變的驅動信號，使執行機構動作失常，最終導致系統產生故障，甚至癱瘓。
　　1 干擾源
　　從干擾竄入系統的渠道來看，系統所受到的干擾源分為供電干擾、過程通道干擾、場干擾等，如1 所示。
　　1.1 供電干擾大功率設備會造成電網的嚴重污染，使得電網電壓大幅度地漲落、浪涌，大功率開關的通斷，電動機的啟停等原因，電網上常常出現很高的尖峰脈沖干擾。據統計，電源的投入、瞬時短路、欠壓、過壓、電網竄入的噪聲引起CPU 誤動作及數據丟失占各種干擾的90％以上。
　　1.2 過程通道干擾過程通道干擾主要來源于長線傳輸。當系統中有電氣設備漏電，接地系統不完善，或者傳感器測量部件絕緣不好等；及各通道的傳輸線如果處于同根電纜或捆扎在一起，尤其是將信號線與交流電源線處于同一根管道時，產生的共模或差模電壓都會影響系統，使系統無法工作。
　　1.3 場干擾系統周圍的空間總存在著磁場、電磁場、靜電場，如太陽及天體輻射；廣播、電話、通訊發射臺的電磁波；周圍中頻設備發出的電磁輻射等。這些場干擾會通過電源或傳輸線影響各功能模塊的正常工作，使其中的電平發生變化或產生脈沖干擾信號。
　　2 抗供電干擾的措施
　　2.1 配電系統的抗干擾抑制供電干擾首先從配電系統上采取措施，可采用2 所示的配電方案。
　　其次可采用分立式供電方案，就是將組成系統各模塊分別用獨立的變壓、整流、濾波、穩壓電路構成的直流電源供電，這樣就減少了集中供電的危險性，而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。
　　另外，交流電的引入線應采用粗導線，直流輸出線應采用雙絞線，扭絞的螺距要小，并盡可能縮短配線長度。
　　2.2 利用電源監視電路在配電系統中實施抗干擾措施是必不可少的，但這些仍難抵御微秒級的干擾脈沖及瞬態掉電，特別是后者屬于惡性干擾，可能產生嚴重的事故。因此應采取進一步的保護性措施，即使用電源監視電路。電源監視電路需具有監視電源電壓瞬時短路、瞬間降壓和微秒級干擾及掉電的功能；及時輸出供CPU 接受的復位信號及中斷信號等功能。
　　3 過程通道抗干擾措施
　　抑制過程通道上的干擾，主要措施有光電隔離、雙絞線傳輸、阻抗匹配、電流傳輸以及合理布線等。
　　3.1 光電隔離利用光電耦合器的電流傳輸特性，在長線傳輸時可以將模塊間兩個光電耦合器件用連線"浮置"起來，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公共線時所產生的噪聲電壓互相竄擾，而且有效地解決了長線驅動和阻抗匹配問題。
　　3.2 雙絞線傳輸在長線傳輸中，雙絞線是較常用的一種傳輸線，與同軸電纜相比，雖然頻帶較窄，但阻抗高，降低了共模干擾。由于雙絞線構成的各個環路，改變了線間電磁感應的方向，使其相互抵消，因而對電磁場的干擾有一定的抑制效果。
　　3.3 阻抗匹配長線傳輸時，若收發兩端的阻抗不匹配，則會產生信號反射，使信號失真，其危害程度與傳輸的頻率及傳輸線長度有關。
　　3.4 電流傳輸長線傳輸時，用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。
　　3.5 合理布線強電饋線必須單獨走線，強信號線與弱信號線應盡量避免平行走向。
　　4 場干擾的抑制
　　防止場干擾的主要方法是良好的屏蔽和正確的接地。須注意以下問題：
　　4.1 消除靜電干擾最簡單的方法是把感應體接地，接地時要防止形成接地環路。
　　4.2 為了防止電磁場干擾，可采用帶屏蔽層的信號線，并將屏蔽層單端接地。
　　4.3 不要把導線的屏蔽層當作信號線或公用線來使用。
　　4.4 在布線方面，不要在電源電路和檢測、控制電路之間使用公用線，也不要在模擬電路和數字脈沖電路之間使用公用線，以免互相串擾。
　　5 軟件抗干擾技術
　　各種形式的干擾最終會反映在系統的微機模塊中，導致數據采集誤差、控制狀態失靈、存儲數據竄改以及程序運行失常等后果，雖然在系統硬件上采取了上述多種抗干擾措施，但仍然不能保證微機系統正常工作。因為軟件抗干擾是屬于微機系統的自身防御行為，實施軟件抗干擾的必要條件是：
　　5.1 在干擾的作用下，微機硬件部分以及與其相連的各功能模塊不會受到任何損毀，或易損壞的單元設置有監測狀態可查詢。
　　5.2 系統的程序及固化常數不會因干擾的侵入而變化。
　　5.3 RAM 區中的重要數據在干擾侵入后可重新建立，并且系統重新運行時不會出現不允許的數據。
　　抑制數據采樣的干擾可采用：數字濾波，寬度判斷抗尖峰脈沖干擾等辦法，也可采用重復檢查法，偏差判斷法來檢查判斷是否有干擾信號。而程序運行失常的軟件抗干擾措施一般有：
　　5.3.1 設置WATCHDOG 功能，由硬件配合，監視軟件的運行情況，遇到故障進行相應的處理。
　　5.3.2 設置軟件陷阱，當程序指針失控而使程序進入非程序空間時，在該空間中設置攔截指令，使程序進入陷阱，然后強迫其轉入初始狀態。

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