機電一體化運行中的干擾問題

王力強

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(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)。針對機電一體化系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境運行時，系統(tǒng)受到的干擾問題，進行了一定的分析，并提出了一些具體的解決辦法。

關(guān)鍵詞：機電一體化;自動控制;干擾源;解決辦法

前 ?言

機電一體化其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。

一、機電一體化系統(tǒng)投入工業(yè)應(yīng)用

機電一體化系統(tǒng)投入工業(yè)應(yīng)用環(huán)境運行時。系統(tǒng)總會受到電網(wǎng)、空間與周圍環(huán)境干擾。若系統(tǒng)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(tǒng)往往會因干擾產(chǎn)生程序“跑飛”，傳感器模塊將會輸出偽信號，功率驅(qū)動模塊將會輸出畸變的驅(qū)動信號，使執(zhí)行機構(gòu)動作失常，最終導致系統(tǒng)產(chǎn)生故障，甚至癱瘓。

二、機電一體化系統(tǒng)的干擾源

從干擾竄入系統(tǒng)的渠道來看，系統(tǒng)所受到的干擾源分為供電干擾、過程通道干擾、場干擾等。

1.供電干擾

大功率設(shè)備會造成電網(wǎng)的嚴重污染，使得電網(wǎng)電壓大幅度地漲落、浪涌，大功率開關(guān)的通斷，電動機的啟停等原因，電網(wǎng)上常常出現(xiàn)很高的尖峰脈沖干擾。據(jù)統(tǒng)計，電源的投入、瞬時短路、欠壓、過壓、電網(wǎng)竄人的噪聲引起CPU誤動作及數(shù)據(jù)丟失占各種干擾的90%以上。

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(tǒng)中有電氣設(shè)備漏電，接地系統(tǒng)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(chǎn)生的共?；虿钅ｋ妷憾紩绊懴到y(tǒng)，使系統(tǒng)無法工作。

3.場干擾

系統(tǒng)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(fā)射臺的電磁波;周圍中頻設(shè)備發(fā)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(fā)生變化或產(chǎn)生脈沖干擾信號。

三、抗供電干擾的措施

1.配電系統(tǒng)的抗干擾

抑制供電干擾首先從配電系統(tǒng)上采取措施，其次可采用分立式供電方案，就是將組成系統(tǒng)各模塊分別用獨立的變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路構(gòu)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(yīng)采用粗導線，直流輸出線應(yīng)采用雙絞線，扭絞的螺距要小，并盡可能縮短配線長度。

2.利用電源監(jiān)視電路

在配電系統(tǒng)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(tài)掉電，特別是后者屬于惡性干擾，可能產(chǎn)生嚴重的事故。因此應(yīng)采取進一步的保護性措施，即使用電源監(jiān)視電路。電源監(jiān)視電路需具有監(jiān)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CPIJ接受的復位信號及中斷信號等功能。

四、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。

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(jīng)公共線時所產(chǎn)生的噪聲電壓互相竄擾。而且有效地解決了長線驅(qū)動和阻抗匹配問題。

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(gòu)成的各個環(huán)路，改變了線間電磁感應(yīng)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.阻抗匹配

長線傳輸時，若收發(fā)兩端的阻抗不匹配，則會產(chǎn)生信號反射，使信號失真，其危害程度與傳輸?shù)念l率及傳輸線長度有關(guān)。

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。

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(yīng)盡量避免平行走向。

五、軟件抗干擾技術(shù)

各種形式的干擾最終會反映在系統(tǒng)的微機模塊中.導致數(shù)據(jù)采集誤差、控制狀態(tài)失靈、存儲數(shù)據(jù)竄改以及程序運行失常等后果，雖然在系統(tǒng)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(tǒng)正常工作。軟件抗干擾是屬于微機系統(tǒng)的自身防御行為

1.實施軟件抗干擾的必要條件

1.1 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(shè)置有監(jiān)測狀態(tài)可查誨。

1.2 系統(tǒng)的程序及固化常數(shù)不會因干擾的侵入而變化。

1.3 RAM區(qū)中的重要數(shù)據(jù)在于擾侵入后可重新建立，并且系統(tǒng)重新運行時不會出現(xiàn)不允許的數(shù)據(jù)。

2.抑制數(shù)據(jù)采樣的干擾

數(shù)字濾波，寬度判斷抗尖辟脈沖干擾等辦法，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。

3.程序運行失常的軟件抗干擾措施

3.1 設(shè)置WATCHDOG功能，由硬件配合，監(jiān)視軟件的運行情況，遇到故障進行相應(yīng)的處理。

3.2 設(shè)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(shè)置攔截指令，使程序進入陷阱，然后強迫其轉(zhuǎn)入初始狀態(tài)。