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閥門電動執(zhí)行器中的抗干擾技術(shù)
點擊次數(shù):1361 更新時間:2015-10-08
1 引言
閥門電動執(zhí)行器是機械裝置和電子裝置有機結(jié)合而形成的一種高技術(shù)裝置,廣泛應(yīng)用于冶金、電力、化工等部門,是廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品之一。智能化閥門電動執(zhí)行器帶有微處理器,常應(yīng)用在環(huán)境惡劣的條件下,工作現(xiàn)場的干擾較重,必須重視對其抗干擾技術(shù)的研究。
2 干擾的來源
干擾[1]是指有用信號以外的噪聲或造成惡劣影響的變化部分的總稱。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的干擾可以沿線路侵入智能化閥門電動執(zhí)行器,也可以以場的形式從空間侵入裝置,系統(tǒng)的接地裝置不良或不合理,也是引入干擾的重要途徑;各種傳感器、輸人輸出線路的絕緣不良,均有可能引入干擾;以場的形式入侵的干擾主要發(fā)生在高電壓、大電流、高頻電磁場(包括電火花激發(fā)的電磁輻射)附近,它們通過靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)等方式在智能化閥門電動執(zhí)行器中形成干擾。干擾一般以脈沖的形式進入閥門電動執(zhí)行器。
干擾對閥門電動執(zhí)行器的作用可分為三部分:*部分是空間干擾,通過電磁波輻射串入裝置;第二部分是過程通道干擾,前向輸入通道干擾使模擬信號失真,數(shù)字信號出錯,裝置根據(jù)這些錯誤信號作出的反應(yīng)必然是精誤的;后向通道干擾使各種輸出信號混亂,不能正確反應(yīng)裝置的真實輸出量。第三部分是裝置內(nèi)部,即處理器CPU,由于CPU是+5V低電壓供電,容易被干擾竄入,使總線上的數(shù)字信號混亂,引發(fā)一系列后果。
3 硬件抗干擾技術(shù)
智能化閥門電動執(zhí)行器的抗干擾是一門實踐性*的技術(shù),從某種意義上來說是一門實驗技術(shù),包含了相當(dāng)豐富的實踐知識。以下是采用的一些抗干擾技術(shù)。
3.1 電源抗干擾[2]。在智能化閥門電動執(zhí)行器運行過程中遇到的zui大問題便是電源的抗干擾問題。
3.1.1 使用隔離變壓器。因為高頻噪聲通過變壓器不是靠初、次級線圈的相互耦合,而是靠初、次級間寄生電容耦合的。因此隔離變壓器的初、次級之間用屏蔽層隔離,減小其分布電容,以提高抗共模干擾的能力。
3.1.2 采用低通濾波器。由諧波頻譜分析已知電源的干擾大都是高次諧波,因此來用低通濾波器讓50Hz市電基波通過,濾去高頻諧波,改善電源波形。
3.2 抗空間干擾
智能化閥門電動執(zhí)行器工作時會產(chǎn)生大量的電磁輻射,包括電機的起動、換向、繼電器的吸合等,都會在周圍產(chǎn)生大量的電磁輻射。而裝置對電磁環(huán)境非常敏感,電磁輻射作用于模擬信號會使信號產(chǎn)生畸變;作用于數(shù)字信號,會引起誤信號,有時會引起控制裝置誤動作。為防止電磁干擾,對控制器采取電磁屏蔽;采用導(dǎo)電性能優(yōu)良的金屬材料(銅、鋁等)制作屏蔽罩,將控制器裝在屏蔽罩里,將屏蔽罩接至大地。實踐證明此方法非常有效。
3.3 過程通道抗干擾
3.3.1 光耦隔離措施
如晶閘管電源同步信號在進入主控單元時都要經(jīng)過光耦合器隔離,以保證主控單元在I/O單元時不受損壞。光耦能有效地抑制尖峰脈沖及各種干擾,因為光耦是電流型器件,干擾信號雖然有較大的電壓幅值,但能量很小,只能形成微弱電流,而光耦的輸出信號與輸入信號流經(jīng)發(fā)光二極管的電流有關(guān),這樣干擾信號由于不能提供足夠的電流,所以不會進入輸出極;光耦的輸入回路和輸出回路之間分布電容很少,而絕緣電阻很大,這樣就避免了干擾通過光耦在輸入回路和輸出回路之間的耦合。
3.3.2 雙絞線傳輸
雙絞線與同軸電纜相比,雖然頻率特性差,但阻抗高,抗共模噪聲能力強。雙絞線能使各個小環(huán)節(jié)的電磁感應(yīng)干擾相互抵消:其分布電容為幾十PF,距離信號源近時,可起到積分作用,故雙絞線對電磁場具有一定的抑制作用。
3.4 合理布線
3.4.1 在實際布線時做到:強電信號與弱電信號分開布線;交、直流線路分開布線。
3.4.2 控制裝置的地線接法對干擾有明顯的抑制作用。電路的接地按用途可分為保護接地和工作接地。保護接地為了安全,將電氣設(shè)備的外殼通過導(dǎo)線與大地連接,與大地保持等電位,工作接地應(yīng)解決兩個問題:
(1)消除各電路電流流經(jīng)公共地線時,由于地線阻抗所產(chǎn)生的噪聲電壓;
(2)避免受磁場和地電位差的影響,即不形成地環(huán)路,要消除地線干擾,可以通過正確的地線隔離來實現(xiàn)。如通過光耦進行良好的隔離。
3.5 其他抗干擾措施
3.5.1 單點接地,數(shù)字、模擬地分開,兩者地線分別與電源地線相連。接地線、電源線構(gòu)成回路,并盡量加粗。
3.5.2 在某些重要芯片電源輸入端加去耦電容。去耦電容可來用0.01μF的陶瓷電容器,它能較好地吸收高頻噪聲。單片機“RESET”復(fù)位端在強干擾現(xiàn)場會出現(xiàn)尖峰電壓干擾,有時雖不會造成單片機復(fù)位(單片機復(fù)位端電壓必須保持高電平10ms以上才能充分復(fù)位),但有可能改變寄存器內(nèi)容,因此復(fù)位端也應(yīng)加去耦電容。
4 軟件抗干擾措施
提高裝置抗干擾性能的另一條途徑是盡可能用軟件取代硬件。在CPU處理能力允許的條件下,對那些軟件和硬件均能實現(xiàn)的功能應(yīng)盡可能來用軟件來完成。這樣,不僅硬件電路簡單,引入和發(fā)出干擾的因素也相應(yīng)減少,有利于提高裝置的可靠性。
4.1 看門狗措施。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中,由于干擾的因素,常常會出現(xiàn)程序“跑飛”或“死機”現(xiàn)象.使系統(tǒng)不能正常工作。為了解決這個問題,在單片機系統(tǒng)中來用看門狗是一個很好的辦法。
4.2 現(xiàn)場保護措施?,F(xiàn)場保護就是指如果在中斷服務(wù)子程序或調(diào)用程序中使用了主程序用到的累加器、乘法器以及內(nèi)存,而且這些數(shù)據(jù)不允許子程序?qū)ζ溥M行修改,那么在子程序的zui前面要將這些數(shù)據(jù)保存。
4.3 指令冗余措施。在重要的操作運行指令,如開、關(guān)閉中斷,返回,跳轉(zhuǎn)指令后,再寫上同樣的指令。
5 結(jié)論
隨著昂貴的高性能智能化閥門電動執(zhí)行器大量出現(xiàn),必須對其抗干擾問題引起足夠的重視,針對智能化閥門電動執(zhí)行器的抗干擾,首先是要找到干擾源,其次分析有無抑制干擾的可能性和采取相應(yīng)的措施等,這樣往往可以取得事半功倍的效果。智能化閥門電動執(zhí)行器由于采取了上述一系列抗干擾技術(shù),使得其運行穩(wěn)定可靠,故障率降低,提高了生產(chǎn)率。抗干擾技術(shù)又是一個實踐性很強的技術(shù),需要在工作中不斷總結(jié)和探索。
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