機電一體化技術應用
機電一體化技術應用【1】
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(jié)合而構成的系統(tǒng)。
針對機電一體化系統(tǒng)在工業(yè)應用環(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。
關鍵詞:機電一體化;干擾;技術應用
引言:機電一體化系統(tǒng)投入工業(yè)應用環(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)行機構動作失常,最終導致系統(tǒng)產(chǎn)生故障,甚至癱瘓。
一、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)竄入的噪聲引起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)生的共模或差模電壓都會影響系統(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、通信發(fā)射臺的電磁波;周圍中頻設備發(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。
二、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CPU接受的復位信號及中斷信號等功能。
三、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。
由于雙絞線構成的各個環(huán)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、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。
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盡量避免平行走向。
四、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:
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(huán)路。
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。
3、不要把導線的屏蔽層當作信號線或公用線來使用。
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(shù)字脈沖電路之間使用公用線,以免互相串擾。
五、軟件抗干擾技術
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。
因為軟件抗干擾是屬于微機系統(tǒng)的自身防御行為,實施軟件抗干擾的必要條件是:
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(jiān)測狀態(tài)可查詢。
2、系統(tǒng)的程序及固化常數(shù)不會因干擾的侵入而變化。
3、RAM區(qū)中的重要數(shù)據(jù)在干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)。
抑制數(shù)據(jù)采樣的干擾可采用:數(shù)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。
作者單位:國投新集能源股份有限公司
參考文獻:
[1]魏俊民,周硯江.機電一體化系統(tǒng)設計.北京:中國紡織出版社. 具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。
DCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。
分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強，具有更高的安全性，是當前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。
3結(jié)束語
機電一體化的出現(xiàn)是許多科學技術發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。
隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發(fā)展前景將更為廣闊。
參考文獻：
[1]王詠莉.淺析機電一體化技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].北京電力高等專科學校學報：自然科學版，2010，7.
[2]何建新，黃麗.機電一體化技術應用與發(fā)展探討[J].思茅師范高等專科學校學報，2009，6.
機電一體化技術應用【2】
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(jié)合而構成的系統(tǒng)。
針對機電一體化系統(tǒng)在工業(yè)應用環(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。
關鍵詞:機電一體化;干擾;技術應用
引言:機電一體化系統(tǒng)投入工業(yè)應用環(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)行機構動作失常,最終導致系統(tǒng)產(chǎn)生故障,甚至癱瘓。
一、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)竄入的噪聲引起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)生的共模或差模電壓都會影響系統(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、通信發(fā)射臺的電磁波;周圍中頻設備發(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。
二、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CPU接受的復位信號及中斷信號等功能。
三、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。
由于雙絞線構成的各個環(huán)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、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。
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盡量避免平行走向。
四、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:
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(huán)路。
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。
3、不要把導線的屏蔽層當作信號線或公用線來使用。
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(shù)字脈沖電路之間使用公用線,以免互相串擾。
五、軟件抗干擾技術
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。
因為軟件抗干擾是屬于微機系統(tǒng)的自身防御行為,實施軟件抗干擾的必要條件是:
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(jiān)測狀態(tài)可查詢。
2、系統(tǒng)的程序及固化常數(shù)不會因干擾的侵入而變化。
3、RAM區(qū)中的重要數(shù)據(jù)在干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)。
抑制數(shù)據(jù)采樣的干擾可采用:數(shù)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。
作者單位:國投新集能源股份有限公司
參考文獻:
[1]魏俊民,周硯江.機電一體化系統(tǒng)設計.北京:中國紡織出版社.
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