經編機電氣控制系統抗干擾研究

胡玉汞

(三明職業技術學院,福建三明365001)

經編機電氣控制系統抗干擾研究

胡玉汞

(三明職業技術學院,福建三明365001)

根據經編機的工作特殊性和干擾的多樣性,文章主要從電氣角度多方位提出了一些相應的抗干擾措施。從而可以較好地提高經編機的整體抗干擾能力,使系統具有高可靠性,能滿足高檔經編機的控制要求。

經編機;電氣控制系統;抗干擾

1 引言

隨著微機控制技術和機電一體化的水平不斷提高,為了提高產品的市場競爭力,國內許多廠商以微型計算機或嵌入式控制微處理器芯片(如單片機、DSP、ARM)為核心對經編機控制系統進行改造,用電子橫移系統取代傳統的花紋鏈條式機械橫移機構;用電子送經系統取代機械送經機構。改進后的經編機具有花型變化柔性好,可以根據市場的需求隨時調整編輯花型,提升了產品的質量和檔次,它代表了現代高速經編機的發展方向[1]。但改造后的電氣控制系統性能穩定與否,將直接影響經編機的整體質量,一次隨機的干擾可能會影響一批產品的質量。電氣控制系統的穩定性能逐漸成為影響經編機生產效率和產品質量的重要因素,而干擾是影響系統的穩定性主要原因,要提高控制系統可靠性必須在工程設計、安裝施工和使用維護中合理運用抗干擾技術,有效地增強系統的抗干擾性能,使系統高穩定性、高可靠性、高效率運行。

2 經編機干擾因素分析

電磁干擾的形成是由電磁干擾源、傳播途徑和敏感設備三個因素組成。為分析方便,可根據干擾源和干擾傳播路徑的不同,將對經編機的干擾分為兩大類：一是系統外部的干擾,二是系統內部的相互干擾。其中,系統外部的干擾主要包括兩種：一種是配電柜內其它的強電信號,可通過電源線傳輸或空間電磁耦合等方式干擾經編機;二是外部環境,如大電弧電流產生的劇變強電磁場、強大的交變電磁場、大功率的變頻器以及雷電等,這些干擾的傳播路徑主要是空間電磁耦合[2]。系統內部的相互干擾主要由電磁式電器(電磁鐵、接觸器、繼電器、開關等)裝置內部的器件引起,可通過過程通道干擾(如輸入、輸出端口)、供電系統干擾(如電源線)和空間干擾的方式進入經編機控制模塊。

為了保證經編機能夠長時間穩定可靠地運行在最佳工作狀態,必須根據上述電磁干擾產生的來源及特征,針對性地采取行之有效的措施進行抑制,將其對整個系統的影響程度降到最低。

3 電氣控制系統抗干擾措施設計

經編機控制系統的抗干擾是一個系統工程,從控制器的選擇到工程設計、安裝施工和運行維護中予以全面考慮,并結合具體情況進行綜合設計,才能保證系統的電磁兼容性和運行可靠性。

為了保證經編機控制系統在工業電磁環境中免受或減少干擾,必須從設計階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源;切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑;提高裝置和系統的抗干擾能力。這三點就是抑制電磁干擾的基本原則。

3.1 抑制電網引入的干擾

經編機控制系統中,電源占有極其重要的地位。電網干擾串入控制系統主要通過系統的供電電源、變送器供電電源和與控制系統具有直接電氣連接的外圍設備供電電源等耦合進入的。現在對于控制器供電的電源,一般都采用隔離性能較好的電源,而對于變送器供電電源以及和控制系統有直接電氣連接的外圍設備供電電源,主要是使用的隔離變壓器,其分布參數大,抑制干擾能力差,經電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以,對于變送器和外圍設備供電電源應選擇分布電容小、抑制干擾能力強的配電器,以減少經編機控制系統的干擾,應采用的方法是既使用濾波器,同時又使用隔離變壓器。如圖1所示。必須注意,使用時應把濾波器接入電源,然后再使用隔離變壓器。

圖1 連接方法

為了使交流濾波器運行在最佳工作點,達到最合理的阻抗匹配,其參數的選擇往往與負載大小有關;因此,在現場選配一組最佳的交流濾波器參數,削弱干擾的效果會更好。

3.2 抑制電磁式電器引入的干擾

電磁式電器主要有電磁鐵、繼電器、接觸器、驅動電機。

3.2.1 首先應盡量將控制電路和電磁式電器電路分置在兩塊獨立電路板上,并保持一定距離,甚至在可能的情況下,還可以在電磁式低壓電器外面增加屏蔽罩并接地,效果會更好。

3.2.2 經編機中的電磁鐵或控制繼電器通常由三極管驅動控制,連接如圖2所示。由于線圈是感性元件,開關過程中其內部儲能的變化會伴隨著產生電磁干擾和感應電動勢,從而會威脅到線圈驅動電路的安全。為此,一般在線圈兩端反向并聯一個開關類續流二極管,如圖2中V2所示,為感應電勢的泄放提供通道。

圖2 續流二極管連接

當控制繼電器觸點連接一定的負載后,其開合過程會產生拉弧打火現象,這實際上也是一種能量的釋放形式,也會引起電磁干擾,為此,可在觸點兩端并聯1個由電阻電容串接的RC滅弧器,吸收觸點產生的尖峰干擾,如圖3所示。

圖3 RC滅弧器連接

除了采取上述必須的措施減小電磁鐵動作產生的強干擾外,還可以將控制信號進行光電隔離,進一步減小電路中的串擾。

3.3 完善接地系統

完善的接地系統是經編機控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。系統接地有浮地、直接接地和電容接地三種方式。對經編機控制系統而言,它屬高速低電平控制裝置,應采用直接接地方式。

經編機電氣控制系統主板安裝在一個機箱內,機殼為導體,起到電磁屏蔽的效果,但屏蔽層必須連到大地,為干擾信號提供一個泄放通道。電氣控制柜內布線要合理,強電和弱電盡量分開走線,同類信號導線盡量對稱鋪設,并在末端就近連接導線的屏蔽層。在連接電磁鐵地線時必須保證可靠,建議就近用螺釘攻絲固定,并且要防止機器非導電性物質對地線接地效果的影響。整臺經編機最終必須連大地,并且保證接地電阻滿足有關規定。建議盡量采用短而粗的導線,使導線電阻足夠小,接地極的接地電阻要小于兩歐姆,接地極最好埋在距建筑物十米以上,而且經編機控制系統接地點必須與強電設備接地點相距十米以上,這對操作的安全性和抗干擾性都有很大的提高。

3.4 采用軟件抗干擾措施

由于電磁干擾的復雜性,要完全消除干擾影響是不可能的,因此在經編機控制系統的軟件設計時,還應在軟件方面進行抗干擾處理,進一步提高系統的可靠性。可用的一些提高軟件結構可靠性的措施包括：數字濾波和工頻整形采樣,可有效消除周期性干擾;定時校正參考點電位,并采用動態零點,可防止電位漂移;采用信息冗余技術,設計相應的軟件標志位;采用間接跳轉,設置軟件保護及軟硬件結合的看門狗技術等。

4 結束語

經編機現場電磁環境惡劣,在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素,合理有效地抑制干擾,提高整個設備可靠性。根據經編機自身所具有的工作特殊性和干擾的多樣性,本文主要從電氣角度多方位提出了一些相應的抗干擾措施。通過基于DSP拉舍爾經編機控制系統進行了抗干擾設計和改造,可以較好地提高經編機的整體抗干擾能力,應用情況表明：該系統實時性好、響應快,并具有自適應調節功能,可靠性和工作效率高、能滿足高檔經編機的控制要求。

[1]蔣高明.現代經編工藝與設備[M].北京：中國紡織出版社,2004.

[2]王幸之,王雷,鐘愛琴,等.單片機應用系統電磁干擾與抗干擾技術[M].北京：北京航空航天大學出版社,2006.

Research on Anti-interference for Electrical Control System of Warp Knitting Machine

Hu Yugong
(Sanming Vocational&Technical College,Sanming 365001,China)

Based on the particularity and diversity of work interference of warp knitting machine,some anti-interference measures were presented multilaterally from the electrical aspect.The overall anti-interference capacity of warp knitting machine was improved to make the system highly reliable to meet the control requirement of top grade warp knitting machine.

warp knitting machine;electrical control system;anti-interference

TP273

：A

：1009-3028(2011)02-0030-03

2011-02-14

胡玉汞(1966—),男,福建三明人,副教授。