智能儀表抗干擾和故障診斷分析

摘 要：隨著科技的不斷進(jìn)步，人們研究出了很多智能儀表抗干擾技術(shù)。文章從智能儀表的概念、干擾對(duì)智能儀表造成的危害、抗干擾措施的研討以及常見(jiàn)故障的檢查方法四個(gè)方面詳細(xì)闡述了智能儀表抗干擾和故障診斷的重要性和必要性。

關(guān)鍵詞：智能儀表；抗干擾；故障；診斷

引言

近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科技水平有了很大的提高，智能儀表的出現(xiàn)以及普及，帶給人們方便的同時(shí)，也帶來(lái)了很多問(wèn)題。文章將對(duì)智能儀表抗干擾和故障診斷做一個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)明。

1 什么是智能儀表

微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的迅速發(fā)展，使儀器儀表從結(jié)構(gòu)上可以帶來(lái)改變，以微型計(jì)算機(jī)為主體代替常規(guī)電子線(xiàn)路結(jié)構(gòu)，成為新一代具有某種智能的儀表。這類(lèi)儀表已經(jīng)可以進(jìn)行如四則運(yùn)算、邏輯判斷、命令識(shí)別等一些類(lèi)似人腦的功能，因此習(xí)慣上稱(chēng)之謂“智能儀表”，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1。

2 干擾對(duì)智能儀表的影響

2.1 測(cè)量誤差增大

如果干擾侵入智能儀表的前向通道，會(huì)疊加在有效信號(hào)上，致使采集誤差增大，特別當(dāng)傳感器送來(lái)的有效信號(hào)較小時(shí)，此現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。

2.2 儀表控制狀態(tài)失靈

控制狀態(tài)的輸出一般是通過(guò)智能儀表的后向通道。由于控制信號(hào)輸出較大，不易直接受到干擾。在智能儀表系統(tǒng)中，控制狀態(tài)的輸出被控量的輸入和被控量的邏輯處理結(jié)果。但是，由于干擾的侵入，會(huì)造成被控量輸入狀態(tài)出現(xiàn)偏差、邏輯狀態(tài)失誤，致使控制誤差增大，甚至無(wú)法正常進(jìn)行控制。

2.3 程序運(yùn)行失常

干擾侵入智能儀表的核心部位CPU時(shí)，會(huì)使RAM、程序計(jì)數(shù)器PC或總線(xiàn)上的數(shù)字信號(hào)錯(cuò)亂，從而導(dǎo)致一系列不良后果。如果CPU得到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息，會(huì)使運(yùn)行操作失誤，導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果，這個(gè)錯(cuò)誤會(huì)-直被傳遞下去、造成一系列錯(cuò)誤。如果CPU得到錯(cuò)誤的地址信息（如程序計(jì)數(shù)器PC的值會(huì)發(fā)生改變），則會(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行偏離正常軌道，運(yùn)行失控、造成程序在地址空間內(nèi)“亂飛”，或使程序陷入死循環(huán)，導(dǎo)致智能儀表失控，這會(huì)給工業(yè)生產(chǎn)造成十分嚴(yán)重的后果。

3 抗干擾措施的研討

3.1 電源的干擾排除

由于電源會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而產(chǎn)生的磁場(chǎng)又會(huì)對(duì)周?chē)碾娦盘?hào)產(chǎn)生影響。因此儀表的很多干擾來(lái)自于電源。而電源則會(huì)通過(guò)很多不同的途徑對(duì)智能儀表的工作造成干擾，所以電源的凈化是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。通過(guò)實(shí)踐我們可以知道，完善電源濾波是一個(gè)很好的方法。在變壓器旁增加濾波器，或在直流段進(jìn)行CLC的II型濾波都是在源頭消除干擾因素。而當(dāng)電源無(wú)法很好凈化的時(shí)候，智能儀表的信號(hào)電纜增加屏蔽層進(jìn)行接地則是另一個(gè)行之有效的辦法。

3.2 時(shí)間的填充

由于智能儀表內(nèi)部采用單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，而其輸入與輸出并具有對(duì)等的時(shí)間關(guān)系。因?yàn)榭赡軙?huì)造成干擾在不同時(shí)間接入導(dǎo)致單片機(jī)產(chǎn)生不同計(jì)算誤差的結(jié)果，而實(shí)際測(cè)量中的壓力、溫度、流量等變化速度是遠(yuǎn)低于單片機(jī)計(jì)算速度，而單片機(jī)則空余出非常多的空余時(shí)間。所以我們可以將單片機(jī)的空余時(shí)間用程序語(yǔ)句填滿(mǎn)，并輔以必要的軟件處理，是輸入輸出關(guān)系達(dá)到近似“永遠(yuǎn)”的特性，以達(dá)到穩(wěn)定智能儀表可靠性的目的。

3.3 信號(hào)的光電隔離

對(duì)智能儀表中輸入、輸出通道與單片機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行光電隔離，是抵抗干擾非常有效的方法。這直接避免了單片機(jī)與外部電信號(hào)直接接觸，從而達(dá)到抵抗干擾的目的。由于實(shí)際生產(chǎn)中被測(cè)量的變化往往非常緩慢，因此使用電壓-頻率和頻率-電壓的轉(zhuǎn)換方式是一個(gè)比較合適的方法。

4 常見(jiàn)故障的檢查方法

4.1 自診斷方法

智能儀表均以單片機(jī)為基礎(chǔ)，其自身都具有自檢測(cè)功能，在系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)中，首先根據(jù)儀表自身的檢測(cè)特性，判斷故障情況。例如某型PID調(diào)節(jié)器能夠診斷出CPU或存儲(chǔ)器故障，當(dāng)儀表顯示Err-Rom，表示Rom指令溢出，無(wú)法接收按鍵操作，當(dāng)顯示Err-Ram，表示RAM指令溢出，無(wú)法接收按鍵操作；出現(xiàn)此類(lèi)故障，可以判定儀表主板出現(xiàn)故障。

4.2 對(duì)儀表線(xiàn)路的診斷

智能化儀表對(duì)其測(cè)量值具有診斷功能，利用這一功能，在實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中，能盡快找到測(cè)量環(huán)節(jié)的故障，以某型智能化儀表為例，當(dāng)顯示“HHHH”表示熱電偶斷路；如果輸入信號(hào)是電壓火電流信號(hào)，則是高出量程高限的10%，當(dāng)顯示“LLLL”表示熱電偶正負(fù)極連接錯(cuò)誤，其他診斷情況以此類(lèi)推。

4.3 觀(guān)察法

當(dāng)儀表出現(xiàn)故障時(shí)，儀表維護(hù)人員需了解事故出現(xiàn)前后的情況，觀(guān)察儀表外觀(guān)是否有人為損壞，外觀(guān)正常的情況下斷電打開(kāi)儀表內(nèi)部觀(guān)察是否有脫落、焦糊、電纜脫皮等情況，然后再依次檢查各種插拔部件以確認(rèn)是否存在以上情況。把重要部件或原件作為重點(diǎn)檢查對(duì)象以明確事故準(zhǔn)確的部位和原因。

4.4 信號(hào)測(cè)量法

（1）萬(wàn)用表測(cè)量法。可使用萬(wàn)用表測(cè)量?jī)x表信號(hào)是否正常。對(duì)儀表內(nèi)部電壓進(jìn)行測(cè)量，看看各部件的電壓是否在正常工作范圍內(nèi)。斷電后對(duì)各線(xiàn)路進(jìn)行測(cè)量檢查是否存在短路情況，并且測(cè)量主要輸入輸出通道的電阻值是否正常。

（2）示波器法。利用示波器對(duì)關(guān)鍵部件的電壓波形進(jìn)行測(cè)量，再結(jié)合相關(guān)資料進(jìn)行分析，例如，可以用示波器測(cè)量相關(guān)振蕩電路的振蕩頻率，若無(wú)測(cè)試信號(hào)，則可能是晶振損壞；用示波器測(cè)量直流電流的紋波電壓，若電壓測(cè)量值過(guò)大，則會(huì)影響整個(gè)儀表的性能。

（3）替代法。目前多數(shù)智能儀表的結(jié)構(gòu)都是單元模塊化的，其組成基本類(lèi)似。多數(shù)時(shí)候儀表的故障是由于單元模塊損壞失效或接插不良造成，因此替換相同模塊部件則能非常有效的排除故障原因所在。比如在摸排故障時(shí)候使用同型號(hào)儀表的相同電路板或元器件替換原來(lái)的器件，就可判斷出故障儀表的電路板或元器件是否發(fā)生故障，進(jìn)而采取措施。

5 結(jié)束語(yǔ)

以上是對(duì)智能儀表抗干擾和故障診斷的分析與探討，只有不斷提高智能儀表的制造技術(shù)和研究智能儀表的故障診斷方法，才能使智能儀表更精良，使之更符合大眾的需求。

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