智能儀表抗干擾和故障診斷分析

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

關鍵詞：智能儀表；抗干擾；故障；診斷

引言

近年來我國經濟不斷發展，科技水平有了很大的提高，智能儀表的出現以及普及，帶給人們方便的同時，也帶來了很多問題。文章將對智能儀表抗干擾和故障診斷做一個簡單的說明。

1 什么是智能儀表

微型計算機技術和嵌入式系統的迅速發展，使儀器儀表從結構上可以帶來改變，以微型計算機為主體代替常規電子線路結構，成為新一代具有某種智能的儀表。這類儀表已經可以進行如四則運算、邏輯判斷、命令識別等一些類似人腦的功能，因此習慣上稱之謂“智能儀表”，其結構原理圖如圖1。

2 干擾對智能儀表的影響

2.1 測量誤差增大

如果干擾侵入智能儀表的前向通道，會疊加在有效信號上，致使采集誤差增大，特別當傳感器送來的有效信號較小時，此現象尤為嚴重。

2.2 儀表控制狀態失靈

控制狀態的輸出一般是通過智能儀表的后向通道。由于控制信號輸出較大，不易直接受到干擾。在智能儀表系統中，控制狀態的輸出被控量的輸入和被控量的邏輯處理結果。但是，由于干擾的侵入，會造成被控量輸入狀態出現偏差、邏輯狀態失誤，致使控制誤差增大，甚至無法正常進行控制。

2.3 程序運行失常

干擾侵入智能儀表的核心部位CPU時，會使RAM、程序計數器PC或總線上的數字信號錯亂，從而導致一系列不良后果。如果CPU得到錯誤的數據信息，會使運行操作失誤，導致錯誤結果，這個錯誤會-直被傳遞下去、造成一系列錯誤。如果CPU得到錯誤的地址信息（如程序計數器PC的值會發生改變），則會導致程序運行偏離正常軌道，運行失控、造成程序在地址空間內“亂飛”，或使程序陷入死循環，導致智能儀表失控，這會給工業生產造成十分嚴重的后果。

3 抗干擾措施的研討

3.1 電源的干擾排除

由于電源會產生磁場，而產生的磁場又會對周圍的電信號產生影響。因此儀表的很多干擾來自于電源。而電源則會通過很多不同的途徑對智能儀表的工作造成干擾，所以電源的凈化是一個十分重要的問題。通過實踐我們可以知道，完善電源濾波是一個很好的方法。在變壓器旁增加濾波器，或在直流段進行CLC的II型濾波都是在源頭消除干擾因素。而當電源無法很好凈化的時候，智能儀表的信號電纜增加屏蔽層進行接地則是另一個行之有效的辦法。

3.2 時間的填充

由于智能儀表內部采用單片機進行運算處理，而其輸入與輸出并具有對等的時間關系。因為可能會造成干擾在不同時間接入導致單片機產生不同計算誤差的結果，而實際測量中的壓力、溫度、流量等變化速度是遠低于單片機計算速度，而單片機則空余出非常多的空余時間。所以我們可以將單片機的空余時間用程序語句填滿，并輔以必要的軟件處理，是輸入輸出關系達到近似“永遠”的特性，以達到穩定智能儀表可靠性的目的。

3.3 信號的光電隔離

對智能儀表中輸入、輸出通道與單片機系統之間進行光電隔離，是抵抗干擾非常有效的方法。這直接避免了單片機與外部電信號直接接觸，從而達到抵抗干擾的目的。由于實際生產中被測量的變化往往非常緩慢，因此使用電壓-頻率和頻率-電壓的轉換方式是一個比較合適的方法。

4 常見故障的檢查方法

4.1 自診斷方法

智能儀表均以單片機為基礎，其自身都具有自檢測功能，在系統運行維護中，首先根據儀表自身的檢測特性，判斷故障情況。例如某型PID調節器能夠診斷出CPU或存儲器故障，當儀表顯示Err-Rom，表示Rom指令溢出，無法接收按鍵操作，當顯示Err-Ram，表示RAM指令溢出，無法接收按鍵操作；出現此類故障，可以判定儀表主板出現故障。

4.2 對儀表線路的診斷

智能化儀表對其測量值具有診斷功能，利用這一功能，在實際運行維護中，能盡快找到測量環節的故障，以某型智能化儀表為例，當顯示“HHHH”表示熱電偶斷路；如果輸入信號是電壓火電流信號，則是高出量程高限的10%，當顯示“LLLL”表示熱電偶正負極連接錯誤，其他診斷情況以此類推。

4.3 觀察法

當儀表出現故障時，儀表維護人員需了解事故出現前后的情況，觀察儀表外觀是否有人為損壞，外觀正常的情況下斷電打開儀表內部觀察是否有脫落、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是否存在以上情況。把重要部件或原件作為重點檢查對象以明確事故準確的部位和原因。

4.4 信號測量法

（1）萬用表測量法。可使用萬用表測量儀表信號是否正常。對儀表內部電壓進行測量，看看各部件的電壓是否在正常工作范圍內。斷電后對各線路進行測量檢查是否存在短路情況，并且測量主要輸入輸出通道的電阻值是否正常。

（2）示波器法。利用示波器對關鍵部件的電壓波形進行測量，再結合相關資料進行分析，例如，可以用示波器測量相關振蕩電路的振蕩頻率，若無測試信號，則可能是晶振損壞；用示波器測量直流電流的紋波電壓，若電壓測量值過大，則會影響整個儀表的性能。

（3）替代法。目前多數智能儀表的結構都是單元模塊化的，其組成基本類似。多數時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。比如在摸排故障時候使用同型號儀表的相同電路板或元器件替換原來的器件，就可判斷出故障儀表的電路板或元器件是否發生故障，進而采取措施。

5 結束語

以上是對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。

參考文獻

[1]韓偉麗.某型專用智能儀表的檢修方法[J].科學與財富，2012，（12）12：43-44.

[2]楊闊.智能儀表的可靠性分析[J].華東科技，2012，（7）7：75-76.