機電一體化設備控制系統的抗干擾措施

李錦程

摘 要：鑒于當前干擾對機電一體化設備控制系統造成的不良影響，文章將結合筆者實踐經驗，對機電一體化系統的干擾源進行分析，并探討相應的抗干擾對策，希望能起到拋磚引玉的作用。

關鍵詞：機電一體化設備；控制系統；抗干擾；措施

當前，機電一體化已逐步發展成為了一門具有自身體系的新型學科。所謂的機電一體化系統就是在機械的主功能、信息功能、控制功能以及動力功能上融入微電子技術，并且將電子裝置和機械裝置用一些相關的軟件進行有機的結合而形成的系統。受益于科學技術高速發展，其還被賦予了新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用微電子技術、機械技術、計算機技術、電力電子技術、自動控制技術、信息變換技術、信息技術、接口技術、傳感測控技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在高可靠性、高質量、多功能、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。但在使用過程中，機電一體化系統難免會受到附近環境、空間以及電網的影響而產生干擾。如果其無法有效抵抗干擾的影響，則其各項功能將難以順利運行，功率驅動模塊則容易發出錯誤的驅動信號，傳感器模塊將會輸出偽信號，微機系統也會由于受到干擾的原因而出現程序錯亂等現象，嚴重的還會導致系統出現癱瘓。故此，系統在設計時應該考慮周全，采取有效的抗干擾措施。

1 機電一體化系統的干擾源

1.1 供電干擾

一些功率比較大的設備會對電網造成嚴重的污染，使得整個電網電壓起伏的波動比較大。電網上常常出現很高的尖峰脈沖干擾。據統計，電源的投入、瞬時短路、欠壓、過壓、電網竄人的噪聲引起CPU誤動作及數據丟失占各種干擾的90%以上。目前我國使用的是高壓高內阻電網，電網的污染比較嚴重，即使使用了一些穩壓的措施，但是電網中的污染還是會通過電路進入到計算機系統中。

1.2 過程通道干擾

通道干擾一般都是出現在長線傳輸中，當系統中出現傳感器測量部件絕緣性能差、接地系統不完善或電氣設備漏電；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，產生的共模或差模電壓都會影響系統，放在同一個長達百米的管道內，這種干擾是十分的嚴重。多路信號一般是靠多路開關與采樣保持器對數據進行采集然后送入微機，如果這一部分的電路性能沒有達到標準，幅值比較大的干擾信號同樣會使相鄰的通道之間產生信號的串擾，這種串擾會使信號失真。

1.3 場干擾

在系統的周圍空間總會存在著電磁場、磁場以及靜電場，例如通訊發射臺的電磁波；周圍中頻的設備所發出的電磁輻射；太陽和天體輻射的電磁波，廣播、手機等。這些場的干擾會通過傳輸線或者是電源影響各個功能的正常工作，使其中的電平發生改變或者是產生脈沖干擾的信號。

2 機電一體化設備控制系統的抗干擾措施

2.1 硬件抗干擾的措施

2.1.1 抗供電干擾的措施。首先，抑制供電干擾首先從配電系統上采取措施。第一，設計者應該以工廠實際的情況和系統的實際情況作為依據對其進行分析，然后采用合理的、科學的設備經過設置使機電一體化系統的供電的穩定性提高，以此來提高系統的抗干擾能力。第二，可采用分立式供電方案，就是將組成系統各模塊分別用獨立的濾波、變壓、穩壓、整流電路構成的直流電源供電，用以降低集中供電的危險性。并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。

2.1.2 過程通道抗干擾措施。在長距離的傳輸中，雙絞線是一種比較常用的傳輸介質，同軸電纜與其相比，雖然同軸電纜的頻帶比較寬，但是雙絞線的阻抗比較高，對共模干擾起到了降低的作用。雙絞線構成的每個環路使線間的電磁感應改變了方向，兩者相互抵消，因此對電磁場的干擾有著抑制的效果。其次，還可采用光電隔離的措施來進行抗干擾。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公共線時所產生的噪聲電壓互相竄擾。而且有效地解決了長線驅動和阻抗匹配問題。再者，還可以通過使用Watchdog來達到抗干擾的目的。Watchdog是一種監視定時器，其無需借助任何外力即可獨立完成工作，并且具有較高的信號采集準確率，如此一來能夠讓系統在運行過程中可以有效抵抗電源的干擾，并保證系統得以順利運作。最后，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。

2.1.3 抑制空間干擾。防止空間的干擾可以采用屏蔽和接地這兩種方法，但前提是制作確保屏蔽良好以及接地正確。第一，采用雙絞線等帶屏蔽層的信號線來防止電磁干擾，并將信號線屏蔽層的單端接地。第二，消除靜電可采用感應體接地的方式來進行，但需要注意的是在接地的過程中不要形成接地環路。第三，嚴禁將導線的屏蔽層當作信號線或公用線來使用。第四，在布線的過程中，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字脈沖電路之間使用公用線，以免互相串擾。

2.2 軟件抗干擾的措施

2.2.1 抑制工頻干擾。當工頻干擾侵入到微機系統的前后通道之后，通常被測信號上會被疊加上干擾信號，尤其是當傳感器以小電壓信號進行模擬量輸出時，這種串聯疊加是不會被檢測出來的。如果想要這種串聯干擾被清除，可以使采樣周期等同于電網工頻周期的整倍數，使工頻干擾的信號在采樣周期內相互抵消。

2.2.2 數字濾波。軟件所采取的抗干擾措施就是將采集到微機中的采樣信號，使用數字濾波的方法消弱和消除干擾信號。數字濾波有著很多的優點，可以完成一些模擬濾波器無法完成的工作，不需要任何硬件設備，在程序進入控制算法和數據處理之前將數字濾波軟件附加在程序上就可以了。數字濾波使用起來非常的方便靈活，可以根據不同的需求來選擇濾波的參數和濾波方法。

3 結語

機電一體化系統不但提高了工業生產的效率，同時還大大的節省了人力和物力，但是在實際的使用過程中會受到外界多種因素的干擾，從而影響了系統中模塊功能發揮，甚至還會引起系統的癱瘓。所以在機電一體化系統管理的過程中，要對干擾源進行全面的了解和分析，并通過多種方式進行干擾抑制，保證系統的安全運行。

參考文獻

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