李錦程

摘 要：鑒于當(dāng)前干擾對機(jī)電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)造成的不良影響，文章將結(jié)合筆者實踐經(jīng)驗，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾源進(jìn)行分析，并探討相應(yīng)的抗干擾對策，希望能起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化設(shè)備；控制系統(tǒng)；抗干擾；措施

當(dāng)前，機(jī)電一體化已逐步發(fā)展成為了一門具有自身體系的新型學(xué)科。所謂的機(jī)電一體化系統(tǒng)就是在機(jī)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(shù)，并且將電子裝置和機(jī)械裝置用一些相關(guān)的軟件進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合而形成的系統(tǒng)。受益于科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，其還被賦予了新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用微電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息變換技術(shù)、信息技術(shù)、接口技術(shù)、傳感測控技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在高可靠性、高質(zhì)量、多功能、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。但在使用過程中，機(jī)電一體化系統(tǒng)難免會受到附近環(huán)境、空間以及電網(wǎng)的影響而產(chǎn)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(yùn)行，功率驅(qū)動模塊則容易發(fā)出錯誤的驅(qū)動信號，傳感器模塊將會輸出偽信號，微機(jī)系統(tǒng)也會由于受到干擾的原因而出現(xiàn)程序錯亂等現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓。故此，系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)該考慮周全，采取有效的抗干擾措施。

1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾源

1.1 供電干擾

一些功率比較大的設(shè)備會對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染，使得整個電網(wǎng)電壓起伏的波動比較大。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)竄人的噪聲引起CPU誤動作及數(shù)據(jù)丟失占各種干擾的90%以上。目前我國使用的是高壓高內(nèi)阻電網(wǎng)，電網(wǎng)的污染比較嚴(yán)重，即使使用了一些穩(wěn)壓的措施，但是電網(wǎng)中的污染還是會通過電路進(jìn)入到計算機(jī)系統(tǒng)中。

1.2 過程通道干擾

通道干擾一般都是出現(xiàn)在長線傳輸中，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)傳感器測量部件絕緣性能差、接地系統(tǒng)不完善或電氣設(shè)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(chǎn)生的共模或差模電壓都會影響系統(tǒng)，放在同一個長達(dá)百米的管道內(nèi)，這種干擾是十分的嚴(yán)重。多路信號一般是靠多路開關(guān)與采樣保持器對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集然后送入微機(jī)，如果這一部分的電路性能沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，幅值比較大的干擾信號同樣會使相鄰的通道之間產(chǎn)生信號的串?dāng)_，這種串?dāng)_會使信號失真。

1.3 場干擾

在系統(tǒng)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(fā)射臺的電磁波；周圍中頻的設(shè)備所發(fā)出的電磁輻射；太陽和天體輻射的電磁波，廣播、手機(jī)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(fā)生改變或者是產(chǎn)生脈沖干擾的信號。

2 機(jī)電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)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(tǒng)上采取措施。第一，設(shè)計者應(yīng)該以工廠實際的情況和系統(tǒng)的實際情況作為依據(jù)對其進(jìn)行分析，然后采用合理的、科學(xué)的設(shè)備經(jīng)過設(shè)置使機(jī)電一體化系統(tǒng)的供電的穩(wěn)定性提高，以此來提高系統(tǒng)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(tǒng)各模塊分別用獨(dú)立的濾波、變壓、穩(wěn)壓、整流電路構(gòu)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(zhì)，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(gòu)成的每個環(huán)路使線間的電磁感應(yīng)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(jìn)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(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。再者，還可以通過使用Watchdog來達(dá)到抗干擾的目的。Watchdog是一種監(jiān)視定時器，其無需借助任何外力即可獨(dú)立完成工作，并且具有較高的信號采集準(zhǔn)確率，如此一來能夠讓系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可以有效抵抗電源的干擾，并保證系統(tǒng)得以順利運(yùn)作。最后，合理布線。強(qiáng)電饋線必須單獨(dú)走線，強(qiáng)信號線與弱信號線應(yīng)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(yīng)體接地的方式來進(jìn)行，但需要注意的是在接地的過程中不要形成接地環(huán)路。第三，嚴(yán)禁將導(dǎo)線的屏蔽層當(dāng)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(shù)字脈沖電路之間使用公用線，以免互相串?dāng)_。

2.2 軟件抗干擾的措施

2.2.1 抑制工頻干擾。當(dāng)工頻干擾侵入到微機(jī)系統(tǒng)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(dāng)傳感器以小電壓信號進(jìn)行模擬量輸出時，這種串聯(lián)疊加是不會被檢測出來的。如果想要這種串聯(lián)干擾被清除，可以使采樣周期等同于電網(wǎng)工頻周期的整倍數(shù)，使工頻干擾的信號在采樣周期內(nèi)相互抵消。

2.2.2 數(shù)字濾波。軟件所采取的抗干擾措施就是將采集到微機(jī)中的采樣信號，使用數(shù)字濾波的方法消弱和消除干擾信號。數(shù)字濾波有著很多的優(yōu)點(diǎn)，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(shè)備，在程序進(jìn)入控制算法和數(shù)據(jù)處理之前將數(shù)字濾波軟件附加在程序上就可以了。數(shù)字濾波使用起來非常的方便靈活，可以根據(jù)不同的需求來選擇濾波的參數(shù)和濾波方法。

3 結(jié)語

機(jī)電一體化系統(tǒng)不但提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率，同時還大大的節(jié)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(tǒng)中模塊功能發(fā)揮，甚至還會引起系統(tǒng)的癱瘓。所以在機(jī)電一體化系統(tǒng)管理的過程中，要對干擾源進(jìn)行全面的了解和分析，并通過多種方式進(jìn)行干擾抑制，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙云風(fēng)，王秋芳.機(jī)電一體化系統(tǒng)干擾和抗干擾問題的探討[J].科技信息：學(xué)術(shù)版，2008（27）.

[2] 董麗娟.關(guān)于機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾問題的論述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（03）.

[3] 宋威.機(jī)電一體化系統(tǒng)干擾源及抗干擾措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2012（02）.

[4] 葉蔚翔.淺析機(jī)電一體化系統(tǒng)的抗干擾措施及其實現(xiàn)技術(shù)[J].民營科技，2009（03）.