機電一體化技術(shù)應用
機電一體化技術(shù)應用【1】
摘要:機電一體化是在機械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù),并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結合而構成的系統。
針對機電一體化系統在工業(yè)應用環(huán)境運行時(shí),系統受到的干擾問(wèn)題,進(jìn)行了一定的分析,并提出了一些具體的解決辦法。
關(guān)鍵詞:機電一體化;干擾;技術(shù)應用
引言:機電一體化系統投入工業(yè)應用環(huán)境運行時(shí),系統總會(huì )受到電網(wǎng)、空間與周?chē)h(huán)境干擾。
若系統抵御不住干擾的沖擊,各電氣功能模塊將不能進(jìn)行正常的工作,微機系統往往會(huì )因干擾產(chǎn)生程序“跑飛”,傳感器模塊將會(huì )輸出偽信號,功率驅動(dòng)模塊將會(huì )輸出畸變的驅動(dòng)信號,使執行機構動(dòng)作失常,最終導致系統產(chǎn)生故障,甚至癱瘓。
一、干擾源
從干擾竄入系統的渠道來(lái)看,系統所受到的干擾源分為供電干擾、過(guò)程通道干擾、場(chǎng)干擾等。
1、供電干擾大功率設備會(huì )造成電網(wǎng)的嚴重污染,使得電網(wǎng)電壓大幅度地漲落、浪涌,大功率開(kāi)關(guān)的通斷,電動(dòng)機的啟停等原因,電網(wǎng)上常常出現很高的尖峰脈沖干擾。
據統計,電源的投入、瞬時(shí)短路、欠壓、過(guò)壓、電網(wǎng)竄入的噪聲引起CPU誤動(dòng)作及數據丟失占各種干擾的90%以上。
2、過(guò)程通道干擾過(guò)程通道干擾主要來(lái)源于長(cháng)線(xiàn)傳輸。
當系統中有電氣設備漏電,接地系統不完善,或者傳感器測量部件絕緣不好等;及各通道的傳輸線(xiàn)如果處于同根電纜或捆扎在一起,尤其是將信號線(xiàn)與交流電源線(xiàn)處于同一根管道時(shí),產(chǎn)生的共�；虿钅ｋ妷憾紩�(huì )影響系統,使系統無(wú)法工作。
3、場(chǎng)干擾系統周?chē)目臻g總存在著(zhù)磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、靜電場(chǎng),如太陽(yáng)及天體輻射;廣播、電話(huà)、通信發(fā)射臺的電磁波;周?chē)蓄l設備發(fā)出的電磁輻射等。
這些場(chǎng)干擾會(huì )通過(guò)電源或傳輸線(xiàn)影響各功能模塊的正常工作,使其中的電平發(fā)生變化或產(chǎn)生脈沖干擾信號。
二、抗供電干擾的措施
1、配電系統的抗干擾抑制供電干擾首先從配電系統上采取措施,其次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變壓、整流、濾波、穩壓電路構成的直流電源供電,這樣就減少了集中供電的危險性,而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。
另外,交流電的引入線(xiàn)應采用粗導線(xiàn),直流輸出線(xiàn)應采用雙絞線(xiàn),扭絞的螺距要小,并盡可能縮短配線(xiàn)長(cháng)度。
2利用電源監視電路在配電系統中實(shí)施抗干擾措施是必不可少的,但這些仍難抵御微秒級的干擾脈沖及瞬態(tài)掉電,特別是后者屬于惡性干擾,可能產(chǎn)生嚴重的事故。
因此應采取進(jìn)一步的保護性措施,即使用電源監視電路。
電源監視電路需具有監視電源電壓瞬時(shí)短路、瞬間降壓和微秒級干擾及掉電的功能;及時(shí)輸出供CPU接受的復位信號及中斷信號等功能。
三、過(guò)程通道抗干擾措施
抑制過(guò)程通道上的干擾,主要措施有光電隔離、雙絞線(xiàn)傳輸、阻抗匹配、電流傳輸以及合理布線(xiàn)等。
1、光電隔離
利用光電耦合器的電流傳輸特性,在長(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí)可以將模塊間兩個(gè)光電耦合器件用連線(xiàn)“浮置”起來(lái),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(xiàn)時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓互相竄擾,而且有效地解決了長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)和阻抗匹配問(wèn)題。
2、雙絞線(xiàn)傳輸在長(cháng)線(xiàn)傳輸中,雙絞線(xiàn)是較常用的一種傳輸線(xiàn),與同軸電纜相比,雖然頻帶較窄,但阻抗高,降低了共模干擾。
由于雙絞線(xiàn)構成的各個(gè)環(huán)路,改變了線(xiàn)間電磁感應的方向,使其相互抵消,因而對電磁場(chǎng)的干擾有一定的抑制效果。
3、阻抗匹配長(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí),若收發(fā)兩端的阻抗不匹配,則會(huì )產(chǎn)生信號反射,使信號失真,其危害程度與傳輸的頻率及傳輸線(xiàn)長(cháng)度有關(guān)。
4、電流傳輸長(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí),用電流傳輸代替電壓傳輸,可獲得較好的抗干擾能力。
5、合理布線(xiàn)強電饋線(xiàn)必須單獨走線(xiàn),強信號線(xiàn)與弱信號線(xiàn)應盡量避免平行走向。
四、場(chǎng)干擾的抑制
防止場(chǎng)干擾的主要方法是良好的屏蔽和正確的接地。
須注意以下問(wèn)題:
1、消除靜電干擾最簡(jiǎn)單的方法是把感應體接地,接地時(shí)要防止形成接地環(huán)路。
2、為了防止電磁場(chǎng)干擾,可采用帶屏蔽層的信號線(xiàn),并將屏蔽層單端接地。
3、不要把導線(xiàn)的屏蔽層當作信號線(xiàn)或公用線(xiàn)來(lái)使用。
4、在布線(xiàn)方面,不要在電源電路和檢測、控制電路之間使用公用線(xiàn),也不要在模擬電路和數字脈沖電路之間使用公用線(xiàn),以免互相串擾。
五、軟件抗干擾技術(shù)
各種形式的干擾最終會(huì )反映在系統的微機模塊中,導致數據采集誤差、控制狀態(tài)失靈、存儲數據竄改以及程序運行失常等后果,雖然在系統硬件上采取了上述多種抗干擾措施,但仍然不能保證微機系統正常工作。
因為軟件抗干擾是屬于微機系統的自身防御行為,實(shí)施軟件抗干擾的必要條件是:
1、在干擾的作用下,微機硬件部分以及與其相連的各功能模塊不會(huì )受到任何損毀,或易損壞的單元設置有監測狀態(tài)可查詢(xún)。
2、系統的程序及固化常數不會(huì )因干擾的侵入而變化。
3、RAM區中的重要數據在干擾侵入后可重新建立,并且系統重新運行時(shí)不會(huì )出現不允許的數據。
抑制數據采樣的干擾可采用:數字濾波,寬度判斷抗尖峰脈沖干擾等辦法,也可采用重復檢查法,偏差判斷法來(lái)檢查判斷是否有干擾信號。
作者單位:國投新集能源股份有限公司
參考文獻:
[1]魏俊民,周硯江.機電一體化系統設計.北京:中國紡織出版社. 具有特點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統可以擴展、維護方便、可靠性高等特點(diǎn)。
DCS是監視集中控制分散，故障影響面小，而且系統具有連鎖保護功能，采用了系統故障人工手動(dòng)控制操作措施，使系統可靠性高。
分布式控制系統與集中型控制系統相比，其功能更強，具有更高的安全性，是當前大型機電一體化系統的主要潮流。
3結束語(yǔ)
機電一體化的出現是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結晶，是社會(huì )生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來(lái)越明顯，機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景將更為廣闊。
參考文獻：
[1]王詠莉.淺析機電一體化技術(shù)的現狀和發(fā)展趨勢[J].北京電力高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，7.
[2]何建新，黃麗.機電一體化技術(shù)應用與發(fā)展探討[J].思茅師范高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報，2009，6.
機電一體化技術(shù)應用【2】
摘要:機電一體化是在機械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù),并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結合而構成的系統。
針對機電一體化系統在工業(yè)應用環(huán)境運行時(shí),系統受到的干擾問(wèn)題,進(jìn)行了一定的分析,并提出了一些具體的解決辦法。
關(guān)鍵詞:機電一體化;干擾;技術(shù)應用
引言:機電一體化系統投入工業(yè)應用環(huán)境運行時(shí),系統總會(huì )受到電網(wǎng)、空間與周?chē)h(huán)境干擾。
若系統抵御不住干擾的沖擊,各電氣功能模塊將不能進(jìn)行正常的工作,微機系統往往會(huì )因干擾產(chǎn)生程序“跑飛”,傳感器模塊將會(huì )輸出偽信號,功率驅動(dòng)模塊將會(huì )輸出畸變的驅動(dòng)信號,使執行機構動(dòng)作失常,最終導致系統產(chǎn)生故障,甚至癱瘓。
一、干擾源
從干擾竄入系統的渠道來(lái)看,系統所受到的干擾源分為供電干擾、過(guò)程通道干擾、場(chǎng)干擾等。
1、供電干擾大功率設備會(huì )造成電網(wǎng)的嚴重污染,使得電網(wǎng)電壓大幅度地漲落、浪涌,大功率開(kāi)關(guān)的通斷,電動(dòng)機的啟停等原因,電網(wǎng)上常常出現很高的尖峰脈沖干擾。
據統計,電源的投入、瞬時(shí)短路、欠壓、過(guò)壓、電網(wǎng)竄入的噪聲引起CPU誤動(dòng)作及數據丟失占各種干擾的90%以上。
2、過(guò)程通道干擾過(guò)程通道干擾主要來(lái)源于長(cháng)線(xiàn)傳輸。
當系統中有電氣設備漏電,接地系統不完善,或者傳感器測量部件絕緣不好等;及各通道的傳輸線(xiàn)如果處于同根電纜或捆扎在一起,尤其是將信號線(xiàn)與交流電源線(xiàn)處于同一根管道時(shí),產(chǎn)生的共�；虿钅ｋ妷憾紩�(huì )影響系統,使系統無(wú)法工作。
3、場(chǎng)干擾系統周?chē)目臻g總存在著(zhù)磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、靜電場(chǎng),如太陽(yáng)及天體輻射;廣播、電話(huà)、通信發(fā)射臺的電磁波;周?chē)蓄l設備發(fā)出的電磁輻射等。
這些場(chǎng)干擾會(huì )通過(guò)電源或傳輸線(xiàn)影響各功能模塊的正常工作,使其中的電平發(fā)生變化或產(chǎn)生脈沖干擾信號。
二、抗供電干擾的措施
1、配電系統的抗干擾抑制供電干擾首先從配電系統上采取措施,其次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變壓、整流、濾波、穩壓電路構成的直流電源供電,這樣就減少了集中供電的危險性,而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。
另外,交流電的引入線(xiàn)應采用粗導線(xiàn),直流輸出線(xiàn)應采用雙絞線(xiàn),扭絞的螺距要小,并盡可能縮短配線(xiàn)長(cháng)度。
2利用電源監視電路在配電系統中實(shí)施抗干擾措施是必不可少的,但這些仍難抵御微秒級的干擾脈沖及瞬態(tài)掉電,特別是后者屬于惡性干擾,可能產(chǎn)生嚴重的事故。
因此應采取進(jìn)一步的保護性措施,即使用電源監視電路。
電源監視電路需具有監視電源電壓瞬時(shí)短路、瞬間降壓和微秒級干擾及掉電的功能;及時(shí)輸出供CPU接受的復位信號及中斷信號等功能。
三、過(guò)程通道抗干擾措施
抑制過(guò)程通道上的干擾,主要措施有光電隔離、雙絞線(xiàn)傳輸、阻抗匹配、電流傳輸以及合理布線(xiàn)等。
1、光電隔離
利用光電耦合器的電流傳輸特性,在長(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí)可以將模塊間兩個(gè)光電耦合器件用連線(xiàn)“浮置”起來(lái),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(xiàn)時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓互相竄擾,而且有效地解決了長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)和阻抗匹配問(wèn)題。
2、雙絞線(xiàn)傳輸在長(cháng)線(xiàn)傳輸中,雙絞線(xiàn)是較常用的一種傳輸線(xiàn),與同軸電纜相比,雖然頻帶較窄,但阻抗高,降低了共模干擾。
由于雙絞線(xiàn)構成的各個(gè)環(huán)路,改變了線(xiàn)間電磁感應的方向,使其相互抵消,因而對電磁場(chǎng)的干擾有一定的抑制效果。
3、阻抗匹配長(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí),若收發(fā)兩端的阻抗不匹配,則會(huì )產(chǎn)生信號反射,使信號失真,其危害程度與傳輸的頻率及傳輸線(xiàn)長(cháng)度有關(guān)。
4、電流傳輸長(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí),用電流傳輸代替電壓傳輸,可獲得較好的抗干擾能力。
5、合理布線(xiàn)強電饋線(xiàn)必須單獨走線(xiàn),強信號線(xiàn)與弱信號線(xiàn)應盡量避免平行走向。
四、場(chǎng)干擾的抑制
防止場(chǎng)干擾的主要方法是良好的屏蔽和正確的接地。
須注意以下問(wèn)題:
1、消除靜電干擾最簡(jiǎn)單的方法是把感應體接地,接地時(shí)要防止形成接地環(huán)路。
2、為了防止電磁場(chǎng)干擾,可采用帶屏蔽層的信號線(xiàn),并將屏蔽層單端接地。
3、不要把導線(xiàn)的屏蔽層當作信號線(xiàn)或公用線(xiàn)來(lái)使用。
4、在布線(xiàn)方面,不要在電源電路和檢測、控制電路之間使用公用線(xiàn),也不要在模擬電路和數字脈沖電路之間使用公用線(xiàn),以免互相串擾。
五、軟件抗干擾技術(shù)
各種形式的干擾最終會(huì )反映在系統的微機模塊中,導致數據采集誤差、控制狀態(tài)失靈、存儲數據竄改以及程序運行失常等后果,雖然在系統硬件上采取了上述多種抗干擾措施,但仍然不能保證微機系統正常工作。
因為軟件抗干擾是屬于微機系統的自身防御行為,實(shí)施軟件抗干擾的必要條件是:
1、在干擾的作用下,微機硬件部分以及與其相連的各功能模塊不會(huì )受到任何損毀,或易損壞的單元設置有監測狀態(tài)可查詢(xún)。
2、系統的程序及固化常數不會(huì )因干擾的侵入而變化。
3、RAM區中的重要數據在干擾侵入后可重新建立,并且系統重新運行時(shí)不會(huì )出現不允許的數據。
抑制數據采樣的干擾可采用:數字濾波,寬度判斷抗尖峰脈沖干擾等辦法,也可采用重復檢查法,偏差判斷法來(lái)檢查判斷是否有干擾信號。
作者單位:國投新集能源股份有限公司
參考文獻:
[1]魏俊民,周硯江.機電一體化系統設計.北京:中國紡織出版社.
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