哲成阀门:阀门电动执行器中的抗干扰技术
来源:哲成阀门 作者:哲成阀门贸易部 发布时间:2014-6-5 阅读:次
        1 引言 
      阀门电动执行器是机械装置和电子装置有机结合而形成的一种高技术装置,广泛应用于冶金、电力、化工等部门,是广泛应用的产品之一。智能化阀门电动执行器带有微处理器,常应用在环境恶劣的条件下,工作现场的干扰较重,必须重视对其抗干扰技术的研究。
      
      2 干扰的来源
      干扰[1]是指有用信号以外的噪声或造成恶劣影响的变化部分的总称。工业生产现场的干扰可以沿线路侵入智能化阀门电动执行器,也可以以场的形式从空间侵入装置,系统的接地装置不良或不合理,也是引入干扰的重要途径;各种传感器、输人输出线路的绝缘不良,均有可能引入干扰;以场的形式入侵的干扰主要发生在高电压、大电流、高频电磁场(包括电火花激发的电磁辐射)附近,它们通过静电感应、电磁感应等方式在智能化阀门电动执行器中形成干扰。干扰一般以脉冲的形式进入阀门电动执行器。
      干扰对阀门电动执行器的作用可分为三部分:第一部分是空间干扰,通过电磁波辐射串入装置;第二部分是过程通道干扰,前向输入通道干扰使模拟信号失真,数字信号出错,装置根据这些错误信号作出的反应必然是精误的;后向通道干扰使各种输出信号混乱,不能正确反应装置的真实输出量。第三部分是装置内部,即处理器CPU,由于CPU是+5V低电压供电,容易*扰窜入,使总线上的数字信号混乱,引发一系列后果。

      3 硬件抗干扰技术
      智能化阀门电动执行器的抗干扰是一门实践性极强的技术,从某种意义上来说是一门实验技术,包含了相当丰富的实践知识。以下是采用的一些抗干扰技术。
      3.1 电源抗干扰[2]。在智能化阀门电动执行器运行过程中遇到的最大问题便是电源的抗干扰问题。
      3.1.1 使用隔离变压器。因为高频噪声通过变压器不是靠初、次级线圈的相互耦合,而是靠初、次级间寄生电容耦合的。因此隔离变压器的初、次级之间用屏蔽层隔离,减小其分布电容,以提高抗共模干扰的能力。
      3.1.2 采用低通滤波器。由谐波频谱分析已知电源的干扰大都是高次谐波,因此来用低通滤波器让50Hz市电基波通过,滤去高频谐波,改善电源波形。
      3.2 抗空间干扰
      智能化阀门电动执行器工作时会产生大量的电磁辐射,包括电机的起动、换向、继电器的吸合等,都会在周围产生大量的电磁辐射。而装置对电磁环境非常敏感,电磁辐射作用于模拟信号会使信号产生畸变;作用于数字信号,会引起误信号,有时会引起控制装置误动作。为防止电磁干扰,对控制器采取电磁屏蔽;采用导电性能优良的金属材料(铜、铝等)制作屏蔽罩,将控制器装在屏蔽罩里,将屏蔽罩接至大地。实践证明此方法非常有效。
      3.3 过程通道抗干扰
      3.3.1 光耦隔离措施 
      如晶闸管电源同步信号在进入主控单元时都要经过光耦合器隔离,以保证主控单元在I/O单元时不受损坏。光耦能有效地抑制尖峰脉冲及各种干扰,因为光耦是电流型器件,干扰信号虽然有较大的电压幅值,但能量很小,只能形成微弱电流,而光耦的输出信号与输入信号流经发光二极管的电流有关,这样干扰信号由于不能提供足够的电流,所以不会进入输出极;光耦的输入回路和输出回路之间分布电容很少,而绝缘电阻很大,这样就避免了干扰通过光耦在输入回路和输出回路之间的耦合。
      3.3.2 双绞线传输
      双绞线与同轴电缆相比,虽然频率特性差,但阻抗高,抗共模噪声能力强。双绞线能使各个小环节的电磁感应干扰相互抵消:其分布电容为几十PF,距离信号源近时,可起到积分作用,故双绞线对电磁场具有一定的抑制作用。
      3.4 合理布线
      3.4.1 在实际布线时做到:强电信号与弱电信号分开布线;交、直流线路分开布线。
      3.4.2 控制装置的地线接法对干扰有明显的抑制作用。电路的接地按用途可分为保护接地和工作接地。保护接地为了安全,将电气设备的外壳通过导线与大地连接,与大地保持等电位,工作接地应解决两个问题:
      (1)消除各电路电流流经公共地线时,由于地线阻抗所产生的噪声电压;
      (2)避免受磁场和地电位差的影响,即不形成地环路,要消除地线干扰,可以通过正确的地线隔离来实现。如通过光耦进行良好的隔离。
      3.5 其他抗干扰措施
      3.5.1 单点接地,数字、模拟地分开,两者地线分别与电源地线相连。接地线、电源线构成回路,并尽量加粗。
      3.5.2 在某些重要芯片电源输入端加去耦电容。去耦电容可来用0.01μF的陶瓷电容器,它能较好地吸收高频噪声。单片机“RESET”复位端在强干扰现场会出现尖峰电压干扰,有时虽不会造成单片机复位(单片机复位端电压必须保持高电平10ms以上才能充分复位),但有可能改变寄存器内容,因此复位端也应加去耦电容。

      4 软件抗干扰措施
      提高装置抗干扰性能的另一条途径是尽可能用软件取代硬件。在CPU处理能力允许的条件下,对那些软件和硬件均能实现的功能应尽可能来用软件来完成。这样,不仅硬件电路简单,引入和发出干扰的因素也相应减少,有利于提高装置的可靠性。
      4.1 看门狗措施。在单片机应用系统中,由于干扰的因素,常常会出现程序“跑飞”或“死机”现象.使系统不能正常工作。为了解决这个问题,在单片机系统中来用看门狗是一个很好的办法。
      4.2 现场保护措施。现场保护就是指如果在中断服务子程序或调用程序中使用了主程序用到的累加器、乘法器以及内存,而且这些数据不允许子程序对其进行修改,那么在子程序的最前面要将这些数据保存。
      4.3 指令冗余措施。在重要的操作运行指令,如开、关闭中断,返回,跳转指令后,再写上同样的指令。

      5 结论
      随着昂贵的高性能智能化阀门电动执行器大量出现,必须对其抗干扰问题引起足够的重视,针对智能化阀门电动执行器的抗干扰,首先是要找到干扰源,其次分析有无抑制干扰的可能性和采取相应的措施等,这样往往可以取得事半功倍的效果。智能化阀门电动执行器由于采取了上述一系列抗干扰技术,使得其运行稳定可靠,故障率降低,提高了生产率。抗干扰技术又是一个实践性很强的技术,需要在工作中不断总结和探索。
本文Tag:阀门、电动执行器、抗干扰
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