机电一体化系统抗干扰措施研究

机电一体化系统抗干扰措施研究

郎昊运

浙江安吉广和建设有限公司 浙江 湖州 313300

摘要：随着现代科学技术的快速发展，不同学科之间的交叉性与渗透性变得越来越强，从而进一步的促进了工程领域技术的应用与发展。在机械工程行业，借助计算机技术以及微电子技术的融合发展，其所形成的机电一体化技术在机械制造业领域得到了极大的应用空间。由于机电一体化技术的应用，使得原有的机械行业的技术结构、生产方式以及管理模式等多个方面发生了非常大的改变，从而使得机械工业的生产模式从原有的“机械电气化”向“机电一体化”逐步迈进。为了提高机电一体化系统在工业中应用质量，本文对工业中的机电一体化系统工作时所受的干扰进行了相应的分析，明确了具体的干扰原因，在此基础上有针对性的提出抗干扰措施，从而保证了机电一体化技术应用的稳定性与可靠性，对推动我国机械制造业的发展有一定的推动作用。

关键词：机电一体化；系统；抗干扰；措施

0引言

机电一体化技术作为涵盖多门学科的技术，经过多年的发展以及逐渐成熟，学科之间的融合性在不断增强，并且伴随着相关技术的不断完善，正在被赋予越来越多的功能。机电一体化系统是指在机械设备的动力功能以及控制功能等上应用微电子技术，同时将所使用的不同软件进行结合所构成的系统。通过应用机电一体化系统，能够显著改善工业生产的效率与质量。但系统在工业环境中进行应用时，常受到电网、空间等外部与内部环境的干扰。如果系统不能够挡住干扰所带来的的冲击，就会导致各个电气功能模块的正常工作受到较大影响，进而导致微机系统中的程序不能正常读取运行，使得传感器模块输出的信号不准确、功率驱动模块所输出的驱动信号失真，相关执行机构不能够正常的进行动作，最终会使得整个系统出现故障，严重的甚至会导致系统出现瘫痪的情况。

1 系统干扰源

大功率的设备在运行时会对电网产生较大的影响，导致电网的电压呈现出大幅的涨落以及浪涌等情况，而大功率开关的通断以及电动机的启停等，会导致电网频繁的出现较高峰值的脉冲干扰。根据相关数据的统计，瞬时短路、过压以及欠压等多种原因，使得系统的CPU出现误动作以及数据丢失等情况在各种干扰中的占比超过90%。

1.2过程通道干扰

这种形式的干扰主要是长线运输导致的。如果机电一体化系统中存在电气设备漏电、接地系统有缺陷、传感器的测量部件绝缘效果较差等，或者是不同通道中传输线都在一根电缆或者捆绑在一起，特别是信号线和交流电源线在同一根电缆中时，其所产生的的共模电压或者差模电压会严重影响系统的正常运行，进而使得整个系统不能正常工作。

1.3场干扰

机电一体化系统在正常运行时，其所处的环境中存在磁场以及静电场等多种场干扰，常见的包括通讯发射台的电磁波以及中频设备所发出的电磁辐射等。多种类型的场干扰通过电源线或者传输线进行传输，从而系统中各个模块的电平会出现改变或者产生脉冲干扰信号等情况，影响相应模块功能的正常实现。

2抗供电干扰的措施

2.1配电系统的抗干扰

对于供电干扰的抑制，应当从源头即在配电系统上采取相应的措施。此外还可以使用分立式的供电方案，即将组成系统的不同模块分别使用独立的整流电路、稳压电路以及滤波电路等所组成的直流电源进行供电，从而将集中供电所带来的的风险进行了有效的分散，能够降低公共阻抗和公共电源之间的耦合，从而保证了电源供应的可靠性，并且能够改善电源的散热情况。此外，应当使用较粗的导线当做交流电的引入线，使用双绞线当做直流电的输出线，扭绞的螺距应较小，同时尽量降低配线的长度。

2.2利用电源监视电路

通过在配电系统中采用相应的抗干扰措施，能够在一定程度上降低系统所受干扰，但对于微秒级别的干扰脉冲以及瞬态掉电依然难以抵挡，特别是瞬态掉电，其属于恶性干扰，一旦发生很有可能导致出现较为严重的事故。为此需要采取进一步的预防措施，即采用电源监视电路。电源监视电路应当能够对电源电源瞬时短路、微秒级干扰以及掉电等问题进行监视，此外还应当能够输出相应的复位信号以及中断信号灯，以供CPU接收。

3过程通道抗干扰措施

3.1光电隔离

在进行长线传输时，利用光电耦合器的电流传输特性，把不同模块之间的两个光电耦合器利用连线“浮置”起来，通过采用这种方式不但能够将不同电气模块之间的电流流过公共线时所产生的噪声电压互相窜扰的问题进行消除，同时还能够避免在进行长线输送时驱动与阻抗的不匹配问题。

3.2双绞线传输

在进行长线输送时应尽量选择双绞线，相较于同轴电缆，尽管双绞线的频带相对较窄，但其阻抗较高，能够有效的降低共模的干扰。同时采用双绞线所组成的环路，能够改变线间的电磁感应方向，进而能够时电磁感应互相抵消，可以有效的抑制电磁场的干扰。

3.3阻抗匹配

在进行长线传输时，如果收发两端的阻抗存在不匹配的情况，就会出现信号反射的情况，导致信号失真，对系统具体的影响程度取决于传输的频率以及传输线的长度，因此应当保证收发两端的阻抗匹配。

3.4电流传输

通过采用电流传输的方式取代电压传输，从而能够使系统得到较为良好的抗干扰能力。

3.5合理布线

在对系统进行布线时，对于强电馈线需要进行单独走线，同时对于强信号线与弱信号线应尽可能的避免走线互相平行，最大程度的降低对系统的干扰。

4软件抗干扰技术

对系统产生影响的干扰有多种类型，其最终会在系统的微机模块中进行集中反映，使得系统在进行数据采集时会出现误差，系统会出现控制状态失灵以及程序运行混乱等多种问题。尽管系统在硬件使用了多种的抗干扰措施，但还是无法完全确保微机系统维持正常工作状态，主要是由于软件的抗干扰是微机系统的本身的抵御，而如果想要进行软件抗干扰，则需要满足下列条件：

（1）在存在干扰的情况下，微机的硬件、与微机相连的各个模块不会出现损毁的情况，或者能够对容易损坏的单元进行状态监测。

（2）系统的程序以及已经固定的常数不会因为干扰的出现而出现改变。

（3）在RAM区中的关键数据在受到干扰的影响后仍然能够再次建立，同时系统在重新运行时不会出现系统中不允许的数据。对于抑制数据进行采样的干扰，可采用数字滤波等多种办法，而在判断是否存在干扰信号时，可使用重复检查法等。对于程序不能正常运行的软件抗干扰，可采用下列处理措施：

1）设置WATCHDOG 功能，利用硬件对软件的运行情况进行监控，如果发现问题或者出现故障及时的采取相应的处理措施；

2）设置软件陷阱，当程序指针时空使得程序进入到非程序空间时，在空间中设置对应的拦截指令，从而将程序带入陷阱中，最终迫使程序转到初始状态。

5结语

通过在机械行业中应用机电一体化技术，不仅能够提高相关企业的实际生产效率，同时能够减少人力物力等资源的投入，降低企业的生产升本。但在实际应用的过程中，机电一体化系统会受到外部以及内部环境的各种干扰，从而对系统的使用运行性能产生较大影响，不利于企业的生产。本文通过对影响系统正常工作的干扰源进行了详细的分析，明确具体影响原因，结合实际情况，从硬件和软件上有针对性的提出了具体的抗干扰措施，对保证机电一体化系统的正常运行，确保其应用的设备能够稳定运行有重要意义。

参考文献

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