经编机电气控制系统抗干扰研究

胡玉汞

(三明职业技术学院,福建三明365001)

经编机电气控制系统抗干扰研究

胡玉汞

(三明职业技术学院,福建三明365001)

根据经编机的工作特殊性和干扰的多样性,文章主要从电气角度多方位提出了一些相应的抗干扰措施。从而可以较好地提高经编机的整体抗干扰能力,使系统具有高可靠性,能满足高档经编机的控制要求。

经编机;电气控制系统;抗干扰

1 引言

随着微机控制技术和机电一体化的水平不断提高,为了提高产品的市场竞争力,国内许多厂商以微型计算机或嵌入式控制微处理器芯片(如单片机、DSP、ARM)为核心对经编机控制系统进行改造,用电子横移系统取代传统的花纹链条式机械横移机构;用电子送经系统取代机械送经机构。改进后的经编机具有花型变化柔性好,可以根据市场的需求随时调整编辑花型,提升了产品的质量和档次,它代表了现代高速经编机的发展方向[1]。但改造后的电气控制系统性能稳定与否,将直接影响经编机的整体质量,一次随机的干扰可能会影响一批产品的质量。电气控制系统的稳定性能逐渐成为影响经编机生产效率和产品质量的重要因素,而干扰是影响系统的稳定性主要原因,要提高控制系统可靠性必须在工程设计、安装施工和使用维护中合理运用抗干扰技术,有效地增强系统的抗干扰性能,使系统高稳定性、高可靠性、高效率运行。

2 经编机干扰因素分析

电磁干扰的形成是由电磁干扰源、传播途径和敏感设备三个因素组成。为分析方便,可根据干扰源和干扰传播路径的不同,将对经编机的干扰分为两大类：一是系统外部的干扰,二是系统内部的相互干扰。其中,系统外部的干扰主要包括两种：一种是配电柜内其它的强电信号,可通过电源线传输或空间电磁耦合等方式干扰经编机;二是外部环境,如大电弧电流产生的剧变强电磁场、强大的交变电磁场、大功率的变频器以及雷电等,这些干扰的传播路径主要是空间电磁耦合[2]。系统内部的相互干扰主要由电磁式电器(电磁铁、接触器、继电器、开关等)装置内部的器件引起,可通过过程通道干扰(如输入、输出端口)、供电系统干扰(如电源线)和空间干扰的方式进入经编机控制模块。

为了保证经编机能够长时间稳定可靠地运行在最佳工作状态,必须根据上述电磁干扰产生的来源及特征,针对性地采取行之有效的措施进行抑制,将其对整个系统的影响程度降到最低。

3 电气控制系统抗干扰措施设计

经编机控制系统的抗干扰是一个系统工程,从控制器的选择到工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑,并结合具体情况进行综合设计,才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。

为了保证经编机控制系统在工业电磁环境中免受或减少干扰,必须从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：抑制干扰源;切断或衰减电磁干扰的传播途径;提高装置和系统的抗干扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。

3.1 抑制电网引入的干扰

经编机控制系统中,电源占有极其重要的地位。电网干扰串入控制系统主要通过系统的供电电源、变送器供电电源和与控制系统具有直接电气连接的外围设备供电电源等耦合进入的。现在对于控制器供电的电源,一般都采用隔离性能较好的电源,而对于变送器供电电源以及和控制系统有直接电气连接的外围设备供电电源,主要是使用的隔离变压器,其分布参数大,抑制干扰能力差,经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以,对于变送器和外围设备供电电源应选择分布电容小、抑制干扰能力强的配电器,以减少经编机控制系统的干扰,应采用的方法是既使用滤波器,同时又使用隔离变压器。如图1所示。必须注意,使用时应把滤波器接入电源,然后再使用隔离变压器。

图1 连接方法

为了使交流滤波器运行在最佳工作点,达到最合理的阻抗匹配,其参数的选择往往与负载大小有关;因此,在现场选配一组最佳的交流滤波器参数,削弱干扰的效果会更好。

3.2 抑制电磁式电器引入的干扰

电磁式电器主要有电磁铁、继电器、接触器、驱动电机。

3.2.1 首先应尽量将控制电路和电磁式电器电路分置在两块独立电路板上,并保持一定距离,甚至在可能的情况下,还可以在电磁式低压电器外面增加屏蔽罩并接地,效果会更好。

3.2.2 经编机中的电磁铁或控制继电器通常由三极管驱动控制,连接如图2所示。由于线圈是感性元件,开关过程中其内部储能的变化会伴随着产生电磁干扰和感应电动势,从而会威胁到线圈驱动电路的安全。为此,一般在线圈两端反向并联一个开关类续流二极管,如图2中V2所示,为感应电势的泄放提供通道。

图2 续流二极管连接

当控制继电器触点连接一定的负载后,其开合过程会产生拉弧打火现象,这实际上也是一种能量的释放形式,也会引起电磁干扰,为此,可在触点两端并联1个由电阻电容串接的RC灭弧器,吸收触点产生的尖峰干扰,如图3所示。

图3 RC灭弧器连接

除了采取上述必须的措施减小电磁铁动作产生的强干扰外,还可以将控制信号进行光电隔离,进一步减小电路中的串扰。

3.3 完善接地系统

完善的接地系统是经编机控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。系统接地有浮地、直接接地和电容接地三种方式。对经编机控制系统而言,它属高速低电平控制装置,应采用直接接地方式。

经编机电气控制系统主板安装在一个机箱内,机壳为导体,起到电磁屏蔽的效果,但屏蔽层必须连到大地,为干扰信号提供一个泄放通道。电气控制柜内布线要合理,强电和弱电尽量分开走线,同类信号导线尽量对称铺设,并在末端就近连接导线的屏蔽层。在连接电磁铁地线时必须保证可靠,建议就近用螺钉攻丝固定,并且要防止机器非导电性物质对地线接地效果的影响。整台经编机最终必须连大地,并且保证接地电阻满足有关规定。建议尽量采用短而粗的导线,使导线电阻足够小,接地极的接地电阻要小于两欧姆,接地极最好埋在距建筑物十米以上,而且经编机控制系统接地点必须与强电设备接地点相距十米以上,这对操作的安全性和抗干扰性都有很大的提高。

3.4 采用软件抗干扰措施

由于电磁干扰的复杂性,要完全消除干扰影响是不可能的,因此在经编机控制系统的软件设计时,还应在软件方面进行抗干扰处理,进一步提高系统的可靠性。可用的一些提高软件结构可靠性的措施包括：数字滤波和工频整形采样,可有效消除周期性干扰;定时校正参考点电位,并采用动态零点,可防止电位漂移;采用信息冗余技术,设计相应的软件标志位;采用间接跳转,设置软件保护及软硬件结合的看门狗技术等。

4 结束语

经编机现场电磁环境恶劣,在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制干扰,提高整个设备可靠性。根据经编机自身所具有的工作特殊性和干扰的多样性,本文主要从电气角度多方位提出了一些相应的抗干扰措施。通过基于DSP拉舍尔经编机控制系统进行了抗干扰设计和改造,可以较好地提高经编机的整体抗干扰能力,应用情况表明：该系统实时性好、响应快,并具有自适应调节功能,可靠性和工作效率高、能满足高档经编机的控制要求。

[1]蒋高明.现代经编工艺与设备[M].北京：中国纺织出版社,2004.

[2]王幸之,王雷,钟爱琴,等.单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社,2006.

Research on Anti-interference for Electrical Control System of Warp Knitting Machine

Hu Yugong
(Sanming Vocational&Technical College,Sanming 365001,China)

Based on the particularity and diversity of work interference of warp knitting machine,some anti-interference measures were presented multilaterally from the electrical aspect.The overall anti-interference capacity of warp knitting machine was improved to make the system highly reliable to meet the control requirement of top grade warp knitting machine.

warp knitting machine;electrical control system;anti-interference

TP273

：A

：1009-3028(2011)02-0030-03

2011-02-14

胡玉汞(1966—),男,福建三明人,副教授。