机电一体化设备控制系统的抗干扰措施

李锦程

摘 要：鉴于当前干扰对机电一体化设备控制系统造成的不良影响，文章将结合笔者实践经验，对机电一体化系统的干扰源进行分析，并探讨相应的抗干扰对策，希望能起到抛砖引玉的作用。

关键词：机电一体化设备；控制系统；抗干扰；措施

当前，机电一体化已逐步发展成为了一门具有自身体系的新型学科。所谓的机电一体化系统就是在机械的主功能、信息功能、控制功能以及动力功能上融入微电子技术，并且将电子装置和机械装置用一些相关的软件进行有机的结合而形成的系统。受益于科学技术高速发展，其还被赋予了新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用微电子技术、机械技术、计算机技术、电力电子技术、自动控制技术、信息变换技术、信息技术、接口技术、传感测控技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在高可靠性、高质量、多功能、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。但在使用过程中，机电一体化系统难免会受到附近环境、空间以及电网的影响而产生干扰。如果其无法有效抵抗干扰的影响，则其各项功能将难以顺利运行，功率驱动模块则容易发出错误的驱动信号，传感器模块将会输出伪信号，微机系统也会由于受到干扰的原因而出现程序错乱等现象，严重的还会导致系统出现瘫痪。故此，系统在设计时应该考虑周全，采取有效的抗干扰措施。

1 机电一体化系统的干扰源

1.1 供电干扰

一些功率比较大的设备会对电网造成严重的污染，使得整个电网电压起伏的波动比较大。电网上常常出现很高的尖峰脉冲干扰。据统计，电源的投入、瞬时短路、欠压、过压、电网窜人的噪声引起CPU误动作及数据丢失占各种干扰的90%以上。目前我国使用的是高压高内阻电网，电网的污染比较严重，即使使用了一些稳压的措施，但是电网中的污染还是会通过电路进入到计算机系统中。

1.2 过程通道干扰

通道干扰一般都是出现在长线传输中，当系统中出现传感器测量部件绝缘性能差、接地系统不完善或电气设备漏电；及各通道的传输线如果处于同根电缆或捆扎在一起，尤其是将信号线与交流电源线处于同一根管道时，产生的共模或差模电压都会影响系统，放在同一个长达百米的管道内，这种干扰是十分的严重。多路信号一般是靠多路开关与采样保持器对数据进行采集然后送入微机，如果这一部分的电路性能没有达到标准，幅值比较大的干扰信号同样会使相邻的通道之间产生信号的串扰，这种串扰会使信号失真。

1.3 场干扰

在系统的周围空间总会存在着电磁场、磁场以及静电场，例如通讯发射台的电磁波；周围中频的设备所发出的电磁辐射；太阳和天体辐射的电磁波，广播、手机等。这些场的干扰会通过传输线或者是电源影响各个功能的正常工作，使其中的电平发生改变或者是产生脉冲干扰的信号。

2 机电一体化设备控制系统的抗干扰措施

2.1 硬件抗干扰的措施

2.1.1 抗供电干扰的措施。首先，抑制供电干扰首先从配电系统上采取措施。第一，设计者应该以工厂实际的情况和系统的实际情况作为依据对其进行分析，然后采用合理的、科学的设备经过设置使机电一体化系统的供电的稳定性提高，以此来提高系统的抗干扰能力。第二，可采用分立式供电方案，就是将组成系统各模块分别用独立的滤波、变压、稳压、整流电路构成的直流电源供电，用以降低集中供电的危险性。并且也减少了公共阻抗以及公共电源的相互耦合，提高了供电的可靠性，也有利于电源散热。

2.1.2 过程通道抗干扰措施。在长距离的传输中，双绞线是一种比较常用的传输介质，同轴电缆与其相比，虽然同轴电缆的频带比较宽，但是双绞线的阻抗比较高，对共模干扰起到了降低的作用。双绞线构成的每个环路使线间的电磁感应改变了方向，两者相互抵消，因此对电磁场的干扰有着抑制的效果。其次，还可采用光电隔离的措施来进行抗干扰。利用光电耦合器的电流传输特性，在长线传输时可以将模块间两个光电耦合器件用连线“浮置”起来，这种方法不仅有效地消除了各电气功能模块间的电流流经公共线时所产生的噪声电压互相窜扰。而且有效地解决了长线驱动和阻抗匹配问题。再者，还可以通过使用Watchdog来达到抗干扰的目的。Watchdog是一种监视定时器，其无需借助任何外力即可独立完成工作，并且具有较高的信号采集准确率，如此一来能够让系统在运行过程中可以有效抵抗电源的干扰，并保证系统得以顺利运作。最后，合理布线。强电馈线必须单独走线，强信号线与弱信号线应尽量避免平行走向。

2.1.3 抑制空间干扰。防止空间的干扰可以采用屏蔽和接地这两种方法，但前提是制作确保屏蔽良好以及接地正确。第一，采用双绞线等带屏蔽层的信号线来防止电磁干扰，并将信号线屏蔽层的单端接地。第二，消除静电可采用感应体接地的方式来进行，但需要注意的是在接地的过程中不要形成接地环路。第三，严禁将导线的屏蔽层当作信号线或公用线来使用。第四，在布线的过程中，不要在电源电路和检测、控制电路之间使用公用线，也不要在模拟电路和数字脉冲电路之间使用公用线，以免互相串扰。

2.2 软件抗干扰的措施

2.2.1 抑制工频干扰。当工频干扰侵入到微机系统的前后通道之后，通常被测信号上会被叠加上干扰信号，尤其是当传感器以小电压信号进行模拟量输出时，这种串联叠加是不会被检测出来的。如果想要这种串联干扰被清除，可以使采样周期等同于电网工频周期的整倍数，使工频干扰的信号在采样周期内相互抵消。

2.2.2 数字滤波。软件所采取的抗干扰措施就是将采集到微机中的采样信号，使用数字滤波的方法消弱和消除干扰信号。数字滤波有着很多的优点，可以完成一些模拟滤波器无法完成的工作，不需要任何硬件设备，在程序进入控制算法和数据处理之前将数字滤波软件附加在程序上就可以了。数字滤波使用起来非常的方便灵活，可以根据不同的需求来选择滤波的参数和滤波方法。

3 结语

机电一体化系统不但提高了工业生产的效率，同时还大大的节省了人力和物力，但是在实际的使用过程中会受到外界多种因素的干扰，从而影响了系统中模块功能发挥，甚至还会引起系统的瘫痪。所以在机电一体化系统管理的过程中，要对干扰源进行全面的了解和分析，并通过多种方式进行干扰抑制，保证系统的安全运行。

参考文献

[1] 赵云风，王秋芳.机电一体化系统干扰和抗干扰问题的探讨[J].科技信息：学术版，2008（27）.

[2] 董丽娟.关于机电一体化系统抗干扰问题的论述[J].科技创新与应用，2013（03）.

[3] 宋威.机电一体化系统干扰源及抗干扰措施[J].科技创新与应用， 2012（02）.

[4] 叶蔚翔.浅析机电一体化系统的抗干扰措施及其实现技术[J].民营科技，2009（03）.