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1、5.1.1 干擾途徑干擾途徑對(duì)于電磁干擾而言:可劃分為傳導(dǎo)和輻射兩種類(lèi)型 對(duì)材料成型現(xiàn)場(chǎng)的干擾 :傳播類(lèi)型的干擾是指通過(guò)金屬體電感電容和變壓器傳播的;而輻射則是以多種途徑向外傳播的 5.1.2干擾分類(lèi)干擾分類(lèi)1 來(lái)自電網(wǎng)的干擾2來(lái)自微機(jī)控制系統(tǒng)外的空間的干擾 3系統(tǒng)自身內(nèi)部的干擾 4從信號(hào)傳輸線傳入的干擾 5其他類(lèi)型的干擾 5.2.1 接地技術(shù)接地技術(shù)1接地的概念虛地是以電路系統(tǒng)中某一點(diǎn)電位為基準(zhǔn),接地是指讓電子、電器設(shè)備的基準(zhǔn)電位點(diǎn)與大地保持同電位。 2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中地線的形式屏蔽地:又稱為安全地或機(jī)殼地,包括機(jī)架、外殼、屏蔽罩等。模擬地:作為A/D轉(zhuǎn)換器、前置放大器等模擬部分的零電位。數(shù)
2、字地:即邏輯地,作為邏輯開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的零電位。功率地:作為大電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位。信號(hào)地:是傳感器本身的零信號(hào)電位基準(zhǔn)公共線,傳感器可看作是測(cè)量裝置的信號(hào)源。系統(tǒng)地:是上述幾種地線的最終回流點(diǎn),它將最終與大地相連。而以大地電位作為基準(zhǔn)零電位。直流地:直流電源的接地線。交流地:一般指50Hz交流電源接地線。3系統(tǒng)抑制干擾的接地方式1)一點(diǎn)接地準(zhǔn)則2)模擬地線與數(shù)字地線應(yīng)分開(kāi)設(shè)置3)強(qiáng)電地線與信號(hào)地線分開(kāi)設(shè)置4)多點(diǎn)接地系統(tǒng)5)混合接地系統(tǒng) 6)浮地系統(tǒng)5.2.2 屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)電磁屏蔽的技術(shù)原理主要分以下幾種 1)靜電屏蔽2)交變電場(chǎng)屏蔽3)交變磁場(chǎng)屏蔽4)交變電磁場(chǎng)屏蔽屏蔽的注意事項(xiàng)1)屏蔽的完
3、整性2)屏蔽材料的屏蔽效能和應(yīng)用場(chǎng)合3)屏蔽體良好接地4)特殊部位的特殊屏蔽措施3屏蔽材料的選取 研究和應(yīng)用較多的電磁屏蔽材料主要包括兩大類(lèi):表面導(dǎo)電材料和導(dǎo)電復(fù)合材料。前者是通過(guò)使塑料表面金屬化來(lái)反射電磁波;后者則是通過(guò)在塑料中填充導(dǎo)電材料,形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),達(dá)到屏蔽效果。 4屏蔽抗干擾技術(shù)1)電場(chǎng)耦合的屏蔽和抑制技術(shù)2)屏蔽線的使用圖5.1示出了屏蔽線使用的3種情況。 圖5.1 屏蔽線的用法 3)屏蔽雙絞線工程應(yīng)用一個(gè)實(shí)際的信號(hào)采集系統(tǒng)接地示意圖如圖5.8所示。 圖5.2 一個(gè)實(shí)際的信號(hào)采集系統(tǒng)接地示意圖5.2.3 硬件硬件“看門(mén)狗看門(mén)狗”技術(shù)技術(shù)1微處理器監(jiān)控器MAX690A/MAX692A
4、簡(jiǎn)介MAX690A/MAX692A是美國(guó)MAXIM公司推出的產(chǎn)品,具有以下功能:(1)在微處理器上電、掉電及低壓供電時(shí),產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出信號(hào);(2)具有備用電池切換電路,備用電池可供給CMOS RAM芯片、 CMOS P或其他低功耗邏輯電路;(3)具有Watchdog電路,該電路的外觸發(fā)脈沖時(shí)間間隔超過(guò)1.6s時(shí), 將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出;(4)可用于低電壓檢測(cè)。圖5.3 MAX690A/MAX692A封裝圖2工作原理MAX690A/MAX692A內(nèi)部原理框圖如圖5.4所示,包括復(fù)位電路、Watchdog電路、掉電比較和備用電池切換電路四部分。圖5.5為各信號(hào)時(shí)序圖。圖5.4 MAX690A/MA
5、X692A原理框圖圖5.5 MAX690A/MAX692A各信號(hào)時(shí)序圖1)復(fù)位電路微處理器在上電、掉電及低壓供電時(shí),監(jiān)控器發(fā)生復(fù)位脈沖信號(hào),這可保證微處理器實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位;當(dāng)供電電壓過(guò)低時(shí),可防止CPU失控。2)Watchdog電路Watchdog電路是計(jì)數(shù)器式定時(shí)電路。 3)掉電比較器 掉電比較器可用于低電壓的檢測(cè),若低電壓過(guò)低,將發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)(PFO掉電比較器是一個(gè)完全獨(dú)立的電路,也可以用來(lái)完成其他功能。 )。4)備用電池切換電路切換電路原理如圖5.6所示。 圖中開(kāi)關(guān)SW1SW4的狀態(tài)受VCC和VBATT的控制,如表5-1所示。由表5-1和圖5.6可知,當(dāng)VCC高于復(fù)位門(mén)限電平或低
6、于復(fù)位門(mén)限電平但高于VBATT時(shí),VOUT由VCC供電;當(dāng)VCC低于復(fù)位門(mén)限電平,且又低于VBATT時(shí),VOUT由VBATT供電。條件SW1/SW2SW3/SW4VCC復(fù)位電平門(mén)限VBATT斷開(kāi)關(guān)閉VCC復(fù)位電平門(mén)限 VCCVBATT斷開(kāi)關(guān)閉VCC復(fù)位電平門(mén)限 VCCVBATT關(guān)閉斷開(kāi)表5-1 開(kāi)關(guān)狀態(tài)表圖5.6 電池切換原理圖3MAX690A/MAX692A與單片機(jī)接口電路MAX690A/MAX692A自動(dòng)監(jiān)控典型電路如圖5.7所示。 圖5.7 MAX690A/MAX692A應(yīng)用電路5.2.4 電源的抗干擾技術(shù) 1電源的干擾類(lèi)型(1)電源線中的高頻干擾(2)感性負(fù)載的產(chǎn)生和瞬變的噪聲 (3)
7、晶閘管通斷時(shí)所產(chǎn)生的干擾 (4)電網(wǎng)的短時(shí)下降干擾 (5)拉閘過(guò)程形成的高頻干擾 2電源抗干擾的基本方法 電源抗干擾的基本途徑有以下幾點(diǎn):(1)采用交流穩(wěn)壓器。 (2)電源濾波器。 圖5.8 電感電容濾波器之一圖5.9 電感電容濾波器之二 圖5.10 交流電源濾波器圖5.11 雙繞組扼流圈的應(yīng)用 (3)采用分立式供電。 (4)分類(lèi)供電方式。 (5)電源變壓器的屏蔽與隔離。利用靜電屏蔽的一般原理和變壓器的特殊性,可在變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間加屏蔽層。 圖5.12 變壓器及單層屏蔽為了提高干擾性能,可采用雙重屏蔽,如圖5.13所示。 圖5.13 雙重屏蔽 圖5.14 二級(jí)穩(wěn)壓及低通濾波器電路
8、 (6)直流穩(wěn)壓電源采用交流進(jìn)線濾波器。對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)外界干擾較大的場(chǎng)所,可考慮使用高性能進(jìn)線濾波器,如圖5.15所示。 圖5.15 電源進(jìn)線濾波器1計(jì)算機(jī)D/A轉(zhuǎn)換卡隔離措施 首先將計(jì)算機(jī)的電源與焊機(jī)的電源分開(kāi),并且計(jì)算機(jī)的電源采用二次隔離屏蔽變壓器,輸入端用濾波器,它明顯的優(yōu)點(diǎn)是抗電網(wǎng)干擾能力強(qiáng),很適合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 一般干擾脈沖是相當(dāng)窄的,因此在采用計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換卡(PCL-728)時(shí),工作電源采用單獨(dú)供電,并在工作電源和地線之間加一個(gè)高頻濾波電容0.10.001 F,其原理框圖見(jiàn)圖5.16。 圖5.16 PCL-728原理框圖5.2.5 計(jì)算機(jī)接口電路隔離技術(shù) 在PCL-728芯片工作電壓端
9、接入一個(gè)電阻R = 100200 做瞬間脈沖電流保護(hù)。在PIO和D/A之間增加光電隔離環(huán)節(jié),并且光電隔離管的輸入、輸出回路的電源單獨(dú)供電,與外部相接的電路由相應(yīng)的外部電源供電,完全切斷了主機(jī)與外部一切電的傳輸連接,使計(jì)算機(jī)“浮置”,見(jiàn)圖5.17。 圖5.17 計(jì)算機(jī)“浮置”示意圖 為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,可以通過(guò)光電耦合器將長(zhǎng)導(dǎo)線完全“浮置”起來(lái),見(jiàn)圖5.18。 圖5.18 傳輸長(zhǎng)線的光耦浮置處理2數(shù)字信號(hào)的隔離圖5.19為數(shù)字輸入通道的光電隔離。圖5.19 數(shù)字輸入通道的光電隔離 3模擬信號(hào)的隔離在需要A/D,D/A的應(yīng)用系統(tǒng)中,模擬信號(hào)的隔離器件有多種,常用的有差分放大器(隔離電壓低),
10、V/F轉(zhuǎn)換光電隔離電路(應(yīng)用電路復(fù)雜)和隔離放大器(性能好但價(jià)格昂貴)等,如果系統(tǒng)的要求不是很高,則可采用如圖5.20所示的光電耦合式隔離放大電路,此電路所用元件少,只要保證兩個(gè)光電耦合器的特性盡量一致,就可以構(gòu)成一個(gè)精度和線性度較高的隔離放大電路,其增益均等于R2/R1。圖5.20 模擬信號(hào)的隔離放大電路5.3.1 軟件冗余技術(shù)軟件冗余技術(shù)1指令冗余(1)NOP的使用。(2)重要指令冗余。2數(shù)據(jù)冗余5.3.2 軟件陷阱技術(shù) 1軟件陷阱軟件陷阱一般由3條指令組成:NOPNOPLJMP ERB2軟件陷阱的設(shè)置1)未使用的中斷區(qū)2)未使用的EPROM空間3)非EPROM芯片空間圖5.21中74LS
11、08為四正門(mén)。圖5.21 非EPROM區(qū)程序陷阱之一在圖5.22中,當(dāng)PC“跑飛”落入2000HFFFFH空間時(shí),74LS244選通,讀入數(shù)據(jù)為020202H,這是一條轉(zhuǎn)移指令,使PC轉(zhuǎn)入0202H入口,在主程序0202H設(shè)有出錯(cuò)處理程序。圖5.22 非EPROM區(qū)程序陷阱之二4)運(yùn)行程序區(qū)5)RAM數(shù)據(jù)保護(hù)的條件陷阱6)表格區(qū)5.3.3 軟件軟件“看門(mén)狗看門(mén)狗”技術(shù)技術(shù)軟件“看門(mén)狗”通常由三部分組成:軟件陷阱、軟件復(fù)位和循環(huán)監(jiān)控。5.3.5 數(shù)字濾波數(shù)字濾波 下面介紹幾種常用的軟件濾波方法1平滑濾波2中值濾波3限幅濾波4限速濾波5一階遞推數(shù)字濾波法6防脈沖干擾平均值濾波(復(fù)合濾波)5.4.1
12、 設(shè)計(jì)抗干擾電路設(shè)計(jì)抗干擾電路1復(fù)位電路和時(shí)鐘電路抗干擾設(shè)計(jì)通常的復(fù)位電路采用的是RC復(fù)位電路,見(jiàn)圖5.23(a)。使用MAX692A的復(fù)位電路如圖5.23(b)所示。圖5.23 單片機(jī)復(fù)位電路圖5.24表明時(shí)鐘信號(hào)中疊加噪聲干擾后,會(huì)改變時(shí)鐘分頻信號(hào),導(dǎo)致CPU工作時(shí)序發(fā)生紊亂。圖5.24采用的是12MHz的晶體振蕩器,單片機(jī)產(chǎn)生的最有影響的高頻噪聲大約是其時(shí)鐘頻率的3倍。圖5.24 電磁波對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的干擾2交流電源電路抗干擾設(shè)計(jì)由于高頻對(duì)供電線路的電磁干擾以及焊接電源通過(guò)電源供電線對(duì)電網(wǎng)的干擾,使電源網(wǎng)路中混入高頻干擾信號(hào)。可通過(guò)低通濾波器予以濾除,低通濾波器的形式見(jiàn)圖5.25。圖5.25
13、 低通濾波器的電路形式濾波供電網(wǎng)絡(luò)中的高頻干擾信號(hào),為了濾除濾波器輸出端到弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)器電源變壓器輸入端之間供電線受高頻干擾產(chǎn)生的干擾信號(hào),在弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)器電源變壓器初級(jí)進(jìn)線處加接高頻性能好、分布電感小的瓷介電容,見(jiàn)圖5.26。為了消除電源變壓器的分布電容的漏磁通過(guò)對(duì)弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)器第一級(jí)地運(yùn)算放大器輸入端的電磁干擾,對(duì)變壓器的原、副邊分別加屏蔽層,見(jiàn)圖5.27。圖5.27 電源變壓器的屏蔽原理圖圖5.26 弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)器電源變壓器進(jìn)線高頻電容示意圖使用屏蔽時(shí)的接線方法見(jiàn)圖5.28。圖5.28 使用屏蔽時(shí)的接線方法在采用了上述方法的基礎(chǔ)上,用11.5mm的鐵皮將整個(gè)變壓器包裹起來(lái),形成一個(gè)屏蔽罩,僅僅把引線留在
14、外面,整流電路加接電容,對(duì)減小整個(gè)電源的絞波干擾作用很大,如圖5.29所示,電容可選0.01F左右。圖5.29 整流電路加接電容3電路直流電源抗干擾設(shè)計(jì)4組電源分別經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后供給各個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊使用,見(jiàn)圖5.30。圖5.30 電路供電電源抗干擾設(shè)計(jì)框圖4機(jī)械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)抗干擾設(shè)計(jì)考慮到傳輸距離較長(zhǎng),采用光耦4N25,利用20mA電流環(huán)的原理進(jìn)行信號(hào)傳遞,同時(shí)在光耦的輸出和單片機(jī)的輸入口之間接有施密特觸發(fā)器,并接有濾波電容,如圖5.31所示。圖5.31 焊槍開(kāi)關(guān)按鍵輸入5交流弧壓采樣線路抗高頻干擾設(shè)計(jì)弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)器的弧壓信號(hào)通常采取的辦法是將交流電壓整流,經(jīng)濾波后輸出比較平滑的直
15、流波形,然后再送入比較器與給定電壓比較,得出差值信號(hào)經(jīng)放大,驅(qū)動(dòng)電機(jī)上下轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)節(jié)弧長(zhǎng),見(jiàn)圖5.32。圖5.32 交流弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)器弧壓采樣及電路原理框圖我們采用SYNCROWAVE350電源內(nèi)部高頻濾波隔離電路,從電源內(nèi)部選取電弧電壓信號(hào),既可避免另搭電路而產(chǎn)生的干擾,又可充分利用已有的焊接電源,抗高頻干擾電路優(yōu)勢(shì),使系統(tǒng)的布線更加緊湊、方便,減小高頻對(duì)系統(tǒng)各部分的干擾,其電路原理見(jiàn)圖5.33。由CR1輸出的電壓波形為焊接時(shí)交流全波整流電壓波形,CR1的2、5腳輸出的電弧電壓信號(hào)采用雙絞屏蔽線。也可以用霍爾元件對(duì)焊接電壓進(jìn)行隔離采樣,見(jiàn)圖5.34,實(shí)際應(yīng)用效果良好。圖5.33 弧壓采樣電路的高頻
16、旁路圖圖5.34 弧壓采樣電路原理圖5.4.2 抑制干擾源 1焊接電源接地抑制高頻干擾2屏蔽噪聲源3防止高頻的空間電磁干擾5.4.3 削弱耦合通道 5.4.4 采用屏蔽雙絞線 一般要求,若用一條線接地的雙絞線作為脈沖電流傳輸線時(shí),終端必須連接一個(gè)大于對(duì)稱線路特性阻抗R0的電阻R1,見(jiàn)圖5.35。圖5.35 對(duì)稱雙絞線抗高頻干擾當(dāng)有兩對(duì)或兩對(duì)以上雙絞線時(shí),噪聲電壓變大,主要原因是:多對(duì)雙絞線之間有互感、電容耦合、共阻抗等,見(jiàn)圖5.36。圖5.36 在不連續(xù)點(diǎn)產(chǎn)生感應(yīng)噪聲的原因雙絞線有很強(qiáng)的抑制電磁感應(yīng)干擾的能力,系統(tǒng)采用雙絞線與光耦配合完成主控制板與送絲電路板之間的傳輸,如圖5.37所示。圖5.37 光電耦合器與雙絞線聯(lián)合使用5.4.5 合理布線合理布線 在整個(gè)自動(dòng)TIG焊系統(tǒng)中,有各種各樣的電源線、信號(hào)線、控制線和接地線,大概可以分為:干擾電路、一般線路和敏感電路等三個(gè)等級(jí)。在系統(tǒng)中,對(duì)于這三種有明顯區(qū)別的不同等級(jí)的線路,最有效的處理措施是:使它們之間盡量遠(yuǎn)離;使它們之間垂直交叉、盡量避免敷設(shè);盡可能采取屏蔽;使交流和直流線路嚴(yán)格分開(kāi);強(qiáng)電和弱電嚴(yán)格分開(kāi);不同電壓和不同電流等級(jí)嚴(yán)
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