控制系統(tǒng)抗干擾研究和解決方法

1、控制系統(tǒng)抗干擾研究和解決方法【摘要】工業(yè)控制系統(tǒng)的檢測信號(hào)一般比較微弱， 干擾信號(hào)不能有效解決，則會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常工作。尤 其是現(xiàn)在單片機(jī)arm技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對信號(hào)的要求也越 來越高，微弱的干擾都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文以開 發(fā)設(shè)計(jì)、檢測調(diào)試過程中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為例，從原理圖設(shè)計(jì)、 pcb布線等方面詳細(xì)講述了干擾信號(hào)的產(chǎn)生及消除方法，是 理論與實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)?！娟P(guān)鍵詞】抗干擾；信號(hào)；毛刺1概述工業(yè)控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)現(xiàn)場的測量信號(hào)，經(jīng)分析比 較后控制繼電器完成預(yù)定操作。但現(xiàn)場測量信號(hào)往往比較微 弱，比如負(fù)荷電流、零序電流、電壓等，由于干擾信號(hào)的存 在，當(dāng)干擾信號(hào)強(qiáng)度較大時(shí)，有用的測量信號(hào)

2、淹沒在雜亂的 干擾信號(hào)中，系統(tǒng)無法得到正確的測量結(jié)果，嚴(yán)重影響系統(tǒng) 的正常工作，甚至造成誤判或誤動(dòng)。本文以饋電開關(guān)保護(hù)器 研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)的電磁干擾及處理方法加以敘述，供同行們 借鑒參考。2干擾的形成及處理該饋電開關(guān)采用外部開關(guān)電源供電，本身噪聲及紋波較 大，若直接送給保護(hù)器系統(tǒng)，將形成較大的干擾源，解決方法是利用磁珠與電容組成l型濾波電路，磁珠的電感量不易 大，以直插（3. 5*6mm）或六孔磁珠為宜，電容選用470uf/50v 電解電容。磁珠可以減緩因電流突變產(chǎn)生的干擾，而電容則 可以減緩因電壓突變產(chǎn)生的干擾。（1）模擬地與數(shù)字地要物理分開，從器件布局、pcb走 線、鋪地都要隔離，然后通過一

3、磁珠或0q電阻連接。磁珠 選用直插的，電阻的功率要大，1w為宜，若表貼器件選擇 1812封裝。（2）每個(gè)數(shù)字器件的vcc附近布置一個(gè)0. oluf陶瓷電 容，用于減小高低電平變化時(shí)產(chǎn)生的突變干擾，俗稱“去 耦” o（3）模擬信號(hào)在放大器處理過程中每步增加一個(gè)0. oluf 陶瓷電容，該電容對高頻信號(hào)敏感，可有效的將高頻干擾信 號(hào)濾除，而對工頻待測信號(hào)則不敏感，允許傳感器信號(hào)正常 通過。（4）開關(guān)量采用光耦隔離，開關(guān)量輸入的隔離光耦采用tlp181或tlp121,該光耦的導(dǎo)通壓降0. 3mmo 2）布線不拐90°彎。3）盡量少過孔，過孔的焊盤外徑為孔徑的一倍關(guān)系，如0. 7/0. 35

4、mmo 4）地線不走線，以鋪地連接。交流電源不得進(jìn)入鋪地范,鋪地采用網(wǎng)格形式。5）器件布局規(guī)則：繼電器、電源遠(yuǎn)離cpu、模擬量采樣電路。6）晶振器 件下面不得走線。3動(dòng)態(tài)毛刺去除圖1模擬量測量信號(hào)一般比較微弱，雖然經(jīng)過上述處理仍不 能去除疊加在信號(hào)上的毛刺尖峰。若對該檢測信號(hào)進(jìn)行幅值 比較，則會(huì)出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。解決辦法是在信號(hào)檢測電路前增 加一動(dòng)態(tài)毛刺去除電路，可有效地將疊加在有效信號(hào)上的毛 刺干擾去除掉。原理圖如圖lo器件工作原理如下：磁珠l1與電容c1組成lc濾波器, 起一個(gè)初級濾波的預(yù)處理作用。其后的電路為毛刺去除電 路，當(dāng)輸入信號(hào)上出現(xiàn)一個(gè)正毛刺時(shí)，該信號(hào)進(jìn)入放大器的 負(fù)相輸入端，在輸出

5、端產(chǎn)生一個(gè)等幅值的負(fù)毛刺。該信號(hào)經(jīng) 高頻電容c2反饋到負(fù)相輸入端與原來的正毛刺抵消中和， 最終使輸出毛刺消除。該原理是一個(gè)動(dòng)態(tài)負(fù)反饋過程，反饋 速度的快慢直接影響到毛刺消除的效果，如果放大器的動(dòng)態(tài) 響應(yīng)速度較低，增加該電路后將會(huì)使檢測信號(hào)的波形變粗， 但這不影響后續(xù)電路的信號(hào)處理。增加毛刺去除電路前后的 信號(hào)波形比較如圖2o圖24軟件抗干擾處理進(jìn)入控制系統(tǒng)的干擾信號(hào)隨機(jī)性很強(qiáng)，頻段較寬。盡管 采取了硬件措施，仍會(huì)有干擾信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是依 賴于對開關(guān)信號(hào)及模擬信號(hào)的采集來完成控制操作的，一個(gè) 錯(cuò)誤信號(hào)就可造成程序的紊亂或死機(jī)，給系統(tǒng)造成不可預(yù)料 的嚴(yán)重后果。所以軟件抗干擾以其靈活多變、節(jié)

6、省硬件資源、 可靠性好的優(yōu)勢得以普遍采用。常用軟件抗干擾方法如下:（1）濾波算法：采用算數(shù)取平均值法、比較取舍、中值法 等軟件算法濾掉由于干擾信號(hào)造成的錯(cuò)誤采樣。我的經(jīng)驗(yàn)?zāi)?擬量采樣32次或16次然后取平均值，這樣可有效的消除信 號(hào)的波動(dòng)對采樣結(jié)果造成的影響。（2）冗余法：在軟件中關(guān) 鍵多字節(jié)指令后加入nop指令，可有效地防止因干擾造成的 程序走錯(cuò)。（3）開啟看門狗，防止程序跑飛。（4）開關(guān)量多 次判斷。一次判斷過后，經(jīng)一段延時(shí)（比如5ms）,再進(jìn)行判 斷一次，若兩次判斷一致，則認(rèn)為次信號(hào)有效。5結(jié)束語干擾是控制系統(tǒng)的嚴(yán)重威脅，一個(gè)系統(tǒng)如果未能有效地濾除輸入通道的干擾信號(hào)，輕者不能進(jìn)行正確測量及比較, 重者將引起錯(cuò)誤判斷和輸出，造成不可預(yù)料的嚴(yán)重后果。本 文從硬件、軟件兩方面介紹了常用抗干擾措施，我們在控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就要首先考慮可能的干擾存在，分析電源輸入、 機(jī)構(gòu)輸出是否會(huì)產(chǎn)生何種類型干擾，繼而在設(shè)計(jì)原理時(shí)就要 增加相應(yīng)措施，使干擾及早消除或?qū)⑵錅p小到最小程度。然 而干擾的隨機(jī)性、不可預(yù)見性很強(qiáng)，產(chǎn)生干擾的途徑和機(jī)理 各有不同，解決辦法也不盡相同。我們要在工作中總結(jié)經(jīng)驗(yàn), 認(rèn)真分析何種原因產(chǎn)生何種干擾，采取什么樣的措施將其消 除。只有在工作當(dāng)中不斷發(fā)現(xiàn)問題，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，