1、材料成型過程控制抗干擾技術(shù)和實(shí)例5.1 材料成型過程干擾途徑與分類5.2 材料成型過程控制硬件抗干擾技術(shù)5.3 材料成型過程控制軟件抗干擾5.4 材料成型過程控制抗干擾設(shè)計(jì)實(shí)例5.1 材料成型過程干擾途徑與分類5.1.1 干擾途徑對于電磁干擾而言:可劃分為傳導(dǎo)和輻射兩種類型 對材料成型現(xiàn)場的干擾 :傳播類型的干擾是指通過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 干擾分類1 來自電網(wǎng)的干擾2來自微機(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從信號傳輸線傳入的干擾 5其他類型的干擾 5.2 材料成型過程控制硬件抗干擾技術(shù)5.2.1 接地技術(shù)1接地的概念虛地是以電路系統(tǒng)中某

2、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)字地：即邏輯地，作為邏輯開關(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。信號地：是傳感器本身的零信號電位基準(zhǔn)公共線，傳感器可看作是測量裝置的信號源。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)分開設(shè)置3）強(qiáng)電地線

3、與信號地線分開設(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)電磁屏蔽的技術(shù)原理主要分以下幾種 1）靜電屏蔽2）交變電場屏蔽3）交變磁場屏蔽4）交變電磁場屏蔽屏蔽的注意事項(xiàng)1）屏蔽的完整性2）屏蔽材料的屏蔽效能和應(yīng)用場合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：表面導(dǎo)電材料和導(dǎo)電復(fù)合材料。前者是通過使塑料表面金屬化來反射電磁波；后者則是通過在塑料中填充導(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）電場耦合的屏蔽和抑制技術(shù)2）屏蔽線的使用圖示出了屏蔽線使用的3種情況。 圖5.1 屏蔽線的用法 3）

4、屏蔽雙絞線工程應(yīng)用一個(gè)實(shí)際的信號采集系統(tǒng)接地示意圖如圖所示。 圖5.2 一個(gè)實(shí)際的信號采集系統(tǒng)接地示意圖5.2.3 硬件“看門狗”技術(shù)1微處理器監(jiān)控器MAX690A/MAX692A簡介MAX690A/MAX692A是美國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；（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)間間隔超過時(shí)， 將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出；（4）可用于低電壓檢測。圖5.3 MAX690A/MAX692A封裝圖2工作原理MAX69

5、0A/MAX692A內(nèi)部原理框圖如圖所示，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。圖為各信號時(shí)序圖。圖5.4 MAX690A/MAX692A原理框圖圖5.5 MAX690A/MAX692A各信號時(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，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，若低電壓過低，將發(fā)出一個(gè)低電平信號（掉電比較器是一個(gè)完全獨(dú)立的電路，也可以用來完成其他功能。 ）。4）備用電池切換電路

6、切換電路原理如圖所示。 圖中開關(guān)SW1SW4的狀態(tài)受VCC和VBATT的控制，如表5-1所示。由表5-1和圖可知，當(dāng)VCC高于復(fù)位門限電平或低于復(fù)位門限電平但高于VBATT時(shí)，VOUT由VCC供電；當(dāng)VCC低于復(fù)位門限電平，且又低于VBATT時(shí)，VOUT由VBATT供電。條件SW1/SW2SW3/SW4VCC復(fù)位電平門限VBATT斷開關(guān)閉VCC復(fù)位電平門限 VCCVBATT斷開關(guān)閉VCC復(fù)位電平門限 VCCVBATT關(guān)閉斷開表5-1 開關(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)控典型電路如圖所示。 圖5.7 MAX690

7、A/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）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，可在變壓器的初級繞組和次級繞組之間加屏蔽層。 圖5

8、.12 變壓器及單層屏蔽為了提高干擾性能，可采用雙重屏蔽，如圖所示。 圖5.13 雙重屏蔽 圖5.14 二級穩(wěn)壓及低通濾波器電路 （6）直流穩(wěn)壓電源采用交流進(jìn)線濾波器。對工業(yè)現(xiàn)場外界干擾較大的場所，可考慮使用高性能進(jìn)線濾波器，如圖所示。 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，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0.001 F，其原理框圖見

9、圖。 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”，見圖。 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，可以通過光電耦合器將長導(dǎo)線完全“浮置”起來，見圖。 圖5.18 傳輸長線的光耦浮置處理2數(shù)字信號的隔離圖為數(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模擬信號的隔離在需要A/D

10、，D/A的應(yīng)用系統(tǒng)中，模擬信號的隔離器件有多種，常用的有差分放大器（隔離電壓低），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 模擬信號的隔離放大電路5.3 材料成型過程控制軟件抗干擾5.3.1 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

11、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芯片空間圖中74LS08為四正門。圖5.21 非EPROM區(qū)程序陷阱之一在圖中，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“看門狗”技術(shù)軟件“看門狗”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 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

12、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 材料成型過程控制抗干擾設(shè)計(jì)實(shí)例5.4.1 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，見圖（a）。使用MAX692A的復(fù)位電路如圖（b）所示。圖5.23 單片機(jī)復(fù)位電路圖表明時(shí)鐘信號中疊加噪聲干擾后，會改變時(shí)鐘分頻信號，導(dǎo)致CPU工作時(shí)序發(fā)生紊亂。圖采用的是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 電磁波對時(shí)鐘信號的干擾2交流電源電路抗干擾設(shè)計(jì)由于高頻對供電線路的電磁干擾以及焊接電源通過電源供電線對電網(wǎng)的干擾，使電源網(wǎng)路中混入高頻干擾信號?？赏ㄟ^低通濾波器

13、予以濾除，低通濾波器的形式見圖。圖5.25 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，為了濾除濾波器輸出端到弧長調(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，在弧長調(diào)節(jié)器電源變壓器初級進(jìn)線處加接高頻性能好、分布電感小的瓷介電容，見圖。為了消除電源變壓器的分布電容的漏磁通過對弧長調(diào)節(jié)器第一級地運(yùn)算放大器輸入端的電磁干擾，對變壓器的原、副邊分別加屏蔽層，見圖。圖5.27 電源變壓器的屏蔽原理圖圖5.26 弧長調(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)的接線方法見圖。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1的鐵皮將整個(gè)變壓器包裹起來，形成一個(gè)屏蔽罩，僅僅把

14、引線留在外面，整流電路加接電容，對減小整個(gè)電源的絞波干擾作用很大，如圖所示，電容可選F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，見圖。圖5.30 電路供電電源抗干擾設(shè)計(jì)框圖4機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)抗干擾設(shè)計(jì)考慮到傳輸距離較長，采用光耦4N25，利用20mA電流環(huán)的原理進(jìn)行信號傳遞，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，如圖所示。圖5.31 焊槍開關(guān)按鍵輸入5交流弧壓采樣線路抗高頻干擾設(shè)計(jì)弧長調(diào)節(jié)器的弧壓信號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流波形，然后再送入比較器

15、與給定電壓比較，得出差值信號經(jīng)放大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)上下轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)弧長，見圖。圖5.32 交流弧長調(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，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，使系統(tǒng)的布線更加緊湊、方便，減小高頻對系統(tǒng)各部分的干擾，其電路原理見圖。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采用雙絞屏蔽線。也可以用霍爾元件對焊接電壓進(jìn)行隔離采樣，見圖，實(shí)際應(yīng)用效果良好。圖5.33 弧壓采樣電路的高頻旁路圖圖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)大于對稱線路特性阻抗R0的電阻R1，見圖。圖5.35 對稱雙絞線抗高頻干擾當(dāng)有兩對或兩對以上雙絞線時(shí)，噪聲電壓變大，主要原因是：多對雙絞線之間有互感、電容耦合、共阻抗等，見圖。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，如圖所示。圖5.37 光