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1引言

包裝機(jī)是一種煙草高速包裝設(shè)備，其控制系統(tǒng) 是以工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)為主，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的過(guò)程控制、參數(shù)設(shè) 置、人機(jī)交互等功能，并對(duì)機(jī)器運(yùn)行情況監(jiān)測(cè)和管理。由于 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)往往存在大量的電和磁的干擾源，它們可能會(huì)破壞 某部分電路甚至是整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，因此抗干擾技術(shù)就 顯得尤為重要。本文根據(jù)干擾產(chǎn)生的機(jī)制，提出相應(yīng)的抗干 擾對(duì)策，以保證設(shè)備的可靠性和包裝產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2控制系統(tǒng)的組成

包裝機(jī)控制系統(tǒng)的核心是CPU模塊，它以一定 的時(shí)序接收來(lái)自機(jī)體上檢測(cè)元件釆集到的信息及數(shù)據(jù)，進(jìn) 行分析、判斷和處理后，通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)把處理結(jié)果輸出到 執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)流程，同時(shí)也將有關(guān)的狀態(tài)信息和數(shù) 據(jù)通過(guò)工業(yè)測(cè)控局域網(wǎng)送給操作員控制臺(tái)OPC。OPC是一個(gè) 專(zhuān)供顯示包裝機(jī)工作狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)的工業(yè)計(jì)算機(jī)，它是 面對(duì)操作員、維修人員和管理人員，并提供多方位信息量 的智能終端，包裝機(jī)組控制系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 包裝機(jī)組控制系統(tǒng)組成框圖

 

3系統(tǒng)干擾源的分析

干擾信號(hào)主要通過(guò)三種途徑進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng):電磁 感應(yīng)、傳輸通道和電源線(xiàn)。包裝機(jī)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上使用 兩個(gè)CPU,它們之間又通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，因此計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)的可靠性及抗干擾性是機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素， 按干擾信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的途徑有以下的一些干擾源。

3.1電源

工廠里往往多臺(tái)機(jī)器共用一個(gè)電源，某些大型設(shè)備的 起、停，電源負(fù)載的急劇變化等，都會(huì)產(chǎn)生很大的干擾信 號(hào)，特別是動(dòng)力設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，瞬間電流能夠達(dá)到額定電流 的6-11倍，會(huì)產(chǎn)生大電流沖擊的暫態(tài)干擾，便會(huì)通過(guò)供電 系統(tǒng)而進(jìn)入控制系統(tǒng)，從而影響系統(tǒng)的內(nèi)部總線(xiàn)。

3.2輸入輸出通道的干擾

包裝機(jī)使用了大量的檢測(cè)傳感器，各種檢測(cè) 信號(hào)的傳輸必須用幾十米長(zhǎng)的電纜相連接，很容易接收周 圍強(qiáng)電設(shè)備的干擾。電纜連接以及外界干擾等問(wèn)題都會(huì)產(chǎn) 生極大的測(cè)量誤差，甚至?xí)鼓M信號(hào)失真，數(shù)字信號(hào)出 錯(cuò)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)這種輸入信息作出的反應(yīng)必然是錯(cuò)誤的，將導(dǎo)致輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)或振動(dòng)，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)

機(jī)器中包含各種執(zhí)行部件如電機(jī)、電磁鐵、加熱器 等，電機(jī)的起停和電磁鐵的吸合與斷開(kāi)會(huì)通過(guò)多種途徑對(duì) 控制系統(tǒng)的電源以及信號(hào)造成瞬時(shí)干擾，還有執(zhí)行開(kāi)關(guān)、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)線(xiàn)圈動(dòng)作回饋的干擾，執(zhí)行機(jī)構(gòu)接通或斷開(kāi)瞬 間，由于負(fù)載電感部分產(chǎn)生反電勢(shì)，沖擊正常運(yùn)行的系 統(tǒng)，使運(yùn)行的程序混亂或“跑飛"。

 

2. 開(kāi)關(guān)量輸入、輸出線(xiàn)使用雙絞線(xiàn)，電源到中 心機(jī)籠的連線(xiàn)釆用屏蔽線(xiàn)。實(shí)施屏蔽技術(shù)，可較好地抑制 干擾問(wèn)題。
3. 光電隔離:隔離干擾就是從電路上把干擾源與敏感電 路部分隔離開(kāi)來(lái)，使它們之間不存在電的聯(lián)系，或者削弱 它們之間電的聯(lián)系?？偩€(xiàn)控制系統(tǒng)與外部輸入輸岀接口電 路，采用光電隔離全浮空技術(shù)，即釆用發(fā)光二極管和光敏 三極管組成的光耦合器件進(jìn)行信息傳輸。它將計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 與各傳感器、開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等從電氣上隔離開(kāi)來(lái)，免受 外部的干擾。
4. 線(xiàn)纜的布局:系統(tǒng)中使用了很多電線(xiàn)、電纜，包括電 源饋線(xiàn)、電壓(流)信號(hào)線(xiàn)等，不但傳導(dǎo)性干擾是沿著傳輸 線(xiàn)傳遞，而且感應(yīng)性干擾、輻射性干擾也常常作用于傳輸 線(xiàn)，再通過(guò)其傳遞。所以系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮控制柜與機(jī)體 之間信號(hào)電纜、電源電纜(線(xiàn))走向、布局，把強(qiáng)信號(hào)線(xiàn)與弱 信號(hào)線(xiàn)分開(kāi)，避免平行走向，強(qiáng)電的饋線(xiàn)單獨(dú)走線(xiàn)，不共 用線(xiàn)槽，盡量減少傳輸線(xiàn)路間互相影響，確保系統(tǒng)的安全性。

4.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)干擾的抑制措施

1. 使用阻容元件:當(dāng)控制繼電器觸點(diǎn)連接一定的負(fù)載 后，其開(kāi)合過(guò)程會(huì)產(chǎn)生拉孤打火現(xiàn)象，這實(shí)際上也是一種 能量的釋放形式，當(dāng)然也會(huì)引起電磁干擾，為此，可在觸 點(diǎn)兩端并聯(lián)1個(gè)由電阻電容串接的RC滅弧器，吸收觸點(diǎn)產(chǎn) 生的尖峰干擾，消除因繼電器吸合、斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的脈沖電 壓。
2. 二極管:由于線(xiàn)圈是感性元件，開(kāi)關(guān)過(guò)程中其內(nèi)部?jī)?chǔ) 能的變化會(huì)伴隨著產(chǎn)生電磁干擾和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而會(huì)威 脅到線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路的安全。為此，一般在線(xiàn)圈兩端反并聯(lián) 1個(gè)開(kāi)關(guān)類(lèi)泄流二極管，為感應(yīng)電勢(shì)的泄放提供通道。或 使用二極管加電阻、二極管加齊納二極管與負(fù)載并接的方 法。
3. 非線(xiàn)性壓敏電阻:壓敏電阻與負(fù)載并接，把觸點(diǎn)斷 開(kāi)負(fù)載時(shí)的反電勢(shì)，利用非線(xiàn)性壓敏電阻的穩(wěn)壓特性來(lái)吸 收。

5軟件抗干擾措施

盡管我們采取了硬件抗干擾措施，但由于干擾信號(hào)產(chǎn) 生的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，且具有很大的隨機(jī)性，有些干擾是用 硬件措施難以解決的，只能采取軟件的方法加以抑制，消 除其對(duì)系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)的軟件抗干擾設(shè)計(jì)主要包括以下 內(nèi)容。

5.1軟件冗余

當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來(lái) 執(zhí)行，引起程序混亂。這時(shí)我們首先要盡快將程序引入正 軌。當(dāng)程序“跑飛”到某一條單字節(jié)指令上時(shí)，便自動(dòng)納 入正軌。當(dāng)"跑飛”到某一雙字節(jié)或三字節(jié)指令上時(shí)，有 可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)岀錯(cuò)。因此，常在一些對(duì) 程序流向起決定作用的指令之前插入2條NOP指令，以保證 “跑飛”的程序迅速納入正確的控制軌道。

5.2軟件陷阱的設(shè)置

指令冗余不能完全解決程序“跑飛”的問(wèn)題，若“跑 飛”的程序沒(méi)有落到程序區(qū)則指令冗余就無(wú)能為力了。對(duì) 于此種情況采用

設(shè)置軟件陷阱的方法加以解決。這種方法 是在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，當(dāng)PC失控、程序“跑飛”進(jìn) 入非程序區(qū)時(shí)，使程序進(jìn)入陷阱，從而迫使程序返回正常狀態(tài)。

5.3自診斷

包裝機(jī)控制系統(tǒng)中包含大量的自診斷功能，從技術(shù)上 可歸結(jié)為系統(tǒng)開(kāi)機(jī)自診斷、周期性自診斷等。它可以檢査 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)RAM區(qū)數(shù)據(jù)是否安全，系統(tǒng)定時(shí)器、系統(tǒng)接口 是否正常完整等，若不正常給出信息提示或報(bào)警提示。對(duì) 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)零漂自檢、系統(tǒng)自動(dòng)校正、系統(tǒng)自動(dòng) 補(bǔ)償?shù)?，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性和可靠性。

 

 

 

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