工業稱重儀表的抗干擾與處理攪拌系統復雜工況的要求
(5)防雷擊措施
室外使用的單片機系統或從室外架空引入室內的電源線、信號線,要考慮系統的防雷擊問題。常用的防雷擊器件有:氣體放電管、TVS(Transient Voltage Suppression)等。氣體放電管是當電源的電壓大于某一數值時,通常為數十V或數百V,氣體擊穿放電,將電源線上強沖擊脈沖導入大地。TVS可以看成兩個并聯且方向相反的齊納二極管,當兩端電壓高于某一值時導通。其特點是可以瞬態通過數百乃上千A的電流。
(6)電源系統抗干擾
由于工業電源特別是攪拌設備的電源工況復雜,因此如何在不穩定電源場合確保儀表工作穩定尤為重要。
常用的開關電源與線性電源相比各有優缺點:開關電源作為恒功率器件,外部供電電壓高則輸出電流小,電壓低則輸出電流大,從而維持輸入到儀表內部的功率恒定,從而減少儀表內部溫度差,更不會因過熱造成元件損壞。而線性電源在電壓升高時,電流將增大,特別是電壓運行高于240VAC時,內部溫升加快,會造成變壓器或三端穩壓器等損壞,在低于220VAC時,會造成運行不可靠或停止運行。所以一般工業控制采用開關電源方式,而試驗或商用設備采用線性電源較為合理。由于電源波動會造成儀表輸出的激勵電壓波動,因此稱量值會隨之變化,故應采用較為保險的多級穩壓方案。UNI800與TR600均采用二級穩壓,當外部電壓波動,對儀表讀數影響甚小;而有些儀表采用一級穩壓,稱重數值隨外部電壓波動而異常變化根本無法滿足要求。
(7)模擬信號輸出
有些稱重儀表廠家為降低成本,往往采用12位脈寬調制方法輸出模擬信號,這有幾個壞處:①由于脈沖來自單片機系統,占用晶振資源,往往造成輸出模擬值滯后儀表讀數很多;②低位數的脈寬調制往往在重復性、線性上較差,再加上信號給上位機進行A/D轉換又有精度損失,故此方案用于配料 精度高場合不可行。UNI800及TR600由于采用16位DA轉換輸出模擬信號而成為較佳的選擇。
(8)來自稱體的干擾
由于秤體的結構變化或物料的粘附等造成稱重數值漂移,因此必須在啟動配料時須有自動清零功能,UNI800與TR600的此功能確保每次配料的準確性。
(9)信號輸入范圍
很多添加量較小的材料因秤體自重較重,零位信號較高,放大信號也由于使用3mv/v傳感器而接近30mv,對于此要求很多儀表由于放大器設計所限最大只能接受25mv信號而導致不能調校,只能通過加高精度電阻下拉信號電壓,但這往往對于野外作業的工地是個難題。因此有合理的適合攪拌系統使用信號輸入范圍也應成為選型要求之一。UNI800及TR600產品,零位可調電壓在0-15mv,放大可調最大至35mv,非常適合瀝青秤、外加劑秤使用。
4.對干擾措施的軟件處理方法
電磁干擾源所產生的干擾信號在一些特定的情況下(比如在一些電磁環境比較惡劣的情況下)是無法完全消除的,最終將會進入CPU處理的的核心單元,這樣在一些大規模集成電路常常會受到干擾,導致不能正常工作或在錯誤狀態下工作。特別是像RAM這種利用雙穩態進行存儲的器件,往往會在強干擾下發生翻轉,使原來存儲的“0”變為“1”,或者“1”變為“0”;一些串行傳輸的時序及數據會因干擾而發生改變;更嚴重的會破壞一些重要的數據參數等;造成的后果往往是很嚴重的。在這種情況下軟件設計的好壞直接影響到整個系統的抗干擾能力的高低。
⑴ 程序會因為電磁干擾大致會一下幾種情況:
①程序跑飛。
這種情況是最常見的干擾結果,一般來說有一個好的復位系統或軟件幀測系統即可,對整個運行系統的不會產生太大的影響。
② 死循環或不正常程序代碼運行。
當然這種死循環和不正常程序代碼并非設計人員有意寫入的,我們知道程序的指令是由字節組成的,有的是單字節指令而有的是多字節指令,當干擾產生后使得PC指針發生變化,從而使原來的程序代碼發生了重組產生了不可預測的可執行的程序代碼,那么,這種錯誤是致命的,它會有可能會去修改重要的數據參數,有可能產生不可預測的控制輸出等一系列錯誤狀態。
⑵ 對重要參數儲存的措施
一般情況下,我們可以采用錯誤檢測與糾正來有效地減少或避免這種情況的出現。根據檢錯、糾錯的原理,主要思想是在數據寫入時,根據寫入的數據生成一定位數的校驗碼,與相應的數據一起保存起來;當讀出時,同時也將校驗碼讀出,進行判決。如果出現一位錯誤則自動糾正,將正確的數據送出,并同時將改正以后的數據回寫覆蓋原來錯誤的數據;如果出現兩位錯誤則產生中斷報告,通知CPU進行異常處理。所有這一切動作都是靠軟件設計自動完成的,具有實時性和自動完成的特點。通過這樣的設計,能大大提高系統的抗干擾能力,從而提高系統的可靠性。
檢錯與糾錯原理:
首先來看看檢錯和糾錯的基本原理。進行差錯控制的基本思想是在信息碼組中以一定規則加入不同方式的冗余碼,以便在信息讀出的時候依靠多余的監督碼或校碼碼來發現或自動糾正錯誤。
針對誤碼發生的特點,即錯誤發生的隨機性和小概率性,它幾乎總是隨機地影響某個字節中的某一位(bit),因此,如果能夠設計自動糾正一位錯誤,而檢查兩位錯誤的編碼方式。就可以大大提高系統的可靠性。
⑵ 對RAM和FLASH(ROM)的檢測
在編制程序時我們最好是寫入一些檢測程序來測試RAM和FLASH(ROM)的數據代碼,看有無發生錯誤,一旦發生要立即糾正,糾正不了的要及時給出錯誤指示,以便用戶去處理。
另外,在編制程序時加入程序冗余是不可缺少的。在一定的地方加入三條或三條以上NOP指令對程序的重組有著很有效防止作用。同時,在程序的運行狀態中要引入標志數據和檢測狀態,從而及時發現和糾正錯誤產生。
總的來說為了提高單片機系統的電磁兼容性,不僅要合理設計PCB板,而且要在電路結構上及軟硬件中采取相應的措施。最后我們還對珠海市長陸工業自動控制系統有限公司在冶金、混凝土、糧油飼料、化工、等行業國內外用戶應用情況進行了廣泛考察,在作為單片機系統的稱重控制儀表UNI800和TR600系列的設計、制造、安裝和運行的各個階段,正是通過以上各種抗干擾手段的運用,并經過形形色色的現場環境模擬及實際工作實驗,造就了“金剛不壞之軀”,保證稱重儀表在各種工況下長期穩定、可靠、安全地運行。該公司并因此獲得同類產品中為數不多的由著名認證企業SGS公司簽發的CE認證,由此獲得進入發達國家工業自動化市場的通行證,擁有與世界老牌企業同類產品競爭的利器。 因此我公司決定選用該公司產品,實際應用證明我們的選擇是正確的,是西筑攪拌設備可靠保證的重要因素之一。
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