摘 要: 在修建高速公路、橋梁、高層建筑等許多建筑工程中,為了保證建筑質(zhì)量,多采用混凝土配料控制系統(tǒng),以保證混凝土的配比。混凝土配料控制系統(tǒng)主要由單片機和電子計量電路構(gòu)成,在施工工地大型機械和電氣設(shè)備使用比較普遍,干擾源較多。但混凝土電腦配料控制系統(tǒng)中的電子計量由于信號較弱,易于受到各種電磁干擾,從而影響計量的精度。在研制混凝土控制系統(tǒng)配料的過程中,分析各種干擾產(chǎn)生的原因,針對不同的干擾源采取了不同的抗干擾措施,取得了較好的效果。重點介紹了在混凝土配料控制系統(tǒng)的工作原理和在工作過程中遇到的各種干擾源產(chǎn)生的原因及采取的措施。
關(guān)鍵詞: 干擾;精度;計量; 隔離;采樣
混凝土的技術(shù)指標(biāo)對于整個建筑工程的質(zhì)量有著舉足輕重的關(guān)系。為了保證混凝土的技術(shù)指標(biāo),提高工程的質(zhì)量,必須保證混凝土配料的精度。但是由于電子計量在工作過程中受到大量干擾源的干擾,會嚴重影響計量的精度。保證配料的精度是電子計量的前提。因此,對產(chǎn)生干擾的干擾源的分析以及采取抗干擾的辦法,在電子計量器的設(shè)計中必須給予充分的考慮。針對計量過程中出現(xiàn)的干擾現(xiàn)象,在設(shè)計過程中進行了分析,主要采取以下措施,取得了很好的效果。
1 電子計量的工作原理
拉力傳感器將機械拉力轉(zhuǎn)換成電信號,信號經(jīng)過AD620放大電路放大,利用LM331的V/F轉(zhuǎn)換功能,將電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號,通過光電耦合輸入單片機,單片機通過對信號的處理、計算,根據(jù)配方的要求輸出信號,經(jīng)過光電隔離及驅(qū)動電路驅(qū)動繼電器的動作,控制送料和出料電機的起停。其過程流程圖如圖1所示。
2 電子計量中干擾源的分析
拉力傳感器輸出的信號為毫伏級的微弱信號。需要通過信號放大才能進行V/F 轉(zhuǎn)換,所以測量信號有很小的干擾,就可能產(chǎn)生很大的偏差。用于控制進料和出料的是大電流、大功率的電動機,混凝土配料的工作現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、惡劣。因此存在大量的電磁干擾源。主要包括:
(1) 大電流、大功率電動機等用電設(shè)備的頻繁啟動、停止產(chǎn)生的電源波動,會對電路的供電電壓產(chǎn)生干擾。
(2) 大電流、大功率電動機等用電設(shè)備產(chǎn)生的電場和磁場信號,對測量信號和頻率信號產(chǎn)生很大的干擾。
(3) 由空間電磁輻射的干擾。例如:通訊工具的使用對測量信號也會產(chǎn)生干擾。
這些干擾信號的存在,必然會影響到電子計量器的精度,不采取有效的措施,很難保證設(shè)備穩(wěn)定的工作。
3 抗干擾的原理及措施
干擾源、傳輸途徑和對干擾信號敏感的接收電路,是產(chǎn)生電磁干擾的3個基本條件,并且只有同時具備3個條件時才產(chǎn)生干擾。如果消除其中任意一個條件,干擾也就自然消除了??垢蓴_就是設(shè)法破壞其中的一個或幾個產(chǎn)生干擾的基本條件。通常采取的方法是:
① 抑制噪聲源,直接消除干擾產(chǎn)生的源頭。
② 切斷電磁干擾的傳遞途徑,消除干擾源與受擾設(shè)備間的干擾耦合。
③ 增強受擾設(shè)備抵抗電磁干擾的能力,降低其對干擾信號的敏感性。
通過上面的分析,混凝土電子計量的工作現(xiàn)場,對噪聲源進行抑制比較困難。因此,采用切斷干擾的傳遞途徑和增強受擾設(shè)備抵抗電磁干擾能力的方式比較合理。對此采取以下措施:
(1) 屏蔽是抑制空間干擾的主要措施,方法是利用屏蔽體切斷或削弱干擾場的空間耦合通道,阻止其電磁能量的傳遞。
①對信號的傳輸通道選用屏蔽性能較好的屏蔽電纜,并良好接地。
②對電氣控制柜的全金屬殼體屏蔽,并將屏蔽罩進行良好接地,任何殼體間的絕緣都會導(dǎo)致干擾外逸。
③正確接地和合理布線。為切斷電氣線路對信號線的干擾耦合,布線的原則是交直流分開、強弱分開、模擬與數(shù)字信號分開。
(2) 電流采用隔離變壓器。由電壓、電流突變會在電源線和地線上產(chǎn)生脈沖干擾,根據(jù)有關(guān)方面的測試表明,這種干擾電壓峰值由幾百伏至幾千伏不等,其頻率為幾百赫茲至兩兆赫茲,其持續(xù)時間為干擾電壓的1~3個周期,為此可采用抗干擾隔離變壓器。這種變壓器在繞制時將初級和次級分開繞制,并加屏蔽來減少其分布電容,以提高抗干擾能力。
(3) 對交流電源實行濾波。在220V交流電源通過隔離變壓器后又加裝了濾波電路如圖2所示。
圖2 中C2= 6 800 pF,C3= 1~10 LF 。這種濾波器對濾掉干擾頻率有一定效果。因L對較高頻率有一定的阻抗。而電容C,對高頻阻抗小,可對干擾頻率提供回路,故對濾除干擾很有效。
(4) 采用開關(guān)電源。當(dāng)電源經(jīng)整流濾波后,雖干擾電平經(jīng)整流濾波器濾波,但一般電解電容的感抗分量對脈沖干擾較為顯著,所以仍有余量耦合進入下一級。此級為振蕩級,振蕩則是利用元件的非線性飽和特性,對尖脈沖有較好的抑制作用,而且振蕩頻率近十萬赫茲,其濾波則以高頻濾波為主,無疑對尖脈沖有很好的抑制作用。因此開關(guān)電源的抗干擾能力強。目前,這種電源已得到廣泛應(yīng)用。
( 5) 微機與外設(shè)I/O采用隔離措施。用光電隔離措施,將外設(shè)與微機完全隔離,其信號通過光電耦合互通。
電源各自獨立,不共地。來自現(xiàn)場傳感器的是模擬信號的輸入,模擬信號比較容易受到干擾。而輸出信號引向受控部件,受控元件則是大電流的繼電器,可將接收到的干擾電平傳輸?shù)接嬎銠C接口電路,擾亂微機正常工作。因而可將輸入輸出信號進行隔離,與主機無電連接,微機相對外設(shè)處于浮空,如圖3所示。
(6) 軟件的抗干擾措施。由于干擾的途徑復(fù)雜,頻率雜散,因而較為頑固。所以,應(yīng)多方面采取措施。除在硬件上積極消除干擾,軟件也可采取數(shù)字濾波處理程序。
①取平均值法。適合于模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)處理。方法是在一定時間范圍內(nèi),對一點連續(xù)多次采樣,然后對取得的數(shù)據(jù)計算其平均值。
②比較法。因干擾脈沖往往是規(guī)則且隨機的脈沖電壓和頻率,而對數(shù)據(jù)的采集,對程序的運行是極短時間的破壞,其時間的持續(xù)一般是干擾電壓1~3個周期。若在一定時間范圍內(nèi)分幾次采集,然后對采集回的數(shù)據(jù)逐個比較,選取相同的數(shù)據(jù)為正確信號,能在很大程度上避開因干擾而采集回的數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤。當(dāng)然,也可能在這段時間內(nèi)因干擾過強,比較不一而丟失數(shù)據(jù),但這種機率是極小的。因干擾現(xiàn)象復(fù)雜而頑固,需采取硬件、軟件雙重措施來消除干擾。