电梯控制系统中的抗干扰技术 点击:0 | 回复:0



汇尼克

    
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发表于:2003-08-08 09:04:00
楼主
1、引言 电梯工作现场往往存在大量的干扰源,如供电系统电源往往不是纯净的50HZ的正弦波,而可能含有高次谐波或尖峰高压成分;控制柜主电脑与各节点微处理器(如轿内操纵箱、轿顶检修盒、各厅门呼梯面板等)的前后向通道及其传输线之间容易窜入干扰信号等;VVVF电梯变频器产生的高次谐波和电磁干扰(EMI)等。电梯控制系统一旦因干扰而产生故障,很可能酿成严重的后果。尤其对于电梯这种垂直上下载人的特种设备来讲,其工作的可靠性至关重要,为此必须着力解决电梯控制系统的抗干扰问题。 2、硬件抗干扰技术 2.1三种常见的干扰及其抑制 3.1.1串模干扰 串模干扰是串联于信号源回路中的干扰,也称横向干扰或正态干扰。产生串模干扰的原因有分布电容的静电藕合,长线传输的互感,空间电磁场引起的磁场藕合以及50HZ工频的高次谐频干扰等。用双绞线作为电梯串行通讯系统中的信号引线,不但可以降低成本,而且可以有效地抑制串模干扰。这是由于双绞线中每个绞线环绕向的互反特征,从而使各个小环路的电磁感应互相抵消。另外,采用低通滤波器可以有效地抑制电源高次谐波。 3.1.2共模干扰 共模干扰是由于微处理器地、放大器地和信号源地之间的电位差而产生的干扰,也称为纵向干扰或共态干扰。 在平衡传输中,对于采用差动输入结构的接收单元而言,共模干扰不起作用;但是,在不平衡传输结构中,共模干扰将会转换为差模干扰而对接收单元造成影响,而且不平衡程度越大,影响就越严重[1]。 共模干扰的抑制措施主要有如下三种:变压器隔离、光电隔离和浮地屏蔽。变压器隔离就是利用变压器将模拟信号电路与数字信号电路隔离开来;光电隔离是利用光电藕合器来实现两个电路系统间的隔离;浮地屏蔽是采用浮地隔离式放大器来抑制共模干扰电压。相比较而言,光电隔离体积小,成本低,实现比较容易,应用广泛。例如,在电梯上广泛应用的可编程控制器(PLC),由于采取了输入输出口的光电隔离和各模块的屏蔽等严格的抗干扰措施,使得现代PLC具有极高的抗干扰能力和运行可靠性,被认为工业上的无故障产品,因此,采用PLC作为电梯的主控制器不失为一个明智的选择。尤其是PLC技术本身也在不断发展和进步,其数学运算、通讯等方面的功能也将大大加强,以至于将能满足电梯群控和远程通讯等复杂控制功能的要求。 *南京建筑工程学院校内科研基金资助项目 2.1.3长线传输干扰 长线传输干扰是过程通道干扰的主要因素,在电梯控制系统中,传输线上的信息多为 数字脉冲。它在传输线上传输时会出现延时、畸变、衰减及产生波反射现象。一般地,采用终端或始端阻抗匹配,可以消除长线传输出中的波反射或把它抑制到最低限度;采用双绞线作为信号线可以部分抑制外界信号干扰;采用光电耦合隔离可以切断控制柜主电脑与各子节点之间的直接的电路联系,从而有效地抑制各种尖峰脉冲和噪声,防止干扰信号从过程通道进入主机。 2.2接地 接地是抗干扰措施中的关键步骤,由于接地不正确而带来的问题时有发生,因此对接地必须慎重处理。顺便指出,这里所讲的接地,并非一般意义上的“安全接地”,而是抗干扰用的“EMI接地”,在高频区域,二者有显著的差别,“EMI接地”要求有很低的高频阻抗,下面就电梯控制系统的特点并结合笔者个人体会,给出一些接地方法。 2.2.1电路板内的信号地 电路板内的信号地分为如下两种情况: 一、 对于采用了诸如模拟放大器、模拟开关、D/A转换器等高精度模拟器件的电路板,接地必须严格要求,主要有:所有模拟器件(包括可能的输入/输出)的接地端必须单点并联接地,各地线应尽量放宽,绝对避免串联接地形成的环路。 二、 对于纯数字电路的电路板,各器件可以允许多点接地,但地线应尽可能粗,并尽量减少串联接地的情况。尤其对于高频信号器件,电路中应采用大面积直接接地,以减少电路间的相互影响。 2.2.2模拟量输入信号与屏蔽的接地 (!)如果信号源不接地,差分放大电路端接地,则屏蔽体应在放大器端接地,且接地应保证从放大器到大地的电阻小于1欧姆。 (2)如果信号源端须接地,差分放大器端不接地,则屏蔽体应在信号源端接地。 (3)如果信号源端与差分放大电路端都必须接地,则对信号必须采用变压器或光电隔离等措施,且屏蔽体在信号源端接地。 (4)如果可以选择在信号源端或放大电路端接地,则可将信号线与屏蔽层在信号源处接地。 (5)不同的接地点之间应用扁平地线连接在一起(扁平线比圆线具有较低的高频阻抗)。 2.3 EMI滤波 VVVF电梯大多采用脉宽调制(PWM)技术,通过高频半导体开关器件来产生一定宽度和极性的高频电压脉冲控制信号,由于开关控制的非线性,必然导致系统的非线性,从而产生高次谐波,产生尖峰电流和脉动电压。主要解决方法是在变频器电源输入端串接EMI滤波器[2],该滤波器是一种电感加电容型滤波器。滤波器内的电感能阻止脉动电流,电容则能对脉动电压进行吸收。为使该滤波器更有效地发挥作用,安装时还应注意:①滤波器尽量靠近变频器安装,且二者之间尽可能用扁平导线连接,以减小高频阻抗。②滤波器输入输出端均有接地头,该接地头要与其外壳相连。③滤波器与电源连接前必须先接地。 3、软件抗干扰技术 3.1设置自检程序 系统上电后,控制柜主电脑首先进行上电自检,内容包括各I/O口检查,各节点间的通讯,电梯当前的状态(安全回路、门状态、检修或司机或自动状态,电梯位置等)。一旦发现错误,则进入故障状态,封锁快车运行。直到故障排除,才进入正常运行程序。进入正常程序后,主电脑始终监视着电梯的速度、位置及安全回路的状况,一旦发现异常情况,主电脑便切断快车运行,慢速平层放人,并进行自我故障排除,若不能排除则停梯报警。 3.2设置软件陷阱[3] 在非程序区设置一些陷阱程序。正常运行时不会进入非程序区,当程序弹飞时就可能遇到这些陷阱,在陷阱处强令程序进入初始状态,避免出现“死机”现象。例如,对于MCS-51系列单片机,可利用“LJMP #0000H”和“JB bit,aa”指令,在非程序区反复用0200000002000000……H填满。这样不论程序计数器PC失控后指向哪一字节,最后都能让程序回到复位状态。 3.3指令冗余法 微处理器受干扰后,往往会把操作数当作操作码来执行,使程序的正确执行顺序被打乱且乱飞,即程序弹飞。若程序弹飞到某一条单字节指令上,则可自动纳入正轨;当程序弹飞到某一条双字节指令上时,有可能落到其操作数上,从而继续出错;当程序弹飞到三字节指令上时,因它有两个操作数,出错的几率更大。 因此编程时应尽量多采用单字节指令,并在关键的地方人为地插入一些单字节指令(NOP),或将有效单字节指令重复书写,这便是指令冗余。指令冗余无疑会降低微处理器的工作效率,但在绝大多数情况下,微处理器还不至于忙到不能多执行几条指令的程度。 3.4看门狗定时复位技术(WATCHDOG) 针对电梯控制系统中的微处理器受外界干扰容易产生程序弹飞等问题,可将WATCHDOG设置为监视跟踪定时器以监视程序运行状态。定时器的定时时间稍大于主程序正常运行一个循环的时间,而在主程序正常运行过程中执行一次定时器时间常数刷新操作,这样,只要程序正常运行,定时器就不会出现定时中断,而当程序弹飞或失常时,则因无法按时刷新定时器时间常数而导致定时中断,利用定时中断服务程序将系统复位。 3.5输入输出信号的抗干扰技术 电梯控制系统的输入干扰主要来自于各层呼梯按钮和轿内操纵按钮,由于干扰信号一般为持续时间很短的尖脉冲,因此,在满足采样要求的前提下,将采样延时一定时间(一般50ms以上),等输入信号稳定后再进行取样并输入微处理器,即可消除输入干扰。 针对干扰的随机性,编程时可以采取重复输出的办法来克服输出干扰。即在数据或控制信号输出后,以最短的周期重复输出原来的信息,这样当电梯控制系统接受到一个被干扰的错误信息后,还未来得及作出有效的反应,错误信息就已被纠正。当然,如果对电梯控制系统的所有输出信号都进行重复输出的话,难免会降低电梯控制系统的效率,但是,对于一些关键的输出,如起动、开闸、减速、平层、下闸、停车、开关门等命令,采用重复输出将可大大提高电梯控制系统的可靠性和安全性。


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