来源：网络转载更新时间：2020-07-21 14:42:16点击次数：2143次
包装机的电气控制部分是整个设备中一个十分重要的不蒐映少的组成部分之一隨着包装机械的发展，它的电气控制部分在近些年来也发生了巨大的变化。由于电子技术、集成电路和计算机技术在包装机械中的广泛应用，电气控制的可靠性和稳定性问题已引起人们的普遍注意，特别是它的抗干扰能力。因为抗干扰能力的好坏，往往是电控部分能否正常工作的一个关健性问题。不少机器在包装过程中,定位不准、成品率低或出现误动作等，也多是由于机器的抗干扰性能差所致。
影响机器正常工作的干扰信号种类很多,若从干扰出现的区域来分，可分为内部干扰和外部干扰。内部干扰如元件接触不良、机内感性负载元件的通断、虚焊假焊、机械振动和触点的抖动等，外部干扰如电网电压的波动、雷电的干扰、外部的大型设备《特别是大型感性负载设备）的开启和关闭等等。产生这•些干扰的原因是多种多样的，但是干扰要想对机器产生作用，必须要具备三个条件，既干扰的三要素，干扰源、耦台通道、接收回路。干扰的传播如图1所示。
图1
图1中干扰传播的三要素缺一不可，映少其中的任何一个环节都不可能对机器产生干扰作用。
在解决机器的干扰问题时，可针対干扰传播的三要素着手，即抑制或削弱干扰源的能量，减少或防止耦合通道的生成，消除或屏蔽对干扰信号敏感的接收回路等。
在一般情况下对机器电子控制系统影响最大的干扰信号有3种.即，开关触点的抖动和机器振动、憶性负载的通断、交流电网的波动等*下面主要介绍这3种干扰的产生和对它们的防制措施。
任何一种按钮开关、行程开关、按键开关和继电器、接触器的触点，在闭台或断开时都不是一种理想状态下的一次性动作，而
是在将通未通或在将断未断的瞬间要产生抖动或觀动或叫“回跳二触点抖动在电子线路中就会产生抖动的干扰脉冲。这个豚冲信号就会叠加在原来的有用信号上，对电路产生干扰，使电子线路出现误动作0
2.1采用RC网络防制触点抖动的干扰图2
在一般情况下，开矢触点的抖动不足1ms或为1ms左右，而在电子线路中1ms的时间足可以引起触发器的数百次的翻转。
在图2(a)所示的基础上进行了改进，
图4
在RC电路的冲放电过程中可以看出，只要电路的积分时间常数T=RC的值大于触点抖动的时间，这个电路就可以有效地抑制触点抖动时引起的干扰，使电路正常工作。
在选定RC网络中电阻和电容的数值
时，可假定触点抖动时间为1ms,取7=ROlms,CMOS电路在输入端的置位电阻一般在5.lkQ〜5LkQ之间。在放电回路中，R2取10kQ,根据公式t=RC算出，C=0.1”］在充电回路中R1取6.3kQ,此时充电放电回路的时间常数均大于或等于1ms。按以上选取的数值，按图2
以上说明将电珞改善后，增加了RC网络，有效地抑制了触点抖动引起的干扰。这种方法很简单，而且RC的取值计算也采取了粗略的计算方法，但在工作頻率装低、速度不高的工业电子控制系统中却是一种很有效的方法。
2.2釆用D触发器加RC网络抑制触点抖动的干扰
在克服触点抖动引起的干扰问题中，其它触发器如单稳态触发器、JK触发器、RS触发器、施密特触发器等和与非门电路、RC电路也可以组成多种形式的防抖电路，只要设计合理，数值选取正确，都能有效地抑制由抖动引起的干扰现象，这里不再赘述。
2.3信号线抖动干扰的克服
在机器工作中，低电平信号线是接受干扰杂波影响最敏感的线段，信号线如光电开关、接近开关的引线，热敏电阻、热电偶及其它传感器的引线，各种微动开关、行程升关.限位开关以及上面提到的计数器信号线等等，只要它们和电子线路相连接，那么一定要注意它的抖动干扰问题。
信号线在走线过程中应固定可靠，防止因机器运行而产生振动。一般生产现场的环境都比较恶劣，到处都有电源线、动力线，因此处处都有杂散磁场存在。这一电磁场主要由50Hz的交流电所产生，由于它频率低，一般不易在信号线回路中感应出足够大的干扰电压。但若信号线因机械振动而在磁场中作切割磁力线的运动，这就相当于提高了磁场变化的频率，使感应电压增大。图6所示为运动的导体在切割磁力线的示意图。这是根据电磁感应定律，在导线中的感应电动势e应为.
e=10~®HLVsina其中：H—磁场强度
L一切割磁力线的导线长度
v—导线的运动速度
a—运动方向与磁力线方向的夹角
可见，导线中感应电动势的大小与导体在单位时间内切割磁力线的条数成正比。如果信号线较长，抖动又很厉害，感应电动势就不容忽视。
为防止机械振动対信号线的影响，可采取以下几种措施：
（1） 尽量缩短信号銭的长度，避免信号线振动扌
（2） 对信号线进行屏蔽，釆用双芯屏蔽线或双续线屏蔽埃，必要时可将信号线穿在金属管中'
（3） 尽量使信号线沿箱体或壳体走线,并且远离高电压、大电流的导线以及动力銭、电源线和变压器等，
（4） 对机器内部或机器安装调试的现场周围的干扰磁场进行分析，做到胸中有数，以便在安装调试时使机器走线尽量避开这些干扰磁场，防止产生磁耦合，提高机器抗干扰能力。
由于信号线的抖动而引起的干扰，如果注意并采用以上几项措施，在一般清况下都能取得良好的效果。
3.1感性负载引起干扰的原因
所谓感性负载，一般是指各种交直流继电器，接触器、交直流电磁铁、电磁阀、交直流电磁离合器、电动机等。
在机器工作和运行的过程中，这些感性负载都是通过控制元件将它接通的。它的控制元件（如按钮开关、行程开关等）将它和电源接通或断开的瞬间，将在感性负载电感线圈的两端产生高于电源电压数倍到数十倍的反向电动势（以下简称反电势）。这一高达数百伏或上千伏的冲击电压将在控制器件的触点间产生电击穿，出现火花放电或辉光现象，对于无触点开关也可能产生破坏性的击穿。同时这一强大的豚冲电流对于机器的电子控制部分形成了一个强大的干扰信号。这个强大的反电势不但严重地影响着电子电路工作的稳定，甚至可能造成元器件的损坏，因此在电子控制系统的设计过程中，对于感性负教产生的反电势必须给于充分的重視，井采取相应的措施。
感性负载在电路里表现出来就是一个电感线圏，它的等效电路如图7所示.其中：L一电感线圈的电感量、
r一电感线圈的内阻值
J一接通负载的开关
u—电源电压
图7
在图7中，当开关J在接通和断开感性负载的瞬间，实质上是rL串联电路的两种过渡过程。
分折一下当开关J在接通电路的瞬间时电路中的过渡过程，这一过渡过程的回路电压方程，由基尔霍夫定律可知为（假设J为理想状态下的一次性闭台，不发生抖动爲uf+UL-U
其中电压与电流之间有以下关系：
6=喘
Ur=r.i
ULD=L^-+r-i=U (1)
式中：Ug—线圏两端齢电压
式〈1)中的r和L是两个當数，可以看出上式是一个常系数线性微分方程，它的解为:
i=i，+i<;=¥-¥e-W
=广掌)
其中前项计=¥是电路电流的稳态分量
计=ge-話是电路的暂态分量由式(2)可以算出电感线圈上的电压为：UL=L^=Ue^* ⑶
式〈3〉就是在开关接通后瞬间的过渡过程中线圈二端电压的表达式，它的波形图如图8所示。
由图8可看出，它是一个按指数规律衰
减的电压。
在过渡过程的开始，即在t=o,时，取绍最大值为电源电压U,
即：Ulmax—U
以上可以看出，从理论计算的结果，它不会对电子电路产生干扰，即在理想状态下感性负载在接通的瞬间不产生对电路的干扰。
当开关J断开时瞬间的电路过渡过程，此时的等效电路如图9所示。
图9中R表示开关J断开后触点间空气隙的等效电阻。
解此过渡过程的常微分方程，可给出此时的昆流表达式为：
i=Ue_T*=iee~^*
其中'L=¥是电路开关J断开前电路的稳态分量，由于电感中的电流不能突变的原则，此时在开关J触点间的电压为t
Ur=
可见在过渡过程刚开始的瞬间，即t=0t的时刻，此时io必须等于¥是不能突变的，而R又是接近无穷大的，此对的Uk也将趋向无穷大,以至于将开关触点间的空气隙击穿出现火花放电和辉光现象〈汽车发动机点火系统即用此原理爲如果J是电子无触点开关，此时将出现破坏性的击穿。同时对电于电路及电子控制系统产生强大的干扰脉冲，破坏电子电路及电子控制系统工作的稳定性。
以上分折了当感性负载接通或断开时的过渡适程，从理论上讲接通时不会产生千扰，只有在断开时由于产生了强大的反电势并发生放电现象才会产生干扰，但实际上却并不是这样。除在开关断开时产生强大干扰脉冲外，在电路接通时也会产生强大的干扰，有时甚至比开关断开时产生的干扰更为严重。这是每个从事电子电路设计入员在实际安装和调试时都会遇到的现象，它的原因號在于线圈在接通的瞬间要发生触点抖动的现象。由于触点抖动的速度很快，时间短，相当于在很短的时间内进行了多次的通断过程，所以在闭合的过程中也会出现很强的反电势，同样也会产生火花放电等现象，対电子电路产生强大的干扰。如一个普通的交流220V接触器在接通或断开时产生的反电势可达上千伏，一个普通的常用电磁阀可产生1500伏的反电势。可见在进行电子控制系统的设计工作时.加入各种保护措施和防护电路是非常重要的。
3.2几种防治措施
感性负载产生的干扰有两种形式：一种是在触点两端产生火花放电，另一种是在电感线圈两撮产生反电势。前者是频带较宽、幅值又较大的高频信号I后者反电势的前沿很陡，隅于快速变化的强脉冲。这些干扰信号若和低电平信号线或低电乎敏感电路相邻近，就可能通过分布电容和线间电容对它们进行干扰，同时还可能通过电源线和控制线对其它电子电路进行干扰。
抑制这些干扰可以在电子电路内部设置层层防线，如滤波，屏蔽等减小它的干扰。但实践证明，最好的办法是对干扰源本身采取措施，在电感线圈加一个放电网络，防止电火花的产生，减小反电势干扰的能量。
目前较为常用的放电网络有两种：一种称为完备网络，是指在齐全地占有电路资料，考虑到各方面的因素，精心设计的一料理想网络，一般多用在高頻情况下；另一种是经验网络，仗从抗干扰的食度出发，根据一些经验公式和经验数据组成简单网络，这种网络组成简单，实用。由于工业控制一般频率较低，因此普遍地应用在工业电子控制系统中，在我所的产品和设计图纸中，在接触器、电磁铁、电磁阀、和电磁离合器的使用时都普遍地使用了这种网络。如卧式饮料软罐头包装机，PC(可编程控制器，下同〉控制的混合机，PC控制的方便面包裝机，PC控制的电池生产线等等q
经验网络主要有3种，即D网络，R-D网络，RP网络。前两种只能应用在直流电路中，而后一种网络即可用于直流电路，也可用于交流电路中。
图10
图10(a)中的二极管D即为D网络。将二极管D接在电感线圈的两端，电路接通时由于二极管方向与电源相反，工作电流不能流过D,因此不影响感性负载的正常工作。当J断开的瞬间，此时二极管D的方向又恰好给线圈L提供了反电势的放电通路，使电路不产生火花，减小了反电势的影响，减少了干扰。
二极管的选取原则为：旅压N电源电压E»额定电流A负載L的电流。
由于二极管的正向电阻很小，在J断开后使线圈中的电流衰减很慢，达样延缓了电磁机构的释放动作，降低了工作速度.因此在工作速度要求较高时.如包装机在每分钟大于150包，灌装机每小时大于9000瓶时就应采用如图10(b)所示的R-D网络，就是在二极管D上增加了一个电阻R。在图10(b)电路的过渡过程中它的时间常数T=反矣,增加了回路中的电阻等于减小了回路的时间常数，从而加快了电流的衰减，提高了机器的工作速度。
R-D网络的二极管参数选取，原则上与D网络一样,电阻的取值范围很宽，一般在几十欧至几千欧之间，选取时应综合考虑，由调试决定。电阻的功率，如感性负载为一般继电器、接触器时，电阻功率可选0.5~VW,如负载为离合器、电磁铁时应逸2W为宜。
以上两种网络在应用时要注意二极管的方向，不可接反。
经验网络的第三种为R-C网络，如图11所示。前两种网路只能用于直流电路，而且只能接在感性负载的两端，而R-C网络可用在直流电路，也可用在交流电路，可以接在负载两端也可以接在触点两端，如图11(a)、〈b)所示。一般情况以接在负载两端为好。如干扰严重时可在触点两端同时再加一个R-C网络，如图11(c)o
从图11(a),(b)可以看出，当触点由接通变为断开时，电路实质是一个RLC串联电路的过渡过程，电感电流通过电阻向电容充电，以一定的时间常数衰减到零，同时R-C网络为电感L中的电流提供了放电通路，因而避免了高反电势的产生，且利于动作速度提高，所以这种网络得到了广泛的应用。
经验网络中的R值和C值的选取一般按下列原则进行，
(1)对于一般感性负载(除大电流负载外)，按照负载电流越大，C值选取越大，R值选取越小的原则，电容一般在0.01〜2谚之间，电阻在50〜82DQ之间。
(2>电容的耐压值，在交流电路时选取,V.>VTU
其中*Vo—耐压值
U-交流电源电压的有效值
在直流电路中应选取*
V・>E+I°.死
其中，E一直流电源电压蚓一电路稳态电流，
L一为感性负载的电感值C-R-C网络的电容值
（3）电阻的功率值，一般电路感性负载电流越大則电阻的功率值也应越大。一般在0.5W〜2W之间。
抗干扰的经验网络除上述3种外，较为常用的还有R-C-D网络、稳压管网络和压敏电阻网络每。
对包装机电子控制系统的干扰，从其出现的区域可分为外部干扰和内部干扰。前面提到的触点抖动干扰和感性负载通断的干扰，一般都属于内部干扰，而由交流电网侵入的干扰则属于^^卜部干扰。
交流电网波动引起的干扰主要是指通过交流电源引线传到机器里来的那些电网中的高频信号，本文仅对抑制这种干扰的几种方法做一简单介绍，
由交流电源线侵入的这种频带较宽的高频干扰信号一般都是在电网中的大型设备开启或关闭时产生的。如大型电机、电焊机、大型勢板机等，对这种干扰信号的抑制可采取以下几种方法*
4.1低通波波器
低通濾波器是一种无源四端网络，是一种只允许直流分量和低频电流分量通过的滤波器，可以有效地抑制电网中的高頻干扰分量。
目前市场上已有适用于电子控制系统使用的低通滤波器出售，只要选用与自己机器相适应的电压和额定电流值即可。本所生产的由PC控制的机器一般都采用了低通滤波器。
4.2隔离变压器
隔离变压器是变比为”1的变压器。一般在它的初级和次级外面分别各有一层屏蔽层。使用时将两屏蔽层分别可靠地接地。这样的隔离変压器对于由电网侵入的干扰脉冲显然是一道障碍，对于抑制电网进入的干扰能起一定的作用°
4.3交流稳压器
一般包装机械的电子控制系统都允许交流电网电压在10%的范围内波动。但实际情况不是这样，尤其在工矿企业里，电网电压的波动常常会超过10%,在用电高峰时甚至会下降15%,这就会使控制装置的直流供电电压偏离允许范围，使直流稳压电源工作失當，直流纹波系数增大，造成干扰或失控。
交流稳压器可以使机器得到稳定的交流电压，克服了电网电压波动对机器的影响。同时由于交流稳压器里也有电感，对干扰脉冲也有一定的抑制作用。
4.4分相使用
在机器的控制系统中把强电执行机构的电源和弱电控制部分的电源分别接在三相交流电源的不同相序上，安装时也分开安装，则可以抑制或减少强电部分对弱电部分干扰。显然这神分相使用的办法不需要任何投资又能收到较好的效果，在设计上是应尽量采用的.我所的WYRB-40型卧式饮料软罐头包装机上就采用了这种方法，起到了一定的作用。
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