光电耦合器的使用毕业论文

[论文关键词]铁路 电力 远动终端 干扰 [论文摘要]研究分析电磁干扰产生的原因、特点及干扰对电力远动系统的影响，从设计的角度对铁路电力远动监控系统进行抗干扰分析研究。 抗干扰设计是电力远动监控系统安全运行的一个重要组成部分，在研制综合自动化系统的过程中，如果不充分考虑可靠性问题，在强电场干扰下，很容易出现差错，使整个电力远动监控系统无法正常运行或出错误（误跳闸事故等），无法向站场和区间供电，影响铁路行车安全。 一、电磁干扰产生的原因及特点 （一）传导瞬变和高频干扰 1．由于雷击、断路器操作和短路故障等引起的浪涌和高频瞬变电压或电流通过变（配）电所二次侧进入远动终端设备，对设备正常运行产生干扰，严重还可损坏电路。2．由电磁继电器的通断引起的瞬变干扰，电压幅值高，时间短、重复率高，相当于一连串脉冲群。3．铁路电力供电中，特别是现代高速铁路对电力要求都比较高，一般都是几路电源供电，母线投切转换比较频繁，振荡波出现的次数较多。 （二）场的干扰 1．正常情况下的稳态磁场和短路事故时的暂态磁场两种，特别是短路事故时的磁场对显示器等影响比较大。2．由于断路器的操作或短路事故、雷击等引起的脉冲磁场。3．变电所中的隔离开关和高压柜手车在操作时产生的阻尼振荡瞬变过程，也产生一定的磁场。4．无线通信、对讲机等辐射电磁场对远动终端会产生一定的干扰，铁路中继站通常会和通信站在一处，通信发射塔对中继站电力远动终端设备的干扰比较大。 （三）对通信线路的干扰 1．铁路变电所远动终端的数据由串口通信经双绞线进入车站通信站，再经过转换成光信号沿铁通专用通信光缆送至电力远动调度中心，遥信和遥控数据在变电所到通信站的过程走的是电信号，由于变电所高低压进出线缆很多，远动终端受的干扰比较大。2．中继站一般距铁路都比较近，列车通过时的振动对远动终端设备有一定的干扰。 （四）继电器本身原因 继电器本身可能由于某种原因一次性未合到位而产生干扰的振动信号，或负荷开关、断路器、隔离开关等二次侧产生振动信号。 二、干扰对电力远动系统的影响 无论交流电源供电还是直流供电，电源与干扰源之间耦合通道都相对较多，很容易影响到远动终端设备，包括要害的CPU；模拟量输入受干扰，可能会造成采样数据的错误，影响精度和计量的准确性，还可能会引起微机保护误动、损坏远动终端设备和微机保护部分元器件；开关量输入、输出通道受干扰，可能会导致微机和远动终端判断错误，远动调试终端数据错误远动终端CPU受干扰会导致CPU工作不正常，无法正常工作，还可能会导致远动终端程序受到破坏。 三、抗干扰设计分析 （一）屏蔽措施 1．高压设备与远动终端输入、输出采用有铠装（屏蔽层）的电缆，电缆钢铠两端接地，这样可以在很大程度上减小耦合感应电压。2．在选择变电所和中继站电力设备时尽量选设有专门屏蔽层的互感器，也有利于防止高频干扰进入远动终端设备内部。3．在远动终端设备的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可以有效抑制外部高频干扰。 （二）系统接地设计 1．一次系统接地主要是为了防雷、中性点接地、保护设备，合适的接地系统可以有效的保障设备安全运行，对于断路器柜接地处要增加接地扁铁和接地极的数量，设备接地处增加增加接地网络互接线，降低接地网中瞬变电位差，提高对二次设备的电磁兼容，减少对远动终端的干扰。2. 二次系统接地分为安全接地和工作接地，安全接地主要是为了避免工作人员因设备绝缘损坏或绝缘降低时，遭受触电危险和保证设备安全，将设备外壳接地，接地线采用多股铜软线，导电性好、接地牢固可靠，安全接地网可以和一次设备的接地网相连；工作接地是为了给电子设备、微机控制系统和保护装置一个电位基准，保证其可靠运行，防止地环流干扰。3．由于高低压柜本身都是多都是采用镀锌薄钢板材料，本身也有屏蔽作用，将高低高柜都可靠接地。4．远动终端微机电源地和数字地不与机壳外壳相连，这样可以减小电源线同机壳之间的分布电容，提高抗共模干扰的能力，可明显提高电力远动监控系统的安全性、可靠性。 （三）采取良好的隔离措施 1．为避免远动终端自身电源干扰采取隔离变压器，电源高频噪声主要是通过变压器初、次级寄生电容耦合，隔离变压器初级和次级之间由屏蔽层隔离，分布电容小，可提高抗共模干扰的能力。2．电力远动监控系统开关量的输入主要断路器、隔离开关、负荷开关的辅助触点和电力调压器分接头位置等，开关量的输出主要是对断路器、负荷开关和电力调压器分接头的控制。3．信号电缆尽量避开电力电缆，在印刷远动终端的电路板布线时注意避免互感。4．采用光电耦合隔离，光电耦合器的输入阻抗很小，而干扰源内阻大，且输入/输出回路之间分布电容极小，绝缘电阻很大，因此回路一侧的干扰很难通过光耦送到另一侧去，能有效地防止干扰从过程通道进入主CPU。 （四）滤波器的设计 1．采用低通滤波去高次谐波。2．采用双端对称输入来抑制共模干扰，软件采用离散的采集方式，并选用相应的数字滤波技术。 （五）分散独立功能块供电，每个功能块均设单独的电压过载保护，不会因某块稳压电源故障而使整个系统破坏，也减少了公共阻抗的相互耦合及公共电源的耦合，大大提高供电的可靠性。 （六）数据采集抗干扰设计 1．在信息量采集时，取消专门的变送器屏柜，将变送器部分封装在RTU内，减少中间环节，这样可以减少变送器部分输出的弱电流电路的长度。2．遥信由于合闸一次不到位或由于二次侧振动而产生的误遥信干扰信号，并且还会产生尖脉冲信号，也可能对遥信回路产生干扰误遥信号。 （七）过程通道抗干扰设计 （八）印刷电路板设计。在印刷电路板设计中尽量将数字电路地和模拟地电路地分开；电源输入端跨接10～100μF的电解电容。 （九）控制状态位的干扰设计 （十）程序运行失常的抗干扰设计 （十一）单片机软件的抗干扰设计 （十二）对于终端至通信站的数字通信电缆加穿钢管，特别是穿越其他电力电缆时，避免和其他电力电缆等同沟敷设并保持一定的交叉距离。 （十三）对于特殊的变（配）电所或区间信号站的环境 （十四）提高远动信息传输的可靠性，在电力调度中心和远动终端之间建立出错重发技术直到住处确认信息为止。

浅谈机电一体化中的接口技术 摘要：接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越 重要。文章以机电一体化控制系统（微电子系统）为例，将接口分为人机接口与机电接口两大类进行探讨。 关键词：机电一体化；接口技术；人机接口；机电接口 机电一体化系统可分为机械和微电子系统两大部分，各部分 连接须具备一定条件，这个联系条件通常称为接口。各分系统又 由各要素（子系统）组成。本文以机电一体化控制系统（微电子 系统）为例，将接口分为人机与机电接口两大类。 一、机电接口：由于机械系统与微电子系统在性质上有很大 差别，两者间的联系须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，因 此机电接口起着非常重要的作用：（1）行电平转换和功率放大。一 般微机的I/O芯片都是TTL电平，而控制设备则不一定，因此必 须进行电平转换；另外，在大负载时还需要进行功率放大；（2）抗 干扰隔离。为防止干扰信号的串入，可以使用光电耦合器、脉冲 变压器或继电器等把微机系统和控制设备在电器上加以隔离；（3） 进行A/D或D/A转换。当被控对象的检测和控制信号为模拟量 时，必须在微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路， 以保证微机所处理的数字量与被控的模拟量之间的匹配。1、模拟 信号输入接口：在机电一体化系统中，反映被控对象运行状态信 号是传感器或变送器的输出信号，通常这些输出信号是模拟电压 或电流信号（如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电 阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等）计算机要对被控对 象进行控制，必须获得反映系统运行的状态信号，而计算机只能 接受数字信号，要达到获取信息的目的，就应将模拟电信号转换 为数字信号的接口——模拟信号输入接口。2、模拟信号输出接 口：在机电一体化系统中，控制生产过程执行器的信号通常是模 拟电压或电流信号，如交流电动机变频调速、直流电动机调速器、 滑差电动机调速器等。而计算机只能输出数字信号，并通过运算 产生控制信号，达到控制生产过程的目的，应有将数字信号转换 成模拟电信号的接口——模拟信号输出接口。任务是把计算机输 出的数字信号转换为模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行 器，达到控制对象的目的。模拟信号输出接口一般由控制接口、数 字模拟信号转换器、多路模拟开关和功率放大器几部分构成。3、 开关信号通道接口：机电一体化系统的控制系统中，需要经常处 理一类最基本的输入/输出信号，即数字量（开关量）信号包括： 开关的闭合与断开；指示灯的亮与灭；继电器或接触器的吸合与 释放；电动机的启动与停止；阀门的打开与关闭等。这些信号的 共同特征是以二进制的逻辑“1”和“0”出现的。在机电一体化 控制系统中，对应二进制数码的每一位都可以代表生产过程中的 一个状态，此状态作为控制依据。（1）输入通道接口。开关信号 输入通道接口的任务是将来自控制过程的开关信号、逻辑电平信 号以及一些系统设置开关信号传送给计算机。这些信号实质是一 种电平各异的数字信号，所以开关信号输入通道又称为数字输入 通道（DI）。由于开关信号只有两种逻辑状态“ON”和“OFF”或 数字信号“1”和“0”，但是其电平一般与计算机的数字电平不相 同，与计算机连接的接口只需考虑逻辑电平的变换以及过程噪声 隔离等设计问题，它主要由输入缓冲器、电平隔离与转换电路和 地址译码电路等组成。（2）输出通道接口。开关信号输出通道的 作用是将计算机通过逻辑运算处理后的开关信号传递给开关执行 器（如继电器或报警指示器）。它实质是逻辑数字的输出通道，又 称为数字输出通道（DO）。DO通道接口设计主要考虑的是内部与 外部公共地隔离和驱动开关执行器的功率。开关量输出通道接口 主要由输出锁存器、驱动器和输出口地址译码电路等组成。 二、人机接口：人机接口是操作者与机电系统（主要是控制 微机）之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以分 为输入与输出接口两大类。机电系统通过输出接口向操作者显示 系统的各种状态、运行参数及结果等信息；另一方面，操作者通 过输入接口向机电系统输入各种控制命令，干预系统的运行状态， 以实现所要求的功能。1、输入接口。（1）拨盘输入接口。拨盘是 机电一体化系统中常见的一种输入设备，若系统需要输入少量的 参数，如修正系数、控制目标等，采用拨盘较为方便，这种方式 具有保持性。拨盘的种类很多，作为人机接口使用最方便的是十 进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。BCD码拨盘可直接与控 制微机的并行口或扩展口相连，以BCD码形式输入信息。（2）键 盘输入接口。键盘是一组按键集合，向计算机提供被按键的代码。 常用的键盘有：1）编码键盘，自动提供被按键的编码（如ASCII 码或二进制码）；2）非编码键盘，仅仅简单地提供按键的通或断 （“0”或“1”电位），而按键的扫描和识别，则由设计的键盘程序 来实现。前者使用方便，但结构复杂，成本高；后者电路简单，便 于设计。2、输出接口。在机电一体化系统中，发光二极管显示器 （LED）是典型的输出设备，由于LED显示器结构简单、体积小、 可靠性高、寿命长、价格便宜，因此使用广泛。常用的LED显示 器有7段发光二极管和点阵式LED显示器。7段LED显示器原理 很简单，是同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮 而显示不同字形的。点阵式LED显示器一般用来显示复杂符号、 字母及表格等，在大屏幕显示及智能化仪器中有广泛应用。 结语：接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题，使系 统中信息和能量的传递和转换更加顺畅，使系统各部分有机地结 合在一起，形成完整的系统。接口技术是在机电一体化技术的基 础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越重 要；同时接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展。从某种 意义上讲，机电一体化系统的设计，就是根据功能要求选择了各 部分后所进行的接口设计。接口的好与坏直接影响到机电一体化 系统的控制性能，以及系统运行的稳定性和可靠性，因此接口技 术是机电一体化系统的关键环节。 参考文献： [1]杨德麟等.例尺数字测图的理论方法与应用.大学出版社.2001 [2]李青岳.工程测量学.测绘出版社.2000 [3]张光东.数字化地形测量的实践.第一届全国交通工程测量学术讨论 会论文集.西安地图出版社