Kiel Plibonigi la Fidoblecon de la Energiakontrola Sistemo

Kun la rapide evoluo de la elektronika industrio, diversaj instrumentoj kaj mezuriloj estas vaste uzataj en industriaj regiloj kaj ĉiuj aspektoj de socia vivo. Simultane, la postuloj pri fidobleco de instrumentoj iĝas progresive pli altaj, kaj energiakontroliloj ne estas ekzepcio. La postuloj pri fidobleco de energiakontroliloj estas specifitaj en la teknologiaj normoj de inteligentaj kontrolliloj.

Ĉi tiuj normoj stipulas, ke la meza servoperiodo de energiakontroliloj devas esti ne malpli ol dek jaroj, farante la fidoblecan konstruadon dum la disvolvoproceso aparte grava. La probablo kompletigi postulatajn funkciojn sub specifaj kondiĉoj kaj en specifa tempo nomiĝas Meza Tempo Inter Defektoj (MTBF), ankaŭ konata kiel meza interdefekttempo. MTBF estas komuna mezuro por fidi la fidoblecon. La celo de la fidobleca konstruado de energiakontroliloj estas pligrandigi la produktaĵan MTBF kaj sekuri normalan funkciadon.

1. Fidobla Konstruado de Aparataro

Supreso de Neta Interferenco por Energiakontroliloj

Laŭ analizo de inĝenieraj statistikdatenoj, 70% de la interferenco en sistemoj de energiakontroliloj eniras tra la neta provizo. Do, plibonigo de la kvalito de la neta provizo havas grandan signifon por la fidela funkciado de la tuta sistemo. Ĉar la sisteman nutradon oni kutime derivas el la publika elektroprovizo, la antinterferenca konstruado de la neta provizo ĉefe fokusas sur filtrado je la enigportejo kaj supreso de transeja interferenco.

2. Terkonstruado por Energiakontroliloj

La konstruado de la tera sistemo direktas efektas la tutan produktan kapablon kontraŭ interferenco. Bona konstruado povas bloki eksteran ambientan interferencon kaj efektive supri teni internan kunligitan bruon. Konsidero de la jenaj du aspektoj povas plibonigi la sisteman fidoblecon: 

Cifera Tero kaj Analogia Tero Pro la akraj randoj de cifera signalo, la kurantoj en cifera cirkvo montras pulsformajn ŝanĝojn. Do, analogia tero kaj cifera tero devus esti aparte konstruitaj en sistemoj de energiakontroliloj, konektitaj nur je unu punkto. Analogiaj kaj ciferaj cirkvoj sur la cirkvoplanko devus esti konektitaj al iliaj respektivaj "teroj". Tio efektive prevenas la pulsan terkuranton de la cifera cirkvo de kunligiĝo en la analoga cirkvo per komuna terrezisteco, formanta transejan interferencon. Kiam altafrekvencaj grandaj signaloj ekzistas en la sistemo, ĉi tiu interferenco iĝas pli signifa.

Unupunkta kaj Multpunkta Tero En malaltafrekvencaj sistemoj, la terado ĝenerale kombinas paralelan unupunktan teradon kun serian unupunktan teradon por plibonigi la performon. Paralela unupunkta terado signifas, ke pluraj modulaj terdratoj estas kunigitaj je unu loko, kie la terpotencialo de ĉiu modulo rilatas al sia propra kuranto kaj rezisto. Ĝia avantaĝo estas la manko de kunligita interferenco de komuna terrezisteco; la malavantaĝo estas troa uzo de terdratoj.

Seria unupunkta terado signifas, ke pluraj modulaj partoprenas la saman terdraton. Ĉar la ekvivalenta rezisto de la terdrato kreigas tensfallon, la konektaj punktoj de malsamaj moduloj havas malsaman potencialon relative al la tero. Kurantaj ŝanĝoj en ajna modulo afektas la terpotencialon, ŝanĝante la cirkvofteksdon kaj kaŭzante kunligitan interferencon de komuna terrezisteco. Ĉi tiu metodo havas simplan dratadon. Multpunkta terado estas ofte uzata en altafrekvencaj sistemoj, kie la terdrato de ĉiu modulo estas konektita al la terbustro kiel eble plej proksime. Ĝiaj avantaĝoj inkluzivas mallongan terdraton, malaltan impedon, kaj forigon de interferenca bruŝumo kaŭzita de komuna terrezisteco.

3. Izolada Konstruado por Energiakontroliloj

Unu ĉefa celo de izolada konstruado estas disigi bruŝumigenojn de sentemaj cirkvoj. La karaktero de izolada konstruado estas, ke la energiakontrolilo daŭrigas signalan komunikadon kun sia operacia medio sen rekta elektra interago. Ĉefaj realigmetodoj inkluzivas transformisolacon, fotoizoladon, releizacon, izolamplifikadon, kaj aranĝisolacon. 

• Transformisolo Impulstransformiloj, kun malmultaj spiroj, malgranda distribuita kapacitivo (nur kelkaj pikofaradoj), kaj primara/sekundara spiroj vintitaj sur kontraŭaj flankoj de la kernego, povas servi kiel izolkomponantoj por impulssignaloj, atingante cifran signalizolancon.

• Fotoizolo Aldono de fotokopulaĵo povas supri teni spikimpulsojn kaj diversajn bruŝumigenojn. Uzo de fotoizolo sekuras nenian elektran interagon inter la ĉefkomputila sistemo kaj la komunikporto de la energiakontrolilo, plibonigante la sisteman kontraŭinterferencan performon. Fotokopulaĵoj povas izoli cifrajn signalojn sed ne taŭgas por analogiaj signaloj. Komunaj metodoj por izoli analogiajn signalojn inkluzivas: A. Voldenskeciga konvertado poste fotoizolo, rezultiganta kompleksajn cirkvojn; B. Diferencialamplifikiloj, kiuj oferas pli malaltan izolvoltan; C. Izolamplifikiloj, kiuj bonfunkciadas sed estas kostegaj. 

• Releizacon Ĉar ne ekzistas elektra konekto inter la spiro kaj kontaktetoj de relaiso, la spiro povas ricevi signalojn dum la kontaktetoj transdonas ilin, efektive solvante la problemon de interago inter forta kaj malforta elektra signalo kaj atingante interferencan izolon.

• Aranĝisolo Realigado de izolo per PCB-arango, ĉefe disigante fortan kaj malfortan elektrajn cirkvojn.

4. Antiinterferenca Konstruado de Drukitaj Cirkvotabuloj (PCB) por Energiakontroliloj

La drukita cirkvotabulo servas kiel portilo por cirkvokomponantoj kaj provizas elektrajn konektojn inter ili. La kvalito de la PCB-konstruado direktas efektas la sisteman kontraŭinterferencan kapablecon. Ĝenerala principoj sekvitaj en PCB-konstruado inkluzivas:

• Metu kristalosciladorojn tiel proksime kiel eble al la centralprocesoraj (CPU) pinoj. Teru kaj sekuru iliajn metalkaseojn, poste izolu la horloĝzonon per terdraĉo—ĉi tiu metodo prevenas multajn malfacilajn problemojn;

• Uzu pli malaltfrekvencajn kristalojn por la CPU kaj daŭrigu cifrajn cirkvojn tiel malrapide kiel eble, se sistemapogoj estas kontentigitaj;

• Ne lasu neuzitajn CPU-en-elsenvetigojn flutanti; ili devus esti konektitaj al la sisteman nutradon aŭ teron, kaj la sama validas por aliaj ĉipoj;

• Minimigu la longon de trakoj inter altafrekvencaj komponantoj. Tenigu funkciajn komponantojn de enigo kaj eligo proksime, kaj ne metu brufacilajn komponantojn tro proksime unu al la alia;

• Evitu kurantajn ringojn en malaltafrekvencaj kaj malfortaj signalaj cirkvoj. Se neeviteble, minimizu la ringareon por redukti induktitan bruon;

• Evitu 90-gradaĵajn angulojn en sisteman dratadon por preveni altafrekvencan bruemision;

• En-elsenvetiglinioj en la sistemo devus eviti iri paralele. Aldonu terlinion inter du konduktoroj por efektive preveni reaktivan kunligadon.

5. Programa Fidobleca Konstruado

5.1 Cifra Filtrilo-Konstruado por Energiakontroliloj 

Aktuale, diversaj mezuraj IC-ĉipoj estas vaste uzataj en energiakontroliloj. La centra procesoro komunikas kun ĉi tiuj mezuraj ĉipoj per Seriala Periferia Interfaco (SPI) aŭ Universala Asinkrona Ricevilo/Transdonto (UART) por akiri parametrojn de la energiasistemo. Se la buso estas interferita aŭ la mezura ĉipo funkciadas anomalie, la centra procesoro ricevos malĝustajn datumojn.

Do, enkonduko de programfiltri estas tre grava. Por ordinara energiaparametroj, oni povas adopti la averagometodon: kolektu kvin aŭ ses datenojn, forigu la maksimuman kaj minimuman valorojn, poste kalkulu la meznombron. Por energiaj datumoj, taksu la dinaman amplitudon en unuote tempo bazitan sur la norma operacia medio de la kontrollilo; se anomalaj energiaj datumoj aperas, la programo povas forĵeti tiun datumaron. Aliaj metodoj inkluzivas medianfiltrilon, aritmetikan meznombron, kaj unuan ordonan malaltan pasfiltrilon. Prakto pruvis, ke uzado de programfiltrilo maksimumigas la fidoblecon de la parametrolektado.

5.2 Datuma Redunda Konstruado por Energiakontroliloj

Por plibonigi la sisteman fidoblecon, sisteman agordparametroj kaj kalibrparametroj povas uzi multoblan backup-disenon. Se unu datumaro koruptiĝas, alia backup-datumaro povas esti aktivigita. Por sekuri datuman sekurecon kaj pligrandigi la verŝajnecon de datumviviĝo sub eraraj operacioj, kelkaj datumaroj devus esti konservitaj en disigitaj lokoj.

5.3 Datuma Kontrolo kaj Operacia Redunda Konstruado por Energiakontroliloj

Kiam la centra procesoro skribas agordparametrojn aŭ kalibrparametrojn en memoron, interferenco povas kaŭzi malĝustan datumskribadon, sed la procesoro ne povas determini la ĝusteco de la skribitaj datumoj. Por sekuri ĝustan datumskribadon, la programkonstruado faras "kontrolsumon" de la datumoj estonta skribota kaj konservas la kontrolsumon kun la datumoj. Post ĉiu skriboperacio, okazas legoperacio, kaj la kontrolsumo de la legitaj datumoj estas komparita kun la konservita kontrolsumo. Se ili ne kongruas, la skriboperacio ripetasĝiĝas ĝis la datumoj estas ĝuste skribitaj. Se la ripetlimo superiĝas, aperas skriberaro.