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應(yīng)用背景 在伺服應(yīng)用中經(jīng)常遇到干擾問題，造成不可預(yù)知的誤動作或者報警，使得伺服不能按照指定的方式正常運行，甚至燒毀驅(qū)動器，而且產(chǎn)生問題的原因排除起來也比較困難。經(jīng)過查閱相關(guān)資料，和工作中處理干擾問題的一些經(jīng)驗，結(jié)合近來在氬弧焊機(jī)中所遇到的干擾問題，探討一下如何處理干擾。 氬弧焊機(jī)產(chǎn)生的干擾源 氬弧焊機(jī)采用高頻引弧。引弧時，讓鎢極末端與焊接表面之間保持一定的小間隙，然后，接通高頻振蕩器脈沖引弧電路，使間隙擊穿放電而引燃電弧，高壓電擊穿后再由大電流導(dǎo)通穩(wěn)弧。鎢極氬弧焊機(jī)采用高頻引弧時，由于焊機(jī)利用頻率達(dá)幾十萬赫茲，電壓高達(dá)數(shù)千伏的高頻高壓擊穿空氣間隙形成電弧，因此高頻引弧是一個很強的諧波干擾源。弧焊逆變電源對電網(wǎng)來說，本質(zhì)上是一個大的整流電源，由于電力電子器件在換流過程中產(chǎn)生前后沿很陡的脈沖，從而引發(fā)了嚴(yán)重的諧波干擾。逆變電源的輸入電流是一種尖角波，使電網(wǎng)中含有大量高次諧波。電壓諧波和電流諧波之間存在嚴(yán)重相移，導(dǎo)致焊機(jī)的功率因數(shù)很低。 處理干擾的措施 在本案例中，氬弧焊機(jī)電源與伺服驅(qū)動器供電電源分別供給。氬弧焊機(jī)電源用隔離變壓器隔離，伺服電源線外套一個扼流圈后送入有源功率濾波器，經(jīng)過濾波后，再送至開關(guān)電源。伺服驅(qū)動器的動力電源和控制電源用2個開關(guān)電源分別供電，且在接入驅(qū)動器前分別套一個扼流圈。驅(qū)動器電源與控制（編碼器）電源均連接了屏蔽線，并確保單端可靠接地。如附圖為系統(tǒng)接線圖。 
來自空間的輻射干擾 空間輻射電磁場主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、雷電、無線電廣播和雷達(dá)等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾。其影響主要通過兩條路徑：一是直接對伺服內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾; 二是對伺服通信網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路感應(yīng)產(chǎn)生干擾。此種干擾發(fā)生幾率比較少，一般通過設(shè)置屏蔽電纜進(jìn)行保護(hù)。 來自系統(tǒng)外引線的干擾 這種干擾主要通過電源和信號線產(chǎn)生，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較為嚴(yán)重，主要有下面三類： 第一類是來自電源的干擾。實踐證明，因電源引入的干擾造成伺服控制系統(tǒng)故障的情況很多，一般通過加穩(wěn)壓器等設(shè)備解決。 第二類是來自信號線引入的干擾。此干擾主要有兩種信息途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視; 二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這種干擾往往非常嚴(yán)重。由信號引入的干擾會引起電路板元件工作異常，嚴(yán)重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機(jī)。控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成內(nèi)部元器件損壞，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。此種干擾經(jīng)常發(fā)生于信號距離長的應(yīng)用案例上，常采用加中繼隔離的方法，來屏蔽掉感應(yīng)電壓，解決干擾問題。 第三類是來自接地系統(tǒng)混亂的干擾。眾所周知接的是提高電子設(shè)備抗干擾的有效手段之一，正確的接地既能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾; 但是錯誤的接地反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使系統(tǒng)無法正常工作。一般說來，控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等，如果接地系統(tǒng)混亂，對伺服系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層兩端a、b都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層。當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷電擊時，地線電流將更大。此外，屏蔽層、接地線和大地可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)會出現(xiàn)感應(yīng)電流，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生地地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響伺服電路的正常工作。解決此類干擾的關(guān)鍵就在于分清接地方式，為系統(tǒng)提供良好的接地性能。 來自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾 主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射、模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于控制器制造廠家對系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容，一般在成熟的系統(tǒng)中很少發(fā)生。 對于干擾的處理措施 加裝濾波器和電抗器 濾波是一種抑制傳導(dǎo)干擾的方法。在電源輸入端接上濾波器，可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電路本身的侵害，也可以抑制由電路產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計中具有極其重要的作用。它不僅可抑制傳輸線上的傳導(dǎo)干擾，同時對傳輸線上的輻射發(fā)射也具有顯著的抑制效果。 所有電源濾波器都必須接地，因為濾波器的共模旁路電容必須在接地時才起作用。一般的接地方法是除了將濾波器與金屬外殼相接之外，還要用較粗的導(dǎo)線將濾波器外殼與設(shè)備的接地點相連。接地阻抗越低濾波效果越好。濾波器盡量安裝在靠近電源入口處。濾波器的輸入及輸出端要盡量遠(yuǎn)離，避免干擾信號從輸入端直接耦合到輸出端。 安裝隔離變壓器 隔離變壓器初級電壓是電網(wǎng)電壓，這個電壓是針對于大地的電壓，而隔離變壓器次級電壓和大地不相連的。如果線圈比例為1:1的話，兩邊電流相同，進(jìn)行電氣隔離；可以消除部分諧波，有效的降低零地電壓。 外接屏蔽線 屏蔽是解決幅射干擾問題的重要且有效的手段，目的是切斷電磁波的傳播途徑。大部分幅射干擾問題都可以通過電磁屏蔽來解決，用電磁屏蔽的方法解決電磁干擾問題不會影響電路的正常工作。 結(jié)語 控制系統(tǒng)的抗干擾能力關(guān)系到整個系統(tǒng)的可靠運行，而系統(tǒng)的可靠性則直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效率以及設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運行。隨著工業(yè)設(shè)備自動化程度越來越高，控制技術(shù)問題也越來越不容忽視，有效地防止干擾可以提高系統(tǒng)的可靠性，讓設(shè)備更加穩(wěn)定的運行。 |
