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工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常見干擾處理方法
2022-05-25 2156次瀏覽

干擾引起的系統(tǒng)混亂,看我如何處理

 昨天前往現(xiàn)場(chǎng)處理某客戶的干擾問(wèn)題,客戶抱怨我們的交流伺服產(chǎn)品只要伺服使能(s_on),系統(tǒng)通訊就會(huì)異常,DIDO動(dòng)作也異常,24v繼電器線圈指示燈亂閃等問(wèn)題頻出。我們一向?qū)τ谖覀儺a(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良有非常大的自信的,因此專程驅(qū)車到現(xiàn)場(chǎng)處理,結(jié)果真相大白,解決了客戶的問(wèn)題。
干擾引起1.jpg圖一:現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器輸出UVW和伺服電機(jī)的電磁抱閘兩芯線增加Φ60磁環(huán),減小輸出載波EMI干擾

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圖二:UVW三線并繞,工作時(shí)磁環(huán)會(huì)發(fā)熱甚至有點(diǎn)燙手,這是正常的,說(shuō)明磁環(huán)起到作用了。
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圖三:用電池供電的示波器,單表筆探針測(cè)量驅(qū)動(dòng)器接地端,檢測(cè)EMI干擾情況;
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圖四:顯示vpp峰峰值電壓為相對(duì)值和干凈的地線端測(cè)量對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn)干擾的強(qiáng)度。
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圖五:峰峰值22.4V非常大,必需加強(qiáng)接地;


干擾引起7.jpg圖六:諧波干擾波形
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圖七:在特殊情況下,將車間的鋼構(gòu)和水管焊接在一起,且焊接鍍鋅螺絲作為地線是折衷且可行的良好接地方法。


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圖八:弱電和強(qiáng)電電纜線盡量分開走線。


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主要問(wèn)題以及處理思路如下:

 

1. 由于客戶系統(tǒng)中采用380v2KW伺服4臺(tái)+380v750w伺服2臺(tái),380v伺服輸出UVW存在較大的EMI干擾導(dǎo)致弱電系統(tǒng)不穩(wěn)定;

 

2. 伺服的UVW電纜是干擾源頭,干擾途徑是伺服電機(jī)的24v制動(dòng)釋放回路,干擾的對(duì)象是ETHERCAT通訊電纜和PLC輸出繼電器控制回路;

 

3. 原因分析:3.1  伺服電機(jī)的24v制動(dòng)釋放回路和UVWE電纜共存在一根6芯電纜并敷設(shè)到現(xiàn)場(chǎng),8khz載波基波及其高次諧波并行EMI耦合到24v制動(dòng)回路,

                        3.2  24vdc制動(dòng)回路和控制柜其它弱電布線交織在一起,形成更為復(fù)雜的耦合;

                        3.3  由于客戶控制柜系統(tǒng)接地用線材較細(xì),且接地布局不合理,強(qiáng)弱電走線混亂,這些復(fù)雜的EMI諧波耦合無(wú)法退藕,使得弱電回路信號(hào)異常,

                               表現(xiàn)為 ETHERCAT總線通訊不穩(wěn)定,全部24v繼電器線圈指示LED燈無(wú)動(dòng)作時(shí)閃爍,弱電GND接地端存在16~20v 8KHZ EMI串?dāng)_;

                        3.4  客戶的ethercat電纜為普通CAT5以太網(wǎng)非屏蔽雙絞線電纜,無(wú)法抵御EMI干擾;

                        3.5  客戶雖然采用了隔離變壓器和多開關(guān)電源,意圖獨(dú)立供電來(lái)解決EMI串?dāng)_問(wèn)題,但是,供電系統(tǒng)的原邊和副邊兩側(cè)在控制柜走線并未有效隔離,

                               因此電源的隔離作用大大折扣;且,隔離電源的接地線采用0.5平方毫米的銅芯線太細(xì),接地回路又和UVW電纜纏繞,因此無(wú)法有效抑制尖峰EMI;

 

4. 處理方法:

4.1  干擾源: 4.1.1 380v的伺服電機(jī)UVWE電纜和24V制動(dòng)線路獨(dú)立走線,,且在控制柜里面和其它弱電線路不共存一個(gè)線槽;

                         4.1.2 380v uvw電纜三線繞Φ63*40*25磁環(huán),三線并繞8-10圈或更多(磁環(huán)不發(fā)燙),使得交流EMI諧波短路;

                         4.1.3 24v制動(dòng)回路兩根線并繞Φ40*25*25磁環(huán),兩線并繞8-10圈或更多,使得dc回路耦合的EMI在進(jìn)入控制柜前交流短路;

                         4.1.4 伺服電機(jī)電纜的E端有效獨(dú)立接地,物理上和弱電的地線處于不同的接地匯流母排,匯流母排再有效接入大地,接地線線徑大于控制柜總電源進(jìn)線線徑;

                         4.1.5 其它強(qiáng)電設(shè)備如可控硅設(shè)備、變頻器等干擾源設(shè)備,要盡量采用加裝供電端電源EMI濾波器、隔離變壓器,獨(dú)立有效接地,并降低PWM載波;

4.2 干擾途徑:

                        4.2.1  控制柜內(nèi)元件布局高壓大功率設(shè)備布局和弱電設(shè)備布局有效分開;

                        4.2.2  控制柜線槽強(qiáng)弱電分開,若柜子緊湊,可先安裝強(qiáng)電的線,在安裝地線,然后安裝弱電的線,線路分層安裝,弱電線路盡量采用屏蔽線,且有效接地;

                        4.2.3  各個(gè)元件布局分區(qū)內(nèi),各自獨(dú)立安裝接地匯流排,所有匯流排再獨(dú)立匯總到控制柜總地線母排,總地線母排設(shè)立明顯接地標(biāo)識(shí),匯入工廠有效大地;

                        4.2.4  系統(tǒng)通訊總線采用正確交流阻抗的電纜(can總線要采用交流阻抗120歐姆D的專用can電纜,ethercat總線要采用CAT6以上交流阻抗100歐姆的屏蔽電纜);

                        4.2.5  隔離變壓器和獨(dú)立分區(qū)供電開關(guān)電源,在布線上,要注意原邊和副邊線路有效分開,避免和強(qiáng)電交織在一起;獨(dú)立電源和隔離變壓器要有效接地到分區(qū)接地匯流排;

                        4.2.6  弱電控制設(shè)備獨(dú)立屏蔽安裝分區(qū)并有效接地到獨(dú)立的接地匯流排,或采用隔離變壓器;

 

4.3 被干擾對(duì)象:

                        4.3.1 控制線路輸入端(如編碼器電纜等)采用磁環(huán)(開口磁環(huán)或閉口磁環(huán))對(duì)EMI交流高次諧波交流短路和退耦合處理,屏蔽層雙端接地;

                        4.3.2 弱電系統(tǒng)獨(dú)立分區(qū)安裝,獨(dú)立供電回路,獨(dú)立加裝隔離變壓器、EMI濾波器、抗浪涌設(shè)備;

                        4.3.3  高速DI輸入端或輸出端電路上盡量采用差分電路結(jié)構(gòu),并以屏蔽雙絞線傳輸,屏蔽層單端弱電端接地;

                        4.3.4 普通24v DI輸入端或輸出端,可以加裝1UF/160V電容對(duì)交流EMI退藕處理,高速OC門輸出或上下拉輸入電路,視其系統(tǒng)需要,加裝0.01~10UF/50v高頻聚丙烯以上電容;

                        4.3.5 差分DI輸入端,可并接5K/0.25W的電阻在控制器端口,降低輸入阻抗,有效降低EMI耦合傳輸系數(shù);
                        4.3.6 對(duì)于can總線,由于一般采用4對(duì)8芯屏蔽電纜,可以將CAN-H,CAN-L,CAN-GND以外的纜線全部短接后和屏蔽層鏈接且接入大地; 另外在配置方面,PLC側(cè)軟件配置CANOPEN錯(cuò)誤配置協(xié)議,主站和從站均配置為500,200毫秒,降低波特率,can波特率采用250KHZ通訊,提高容錯(cuò)率;PLC主站can采樣點(diǎn)后移到65%,錯(cuò)開報(bào)文矩形波前端抖動(dòng);
                        4.3.7 如果驅(qū)動(dòng)器是放置到現(xiàn)場(chǎng)的分布式結(jié)構(gòu),不宜采用星型接地架構(gòu);可以將星型接地(適合柜內(nèi)接地)改為適合分布式控制架構(gòu)的總線接地,地線直接接入深層供水金屬管路和房屋鋼構(gòu),

          采用較粗(截面積7.5平方毫米)的銅芯線消除接地分布電位差同時(shí)將EMI噪聲引入大地;

 

5. 處理和檢測(cè)干擾需要的儀器設(shè)備

    5.1  真有效值三用表,如福祿克289,測(cè)量各個(gè)節(jié)點(diǎn)的干擾能量;

    5.2  電池供電的移動(dòng)式數(shù)字示波器,如福祿克123,直觀測(cè)量各個(gè)節(jié)點(diǎn)的干擾波形數(shù)據(jù);

    5.3  接地電阻回路接地測(cè)試儀器,如福祿克1621,直觀 評(píng)估系統(tǒng)接地情況;

    5.4  電能質(zhì)量分析儀,如福祿克435,直觀評(píng)估電網(wǎng)的干擾和諧波情況;

    5.5  高頻場(chǎng)強(qiáng)儀、簡(jiǎn)易的感應(yīng)試電筆,如福祿克1AC, 直觀評(píng)估EMI的空間敷設(shè)情況;

 

6. 抗干擾需要用到的元件:

   6.1  EMI濾波器,有效防止高次諧波經(jīng)高壓供電端進(jìn)入控制器;

   6.2  各種鐵粉鋅鎳磁環(huán) 開口和閉口,安裝方便,用于對(duì)稱線路共模干擾抑制,EMI交流短路,切斷干擾途徑;

   6.3 接地匯流排和接地母排,抗干擾有效的手段;

   6.4 隔離變壓器  ,有效隔離高次EMI干擾和低頻串?dāng)_,前提是隔離變壓器要獨(dú)立分區(qū)接地和良好的布局;

   6.5 浪涌濾波器(電抗器),消除分布電容,減小電纜耦合系數(shù),抗電網(wǎng)浪涌;

   6.6  聚丙烯電容器  電解電容 旦電容  0.01uf~10uf  交流退藕用,

   6.7 tvs器件,可有效限制EMI線路上的傳輸能量;

   6.8  集中式電網(wǎng)諧波治理設(shè)備,可有效處理車間級(jí)和工廠級(jí)電網(wǎng)諧波干擾,成本費(fèi)用較高;

7. 和甲方客戶友善相處,良好溝通搞好關(guān)系非常重要, 
工程師要和現(xiàn)場(chǎng)管理人員和甲方工程師搞好關(guān)系,獲得對(duì)方的認(rèn)同和信任,這是開展工作的基礎(chǔ);

8. 如果是新設(shè)備進(jìn)場(chǎng)安裝, 
務(wù)必和用戶強(qiáng)調(diào)電網(wǎng)的品質(zhì)和接地良好,這一點(diǎn)一定要堅(jiān)持,否則無(wú)法保障系統(tǒng)穩(wěn)定;