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浅析伺服系统中电磁兼容性设计和抗干扰措施
伺服数控产品处张广伟
关键词:
EMI电磁干扰、EMC电磁兼容性、预防型设计、规范施工、接地系统
引言
今天,C、PLC、变频器、等其它自动化产品一样,已经成熟应用于工业生产的各个领域。但是在实际应用中,总会出现一些干扰因素,影响伺服系统的正常工作,如脉冲不准,驱动器误报等等,甚至造成设备失控和误动作,威胁到人和机械的安全。出现这些问题后,设备厂家总会认为是产品缺陷,要求自动化供应商协助解决,甚至更换其它的品牌工控产品,现有工控产品便成了无辜的“替罪羔羊”。其实这种情况不论在进口产品和国产产品都会有发生的几率,只是在进口的设备中,特别是欧美机械设备,比较注意产品的电磁兼容性(EMC)设计和安装的规范,采取了必要的抗干扰措施,从而大大降低了干扰因素带来的影响。
工业控制设备的可靠性和稳定性,不但取决于工业控制类产品的可靠设计、更取决于设备生产厂家的方案设计和施工安装响。本文浅析了工控领域中伺服系统中常见的干扰因素,并结合笔者多年来的实际工作经验阐述了常用的抗干扰措施,以希望帮助工程师和设备厂家能够正确的使用我们的产品,来实现设备稳定可靠的运行。
何谓EMC
EMC直译就是电磁兼容性,是Electro patibility的缩写。国际电工委员会(IEC)对EMC的定义是指“设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力”。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值(EMI);另一方面是指组件对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性(EMS)。简单的说,就是电子设备的干扰性和抗干扰能力。
C、PLC、伺服系统、变频器都会产生电磁干扰,同时也受到其它设备的干扰。如变频器、伺服驱动器等PWM设备自身就是大的干扰源,但同时他们也是电子设备,C和PLC自身产生的电磁干扰小,但要注意它们的抗干扰性。
很多工程师在设计时,往往会忽略这些细节。当后期到达客户现场后,才发现无法抵御外部干扰或者产生了干扰其它设备的情况,到时再“亡羊补牢”。
EMC最为重要的一条准则是“预防是最有效的、最经济的方案”,因此合理的设计和规范的施工是提高工控产品和机械设备稳定运行的关键性因素和前提条件。
伺服系统中干扰类型和途径
(1)来自空间的--辐射干扰
来自空间的辐射干扰分布极为复杂,字面上理解这类的干扰源和被干扰产品间没有直接的联系,通常都是电磁感应的形式在空间传播的。在民用领域中,这类干扰像空气一样也无处不在,如打手机时,电视机的图像会产生雪花点等。飞机飞行中禁止使用遥控玩具和电子类产品也是基于杜绝辐射干扰的考虑。
在工业控制系统中,辐射干扰源主要由是大型放电加工,高频加热设备对电网噪音污染,C等离子切割设备。变频器和伺服驱动器在运行时也会通过电网电线对其它控制类设备发射的噪音信号。电柜中大电流交直流接触器或者继电器线圈频繁吸合产生的浪涌冲击,也同样会产生噪音污染。
对付辐射干扰最为有效的措施就是金属屏蔽。
(2)来自系统配线—传导干扰
这类干扰在工业控制领域比较常见,干扰的途径多为自控系统中的变频器和伺服驱动器产生的噪音,经由电源电缆、信号电缆或者错误的接地电缆等,传导到系统的其它