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如何处理伺服系统在现场的干扰问题

2012-10-25 10:48
魏丁小陆
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应用背景

  在伺服应用中经常遇到干扰问题,造成不可预知的误动作或者报警,使得伺服不能按照指定的方式正常运行,甚至烧毁驱动器,而且产生问题的原因排除起来也比较困难。经过查阅相关资料,和工作中处理干扰问题的一些经验,结合近来在氩弧焊机中所遇到的干扰问题,探讨一下如何处理干扰。

氩弧焊机产生的干扰源

  氩弧焊机采用高频引弧。引弧时,让钨极末端与焊接表面之间保持一定的小间隙,然后,接通高频振荡器脉冲引弧电路,使间隙击穿放电而引燃电弧,高压电击穿后再由大电流导通稳弧。钨极氩弧焊机采用高频引弧时,由于焊机利用频率达几十万赫兹,电压高达数千伏的高频高压击穿空气间隙形成电弧,因此高频引弧是一个很强的谐波干扰源。弧焊逆变电源对电网来说,本质上是一个大的整流电源,由于电力电子器件在换流过程中产生前后沿很陡的脉冲,从而引发了严重的谐波干扰。逆变电源的输入电流是一种尖角波,使电网中含有大量高次谐波。电压谐波和电流谐波之间存在严重相移,导致焊机的功率因数很低。

处理干扰的措施

  在本案例中,氩弧焊机电源与伺服驱动器供电电源分别供给。氩弧焊机电源用隔离变压器隔离,伺服电源线外套一个扼流圈后送入有源功率滤波器,经过滤波后,再送至开关电源。伺服驱动器的动力电源和控制电源用2个开关电源分别供电,且在接入驱动器前分别套一个扼流圈。驱动器电源与控制(编码器)电源均连接了屏蔽线,并确保单端可靠接地。如附图为系统接线图。

应用现场的干扰源

  来自空间的辐射干扰

  空间辐射电磁场主要是由电力网络、雷电、无线电广播和雷达等产生的,通常称为辐射干扰。其影响主要通过两条路径:一是直接对伺服内部的辐射,由电路感应产生干扰;

  二是对伺服通信网络的辐射,由通信线路感应产生干扰。此种干扰发生几率比较少,一般通过设置屏蔽电缆进行保护。

  来自系统外引线的干扰

  这种干扰主要通过电源和信号线产生,通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较为严重,主要有下面三类:

  第一类是来自电源的干扰。实践证明,因电源引入的干扰造成伺服控制系统故障的情况很多,一般通过加稳压器等设备解决。

  第二类是来自信号线引入的干扰。此干扰主要有两种信息途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;

  二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这种干扰往往非常严重。由信号引入的干扰会引起电路板元件工作异常,严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动和死机。控制系统因信号引入干扰造成内部元器件损坏,由此引起系统故障的情况也很多。此种干扰经常发生于信号距离长的应用案例上,常采用加中继隔离的方法,来屏蔽掉感应电压,解决干扰问题。

  第三类是来自接地系统混乱的干扰。众所周知接的是提高电子设备抗干扰的有效手段之一,正确的接地既能抑制设备向外发出干扰;

  但是错误的接地反而会引入严重的干扰信号,使系统无法正常工作。一般说来,控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等,如果接地系统混乱,对伺服系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层两端a、b都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层。当发生异常状态如雷电击时,地线电流将更大。此外,屏蔽层、接地线和大地可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内会出现感应电流,干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱,所产生地地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响伺服电路的正常工作。解决此类干扰的关键就在于分清接地方式,为系统提供良好的接地性能。

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