如何處理伺服系統在現場的干擾問題

06-25

應用背景

　　在伺服應用中經常遇到干擾問題，造成不可預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，甚至燒毀驅動器，而且產生問題的原因排除起來也比較困難。經過查閱相關資料，和工作中處理干擾問題的一些經驗，結合近來在氬弧焊機中所遇到的干擾問題，探討一下如何處理干擾。

氬弧焊機產生的干擾源

　　氬弧焊機採用高頻引弧。引弧時，讓鎢極末端與焊接表面之間保持一定的小間隙，然後，接通高頻振蕩器脈衝引弧電路，使間隙擊穿放電而引燃電弧，高壓電擊穿後再由大電流導通穩弧。鎢極氬弧焊機採用高頻引弧時，由於焊機利用頻率達幾十萬赫茲，電壓高達數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來說，本質上是一個大的整流電源，由於電力電子器件在換流過程中產生前後沿很陡的脈衝，從而引發了嚴重的諧波干擾。逆變電源的輸入電流是一種尖角波，使電網中含有大量高次諧波。電壓諧波和電流諧波之間存在嚴重相移，導致焊機的功率因數很低。

處理干擾的措施

　　在本案例中，氬弧焊機電源與伺服驅動器供電電源分別供給。氬弧焊機電源用隔離變壓器隔離，伺服電源線外套一個扼流圈後送入有源功率濾波器，經過濾波後，再送至開關電源。伺服驅動器的動力電源和控制電源用2個開關電源分別供電，且在接入驅動器前分別套一個扼流圈。驅動器電源與控制（編碼器）電源均連接了屏蔽線，並確保單端可靠接地。如附圖為系統接線圖。

應用現場的干擾源

　　來自空間的輻射干擾

　　空間輻射電磁場主要是由電力網路、雷電、無線電廣播和雷達等產生的，通常稱為輻射干擾。其影響主要通過兩條路徑：一是直接對伺服內部的輻射，由電路感應產生干擾;

　　二是對伺服通信網路的輻射，由通信線路感應產生干擾。此種干擾發生幾率比較少，一般通過設置屏蔽電纜進行保護。

　　來自系統外引線的干擾

　　這種干擾主要通過電源和信號線產生，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業現場較為嚴重，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故障的情況很多，一般通過加穩壓器等設備解決。

　　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錶的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視;

　　二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這種干擾往往非常嚴重。由信號引入的干擾會引起電路板元件工作異常，嚴重時將引起元器件損傷。對於隔離性能差的系統，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統匯流排迴流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。控制系統因信號引入干擾造成內部元器件損壞，由此引起系統故障的情況也很多。此種干擾經常發生於信號距離長的應用案例上，常採用加中繼隔離的方法，來屏蔽掉感應電壓，解決干擾問題。

　　第三類是來自接地系統混亂的干擾。眾所周知接的是提高電子設備抗干擾的有效手段之一，正確的接地既能抑制設備向外發出干擾;

　　但是錯誤的接地反而會引入嚴重的干擾信號，使系統無法正常工作。一般說來，控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等，如果接地系統混亂，對伺服系統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，引起地環路電流，影響系統正常工作。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。當發生異常狀態如雷電擊時，地線電流將更大。此外，屏蔽層、接地線和大地可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內會出現感應電流，干擾信號迴路。若系統地與其它接地處理混亂，所產生地地環流就可能在地線上產生不等電位分布，影響伺服電路的正常工作。解決此類干擾的關鍵就在於分清接地方式，為系統提供良好的接地性能。來自系統內部的干擾

　　主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，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。這都屬於控制器製造廠家對系統內部進行電磁兼容設計的內容，一般在成熟的系統中很少發生。

對於干擾的處理措施

　　加裝濾波器和電抗器

　　濾波是一種抑制傳導干擾的方法。在電源輸入端接上濾波器，可以抑制來自電網的雜訊對電路本身的侵害，也可以抑制由電路產生並向電網反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導干擾的重要單元，在設備或系統的電磁兼容設計中具有極其重要的作用。它不僅可抑制傳輸線上的傳導干擾，同時對傳輸線上的輻射發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，還要用較粗的導線將濾波器外殼與設備的接地點相連。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電壓，這個電壓是針對於大地的電壓，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。

結語

　　控制系統的抗干擾能力關係到整個系統的可靠運行，而系統的可靠性則直接影響到企業的生產效率以及設備的安全和經濟運行。隨著工業設備自動化程度越來越高，控制技術問題也越來越不容忽視，有效地防止干擾可以提高系統的可靠性，讓設備更加穩定的運行。