邦定機(jī)中伺服控制系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題

菅衛(wèi)娟

(太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原 030024)

在工業(yè)控制技術(shù)迅速發(fā)展的今天，伺服技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。交流伺服電機(jī)控制采用了磁場(chǎng)定向矢量控制原理，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行精度高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，低速運(yùn)行平滑等性能,而且調(diào)速范圍較大，做為進(jìn)給傳動(dòng)裝置得到了廣泛的應(yīng)用。但由于伺服系統(tǒng)信號(hào)干擾的廣泛存在，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行就成了一個(gè)比較棘手的問(wèn)題。本文結(jié)合實(shí)例就如何提高伺服系統(tǒng)的抗干擾能力展開(kāi)分析。

1 伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)介

伺服（和PLC）都是專(zhuān)為工業(yè)控制環(huán)境而設(shè)計(jì)，其本身具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，所以在一般的伺服控制系統(tǒng)中不用抗干擾設(shè)計(jì)或進(jìn)行簡(jiǎn)單的抗干擾設(shè)計(jì)就可以使系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定地運(yùn)行。但在特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)就不一定能可靠地工作；另外，在對(duì)可靠性要求特別高的場(chǎng)合，就要對(duì)控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行特別的抗干擾設(shè)計(jì)。為提高系統(tǒng)的可靠性，首先要認(rèn)真分析相應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境中各種可能產(chǎn)生干擾來(lái)源。在此基礎(chǔ)上既要選擇可靠性強(qiáng)的伺服控制系統(tǒng)，還要有針對(duì)性地進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)。

2 實(shí)例

雙工位FOG邦定機(jī)是我公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的一種用于液晶模塊產(chǎn)品制造過(guò)程中 COF、COG、FPC、TCP等電路熱壓連接的設(shè)備。該設(shè)備為主預(yù)壓一體機(jī)型，采用單預(yù)壓、雙主壓相結(jié)合，雙工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，通過(guò)伺服電機(jī)加絲杠導(dǎo)軌帶動(dòng)工作臺(tái)左右平行移動(dòng)并且定位，利用圖像系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)位，采用加熱壓頭進(jìn)行熱壓。在設(shè)備的整個(gè)工作流程中伺服系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性起到了關(guān)鍵作用。

第一批雙工位FOG邦定機(jī)在裝配調(diào)試完成后，開(kāi)始運(yùn)行一切正常，在發(fā)貨前幾天進(jìn)行設(shè)備復(fù)查檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)圖像的視野范圍在X方向不固定。經(jīng)檢查判斷，排除了機(jī)械裝配，零部件的加工以及圖像系統(tǒng)等問(wèn)題后，將問(wèn)題鎖定到了伺服系統(tǒng)上。

經(jīng)過(guò)詳細(xì)測(cè)試和檢查，發(fā)現(xiàn)只是驅(qū)動(dòng)器上的信號(hào)線與對(duì)應(yīng)的電源線沒(méi)有用同一箍雙絞線，沒(méi)有其他硬件上的問(wèn)題。打開(kāi)伺服電機(jī)說(shuō)明書(shū)查看，上面明確畫(huà)著使用雙絞線連接的示意圖（如圖1所示）。

圖1 信號(hào)線與相應(yīng)電源的正確接線示意圖

改正接線后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，性能完全符合客戶(hù)的要求。通過(guò)以上實(shí)例我們得知，雙絞線除了可以使接頭內(nèi)線纜互相的干擾相互抵消而降到最低，同時(shí)也使外界干擾的差分信號(hào)值盡量能相等以便抗干擾電路作相減運(yùn)算來(lái)消除之。所以平時(shí)接伺服系統(tǒng)的線時(shí)，如果不按標(biāo)準(zhǔn)操作，雖然有時(shí)也能正常工作，但是線路內(nèi)部各線對(duì)之間的干擾不能有效消除，從而使信號(hào)傳送出錯(cuò)率增加，最終導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，造成不必要的麻煩。在以后的生產(chǎn)工作中我們吸取了這次的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，改進(jìn)了設(shè)備的抗干擾能力，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，得到了廣大客戶(hù)的認(rèn)可。

可見(jiàn)伺服系統(tǒng)的信號(hào)干擾問(wèn)題有時(shí)是不易被發(fā)現(xiàn)的，這就要求我們?cè)谄綍r(shí)的工作中不僅要認(rèn)真仔細(xì)觀察以外，最重要的是防范于未然--知道主要干擾源和造成信號(hào)干擾的原因以及了解信號(hào)干擾的主要現(xiàn)象，來(lái)避免發(fā)生此類(lèi)問(wèn)題。

3 干擾源

伺服電機(jī)運(yùn)行紊亂的情況，除了接線錯(cuò)誤的原因外，大多數(shù)原因是信號(hào)干擾問(wèn)題造成的。干擾的來(lái)源眾多,破壞了伺服電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。系統(tǒng)不穩(wěn)定的主要表現(xiàn)為內(nèi)部信息不起作用，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行混亂，執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤動(dòng)作和網(wǎng)絡(luò)出錯(cuò)，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。來(lái)自外部的幾種主要干擾因素包括：空間的輻射干擾、各個(gè)元件接地混亂時(shí)的干擾以及不科學(xué)安裝和布線引入的干擾，但伺服系統(tǒng)抗干擾中最主要的部分是防止干擾脈沖的輸入。

4 系統(tǒng)受干擾時(shí)的主要表象

（1）系統(tǒng)發(fā)指令時(shí)，電機(jī)無(wú)規(guī)則地轉(zhuǎn)動(dòng)；

（2）脈沖信號(hào)等于零時(shí)，驅(qū)動(dòng)器上數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳；

（3）電機(jī)運(yùn)行時(shí)，PLC采集的信號(hào)與實(shí)際參數(shù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)值不吻合，且誤差值是隨機(jī)的、無(wú)規(guī)律的；

（4）與其他工作系統(tǒng)共用同一電源(如顯示器等)時(shí)工作不正常。

5 抗干擾分析及抗干擾措施

怎樣才能更好更簡(jiǎn)單地解決伺服系統(tǒng)信號(hào)干擾的問(wèn)題呢？針對(duì)以上提出的幾種干擾源，我們來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

（1）輻射對(duì)伺服控制系統(tǒng)的干擾，主要通過(guò)兩條路徑：一是直接對(duì)伺服內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對(duì)伺服通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。針對(duì)輻射干擾，屏蔽、濾波和接地是三種主要的方法。

（2）對(duì)接地混亂引起的伺服系統(tǒng)的干擾。對(duì)這種干擾，最好的解決辦法就是在設(shè)備中將各個(gè)元件都合理接地。主要的接地方式有兩種：?jiǎn)吸c(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。單點(diǎn)接地又分為串聯(lián)式和并聯(lián)式（如圖2所示）我們生產(chǎn)的專(zhuān)用設(shè)備的頻率大多在1MHz以下，所以采用并聯(lián)式單點(diǎn)接地就可以有效避免各單元之間的地阻達(dá)到抗干擾的目的。

（3）要避免不科學(xué)安裝和布線引入的干擾就要按照不同的安裝規(guī)范來(lái)安裝不同類(lèi)型的硬件，在布線上也要分類(lèi)走線。如伺服驅(qū)動(dòng)器與電源的安裝位置、機(jī)架間的距離、接口模塊的安裝位置、機(jī)架與安裝部分的連接電阻等都有明確的要求，安裝時(shí)必須按所用產(chǎn)品的安裝要求進(jìn)行。如果隨便安裝設(shè)備和走線，會(huì)在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生各種不同方向的電磁場(chǎng)，從而干擾伺服系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外如果使用伺服脈沖控制，脈沖信號(hào)和對(duì)應(yīng)的電源必須得用雙絞線來(lái)接，且最好采用屏蔽線。

（4）防止干擾脈沖的輸入是伺服系統(tǒng)抗干擾的主要部分。主要從三方面采取抗干擾措施：第一，選型的時(shí)候盡量選取含有差分輸入方式的伺服驅(qū)動(dòng)器。第二，在程序設(shè)計(jì)中要在沒(méi)有脈沖輸入時(shí)，將伺服驅(qū)動(dòng)器的“脈沖輸入禁止”信號(hào)激活，這樣能有效地減少干擾脈沖的輸入。第三，伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)之間的連線要使用屏蔽線，線纜撥開(kāi)屏蔽層的部分不能大于75mm，屏蔽層要在伺服驅(qū)動(dòng)器側(cè)可靠接地。

6 結(jié)束語(yǔ)

要提高伺服系統(tǒng)的可靠性,一方面要求伺服生產(chǎn)廠家進(jìn)一步提高產(chǎn)品的抗干擾能力；另一方面要求技術(shù)人員在工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中,多方配合才能完善解決干擾問(wèn)題,有效地增強(qiáng)伺服系統(tǒng)的抗干擾能力。

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[1]上海會(huì)通自動(dòng)化科技發(fā)展有限公司.Panasonic AC流伺服電機(jī)·驅(qū)動(dòng)器M INASA4系列使用說(shuō)明書(shū)（第三版）[M].上海：上海會(huì)通自動(dòng)化科技發(fā)展有限公司，2009，16-18.

[2]松下電工株式會(huì)社控制機(jī)器總部控制裝置事業(yè)部.可編程控制器FP-X用戶(hù)手冊(cè)[M].中國(guó)：松下電工株式會(huì)社，ARCT1F409C-22007，9，237-238(9-16-9-17).

[3]北京平和創(chuàng)業(yè)科技發(fā)展有限公司.模擬量信號(hào)干擾分析及解決方案[DB/OL].中國(guó)工控網(wǎng)，http://www.bjpinghe.com.2009.