淺析伸縮臂控制系統屏蔽搭接對傳導干擾的影響

摘? 要：隨著工程機械智能化的發展，越來越多的智能電子產品在工程機械中得以應用，但是工程機械在作業時收到的電磁干擾也越來越嚴重。基于此，本文以起重機伸縮臂控制系統為例，通過對控制系統屏蔽搭接的不同方式來分析該控制系統的可靠性以及對電磁環境的抗干擾能力，以期為相關研究人員提供參考。

關鍵詞：控制系統;電磁兼容;可靠性

中圖分類號：TH69? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）07-0000-00

0 引言

隨著我國工業發展水平的不斷提高，起重機已被廣泛應用于各行各業。由于大量電子設備的廣泛應用，使得起重機在起重作業時，會存在著電磁干擾現象，尤其是在機場、發電廠以及大型變電站等電磁輻射強烈的場所該問題更為嚴重。電磁干擾現象的存在嚴重影響了起重機的安全性、可靠性。電磁兼容（EMC，Electromagnetic Compatibility）是指各設備在共同的電磁環境中能夠執行各項功能的共存狀態和能力，即某一設備不會受到處于同一電磁環境中其他設備的電磁干擾導致不允許的功能降級;同時也不會使處于同一電磁環境中其他設備因受到其他設備電磁干擾導致不允許的功能降級。

1 起重機伸縮臂控制系統

本文主要針對起重機伸縮臂的控制系統[1]。其控制系統的主要電器件包括：控制器、傳感器、卷筒、線纜及電磁閥等。起重機伸縮臂內有一套獨立的控制系統，通過控制器控制各個傳感器工作，利用CAN信號與卷筒進行通信，卷筒與下車控制模塊也通過CAN信號相連，進一步實現其他動作功能，組成框圖如圖1所示。

2 起重機伸縮臂控制系統電磁干擾分析

電磁干擾的發生必須具備三個基本條件：干擾源、耦合路徑、敏感設備。按耦合路徑的不同對電磁干擾進行分類，主要有輻射干擾和傳導干擾[2]，如圖2所示。

2.1 測試標準

本文主要以大電流注入法進行測試，測試標準為ISO11452-4 汽車電子電磁兼容測試系統。該標準測試頻率范圍是（1～400）MHz;分四個等級加一個待定，見表1。

2.2 控制系統傳導干擾

在起重機伸縮臂伸縮工作時，其是依靠內部伸縮油缸的相互作用，由于各個節臂之間通過臂銷連接，從而導致各節臂之間阻值不穩定;同時油缸與伸縮臂之間是依靠缸銷連接，由于潤滑油、接觸力等因素導致其連通性也不穩定。因此，當起重機施工現場電磁環境惡劣時，在天線效應的影響下[3]，起重機伸縮臂會產生感應電流，此時伸縮臂可作為一高阻值的金屬導體，又因上述節臂之間、節臂與油缸之間連接的不穩定性，使得感應電流會通過電氣系統的公共地進入控制器，從而對控制器產生電磁干擾。

3 起重機伸縮臂控制系統屏蔽搭接分析

為解決電磁干擾對起重機伸縮臂控制系統的影響，搭接屏蔽線是提高控制系統電磁抗擾度的有效方式之一。理想的屏蔽搭接方式是屏蔽搭接在同一個結構體上（整個起重機為連接良好的、低阻抗的導體），并且屏蔽層與連接器、結構體搭接的阻值足夠小。但在實際結構中，CAN總線屏蔽電纜通過24芯連接器與控制器之間連接，因此可以搭接在同一結構體上;而卷筒屏蔽電纜的屏蔽層的實際結構是跨接在兩個不同的結構體上，CAN總線屏蔽電纜及卷筒屏蔽電纜的頭部搭接點位于伸縮油缸的缸筒上，而卷筒的尾部在轉臺處搭接，理論上伸縮油缸的缸體與活塞桿絕緣，這就造成伸縮油缸缸筒與轉臺是絕緣的，實際測試中，伸縮油缸缸體與活塞桿的電阻從0Ω到1000Ω不等。因而，對于卷筒的屏蔽線纜來說，兩端的搭鐵點在中間有一個不確定的阻值：阻值低時，相當于屏蔽層雙端搭接;阻值高時，相當于屏蔽層單端搭接。因此根據實際情況，可采取以下幾種搭接方式：（1）高阻抗屏蔽搭接;（2）屏蔽與信號地搭接處理;（3）屏蔽地與信號地分別處理。

通過電磁抗干擾度測試，對比測試結果如表2所示。

（1） 如圖3所示，電纜卷筒屏蔽層兩端分別接在下車轉臺和伸縮缸上;CAN 總線屏蔽電纜單端接在伸縮缸筒上。 在測試等級I可順利通過，等級II往后CAN信號傳輸過程中出現通訊錯誤，等級越高通訊錯誤越嚴重，頻率范圍不固定。 在測試等級I，II，III，IV，總是在10MHz以下個別頻段，會出現少量錯誤數據幀，與電纜卷線纜屏蔽層單端搭接效果相同。

（2） 如圖4所示，借用信號地線，與卷筒屏蔽層搭接在同一搭接點，當線纜被干擾時，雖然信號地將伸縮油缸缸筒與轉臺連接，但屏蔽層未能起到屏蔽作用，效果與屏蔽層單端搭接效果相同。 在測試等級I，II，III，IV可順利通過，此時CAN總線屏蔽電纜是雙端搭接。 仍舊存在上述搭接方式（1）的現象。與電纜卷線纜屏蔽層單端搭接效果相同。

（3） 如圖5所示，在卷筒線纜中，采用獨立的一根導線用于屏蔽地，嚴格與信號地分開，屏蔽地用于將伸縮油缸缸筒與轉臺連接起來，但不能與線纜屏蔽層或信號地進行共點搭接處理。 CAN總線在測試等級I，II，III，IV可順利通過，此時CAN總線屏蔽電纜是雙端搭接。 可以順利通過測試等級I，II，III，IV，電纜卷筒屏蔽線纜也相當于屏蔽雙端搭接。

4 結論

通過上述搭接及測試分析，對起重機伸縮臂控制系統屏蔽搭接形式可采用幾種屏蔽搭接方式：（1）信號地（參考地）與屏蔽地嚴格區分;（2）與屏蔽層連接的搭接面應選擇面積盡可能大，阻抗盡可能低，兩搭接點之間的跨節電阻不應大于0.5Ω;（3）屏蔽層搭接方式應采用雙端接地或多端接地方式。

參考文獻

[1] 閆麗娟，徐曉東，東權，等.起重臂單缸插銷式自動伸縮控制技術[J].工程機械，2004（9）：17-19+1.

[2] 譚偉，高本慶，劉波.EMC測試中的電流注入技術[J].安全與電磁兼容，2003（4）：19-22.

[3] 劉義凱，劉麗娜.集成電路中的天線效應[J].微處理機，2011（6）：6-7+11.

收稿日期：2020-06-03

作者簡介：肖興軍（1983—），男，山東臨沂人，碩士研究生，工程師，研究方向：智能控制。

Telescopic Boom Control System Shields the Influence of Overlap on Conducted Interference

XIAO Xingjun

（Jiangsu Xuzhou Construction Machinery Research Institute， Xuzhou Jiangsu? 221000）

Abstract：With the development of intelligent construction machinery， more and more intelligent electronic products are applied in construction machinery， however the electromagnetic interference received by construction machinery is becoming more and more serious. Based on this， this paper takes crane telescopic boom control system as an example， the reliability of the control system and its anti-interference ability to the electromagnetic environment are analyzed by shielding and overlapping the control system， in order to provide reference for related researchers.

Key words： control system; electromagnetic compatibility; reliability