伺服干扰防范.docx

伺服系统中干扰类型和途径1）来自空间的 -辐射干扰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 传导干扰对付传导干扰的有效措施就是采用电源滤波器、 隔离电源、屏蔽电缆、以及合 理和可靠的接地来解决问题。 理和可靠的接地来解 决问题 。下措施可以有效降低电磁干扰，提高系统的抗干扰性。1）电气控制柜的设计和安装电柜设计必须使用金属材料,在电柜设计时,要根据 EMC 的区域 原则,合理的布 局。将不同的设备规划在不同的区域中, 伺服放大 器或者变频器 尽量靠近安装在柜子的底部，使用接地金属隔离板将 区域隔离，或者独立安装 在金属电柜中，远离 PLC 和 CNC 等其 它电磁干扰小的电气组件 。 在金属电柜中电气元器件的安装要根据 其安装的要求留有一定得空间,以保证良好的 通风和散热,不要阻 挡风扇的正常流通。 电柜中布线应强弱分开,信号线和动力线要分 开走线，不要将 380/220VAC 和 电柜中布线应强弱分开信号线和动力线要分开走线 24VDC 以下规格电缆共享同一个 电缆槽。 变频器和伺服驱动放大器单元到电机动力电缆应使用金属 屏蔽层的电缆， 电缆线 应该尽量的短，以避免功率损耗， 减少干扰。电缆的屏蔽层的电导至少是 U/V/W 相导线线芯电导的 1/10。电机电缆和其它电缆长距离最小为 500mm,应避免长距 离平行走线，交叉走线，当控制电缆和电源电缆交叉，应保证90°交叉 ，同时 必须 用金属夹子将电缆屏蔽层固定在安装板上。 电柜通风开孔要使用密 集金属网格，切口越小越好。因为狭孔可能在电柜中传导 辐射高频 信号。 电柜的柜门和电缆的进线口要可靠接地， 避免电柜内部的干 扰磁场通过屏蔽电缆 泄漏出去。柜门要使用有传导性的密封垫，紧贴柜体。这些措施在放电加工设备 尤为重要。AC 接触器和 DC 继电器安装要远离I/O 部件和信号电缆，并且要使用正确的RC 抑制组件和飞轮二极管续流二极管），减少线圈吸合时噪音污染。2）电源部分考虑动力变压器选用 -伺服系统在 1.5KW以下，支持单相 AC220V电源输入。 但2KW7.5KW，就需要 AC380/AC220S三相动力变压器来提供动力电源。 变压器 的隔离在一定程度上也提高了设备的抗干扰能力，对 于金属切削加工设备， 如 CNC 车、铣床，我们都建议客户使用三相AC220V 动力变压器，因为这样可以减小变压器的容量一般选择驱动 器功率总和的 少用户电网的波动对加工效果的影响 。 1.52 倍。当 变压器容量不足时， 变压器会发热， 会影响电机扭力的平稳输出。 除 提供伺服系统的动力变压器外， 设备可能还需要使用单相 AC220V提供上位机 工作，如 PLC， CNC 等，我们建议客户增加一台独立 的 AC220V 控制变压器的来提 供控制电源， 不要和驱动器动力部 分使用同一个 AC220V 电源 ,因为伺服驱动器产 生的噪音，有可能 会影响 CNC 和 PLC 的工作。 对于直流 DC 开关稳压电源可以提 供 I/O 模组工作或者外部传感器的工作电源， 使用这个电源时要考 虑足够的容量，至少留有 20%的余量。同时 DC 电源要有足 够的 抗冲击能力，以保证负载突变时，维持一个稳定的电压输出，要求变 化率不 能大于 5%。 直流 DC 开关稳压电源组件要可靠地接地。当使用大电流的 DC24V 电磁阀、离合器或者伺服电机电磁刹车线圈 时，不能使用 这个稳压电源， 因为负载的冲击， 有可能造成 PLC和 CNC I/O 模组信号的误动作。 当使用 DC24V 继电器时，要使 用飞轮二极管以减少线圈吸合时噪音污染。3）接地部分考虑 合理和可靠的接地是解决传导性干扰最为有效地方法 ， 但错误的接地不但不能减 少干扰， 反而成为干扰的帮凶”。 在国内， 供电系统因为大部分使用的是 TN-C 三相四线 制供电环境 ,PE 线和 N 线合一，设备间噪音干扰大，所以处理起来 也最 为头痛！ 接地根据用途分类可以分为信号地、 屏蔽地、保护地。GND:提供给控制信号的基准电平（Ov）信号地GND SG :是为了 运行可靠，抵抗外部干扰而提供的将内部和外部噪音隔离的 屏蔽地SG 屏蔽层，各组件的机壳、金属外罩、安装板，以及电缆的屏蔽层 连接在一起。PE:是将各设备机壳与大地相连，以保证有漏电发生 时，可以保证人员 系统地 PE 安全，同时也确保干扰噪音流入大地。电柜中所有的电气组件接地端子（变频器、PLC）都要使用短而粗的接地线可靠 的连接到公共接地点或者 接地母排 PE 上，严禁将接地 端子随意的连接在电柜的 金属外壳上 。 强电功率线屏蔽层处理 如驱动器输入电缆、电机 U/V/W 电缆、接触器线圈屏 蔽电缆等， 电压等级在 24V 以上的屏蔽电缆的金属屏蔽层要采用金属卡子卡在 强 电接地板上。 信号线屏蔽层处理 - 如电机的编码器信号线线、 传感器信号线， 变频器控制线、 伺服控制线等， 电压等级在 24V 以 上的电缆，必须使用双绞屏蔽电缆！屏蔽电缆 两端的金属屏蔽层要采用金属卡子卡在信号线接地板上， 或者连接到插头的屏蔽 卡子或接头的金属外壳部分！只有在特殊情况才做单边屏蔽！信号线回路和强电回路电缆不能够捆扎在一起，分开走线。如果靠的太近，强电 信号就会对弱电信号进行干扰，两者可以成 90°交叉， 但严禁长距离 平行走线 安装。电柜中最小距离 20cm 以上， 强电接地板和信号线 接地板不能共享一块金 属板接地， 两者要保持一定距离， 并且要 使用短而粗的电缆连接到公共接地导线 。 信号电缆布线要远离变频双端屏蔽器、变压器、伺服驱动器、接触器等可以产生严重磁场 干扰的设备。般情况下， 如果源端和接收端设备两边都接地， 屏蔽电缆两端都 要接金属机壳，并确保大面积接触金属表面以便能承受 高频干扰。如果仅仅在一 端接地屏蔽，电缆上也可能出现干扰。 单 边屏蔽 -在极少数情况下，也可以只进行一端屏蔽。例如，不带数字符件的 纯模拟系统。在一端进行屏蔽仅仅提供了对低频的静电保护， 有能力耦合吸收干 扰和发射。单端屏蔽的屏蔽联接屏蔽点必须是联接部件的电气参考地。如果联接两边 （源端和接收端 ）都处于浮地状态，则屏蔽必须接在接收端。如果源端和接收 端两边都接地，则屏 蔽必须两端都接地。4）EMI 电磁滤波器的使用 当变频器或者伺服驱动器工作在一个对电磁干扰较为敏感的场合， 那么你就必须 考虑为它们选用EMI 电磁滤波器， 可以防止此类设备产生的干扰耦合到外部电源 回路中，使驱动器电磁干扰影响降至最低。 EMI 的安装注意事项 为 了确保EMI滤波器(EMI Filter)能发挥最大的抑制伺服驱动器干扰效果，除 了伺服驱动器，按照使用手册的内容安装及配线之外，还 需注意以下几点：A 伺服驱动器及 EMI 滤波器 ( EMI Filter) 都必须要安装在同一块金属平面上。 B 伺服驱动器及 EMI 滤波器安装时， 请尽量将伺服驱动器安装在 EMI 滤波器之 上。 C 配线尽可能的缩短。D 金属平面要有良好的接地。E伺服驱动器及EMI滤波器(EMI Filter)的金属外壳或接地必须很可靠的固 定在金属平面上，而且两者间的接触面积要尽可 能的大。 选用电机线及安装注意事项： 电机线的选用及安装正确与 否，关系着 EMI 滤波器( EMI Filter )能否发挥最 大的抑制伺服驱 动器干扰效果。请注意以下几点： A 使用有屏蔽铜网的电缆线(如 有双层屏蔽层者更佳) 。 B 在电机线两端的屏蔽铜网必须以最短距 离及最大接触面积去接地。 C 电机线的屏蔽铜网与金属平面的连接 方式需正确，应将电机线两端的屏蔽铜 网使用 U 型金属配管支架 与金属平面固定。 D U 型金属配管支架与金属平面固定处需将保护 漆移除，确保接触良好。伺服驱动器的抗干扰主要式防止干扰脉冲的输入1）伺服驱动器的脉冲输入端口分为开路集电极方式和差分输入方式。由于开路集电极方 式的抗干扰能力比差分输入方式的差的 多， 所以， 选型的时候尽量选取含有 差分输入方式 的 伺服驱动器。2）为了尽量减少伺服驱动器在没有上位定位指令的时候将干扰信号输入,在程序设计中 要在没有脉冲输入时,将伺服驱动 器的 “脉冲输入禁止 ”信号激活，这样能有效的减少干扰脉 冲的输入。3）伺服驱动器和伺服电机之间的连线要使用屏蔽线，线缆的拨开屏蔽层的部分不能大于 75mm,屏蔽层要在伺服驱动器侧可靠接地。4）如果条件允许， 应采用伺服的速度控制模式和上位控制器构成闭环控制。三 实例 某公司生产了一种采用简易的数控钻床， 控制系统为三菱公司的 Fx 系列的 PLC，X 、Y 轴为 伺服电机带动丝杠进行定位控制，Z 轴为液压进给方式，主轴为变频器带动普通的三相异步 电动机通 过减速箱控制。在实际的调试中发现定位不准确。经检查发现，该机 床的伺服电机 在没有脉冲指令的时候仍然存在脉冲输入，且伺服驱 动器收到的脉冲数和上位控制器 PLC 发出的脉冲数不相等， 尤其是 在变频器启动的瞬间，情况更为严重。所以判断此系统存在严 重的 干扰。 经过以上的分析， 拟在 PLC 的电源处增加一个输入滤波器，PLC 与伺服驱动器的脉冲信号连 线采用屏蔽双绞线连接， 并且使 这根线尽量的短; 在伺服驱动器的电源处增加一个输入滤波 器;在 直流电磁阀处增加续流二极管， 在交流接触器处增加浪涌吸收器； 信号线和动力线分 别敷设在不同的走线槽中并且间隔200cm;变频器的输入端增加一个输入滤波器，把变频 器和电动机的连接线改用屏 蔽电缆，并且在变频器侧良好接地; 修改 PLC 的控制程序，使 伺 服驱动器上的 “脉冲输入禁止 ”信号在上位控制器没有脉冲输出的时 候就生效。 经过改进，机床的性能完全符合要求。四 结论要提高设备的可靠性 ,一方 面要求 PLC 和伺服的生产厂家进一步提高产品的抗干扰能力 ;另一方 面要求在工程设计、安装施工和使用维护中 ,多方配合 才能完善解决干扰问题 ,有效地增 强系统的抗干扰能力。