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伺服系统受现场氩弧焊机干扰的处理方法

供稿:中国工控网 2016/3/17 9:41:19

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  • 关键词: 伺服系统 氩弧焊机 干扰
  • 摘要:在我们的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,本文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。

一. 应用背景
  在我们的伺服系统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,使得伺服系统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,本文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。
二. 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。
三. 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
应用现场的干扰源
1.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。
2.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。
3.来自系统内部的干扰
  主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于控制器制造厂家对系统内部进行电磁兼容设计的内容,一般在成熟的系统中很少发生。对于干扰的处理措施
1.加装滤波器和电抗器
  滤波是一种抑制传导干扰的方法。在电源输入端接上滤波器,可以抑制来自电网的噪声对电路本身的侵害,也可以抑制由电路产生并向电网反馈的干扰。电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元,在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。它不仅可抑制传输线上的传导干扰,同时对传输线上的辐射发射也具有显著的抑制效果。 所有电源滤波器都必须接地,因为滤波器的共模旁路电容必须在接地时才起作用。一般的接地方法是除了将滤波器与金属外壳相接之外,还要用较粗的导线将滤波器外壳与设备的接地点相连。接地阻抗越低滤波效果越好。滤波器尽量安装在靠近电源入口处。滤波器的输入及输出端要尽量远离,避免干扰信号从输入端直接耦合到输出端。
2.安装隔离变压器
  隔离变压器初级电压是电网电压,这个电压是针对于大地的电压,而隔离变压器次级电压和大地不相连的。如果线圈比例为1:1的话,两边电流相同,进行电气隔离;可以消除部分谐波,有效的降低零地电压。
3.外接屏蔽线
  屏蔽是解决幅射干扰问题的重要且有效的手段,目的是切断电磁波的传播途径。大部分幅射干扰问题都可以通过电磁屏蔽来解决,用电磁屏蔽的方法解决电磁干扰问题不会影响电路的正常工作,控制系统的抗干扰能力关系到整个系统的可靠运行,而系统的可靠性则直接影响到企业的生产效率以及设备的安全和经济运行。随着工业设备自动化程度越来越高,控制技术问题也越来越不容忽视,有效地防止干扰可以提高系统的可靠性,让设备更加稳定的运行。


审核编辑(王静)
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