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)控制采用了磁場定向矢量控制原理，具有動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行精度高、轉(zhuǎn)矩脈動小，低速運(yùn)行平滑等性能,而且調(diào)速范圍較大，做為進(jìn)給傳動裝置得到了廣泛的應(yīng)用。但由于伺服系統(tǒng)信號干擾的廣泛存在，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行就成了一個比較棘手的問題。本文結(jié)合實(shí)例就如何提高伺服系統(tǒng)的抗干擾能力展開分析。

1 伺服系統(tǒng)簡介

伺服（和PLC）都是專為工業(yè)控制環(huán)境而設(shè)計，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)計或進(jìn)行簡單的抗干擾設(shè)計就可以使系統(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，在對可靠性要求特別高的場合，就要對控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行特別的抗干擾設(shè)計。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)，還要有針對性地進(jìn)行抗干擾設(shè)計。

2 實(shí)例

雙工位FOG邦定機(jī)是我公司開發(fā)生產(chǎn)的一種用于液晶模塊產(chǎn)品制造過程中 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，雙工作臺結(jié)構(gòu)，通過伺服電機(jī)加絲杠導(dǎo)軌帶動工作臺左右平行移動并且定位，利用圖像系統(tǒng)進(jìn)行對位，采用加熱壓頭進(jìn)行熱壓。在設(shè)備的整個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，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)等問題后，將問題鎖定到了伺服系統(tǒng)上。

經(jīng)過詳細(xì)測試和檢查，發(fā)現(xiàn)只是驅(qū)動器上的信號線與對應(yīng)的電源線沒有用同一箍雙絞線，沒有其他硬件上的問題。打開伺服電機(jī)說明書查看，上面明確畫著使用雙絞線連接的示意圖（如圖1所示）。

圖1 信號線與相應(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，性能完全符合客戶的要求。通過以上實(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，同時也使外界干擾的差分信號值盡量能相等以便抗干擾電路作相減運(yùn)算來消除之。所以平時接伺服系統(tǒng)的線時，如果不按標(biāo)準(zhǔn)操作，雖然有時也能正常工作，但是線路內(nèi)部各線對之間的干擾不能有效消除，從而使信號傳送出錯率增加，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，得到了廣大客戶的認(rèn)可。

可見伺服系統(tǒng)的信號干擾問題有時是不易被發(fā)現(xiàn)的，這就要求我們在平時的工作中不僅要認(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干擾的原因以及了解信號干擾的主要現(xiàn)象，來避免發(fā)生此類問題。

3 干擾源

伺服電機(jī)運(yùn)行紊亂的情況，除了接線錯誤的原因外，大多數(shù)原因是信號干擾問題造成的。干擾的來源眾多,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)誤動作和網(wǎng)絡(luò)出錯，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。來自外部的幾種主要干擾因素包括：空間的輻射干擾、各個元件接地混亂時的干擾以及不科學(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)受干擾時的主要表象

（1）系統(tǒng)發(fā)指令時，電機(jī)無規(guī)則地轉(zhuǎn)動；

（2）脈沖信號等于零時，驅(qū)動器上數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳；

（3）電機(jī)運(yùn)行時，PLC采集的信號與實(shí)際參數(shù)所對應(yīng)的信號值不吻合，且誤差值是隨機(jī)的、無規(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

怎樣才能更好更簡單地解決伺服系統(tǒng)信號干擾的問題呢？針對以上提出的幾種干擾源，我們來進(jìn)行簡單的分析。

（1）輻射對伺服控制系統(tǒng)的干擾，主要通過兩條路徑：一是直接對伺服內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對伺服通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。針對輻射干擾，屏蔽、濾波和接地是三種主要的方法。

（2）對接地混亂引起的伺服系統(tǒng)的干擾。對這種干擾，最好的解決辦法就是在設(shè)備中將各個元件都合理接地。主要的接地方式有兩種：單點(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)范來安裝不同類型的硬件，在布線上也要分類走線。如伺服驅(qū)動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，會在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生各種不同方向的電磁場，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，脈沖信號和對應(yīng)的電源必須得用雙絞線來接，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，選型的時候盡量選取含有差分輸入方式的伺服驅(qū)動器。第二，在程序設(shè)計中要在沒有脈沖輸入時，將伺服驅(qū)動器的“脈沖輸入禁止”信號激活，這樣能有效地減少干擾脈沖的輸入。第三，伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)之間的連線要使用屏蔽線，線纜撥開屏蔽層的部分不能大于75mm，屏蔽層要在伺服驅(qū)動器側(cè)可靠接地。

6 結(jié)束語

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、安裝施工和使用維護(hù)中,多方配合才能完善解決干擾問題,有效地增強(qiáng)伺服系統(tǒng)的抗干擾能力。

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