史佳兆 鄒 磊 張國柱 馬 強

（庫卡機器人（廣東）有限公司，廣東佛山，528311）

0 引言

EMC測試又叫做電磁兼容（EMC），指的是對電子產(chǎn)品在電磁場方面干擾大?。‥MI, electro-magnetic interference）和抗干擾能力（EMS, electro magnetic susceptibility）的綜合評定，是產(chǎn)品質(zhì)量最重要的指標之一，如果某設備的EMC特性不好或者所在使用環(huán)境中有其他不符合EMC標準的設備對它造成干擾，都有可能造成該設備因干擾報錯停機。

設備EMC抗擾特性是工業(yè)設備的一個重要指標，為了保證各個設備在復雜工業(yè)電磁環(huán)境中的運行可靠性，國際上針對此問題特別制定了相應的標準：IEC61000-6-2, IEC61000-6-4。以此來增強對產(chǎn)品EMC可靠性的要求。但是即使符合這樣的標準，在惡劣的電磁干擾下，有時候設備還是會出現(xiàn)因干擾造成的故障停機，本文就是針對一種未知的EMC干擾進行分析診斷，最后找到相應的解決方案。

1 輻射干擾問題分析

1.1 問題描述

本文描述了一種因工業(yè)現(xiàn)場EMC干擾嚴重超標造成工業(yè)機器人設備出現(xiàn)隨機性的通信故障，此問題是工業(yè)現(xiàn)場類設備的常見問題，但是又沒有很好的解決思路和方案，經(jīng)常給現(xiàn)場設備維護人員及生產(chǎn)帶來很大的麻煩。

針對此類問題，一般的排除問題步驟如下：

1）檢測電氣線路接線，接地是否良好等；

2）檢查軟件運行是否正常，若不能確定可以重刷軟件；

3）更換硬件板卡，查核故障是否消除；

4）在實驗室環(huán)境中進行故障復現(xiàn)，此辦法一般需要做全面的摸底測試，工作量比較大，測試工況也比較多，但是一般可以發(fā)現(xiàn)問題根源。

本文所述問題就是在以上步驟1）、2）、3）均無效的情況下采取步驟4）的方式進行問題分析。

1.2 問題分析

根據(jù)IEC 61000-6-2中的要求，如表1所示，對設備輻射抗擾度進行EMC符合性重復測試，結果顯示，各項測試指標均符合國際、國內(nèi)EMC標準要求，測試通過。

表1 輻射抗擾度測試參數(shù)表

在設備符合EMC要求的情況下，工業(yè)機器人還是出現(xiàn)干擾問題，則現(xiàn)場一定存在其他強干擾源，但是一般工業(yè)現(xiàn)場制造設備眾多，根本無法排查，因此，筆者決定在EMC實驗室對設備的故障現(xiàn)象進行復檢，摸清問題復現(xiàn)的工況及發(fā)生機理。

因為干擾源強度、頻率都不清楚，因此筆者采取以EMC標準限制為基礎、逐步增強干擾強度和擴大掃頻頻段的方法，逐步排查。

為了復現(xiàn)問題，可能需要使用比較強的干擾源。天線距離與輻射強度的關系：

公式（1）是場強計算公式。根據(jù)公式（1）可知，如果需要比較強的干擾，那么天線與被測樣品需要比較近的距離[1]，所以，實驗室中天線布置與設備的距離調(diào)整為比較近的距離，圖1為理論布置模型圖。

圖1 抗擾測試布置示意圖

測試步驟如下：

1)根據(jù)前面分析，設備是在強干擾下發(fā)生的報警，所以將輻射的標準提高到標準要求的兩倍 20V/m的強度，對80MHZ-1GHz進行測試，發(fā)現(xiàn)在192Mhz復現(xiàn)報警；

淺水流壓力一般較高，一旦井噴，能使井眼迅速卸載，噴出環(huán)空內(nèi)鉆井液，繼而失去井控的機會。作為未來深水油氣勘探開發(fā)的熱點之一的深水盆地，由于地質(zhì)條件復雜，在勘探開發(fā)過程中容易造成不必要的財產(chǎn)甚至生命損失，因此做好淺水流地質(zhì)災害防治措施是非常有必要的。淺水流災害預防措施一般分為鉆前預防和鉆進中預防兩種。

2)因為步驟1）復現(xiàn)了故障，進而降低輻射強度為15V/m, 對80MHZ-1GHz進行測試，未發(fā)現(xiàn)故障；

3)依次調(diào)整場強和頻段到18V/m、19V/m、25V/m、30V/m,觀察報警頻段和故障；

4)根據(jù)以上步驟繼續(xù)精確測試并記錄，數(shù)據(jù)記錄見表2。

表2 測試數(shù)據(jù)記錄表

從以上測試結果看，當輻射強度提高到標準值的2～3倍的輻射強度時，設備在不同的頻率點會發(fā)生故障停機。

經(jīng)過排查分析發(fā)現(xiàn)，故障頻段和對講機的故障頻段比較吻合，對講機頻段數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 P8660對講機產(chǎn)品參數(shù)

從以上可以看出，對講機的工作頻段（136-174MHz, 403-527MHz,）基本可以覆蓋上面測試出的設備的干擾報警頻率（192MHz, 350MHz，400MHz，522MHz）,從頻段來看，報警發(fā)生頻段和對講機的工作頻段有很大的覆蓋度，故推斷有極大的相關性，而且對講機在近距離具有很強的干擾場強，其值可以達到300V/m，遠遠超過IEC對設備的EMC要求，為此用對講機進行故障復現(xiàn)測試。

1.3 實驗分析

用對講機進行故障復現(xiàn)測試數(shù)據(jù)見表4。

表4 改善前樣品故障發(fā)生距離測試數(shù)據(jù)記錄表

2 輻射干擾解決方案

因為對講機是客戶現(xiàn)場必用的設備，客戶不接受停用對講機的方案，所以只能從切斷傳播途徑的方向尋找解決方案，為此采取增強屏蔽效果的方法，增強屏蔽通常可以采用增加屏蔽罩、粘貼金屬箔、增加導電噴漆等方法。

因為本工業(yè)機器人設備本身為塑料殼體，沒有屏蔽的作用，額外增加金屬殼體因空間結構限制也不現(xiàn)實，所以采取噴導電漆的方法。

導電漆要達到增強屏蔽的效果，就要保證導電漆涂層有衰減電磁干擾的能力，具有電磁屏蔽的效果。目前市場上用的較多的屏蔽導電層有化學鍍層、電弧噴鋅、真空鍍鋁、化學電鍍銅等，不同的導電涂層有不同的效果[2]，具體如表5所示。

表5 金屬導電層電磁屏蔽效果

從表5中可以看出，化學電鍍銅的屏蔽效果是比較好的，而此工業(yè)機器人產(chǎn)品是塑料殼體，也比較適合噴涂導電涂層：既不需要改變原來的結構，也不需要更改電路。所以，筆者最終選擇噴銅涂層的方法。

根據(jù)多次測試及樣品測試，50um厚的銅涂層效果較好，具體噴涂如圖2示意，上下殼體必須均勻噴涂，并保證接觸面也可靠噴涂，進而保證屏蔽層連續(xù)，起到屏蔽效果；另外，殼體的噴涂層應該與線纜屏蔽層壓接，保證接地。

圖2 樣品底殼體噴導電漆效果圖

3 結果驗證

EMC測試數(shù)據(jù)及結果如表6所示。

表6 改善后樣品故障距離復測數(shù)據(jù)

從表6復測結果來看，噴導電漆可以極大提高產(chǎn)品的抗擾能力，進而提高產(chǎn)品的可靠性，解決客戶問題。

4 總結

從本文所述干擾問題的產(chǎn)生原因及解決方法可以看出，即使是符合IEC要求的產(chǎn)品，在強電磁干擾環(huán)境下也是可能出問題的；對于不能快速判斷原因和干擾源的問題，應根據(jù)EMC干擾的機理，從輻射強度和頻段等特性，逐步排查，最終精確找到干擾源，從而有針對性地提出解決方案。