摘要：本文阐述了光伏玻璃生产线上伺服定位控制系统中所遇到的干扰现象，探讨干扰产生的原因，并提出了相关干扰及抗干扰的措施和方法。
关键词：伺服定位控制系统；EMC；干扰源；干扰；抗干扰
一、引言
光伏玻璃生产要求产品高精度高品质的特点，公司光伏玻璃生产线上大量采用了伺服定位控制设备。例如：上片机机械臂三轴伺服电机采用施耐德Lexium23A伺服驱动器实现定位控制；光伏一期钢化车间磨边机采用台达ASDA-AB伺服控制倒角精度；光伏二期及一期新建镀膜车间磨边机采用德国Isimodul伺服倒角定位系统控制等。
二、伺服定位控制系统的组成
完整的伺服系统一般是由上位控制器（PLC、定位模块）、驱动器（伺服驱动器）、执行器（伺服电机）、机械传动机构和位置检测元件等组成，其结构框图如下图所示：
伺服系统结构图
上位控制器PLC将分析、计算所得出的运动命令以数字信号或模拟量的形式送到控制器（伺服驱动器）中，控制器（伺服驱动器）进行功率变换，并驱动执行器（伺服电机）根据上位控制指令转动，同时，伺服电机端部的光电编码器或检测直线轨迹的位置传感器将检测到的位置速度等信号反馈到控制器中，构成半闭环或全闭环控制。
三、伺服定位控制系统的电磁兼容性（EMC）
伺服定位控制系统的兼容性，指伺服设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。它包括伺服系统的干扰性和抗干扰能力。
四、伺服定位控制系统常见的干扰问题
生产线实际应用中，伺服定位系统常会遇到以下几种主要干扰问题：
1、伺服电机运行位置定位不准，速度时快时慢，经常出现零点漂移。
2、伺服电机运行时出现异常噪声或伴随抖动、出现异常噪声，故障或误报警率提高，寿命显著降低。
3、伺服电机运行时，PLC发出脉冲数和伺服电机接受脉冲数不符，出现不规则的偏差；当伺服电机停止状态时，编码器反馈非O，数据乱跳。
4、PLC控制系统未发脉冲指令，伺服电机误动作，或者PLC发出指令，伺服电机却不动作。
5、伺服定位系统工作时影响到与其共用电源的其他设备，使其他设备出现信号错乱或异常。
五、伺服定位控制系统的干扰源分析
伺服定位控制系统的干扰源总体上可分为外部干扰和内部干扰，外部干扰主要是来自外部空间的辐射干扰和信号传导通道以及错误接地受到的感应干扰，系统内部各元件及组件间的相互干扰为内部干扰。
伺服定位控制系统干扰源示意图
在实际生产中，伺服定位控制系统的干扰源主要有：
1、外部辐射干扰
接入伺服驱动器的供电电源会伴随大量高次谐波，在工厂电网中设备繁杂，同一供电电网内部，可能包含高频设备、整流设备、非线性负载等，会产生大量高次谐波干扰。
2、信号传输通道干扰
信号传输通道干扰主要有两种，一是通过系统内变送器或共用信号仪表的供电电源引入的干扰，二是信号传输线受到外部空间的电磁干扰，特别是信号传输线路较长时，这种干扰会造成隔离性能差得伺服系统数据错乱、电机误动、内部元件损坏等。
3、错误接地引起的干扰
伺服定位控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、和保护地等，接地系统混乱，会引起各接地点电位分布不均，存在地电位差，从而引起地环路电流，影响伺服系统正常工作。
4、伺服控制系统的强电干扰
强电干扰主要来自系统内部的强电设备伺服电机，其在启停状态下会产生瞬间高电压及冲击电流，造成单脉冲或脉冲串形成的电磁干扰，干扰会影响伺服驱动器内部布线电容或电感线圈对伺服驱动器构成电磁干扰。
5、伺服控制系统本身的电磁干扰
伺服驱动器作为PWM设备，开关电源在工作时，采用脉冲宽度调制技术，其特点是频率高、效率高、功率密度高，可靠性高，开关电源工作在高频通断状态时，会产生大量耦合性噪声。
六、伺服定位控制系统抗干扰的措施
1、应对外部辐射干扰的措施
（1）伺服系统供给电源前安装隔离变压器，利用隔离变压器初级电压是电网电压，而次级电压和大地不相连的原理，从而将外部谐波干扰进行电气隔离；另外也可在伺服电源前端加装稳压电源。
（2）在伺服系统内部，可以实行伺服电源分组供电，以防止电源间的干扰。
（3）采用噪声滤波器及电抗器可以有效抑制来自供电电网的电磁干扰，也可以抑制伺服本身向电网反馈干扰。
（4）伺服驱动器最好安装在控制柜底部，且输入输出电缆屏蔽层必须与柜体屏蔽接地，柜体设计应须使用金属材料，柜体上开口要小，尽量减少外部辐射进入柜内。
（5）通过程序设计，在无脉冲指令输入时，将伺服驱动器的“脉冲输入禁止”激活，减少外部干扰的误输入。
2、应对信号传输通道干扰的措施
（1）信号线和强电电缆不可同管敷设，切忌平行走线，尽量分开足够的距离，避免强电信号干扰到弱电信号。
（2）信号电缆线应采用双绞屏蔽线，分段连接的信号线屏蔽层也必须锡焊牢固，且屏蔽线的两端都应可靠正确接地。
（3）信号线的布线应尽量远离接触器、变压器、继电器等感性元件。
3、正确接地防止干扰的措施
为减少干扰，伺服系统较之其他电气设备应采取单独接地方式，且其强电接地和弱电接地不能混接，也不能共享同一接地金属板，所有双绞屏蔽电缆两端屏蔽层都要接到屏蔽地SG上。
4、防止伺服内部强电干扰的措施
伺服电机瞬间启停状态下会产生高电压及冲击电流，强势脉冲冲击会对伺服驱动器内电子元件形成干扰，可以通过在伺服驱动器输出侧加装电抗器，抑制伺服电机的突波电流，从而对伺服驱动器进行保护，同时，通过对伺服驱动器软参数合理优化，可以优化伺服电机运行曲线，使伺服电机运行状态更理想。
5、应对伺服系统本身对外干扰的措施
伺服驱动器采用PWM设备技术，本身即是一个干扰源，因此，如条件许可，可将伺服驱动器单独装柜，或安装在电气柜底部，远离电磁阀或接触器等感性元件，并将伺服驱动器单独可靠接地。减少其对外产生的干扰。
七、总结
伺服控制系统（EMC）问题是自动化生产中时刻面临且必须解决的问题，自动化控制系统中电磁干扰无处不在，但是通过厂家对伺服驱动器不断优化设计，通过电气人员实际使用中正确安装，合理布线，采取各种屏蔽和防护措施，规避电磁干扰，可以将干扰降到最低。
参考文献：
[1]何立民.MCS-51 系列单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.
[2]朱美杰.感应式无线电充电技术的研究[D].南京：南京信息工程大学，2012.
论文作者:管亚安,芦东立,郭远飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/8
标签：干扰论文; 驱动器论文; 控制系统论文; 伺服电机论文; 脉冲论文; 信号论文; 屏蔽论文; 《电力设备》2018年第2期论文;