邦定機中伺服控制系統的抗干擾問題

菅衛娟

(太原風華信息裝備股份有限公司，山西太原 030024)

在工業控制技術迅速發展的今天，伺服技術也得到了廣泛的應用。交流伺服電機控制采用了磁場定向矢量控制原理，具有動態響應快、穩態運行精度高、轉矩脈動小，低速運行平滑等性能,而且調速范圍較大，做為進給傳動裝置得到了廣泛的應用。但由于伺服系統信號干擾的廣泛存在，保證系統的穩定運行就成了一個比較棘手的問題。本文結合實例就如何提高伺服系統的抗干擾能力展開分析。

1 伺服系統簡介

伺服（和PLC）都是專為工業控制環境而設計，其本身具有較強的穩定性，所以在一般的伺服控制系統中不用抗干擾設計或進行簡單的抗干擾設計就可以使系統安全可靠穩定地運行。但在特殊的應用場合，如在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中，控制系統和執行機構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，就要對控制系統和執行機構進行特別的抗干擾設計。為提高系統的可靠性，首先要認真分析相應的應用環境中各種可能產生干擾來源。在此基礎上既要選擇可靠性強的伺服控制系統，還要有針對性地進行抗干擾設計。

2 實例

雙工位FOG邦定機是我公司開發生產的一種用于液晶模塊產品制造過程中 COF、COG、FPC、TCP等電路熱壓連接的設備。該設備為主預壓一體機型，采用單預壓、雙主壓相結合，雙工作臺結構，通過伺服電機加絲杠導軌帶動工作臺左右平行移動并且定位，利用圖像系統進行對位，采用加熱壓頭進行熱壓。在設備的整個工作流程中伺服系統運行的穩定性起到了關鍵作用。

第一批雙工位FOG邦定機在裝配調試完成后，開始運行一切正常，在發貨前幾天進行設備復查檢驗時，發現圖像的視野范圍在X方向不固定。經檢查判斷，排除了機械裝配，零部件的加工以及圖像系統等問題后，將問題鎖定到了伺服系統上。

經過詳細測試和檢查，發現只是驅動器上的信號線與對應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 信號線與相應電源的正確接線示意圖

改正接線后，設備運行穩定，性能完全符合客戶的要求。通過以上實例我們得知，雙絞線除了可以使接頭內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算來消除之。所以平時接伺服系統的線時，如果不按標準操作，雖然有時也能正常工作，但是線路內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，最終導致系統性能下降，造成不必要的麻煩。在以后的生產工作中我們吸取了這次的經驗教訓，改進了設備的抗干擾能力，設備運行穩定，得到了廣大客戶的認可。

可見伺服系統的信號干擾問題有時是不易被發現的，這就要求我們在平時的工作中不僅要認真仔細觀察以外，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象，來避免發生此類問題。

3 干擾源

伺服電機運行紊亂的情況，除了接線錯誤的原因外，大多數原因是信號干擾問題造成的。干擾的來源眾多,破壞了伺服電機運行的穩定性。系統不穩定的主要表現為內部信息不起作用，導致電機運行混亂，執行機構誤動作和網絡出錯，影響設備的正常運行。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安裝和布線引入的干擾，但伺服系統抗干擾中最主要的部分是防止干擾脈沖的輸入。

4 系統受干擾時的主要表象

（1）系統發指令時，電機無規則地轉動；

（2）脈沖信號等于零時，驅動器上數字顯示表數值亂跳；

（3）電機運行時，PLC采集的信號與實際參數所對應的信號值不吻合，且誤差值是隨機的、無規律的；

（4）與其他工作系統共用同一電源(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信號干擾的問題呢？針對以上提出的幾種干擾源，我們來進行簡單的分析。

（1）輻射對伺服控制系統的干擾，主要通過兩條路徑：一是直接對伺服內部的輻射，由電路感應產生干擾；二是對伺服通信內網絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。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的干擾。對這種干擾，最好的解決辦法就是在設備中將各個元件都合理接地。主要的接地方式有兩種：單點接地和多點接地。單點接地又分為串聯式和并聯式（如圖2所示）我們生產的專用設備的頻率大多在1MHz以下，所以采用并聯式單點接地就可以有效避免各單元之間的地阻達到抗干擾的目的。

（3）要避免不科學安裝和布線引入的干擾就要按照不同的安裝規范來安裝不同類型的硬件，在布線上也要分類走線。如伺服驅動器與電源的安裝位置、機架間的距離、接口模塊的安裝位置、機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品的安裝要求進行。如果隨便安裝設備和走線，會在設備內部產生各種不同方向的電磁場，從而干擾伺服系統的正常運行。此外如果使用伺服脈沖控制，脈沖信號和對應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動器。第二，在程序設計中要在沒有脈沖輸入時，將伺服驅動器的“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，伺服驅動器和伺服電機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，屏蔽層要在伺服驅動器側可靠接地。

6 結束語

要提高伺服系統的可靠性,一方面要求伺服生產廠家進一步提高產品的抗干擾能力；另一方面要求技術人員在工程設計、安裝施工和使用維護中,多方配合才能完善解決干擾問題,有效地增強伺服系統的抗干擾能力。

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[1]上海會通自動化科技發展有限公司.Panasonic AC流伺服電機·驅動器M INASA4系列使用說明書（第三版）[M].上海：上海會通自動化科技發展有限公司，2009，16-18.

[2]松下電工株式會社控制機器總部控制裝置事業部.可編程控制器FP-X用戶手冊[M].中國：松下電工株式會社，ARCT1F409C-22007，9，237-238(9-16-9-17).

[3]北京平和創業科技發展有限公司.模擬量信號干擾分析及解決方案[DB/OL].中國工控網，http://www.bjpinghe.com.2009.