淺談注塑機控制系統的抗電磁干擾對策

黃東生（佛山市順德區震德塑料機械有限公司，廣東 佛山 528300）

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淺談注塑機控制系統的抗電磁干擾對策

黃東生
（佛山市順德區震德塑料機械有限公司，廣東 佛山 528300）

摘要：主要通過筆者多年對機械設備的故障的現象，進行針對性的現場實際監控、檢測、并處理故障的過程，尤其對于注塑機經常出現的干擾進行專門的歸類，列出對策。目的在于改變國內普遍存在的注塑機干擾難處理的現象，使塑料企業做到安全生產、提高生產效率，更加適應現代工業的發展。從而也可作為其他機械設備維修的參考資料。

關鍵詞：注塑機；控制系統；干擾對策

1　電磁干擾

電磁干擾（Electromagnetic Interference,簡稱EMI）無處不在，尤其是在如今信息時代。EMI是由于不規則電磁擾動而造成電子設備系統性能降低，要使得電子產品能正常工作，就要實現電磁兼容（Electromagnetic Compatible ,簡稱EMC），往往是做好了注塑機，在測試過程中有誤動作才意識到有電磁干擾，實際上應該在設計過程中就應該考慮好電磁兼容問題，才能發揮注塑機控制系統的最大性能。

2　電磁干擾分類

電磁干擾分類很多，常用到按照傳播方式分為傳導性干擾和空間輻射干擾，其中傳導性干擾又細分為共模干擾和差模干擾，空間輻射干擾分為兩類，其一是周邊環境輻射干擾和近處電磁場耦合干擾。

傳導性干擾，電壓電流的變化通過導線（信號線或電源線）傳輸的兩種形態——共模和差模。以電流變化為例，差模與共模電流流動路徑是不同的。差模干擾主要是火線與地線之間形成的電流所致。共模干擾電流主要是火線與地線以及零線與地線之間形成的電流。

周邊環境輻射干擾，通過空間傳播,并對其它電子設備電路產生無用電壓/電流,造成危害的。近處電磁場耦合干擾，弱電處在強電的磁場中，產生了感應電流和感應電動勢。這可能會導致24 V接近感應開關誤動作，從而致使PLC或電腦的邏輯程序的錯誤執行。

3　注塑機干擾源

3.1注塑機出廠前干擾源分析

設計、生產、調試過程中，依經驗可知四種干擾都不同程度地存在著，有時混合存在。

（1）共模干擾。接地不完善。注塑機上各個接地點電位高低不等，造成不同接地點間存在電位差，引起對地環路電流，產生共模干擾信號。

（2）差模干擾。

①伺服控制器的使用。由于伺服控制器會變頻變壓產生高次諧波，通過信號線或電源線傳導。

②電網的波動干擾。鄰近大容量電氣設備的瞬間起停，拉低電壓產生尖峰電流，回饋在供電回路中。

③雷電的電涌。瞬間產生的電壓疊加在供電線路上。

（3）輻射干擾。周邊輻射干擾。微波通過空間環境傳遞過來，通過電箱導線形成的天然發送和接受裝置，疊加在信號或電源回路中。

（4）耦合干擾。線路布局不合理所致。24 V弱電處在380 V或220 V所產生的電磁場中，所產生的自感電動勢和自感電流。

3.2注塑機出廠后干擾源分析

生產過程中，由于有些客戶規模較小，沒有完整的接地系統，有的甚至沒有地線，所以注塑機在出廠前以接地方式消除的干擾，到了客戶那里，干擾問題就出現了。

4　注塑機干擾對策

要處理好注塑機的干擾，不僅需要知道有哪些干擾，還要知道干擾是怎么形成的，并將防干擾措施的正確運用，只有這樣，才能做到有的放矢，最大程度上滿足注塑機對電磁兼容性的要求。

構成干擾的三大要素：①干擾源；②被干擾對象；③干擾途徑。

要處理好干擾問題，就要必須把干擾源對被干擾對象的干擾降到越低越好，與此同時被干擾對象要受到保護，以期能夠抵抗干擾，干擾途徑需要完全或盡量減少干擾傳播機會。

防干擾常用既有效又經濟的三項措施：①屏蔽；②濾波；③接地。

4.1共模干擾

接地混亂造成地環流。為了使整個接地系統都處在一個電位，故采用集中接地方式，而不是就近原則，隨意連接在附近的地線上。

4.2差模干擾

（1）伺服控制器或變頻器的使用造成的。現在市場對注塑機塑料成型基本要求就是快速、精密和節能。需要節能，動力首選就是伺服驅動器控制永磁同步伺服電機，實現按需供油，杜絕溢流損耗。因伺服驅動器輸出電壓是PWM波，含有一定的高次諧波，因此電機溫升、干擾和振動會比工頻時有所增加。鑒于此，可以判斷伺服驅動器就是干擾源，干擾途徑是信號和電源線，被干擾對象的可能就是0～10 V模擬量控制信號、24 V感應器、直流繼電器、24 V壓力傳感器、電腦I/O板等。如果一項一項去處理干擾，任務變得很復雜。從源頭處理，就變得簡單了。

① 24 V與驅動器的輸入輸出電源從電箱兩個獨立的開孔出來就分開來走，一個走上面，另一個走下面，離得越遠越好，盡量減少耦合干擾。

② 驅動器的信號線和電源線要選用屏蔽線，屏蔽層接地，也有選用普通線再穿過金屬波紋管。原理是一樣的，只是成本問題。

③ 輸入輸出靠近驅動器端電源線和信號線套上環氧磁環，消耗干擾。

④ 在供電與伺服控制器之間串聯上電抗器，可抑制諧波電流對電網的影響，提高功率因數。

⑤ 在驅動器輸入側加裝低通濾波器并且將其外殼接地，允許50 Hz工頻通過，可以抑制大部分高頻及中頻干擾信號。

⑥ 電腦輸出給驅動器的0～10 V信號，在電腦I/O側加裝濾波電容如0.22 μF 50 V，如圖1中C1和C2。

圖1　輸出圖

位置傳感器檢測的0～10 V信號，在在電腦I/O側也加裝濾波電容。順便說一下，伺服控制器主要是傳導干擾，它的輻射干擾反而小，其實沒有必要一定要做個單獨控制箱來安裝。

（2） 電網波動造成的。用電設備如開關電源、電腦、驅動器都有對輸入的電壓有一定的適應能力，但是過高會造成損壞。例如國內伺服驅動器的直流母線大多是700 V多一點，如果電網電壓變得較高，將會拉高直流母線的電壓，易造成其壞掉。條件允許的話，加一個交流穩壓器，遏制電網電壓突變對注塑機的沖擊。

還有就是電腦電源部分。而電源是干擾信號進入控制器的主要途徑之一，因此合理地處理電源與控制器的連接，可有效實現控制器的抗干擾。可采用隔離變壓器、電源濾波器等辦法。

（3）雷電的電涌。瞬間的高電壓，接地是非常重要的，尤其是保護接地。常有的接地線有四種。一是信號地線，包括數字地、模擬地、直流地、系統地，注塑機的信號線大部分采用低電壓控制，應采用直接接地及一點接地的方式；二是信號的屏蔽層地線，當信號源接地時，屏蔽層應在信號源側接地；三是交流地線，包括電動機、大功率電器的地線；四是保護地線，包括電源箱體、機架、驅動器外殼等，可和注塑機的交流電源地線相連。

雷擊頻繁的地區，應在控制用電處加裝過電流保護裝置。

4.3輻射干擾

這對注塑機影響不大，但是有時也有客戶反映，電腦I/O板無法正常工作，將I/O板移出電箱就能正常工作，這是典型的電箱導線的輻射干擾。通常的做法就是做一個完全封閉的鐵質盒子包住I/O板，并將鐵盒子接地，盒子不需要多厚，1～2 mm就好了。主要是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場的干擾，有因屏蔽體接地而實現電場屏蔽。只要注意屏蔽的完整性，如果屏蔽體不完整，將導致電磁場泄漏。

4.4耦合干擾

24 V弱電處在380 V或220 V所產生的電磁場中，所產生的自感電動勢和自感電流。信號線與電源線、直流與交流都會產生干擾，因此對傳導線路合理布置很重要。

① 直流與交流，若不能分開時也要垂直布線，可減少耦合干擾。

② 模擬量信號線應采用屏蔽雙絞線，并且將屏蔽層接地。

③ 在振動的環境中把信號導線固定，減少電磁感應。

④ I/O板輸入端有感性負載時，信號轉換會有電量突變而產生干擾或損壞，交流信號則在負載兩端并接浪涌吸收器，如果是直流信號則并接續流二極管。

⑤ 交流接觸器，其在開合的時候會產生電弧，可在觸點兩端并接浪涌吸收器。

5　結語

隨著注塑機的不斷優化，通過正確策略，可以有效地提高控制系統的抗干擾能力。但在惡劣的生產現場中應認真分析系統可能出現的故障和干擾源，有針對性地采取對應的方法，以使注塑機系統更安全可靠。

參考文獻：

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[3] 劉春蘭.自動化控制系統在電力系統中的應用研究[J].四川工程職業技術學院學報，2013,02:39～41.

(P-01)

Countermeasures against electromagnetic interference of injection molding machine control system

中圖分類號：TQ320.5

文章編號：1009-797X(2016)12-0096-03

文獻標識碼：A

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.040

作者簡介：黃東生（1975-），男，從事電氣控制系統設計、軟件編程多年。

收稿日期：2016-05-12

基金項目：2015年度順德區科技計劃項目（項目編號：20150202020）