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FX3U与松下A5伺服系统组成的运动控制系统抗干扰处理
来源: 点击数:3035次 更新时间:2015/9/29 15:44:00

一、 概述

随着工业控制技术的发展,PLC和伺服技术的到了长足的发展。PLC是专为工业生产环境设计的计算机控制设备,且有可靠性高、硬件配套齐全、用户程序简单易学且维护方便等优点而广泛应用于各行各业中;交流伺服电机控制采用了磁场定向矢量控制原理具有动态响应快、稳态运行精度高、转矩脉动小低速运行平滑等性能而且调速范围较大,作为进给传动装置得到了广泛的应用。三菱的FX3U PLC有三路脉冲输出接口,能直接驱动伺服,可以节省定位模块,从而节约成本,所以在我公司的低端配置的设备上,都采用了三菱FX3U PLC和松下伺服的控制方式,从理论上来讲,PLC和伺服都是专门为工业控制环境而设计的,因此本身可靠性强,所以在一般的控制系统中不用抗干扰设计或进行简单的抗干扰设计就可以使系统安全可靠,因此最初安装设计的时候没有太多的考虑这些问题,但现场调试中都出现了伺服丢脉冲的问题,给设备的精度带来很大影响,本文就结合在现场调试过程中遇到的问题讨论一下如何解决干扰问题。

二、控制系统中主要的干扰来源和抑制措施
   
在现场调试中,最开始发现的是两个定位轴,反复按前进后退后不能返回到原来的位置,而另外三个轴就没有问题,仔细观察后发现,这两个轴的伺服是由PLC的脉冲口直接发脉冲的,另外的三个轴是由定位模块发脉冲的,后来发现控制传输梭的也是由PLC直接发脉冲的,监控伺服参数后,都存在丢失脉冲的问题,后来就从几个方面进行了分析,相应的采取了措施。

2.1 PLC

PLC控制系统的干扰分为两类:内部干扰、外部干扰。

内部干扰,PLC本身的问题;

外部干扰,包括导线传入的干扰(由电源线、控制线各信号线等外部线引入的干扰) 、空间感应和辐射干扰、地线传入的干扰。

在现实的工业实际情况中,由于内部干扰的情况比较少见,所以先从外部干扰来解决。

1)电源部分

PLC控制系统中,电源占有极其重要的地位,也是干扰进入PLC的主要途径之一。在工厂的电网线路上挂接了各种用电设备,如大功率电动机、交直流传动装置、变频器、家用电器等等,这些设备的启、停会引起电网的电流电压波动,产生的幅值很大浪涌和高次谐波。FX3U是用的交流电源供电,在电柜的有两个变频器,在变频器的电源上都加了滤波器,应该在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器,屏蔽层应可靠接地;也可以在初级、次级绕组之间加屏蔽层,并将它们和铁芯一起接地,以提高高频共模干扰能力,但由于条件所限,这些工作都没有作。

2 来自空间感应和辐射的干扰

由于我们的设备是处于工业现场中,在现场有各种各样的电场和磁场,这些电场、磁场无不影响着控制系统。电磁场(EMI)主要由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的;屏蔽效果差的PLC控制系统本身也会产生电磁场,所产生的电磁场反过来又影响控制系统本身。这些电磁场统称为辐射干扰,其分布极为复杂。只要PLC控制系统处于辐射范围内,其就会受到干扰。控制系统受到干扰的程度和辐射的强弱和频率有关。辐射通过以下两种途径影响PLC控制系统直接对PLC内部的辐射,由电路感应产生干扰PLC通信网络的辐射,由通信线路的感应引入干扰。针对此种干扰,屏蔽、滤波和接地是三种主要的方法。后来给PLC接了地,但效果并不理想。

3 由脉冲信号线引入的干扰

在现场测试中发现对脉冲信号线的干扰是导致PLC丢失的主要原因,观察后发现这个脉冲线存在很多问题:

<!--[if !supportLists]-->a)              <!--[endif]-->脉冲线太长,中间经过端子转接,转接这一段用的是普通单芯线,根本没有用蔽线;

<!--[if !supportLists]-->b)              <!--[endif]-->脉冲这两条线应该是用双绞带屏蔽的电缆,但实际没有用;

<!--[if !supportLists]-->c)               <!--[endif]-->脉冲线我强电电路交叉布线;

<!--[if !supportLists]-->d)              <!--[endif]-->伺服近控制电源是采用开关电源上的24V电源增加了干扰

针对这些问题,把伺服的脉冲线改为屏蔽双绞,且中间没有转接,和动力线分开布线,用PLC24V电源给伺服脉冲接收端单独提供电源,效果改善明显,但是也没有完全解决。

4 由地线引入的干扰。

接地的目的有两个:一是为了安全;二是为了抑制干扰地线的连接方式不当,会引起地环流。
地环流在屏蔽线内部产生电磁场,进而干扰屏蔽线,造成信号的失真。下图为正确的接地方式,坚决避免串联接地。

2.2 伺服

松下A5伺服系统PLC系统类似,PLC的外部干扰源和抗干扰措施同样适用于伺服系统。同时,伺服系统和PLC还有不同之处。伺服驱动器的抗干扰主要是防止干扰脉冲的输入。

1)伺服驱动器的脉冲输入端口分为开路集电极方式和差分输入方式。开路集电极方式的抗干扰能力比差分输入方式的差的多,但这个系统只能采用开路集电极。

2)为了尽量减少伺服驱动器在没有上位定位指令的时候将干扰信号输入,在程序设计中要在没有脉冲输入时,将伺服驱动器的脉冲输入禁止信号激活,这样能有效的减少干扰脉冲的输入。

3)伺服驱动器和伺服电机之间的连线要使用屏蔽线,线缆的拨开屏蔽层的部分不能大于75mm,屏蔽层要在伺服驱动器侧可靠接地。

4)伺服驱动器本身就是一个干扰源,如果只留下一下伺服,把其他伺服的电源关掉后发现干扰减少很多,但这样就不能工作了,所以关掉伺服驱动器就不现实。

2.3经过反复测试,通过硬件上的处理,丢失脉冲的问题有了很大的改善,但不能完全解决,所以就从软件上采取了一些措施来消除丢脉冲的影响。

(1)观察中发现有用定位模块的脉冲驱动的伺服没有受到干扰,用定位模块的两个轴基本上很少用到,所以把这两个定位模块一个用来控制和传输梭,一个用来控制常用的定位轴,传输梭的精度对印刷精度影响很大,用定位模块控制后就保证了传输梭的精度。

2)现在五个定位轴中只有一个是用PLC本身的脉冲,其他都是定位模块,定位模块驱动的轴都没有问题,只需要对一个轴从程序上进行一些改变,就能消除干扰产生影响。即每次定位启动后让这个轴多走几毫米,夹持力矩到了就停止,然后把当前值改成设定值,再退回固定长度,这样每次都能消除丢失脉冲产生的影响。

 结论

要提高设备的可靠性,解决干扰问题,要严格按照电气规范安装接线,仔细分析产生干扰的原因,从硬件上采取有针对性的措施,如果硬件上不能完全避免,就从程序上想办法,消除干拢的影响。





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