Надежность и стабильность системы управления движением, являющейся ключевым элементом некоторого автоматизированного оборудования, напрямую влияют на его производительность, и одним из главных факторов, влияющих на эту надежность и стабильность, является проблема помехоустойчивости. Поэтому эффективное решение проблемы помех является вопросом, который нельзя игнорировать при проектировании системы управления движением.
1. Явление интерференции
В процессе эксплуатации часто встречаются следующие основные явления, вызывающие помехи:
1. Если система управления не выдает команду, двигатель вращается нерегулярно.
2. Когда сервомотор останавливается и контроллер движения считывает положение двигателя, значение, передаваемое фотоэлектрическим энкодером на конце двигателя, произвольно скачет.
3. Во время работы сервомотора значение, считанное с энкодера, не совпадает со значением выданной команды, а значение ошибки носит случайный и нерегулярный характер.
4. Во время работы сервомотора разница между считанным значением энкодера и выданным значением команды является стабильной или периодически изменяется.
5. Оборудование, использующее тот же источник питания, что и сервосистема переменного тока (например, дисплей и т. д.), работает некорректно.
2. Анализ источников помех
Существует два основных типа каналов, которые создают помехи для доступа к системе управления движением:
1. Помехи в канале передачи сигнала: помехи проникают через входной и выходной каналы сигнала, подключенные к системе;
2. Помехи в системе электропитания.
Канал передачи сигнала — это способ, с помощью которого система управления или драйвер принимают сигналы обратной связи и передают управляющие сигналы. Поскольку импульсная волна в линии передачи задерживается и искажается, происходит затухание и помехи в канале, в процессе передачи основным фактором являются долговременные помехи.
В любом источнике питания и линиях электропередачи присутствуют внутренние сопротивления. Именно эти внутренние сопротивления вызывают помехи в источнике питания. Если бы внутренних сопротивлений не было, то независимо от того, какие помехи будут поглощены коротким замыканием источника питания, в линии не возникло бы помехового напряжения. Драйвер сервосистемы переменного тока сам по себе также является сильным источником помех, он может создавать помехи для другого оборудования через источник питания.
Система управления движением
Три, меры по защите от помех
1. Устойчивость системы электропитания к помехам.
(1) Реализуйте питание группами, например, разделите питание привода двигателя от питания управления, чтобы предотвратить помехи между устройствами.
(2) Использование шумовых фильтров также может эффективно подавлять помехи от сервоприводов переменного тока на другое оборудование. Эта мера может эффективно подавлять вышеупомянутые явления помех.
(3) Используется разделительный трансформатор. Учитывая, что высокочастотный шум проходит через трансформатор в основном не за счет взаимной индуктивной связи первичной и вторичной обмоток, а за счет связи паразитных емкостей первичной и вторичной обмоток, первичная и вторичная стороны разделительного трансформатора изолированы экранирующими слоями для уменьшения их распределенной емкости и повышения способности противостоять синфазным помехам.
2. Защита канала передачи сигнала от помех.
(1) Меры фотоэлектрической изоляции связи
В процессе передачи на большие расстояния использование фотопар может разорвать связь между системой управления и входным каналом, выходным каналом, а также входным и выходным каналами сервопривода. Если в цепи не используется фотоэлектрическая изоляция, внешние импульсные помехи будут проникать в систему или непосредственно в устройство сервопривода, вызывая явление первичных помех.
Главное преимущество фотоэлектрической связи заключается в том, что она может эффективно подавлять пики и различные шумовые помехи.
Таким образом, отношение сигнал-шум в процессе передачи сигнала значительно улучшается. Основная причина заключается в следующем: хотя помеховый шум имеет большую амплитуду напряжения, его энергия мала и может образовывать лишь слабый ток. Светодиод на входе фотопары работает в режиме тока, а общий ток проводимости составляет 10-15 мА, поэтому даже при наличии помех высокой амплитуды они подавляются, поскольку не могут обеспечить достаточный ток.
(2) Экранированный провод витой пары и передача по длинному проводу
В процессе передачи сигнал будет подвержен влиянию таких помех, как электрическое поле, магнитное поле и сопротивление заземления. Использование экранирующего провода с заземлением может уменьшить влияние электрического поля.
По сравнению с коаксиальным кабелем, витая пара имеет более низкий частотный диапазон, но обладает высоким волновым импедансом и сильной устойчивостью к синфазным помехам, что позволяет взаимно компенсировать электромагнитные индукционные помехи.
Кроме того, в процессе передачи на большие расстояния для повышения помехоустойчивости обычно используется дифференциальная передача сигнала. Использование экранированного провода витой пары для передачи по длинным проводам позволяет эффективно подавлять явления второй, третьей и четвертой интерференции.
(3) Земля
Заземление позволяет устранить шумовое напряжение, возникающее при протекании тока по заземляющему проводу. Помимо заземления сервосистемы, экранирующий провод сигнала также должен быть заземлен для предотвращения электростатической индукции и электромагнитных помех. При неправильном заземлении может возникнуть второе явление помех.
Дата публикации: 06 марта 2021 г.