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機器人手臂控制器:EMC電磁兼容
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機器人手臂控制器:EMC電磁兼容

?一、機器人手臂控制器行業標準剖析

GB/T 39004—2020《工業機器人電磁(ci)兼容設計規范(fan)》

GB/T 37283-2019 服(fu)務(wu)機器人 電磁兼容 通用標準 抗擾度要求和限值(zhi)

GB/T 39785-2021 服(fu)務(wu)機器人 機械(xie)安全(quan)評估與測試方法

GB/T 40014-2021 雙臂工業機器人(ren) 性(xing)能及(ji)其試驗方法

GB/T 40013-2021 服務機器人 電氣安全要(yao)求(qiu)及(ji)測試方(fang)法(fa)

GBZ 41046-2021 上肢康復(fu)訓(xun)練(lian)機(ji)器人 要求(qiu)和試驗(yan)方法(fa)

TGDCKCJH 013-2020 工(gong)業機器人(ren)伺服系統可靠性通用要求

TGDCKCJH 014-2020 工業機器人(ren)伺服系統可靠(kao)性(xing)仿真試驗規范(fan)

TGDCKCJH 015-2020 工業機器人(ren)伺服系(xi)統(tong)可(ke)靠性(xing)強化試驗(yan)方法

TGQDA 00005-2021 機器人控制器加速(su)試驗與可靠性指標驗證方法

TSSITS 301-2020 工(gong)業應用移動機器人 設計(ji)通則

1.1 同(tong)樣(yang)在(zai)T/ZXCH 0014- 2023標準(zhun)(zhun)中,規(gui)定(ding)了(le)詳(xiang)細的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)(yan)方法和檢(jian)驗(yan)(yan)規(gui)則(ze)。通過(guo)這(zhe)些標準(zhun)(zhun)的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)(yan)方法,可以準(zhun)(zhun)確測(ce)試機器(qi)人手臂控制器(qi)的(de)(de)(de)(de)各項性能(neng),判(pan)斷其(qi)是否符合技(ji)術要求;檢(jian)驗(yan)(yan)規(gui)則(ze)則(ze)明確了(le)產品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)合格判(pan)定(ding)準(zhun)(zhun)則(ze),從原材料(liao)檢(jian)驗(yan)(yan)到成品(pin)(pin)檢(jian)驗(yan)(yan),每一個環(huan)節都有嚴格的(de)(de)(de)(de)規(gui)范,保證進(jin)入市(shi)場的(de)(de)(de)(de)機器(qi)人手臂控制器(qi)質(zhi)量(liang)可靠(kao),為用戶提供穩(wen)定(ding)、高效的(de)(de)(de)(de)使(shi)用體驗(yan)(yan)

1.2 GB/T 37283-2019《服務機器人 電磁兼(jian)容 通用標準 抗(kang)擾度要求和限值》

 B 級:服務機器人正常工(gong)作時,其性(xing)能(neng)受到一定(ding)電磁(ci)干擾影響(xiang),但仍能(neng)滿足基本功能(neng)要求

試驗名(ming)稱(cheng)

中(zhong)國標

國(guo)際標

靜電(dian)放電(dian)抗擾度試驗

GB/T 17626.2

IEC61000-4-2

射(she)頻電(dian)磁場(chang)輻射(she)抗擾度試驗

 GB/T 17626.3

IEC61000-4-3

電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗

GB/T 17626.4

IEC61000-4-4

浪涌(沖擊)抗(kang)擾度試(shi)驗

GB/T 17626.5 

IEC61000-4-5

射頻場(chang)感應的傳導(dao)騷擾(rao)抗擾(rao)度試(shi)驗(yan)

GB/T 17626.6 

IEC61000-4-6

工頻磁場抗擾度試驗

GB/T 17626.8

IEC61000-4-8

電(dian)壓暫降(jiang)、短時中斷和電(dian)壓變化(hua)的(de)抗擾度試驗

GB/T 17626.11

IEC61000-4-11

 ?國際標準化組(zu)織(ISO)標準

ISO 10218-1:2011 :《機器人與機器人裝置 工業(ye)機器人的安全要求(qiu) 第 1 部分:機器人》

ISO 10218-2:2011:《機(ji)器(qi)人(ren)(ren)與(yu)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)裝置 工業機(ji)器(qi)人(ren)(ren)的(de)安全要求 第 2 部分(fen):機(ji)器(qi)人(ren)(ren)系統與(yu)集(ji)成》

ISO/TS 15066:2016:《機器人(ren)與機器人(ren)裝置(zhi) 協(xie)作機器人(ren)》

美國標準

ANSI/RIA R15.06-2012:《工(gong)業機(ji)器(qi)人和機(ji)器(qi)人系統 安(an)全要(yao)求》

RIA TR R15.606-2016:美國協作(zuo)機(ji)器人安全標(biao)準

歐盟標準

EN ISO 10218-1:2011和EN ISO 10218-2:2011

EN 60204-1:《機械(xie)安全 機械(xie)電氣設備(bei) 》

德國

VDI 2057 Blatt 2-2002和VDI 2057 Blatt 2-2012:《人體暴露于機械振動 手臂(bei)振動》

DIN EN ISO 13849-1:2016:《機械安全 控制系統的安全相關(guan)部件

日(ri)本機(ji)器人協會(JARA),ISO 13482 是關于護理機(ji)器人安全性的(de)國際標準(zhun)

 

?二、機器人手臂控制器EMC電磁兼容

2.1 GB/T 39004—2020《工(gong)業機(ji)器(qi)(qi)人(ren)電(dian)(dian)磁兼容(rong)設計規(gui)(gui)(gui)范》,該標準于中國(guo)機(ji)械(xie)工(gong)業聯合會規(gui)(gui)(gui)定(ding)了(le)工(gong)業機(ji)器(qi)(qi)人(ren)的(de)(de)示(shi)教器(qi)(qi)、控制柜、機(ji)器(qi)(qi)人(ren)本(ben)體、印制電(dian)(dian)路板(PCB)的(de)(de)電(dian)(dian)磁兼容(rong)(EMC)設計要求(qiu) 2.2 EMC證實方(fang)法: 電(dian)(dian)磁兼容(rong)性測試(shi)方(fang)法:規(gui)(gui)(gui)定(ding)了(le)工(gong)業機(ji)器(qi)(qi)人(ren)電(dian)(dian)磁兼容(rong)性的(de)(de)測試(shi)方(fang)法和程序,包括測試(shi)環境、測試(shi)設備、測試(shi)項目和測試(shi)步(bu)驟等(deng)(deng) 設計過程記錄:要求(qiu)對工(gong)業機(ji)器(qi)(qi)人(ren)電(dian)(dian)磁兼容(rong)設計的(de)(de)過程進行記錄,包括設計文檔、測試(shi)報告、整改記錄等(deng)(deng),以便于追溯和驗證設計的(de)(de)有效性

2.3 工(gong)業(ye)機(ji)器人在運行過程(cheng)中(zhong)會產生(sheng)大量電(dian)磁干擾(rao),同時自身也對外界電(dian)磁干擾(rao)敏感。如果(guo)電(dian)磁兼(jian)容(rong)性(xing)處(chu)理不(bu)當,不(bu)僅(jin)會影響機(ji)器人系統的(de)穩定(ding)性(xing)和(he)精確性(xing),導(dao)致動作偏差、數據傳輸(shu)錯誤(wu)等問題,還(huan)可能干擾(rao)周圍設備(bei)的(de)正常工(gong)作

2.4 以汽(qi)車(che)(che)制(zhi)(zhi)造(zao)自動化(hua)生產線(xian)為例(li),控(kong)制(zhi)(zhi)機器人(ren)手臂的(de)控(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)統(tong)對(dui)電磁(ci)干擾非常敏感,一旦受到干擾,機器人(ren)手臂可能會出現(xian)動作偏差,影響汽(qi)車(che)(che)零部(bu)件(jian)的(de)安裝質量。因此,對(dui)機器人(ren)手臂控(kong)制(zhi)(zhi)器進行(xing)(xing)EMC設(she)計(ji)與測試,是確保其在各種(zhong)電磁(ci)環境下可靠運行(xing)(xing)的(de)關鍵,對(dui)于保障工業生產的(de)順利進行(xing)(xing)具有重要意義

2.5 EMC抗干擾設計方法(fa)

屏蔽  是常見的抗(kang)干(gan)擾措施,通過使用(yong)金屬屏蔽材料將設備(bei)或電路包圍起來(lai),能夠有效阻止(zhi)外部(bu)電磁(ci)干(gan)擾進入(ru),同(tong)時防止(zhi)內部(bu)電磁(ci)干(gan)擾泄漏出去;例如,在工業電纜中,通常會使用(yong)金屬屏蔽層來(lai)保護電纜內部(bu)的信號傳(chuan)輸不受外界干(gan)擾

接地  可以(yi)將設備上的(de)電磁(ci)干擾(rao)電流引入大地(di)(di)(di),從而(er)降低設備的(de)電磁(ci)干擾(rao)水平;在(zai)工業自動化系統中(zhong),會根據(ju)設備特點和(he)電磁(ci)環境選擇(ze)單點接地(di)(di)(di)、多(duo)點接地(di)(di)(di)等不同的(de)接地(di)(di)(di)方式

合理布局在工業自動化設備(bei)(bei)的(de)(de)設計(ji)和安裝過(guo)程中,能減少電(dian)(dian)(dian)磁干(gan)擾的(de)(de)產生和傳播。比如(ru)將(jiang)強電(dian)(dian)(dian)設備(bei)(bei)和弱(ruo)電(dian)(dian)(dian)設備(bei)(bei)分開布置,避免(mian)強電(dian)(dian)(dian)設備(bei)(bei)對弱(ruo)電(dian)(dian)(dian)設備(bei)(bei)產生干(gan)擾;合理規(gui)劃(hua)電(dian)(dian)(dian)纜的(de)(de)走向,避免(mian)電(dian)(dian)(dian)纜之間的(de)(de)相(xiang)互干(gan)擾

濾波  去除(chu)電路中的(de)高(gao)頻干擾信號,在電源電路中,常使用電源濾波(bo)器來抑制電源線(xian)上(shang)的(de)電磁干擾,保證設備獲(huo)得穩定、純凈的(de)電源

三、機器人手臂控制器常見問題與行業痛點洞察 

技術瓶頸A  機器(qi)人手臂控制器(qi)的核心部件(jian)和關(guan)鍵技術仍(reng)存在短缺問題,高(gao)性能(neng)伺服電機、減(jian)速器(qi)、控制器(qi)等技術壁壘高(gao),突破(po)難度大,限制了機器(qi)人整體性能(neng)的提升 

技術瓶頸B 智能化(hua)、感(gan)知能力(li)和(he)適應性仍(reng)有待提高(gao)。在復雜多變的(de)工作環境中(zhong),機器(qi)人手臂控(kong)制器(qi)難(nan)以(yi)快速、準確(que)地感(gan)知環境變化(hua)并做出相應調整(zheng),無法滿足(zu)日益增長的(de)多樣化(hua)應用需求

市場困境   目前(qian)機(ji)(ji)器人(ren)行(xing)業(ye)市(shi)(shi)場(chang)競爭(zheng)激烈,同質化現象嚴重,許(xu)多(duo)企(qi)業(ye)為了爭(zheng)奪市(shi)(shi)場(chang)份額,大打價格戰,導(dao)致(zhi)整個行(xing)業(ye)利潤空間被大幅壓縮,企(qi)業(ye)缺(que)(que)乏(fa)足(zu)夠的資(zi)金投入研發和創(chuang)新,不利于行(xing)業(ye)的健康發展;機(ji)(ji)器人(ren)企(qi)業(ye)在市(shi)(shi)場(chang)開拓方(fang)(fang)面面臨諸多(duo)困難,一(yi)方(fang)(fang)面,對市(shi)(shi)場(chang)需(xu)求(qiu)的了解不夠深入,產(chan)品(pin)與市(shi)(shi)場(chang)實(shi)際需(xu)求(qiu)存(cun)在一(yi)定偏差;另一(yi)方(fang)(fang)面,缺(que)(que)乏(fa)有(you)效的營(ying)銷策略,難以打開新的市(shi)(shi)場(chang)和客戶群體,限制了企(qi)業(ye)的發展規模和速度

四、為機器人手臂控制器賦能

風扇模塊解決方案 , 針對機器(qi)人手(shou)臂控制(zhi)器(qi)的風(feng)(feng)扇(shan)模塊,采用(yong)高(gao)效(xiao)(xiao)散(san)熱(re)設(she)計理念(nian),選用(yong)高(gao)性能的風(feng)(feng)扇(shan)組件,確保在機器(qi)人手(shou)臂控制(zhi)器(qi)運行過程中能夠快速(su)(su)、有效(xiao)(xiao)地散(san)發熱(re)量, 通過優化風(feng)(feng)扇(shan)的轉速(su)(su)控制(zhi)算法(fa),實現根(gen)據控制(zhi)器(qi)的溫度實時調節風(feng)(feng)扇(shan)轉速(su)(su),既能保證良(liang)好的散(san)熱(re)效(xiao)(xiao)果(guo),又(you)能降低風(feng)(feng)扇(shan)運行產生的噪(zao)音和(he)(he)能耗(hao),提(ti)高(gao)系(xi)統的穩定(ding)性和(he)(he)可靠(kao)性;音特(te)電子能夠提(ti)供SS14 ,HL8050

在LED顯示模塊方面,提(ti)供高亮度、高對比度的LED顯(xian)(xian)示(shi)(shi)屏(ping),能夠清晰地展示(shi)(shi)機器(qi)人手臂控制器(qi)的各種運(yun)行狀態(tai)信(xin)息,如工作模式、故障報(bao)警(jing)等(deng),確(que)保(bao)LED顯(xian)(xian)示(shi)(shi)屏(ping)的顯(xian)(xian)示(shi)(shi)效果穩定,延長顯(xian)(xian)示(shi)(shi)屏(ping)的使用壽命,音特電子(zi)能夠提(ti)供 SS14 、HL8050

對于BEEP蜂鳴器模塊,使其(qi)在(zai)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)手臂控制器(qi)出現(xian)異(yi)常情(qing)況時(shi)(shi),能(neng)夠及時(shi)(shi)、準確地發出警報聲,引起操作人(ren)(ren)員的注意,為操作人(ren)(ren)員提(ti)(ti)供明確的故(gu)障提(ti)(ti)示(shi),便于(yu)及時(shi)(shi)采取(qu)相應(ying)的處理措施;音特(te)電子(zi)能(neng)夠提(ti)(ti)供SS14 ,HL8050

RS485通訊模塊具備高(gao)抗(kang)干擾(rao)能力,采用先進的差分信號傳輸(shu)技術,有效減少信號傳輸(shu)過程中的干擾(rao),確保數據傳輸(shu)的準確性和(he)穩定性

     CMZ2012-121T        共模電感,提高EMI性能

    PWR4018A221M      提高電源的(de)品(pin)質

    ESDSM712 靜(jing)電保(bao)護,確(que)保(bao)安(an)裝拔(ba)插過程的(de)靜(jing)電干擾

以太網通訊模塊提(ti)供高速(su)的(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)連接(jie),采用(yong)先進的(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)芯(xin)片(pian)和優化的(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)驅動程序,確保機器人手臂控(kong)制器能(neng)夠快(kuai)速(su)、穩定地接(jie)入以太(tai)網(wang)(wang),具備網(wang)(wang)絡(luo)自(zi)適應功能(neng),可自(zi)動識別(bie)網(wang)(wang)絡(luo)環境并(bing)調整通信參(can)數,實現與不同(tong)(tong)網(wang)(wang)絡(luo)設備的(de)(de)無縫對(dui)接(jie)。同(tong)(tong)時(shi),支(zhi)持多(duo)種網(wang)(wang)絡(luo)協議(yi),滿足(zu)不同(tong)(tong)應用(yong)場(chang)景下的(de)(de)數據傳輸需求很重要

GDT/SMD1812-091 

或(huo)者 GDT/3R090-8L 

區別在于(yu)第二級防(fang)護(hu),由(you)于(yu)千(qian)兆網(wang)的傳輸速率(lv)更(geng)快,對寄生(sheng)電容(rong)值得要(yao)求更(geng)高,一般(ban)推薦 2pF 以下,差分電 

壓百兆千兆也有(you)不同(tong),故(gu)第二級保護使用的器件也和(he)百兆網(wang)不同(tong)。音(yin)特推薦使用電容只(zhi)有(you) 0.8pF 的 ;

ESDLC3V3D3B,封裝(zhuang)為(wei) SOD323,或(huo)者使用(yong)音特電子專(zhuan)為(wei)千兆網絡(luo)定制的 ESDSLVU2.8-4H,封裝(zhuang)為(wei) SOP-8,使用(yong)方(fang) 

法和百兆網(wang)上的 ESDSLVU2.8-4 一(yi)樣

MCU處理器模塊方面,除(chu)了(le)選用(yong)高性能、低功(gong)耗(hao)的(de)(de)MCU芯(xin)片,具(ju)備(bei)強(qiang)大(da)的(de)(de)數(shu)據處理能力(li)和豐富(fu)的(de)(de)外設資源,能夠快速響(xiang)應各種控制(zhi)指(zhi)令(ling),實現對(dui)機器人手臂(bei)的(de)(de)精確控制(zhi),對(dui)于MCU的(de)(de)電(dian)源供電(dian)電(dian)源也很關鍵

音特電子提(ti)供  PWR4018A221M      濾波電感(gan)

致(zhi)力(li)成為全(quan)球 EMC電磁兼容技術方(fang)案及器件供(gong)應(ying)商 yxgc.net

?

人機界面

工業伺(si)服、控(kong)制器人機界(jie)面的主(zhu)要模塊

  • 顯示模塊:負責將系統的運行狀態、參數信息、操作提示等內容以可視化的方式呈現給用戶,如液晶顯示屏(LCD)、發光二極管顯示屏(LED)
  • 輸入模塊:是用戶向人機界面輸入指令和數據的通道,常見的有觸摸屏、物理按鍵、旋鈕、鼠標、鍵盤等
  • 通信模塊(kuai):用于實現人機界面與工業伺服、控制器以及其他相關設備之間的數據傳輸和交互,如串口通信(RS232、RS485 等)、以太網通信、現場總線通信(如 Profibus、Canbus 等)
  • 處理模(mo)塊:對輸入的信息進行處理和分析,協調各模塊之間的工作,并根據設定的程序和邏輯,控制顯示模塊展示相應的內容,通常包含微處理器、內存等
  • 電(dian)源模(mo)塊:為整個人機界面提供穩定的電力供應,將外部輸入的電源轉換為適合各模塊工作的電壓和電流。

各模塊(kuai)容易出現(xian)的問題(ti)點

  • 顯示(shi)模(mo)塊:屏幕顯示不清晰、出現花屏、黑屏現象;顏色失真,顯示的色彩與實際應顯示的色彩不符;背光燈損壞,導致屏幕亮度不足或完全不亮
  • 輸入模塊(kuai):觸摸屏反應不靈敏或不準確,出現觸摸點偏移、部分區域無響應等問題;物理按鍵按下后無反應、按鍵粘連,導致誤操作;旋鈕旋轉時卡頓、不順暢,或者旋轉角度與實際輸出的信號不匹配
  • 通信模塊:通信中斷,人機界面與伺服、控制器之間無法進行數據傳輸;通信不穩定,數據傳輸時出現延遲、丟包、數據錯誤等現象;通信參數配置錯誤,導致無法與其他設備建立正確的連接
  • 處理模塊(kuai):系統運行緩慢,操作響應遲鈍,導致用戶操作后需要等待較長時間才能看到反饋;死機或程序崩潰,人機界面完全無響應,需要重啟才能恢復正常;內存不足,導致部分功能無法正常使用或數據丟失
  • 電(dian)源(yuan)模塊:電源輸出電壓不穩定,過高或過低的電壓可能會損壞其他模塊;電源故障,無法正常輸出電力,導致人機界面無法啟動。

EMC 電(dian)磁兼容(rong)常見問題(ti)及解(jie)決(jue)方法

  1. 電(dian)磁干擾(rao)(EMI)輻射(she)問(wen)題:設備向外發射的電磁能量超過規定的限值,對周圍其他設備產生干擾。解決方法包括優化電路設計,減少高頻信號的輻射,如采用合理的布線方式、縮短信號線長度;使用屏蔽技術,對容易產生輻射的部件或整個設備進行屏蔽;安裝電磁屏蔽濾波器,抑制電磁干擾信號的傳播
  2. 電磁敏(min)感度(EMS)問(wen)題:設備對外部電磁干擾過于敏感,導致自身工作異常。可選用抗干擾能力強的電子元件和器件;對敏感電路和信號進行隔離和保護,如采用光電隔離、磁隔離等技術;合理設計接地系統,確保設備有良好的接地,降低接地阻抗
  3. 電源噪聲問題(ti):電源系統中的紋波、尖峰等噪聲會影響設備的穩定性和性能。解決措施有在電源輸入端和各功能模塊的電源引腳處添加去耦電容,濾除高頻噪聲;采用電源濾波器,對電源進行濾波處理,減少電源中的干擾信號;優化電源電路的布局和布線,避免電源線與信號線平行敷設,減少電源噪聲對信號的干擾
  4. 信號傳輸干擾問(wen)題:信號在傳輸過程中受到電磁干擾,導致信號失真、誤碼等。可采用屏蔽電纜傳輸信號,并確保屏蔽層良好接地;對高速信號和敏感信號進行差分傳輸,提高信號的抗干擾能力;合理規劃信號布線,避免不同類型信號之間的相互干擾,如將數字信號和模擬信號分開布線
  5. 靜電放電(ESD)問題:靜電放電可能會損壞設備的電子元件,導致設備故障。應增加防靜電措施,如在設備外殼、操作面板等容易產生靜電的部位采用防靜電材料;安裝靜電釋放器件,如靜電放電二極管、靜電釋放電阻等,將靜電電荷快速釋放到地;操作人員佩戴防靜電手環、防靜電服等,防止人體靜電對設備造成損害
I / O工業物聯網
工業(ye)伺(si)服、控制(zhi)器的(de) I/O 輸入及(ji)輸出口主要有以下(xia)幾種(zhong)類型:
  • 數(shu)字輸(shu)入輸(shu)出(Digital I/O):用于傳輸離散的二進制信號,如開關狀態、邏輯電平。常見的有 PNP 數字量輸入輸出、NPN 數字量輸入輸出、繼電器數字量輸出等。相關標準如 IEC 61131-2 等對數字量接口的電氣特性等有規定
  • 模擬輸(shu)入輸(shu)出(Analog I/O):用于傳輸連續變化的模擬信號,如電壓、電流信號,像 ±5V、±10V 電壓輸入輸出,4-20mA、0-20mA 電流輸入輸出等。標準有相關的工業過程測量和控制的模擬信號標準,如 IEC 60381 等
  • 脈(mo)沖輸入輸出(Pulse I/O):用于傳輸脈沖信號,常用于計數、位置控制等,如監測累積流量、控制伺服電機運動。在伺服控制中,脈沖接口相關標準會涉及到運動控制的脈沖頻率、脈沖寬度等規范
  • 通信接口:包括串口通信(如 RS232、RS485,相關標準有 EIA-232、EIA-485)、以太網通信(遵循 IEEE 802.3 等標準)、現場總線通信(如 Profibus 遵循 EN 50170 等標準、Canbus 遵循 ISO 11898 等標準)
這些 I/O 口容易(yi)出現的問題(ti)點如下:
  1. 數字輸入輸出口(kou):輸入信號誤判,如干擾導致輸入狀態錯誤;輸出觸點損壞,長期通斷大電流使觸點燒蝕、粘連;電氣隔離問題,隔離不良導致信號串擾、損壞設備
  2. 模擬輸(shu)入輸(shu)出口:信號漂移,長時間運行或溫度變化等導致輸出信號偏離設定值;噪聲干擾,使模擬信號失真,影響控制精度;量程匹配問題,輸入輸出量程與實際設備不匹配,導致數據不準確
  3. 脈沖輸入(ru)輸出口:脈沖丟失,高速脈沖傳輸時可能因干擾、線路問題等導致部分脈沖未被正確接收;脈沖頻率不穩定,影響位置控制精度和電機運行平穩性;脈沖信號畸變,如波形失真、脈寬變化,使接收端誤判
  4. 通信接口:通信中斷,因干擾、線路故障、協議不匹配等導致通信突然停止;通信數據錯誤,數據傳輸過程中受干擾出現誤碼、丟包等;通信速率不穩定,時快時慢影響系統實時性和穩定性
常見問題及解決(jue)方法如下:
  • 傳導干(gan)擾問題:干擾信號通過電源線、信號線等傳導到其他設備。解決方法是在電源線和信號線上安裝合適的濾波器,抑制傳導干擾;優化布線,避免強電和弱電線路并行,減少傳導耦合
  • 輻(fu)射干擾問題(ti):設備向外輻射電磁能量,干擾周圍其他設備。可采用屏蔽措施,對 I/O 口所在的電路板、模塊進行屏蔽處理;合理設計 PCB 布局,減少信號環路面積,降低輻射強度
  • 靜電放電(ESD)問(wen)題:靜電可能通過 I/O 口放電,損壞設備或干擾信號。要增加防靜電措施,如安裝靜電釋放器件,對 I/O 口進行靜電防護;操作人員做好靜電防護,佩戴防靜電手環
  • 電磁敏感度(EMS)問題:I/O 口對外部電磁干擾敏感,導致信號錯誤或設備工作異常。可選用抗干擾能力強的 I/O 芯片和器件;對 I/O 信號進行隔離和濾波處理,提高抗干擾能力
  • 電源噪聲問題:電源紋波、尖峰等噪聲會影響 I/O 口的穩定性和信號質量。在電源輸入端和 I/O 口電源引腳處添加去耦電容,濾除高頻噪聲;采用穩定的電源模塊,提高電源質量
PLC可編程邏輯控制器
內部電(dian)路主要分為以下幾部分:
  • 中央(yang)處理器(CPU)電路:由控制器、運算器和寄存器組成,是 PLC 的核心,負責執行控制程序,處理輸入信號,進行數據運算和邏輯判斷,并產生輸出信號
  • 電(dian)源電(dian)路:用于將外部輸入的交流電轉換為 PLC 內部所需的直流電,為中央處理器、存儲器、輸入輸出接口等電路提供穩定的 5V、12V、24V 等直流電源,通常采用開關式穩壓電源,具有穩壓、抗干擾等功能
  • 存儲器電路(lu):包括系統存儲器和用戶存儲器。系統存儲器用于存放 PLC 的系統程序,由廠家編寫并固化,一般為只讀存儲器(ROM);用戶存儲器用于存放用戶編寫的控制程序和數據,常采用可電擦除的 E2PROM 等存儲器
  • 輸(shu)入輸(shu)出(I/O)接(jie)口電(dian)路(lu):輸入接口電路用于將按鈕、行程開關、傳感器等外部設備產生的信號轉換為 CPU 能夠識別的信號,可分為直流輸入電路和交流輸入電路;輸出接口電路將 CPU 輸出的信號轉換為能驅動外部執行元件的信號,有繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型三種
  • 通信(xin)接口電路:實現 PLC 與其他設備或系統之間的數據交換,常見的有 RS232、RS485、以太網接口、現場總線接口等,遵循相應的通信協議標準
  • 擴(kuo)展接口電(dian)路(lu):用于連接擴展單元和功能模塊,使 PLC 的配置更加靈活,以滿足不同控制系統的需要
內部電路涉及的(de)技術難點如下:
  • 高速信號處理:在一些高速控制場景下,如高速計數、高速脈沖輸出等,需要 CPU 和相關電路能夠快速準確地處理高頻信號,確保計數精度和脈沖輸出的穩定性,對電路的響應速度和抗干擾能力要求很高
  • 復雜算(suan)法實現:對于一些復雜的控制任務,需要 PLC 執行復雜的數學運算、邏輯運算和數據處理算法,如 PID 控制算法、模糊控制算法等,這要求 CPU 具有較強的運算能力和數據處理能力,同時也需要優化算法以提高執行效率
  • 可靠性設計:工業環境復雜惡劣,PLC 需要在高溫、潮濕、振動、電磁干擾等條件下長期穩定運行,因此,在電路設計中需要采取一系列可靠性措施,如電源的穩定性設計、抗干擾設計、冗余設計等
  • 兼容(rong)性(xing)與可擴展(zhan)性(xing):在實際應用中,PLC 往往需要與多種不同品牌、不同類型的設備進行通信和協同工作,這就要求 PLC 的通信接口和協議具有良好的兼容性。同時,隨著生產工藝的發展和需求的變化,PLC 系統需要具備可擴展性,以便能夠方便地添加新的功能模塊和 I/O 點
  • 實時性要求:在一些對實時性要求較高的控制系統中,如工業機器人控制、自動化生產線的高速分揀等,PLC 需要在極短的時間內完成輸入信號的采集、程序的執行和輸出信號的刷新,確保系統的實時響應能力
PLC 的 EMC 電磁兼容常(chang)見(jian)問(wen)題及解決方法如下:
  • 電源干擾問(wen)題(ti)

問題表現:電源中的紋波、尖峰、浪涌等干擾信號可能導致 PLC 工作異常,如程序運行錯誤、元件損壞等

解(jie)決方法:安裝電源濾波器,濾除電源中的高頻干擾信號;使用隔離變壓器,將 PLC 的電源與其他設備的電源隔離,減少電源之間的相互干擾;配備浪涌保護器,防止雷擊等瞬間高壓對 PLC 造成損壞

  • 空(kong)間輻射(she)干擾問題

問題(ti)表現:周圍的強電磁場輻射可能影響 PLC 的正常工作,導致信號傳輸錯誤、程序運行不穩定等

解(jie)決方法:將 PLC 安裝在金屬屏蔽柜內,屏蔽外界的電磁輻射;對 PLC 的信號線采用雙絞屏蔽線,并確保屏蔽層良好接地;合理布置 PLC 與其他設備的位置,避免將 PLC 暴露在強輻射源附近

  • 傳導干擾問(wen)題

問(wen)題表(biao)現:干擾信號通過電源線、信號線等傳導到 PLC 內部,引起系統故障

解決(jue)方(fang)法:對電源線和信號線進行合理布線,避免強電和弱電線路并行,減少傳導耦合;在電源線和信號線上安裝共模電感、差模電感等元件,抑制傳導干擾

  • 接(jie)地問題

問題表(biao)現:接地不良可能導致 PLC 的電位不穩定,產生接地環路電流,引入干擾信號,還可能影響設備的安全性能

解決方法(fa):確保 PLC 有獨立、可靠的接地系統,接地電阻應符合要求(一般≤4Ω);將信號地、電源地、保護地分開,避免不同類型的接地相互干擾;采用多點接地或單點接地的方式,根據實際情況優化接地布局

  • 靜電(dian)放電(dian)(ESD)問題(ti)

問題表(biao)現(xian):靜電可能通過 PLC 的輸入輸出接口、外殼等部位放電,損壞內部電子元件,導致設備故障

解決方法:在 PLC 的輸入輸出接口電路中增加靜電保護元件,如靜電放電二極管等;對 PLC 的外殼進行防靜電處理,采用防靜電材料;操作人員在接觸 PLC 設備時,應佩戴防靜電手環等防護用品,防止人體靜電對設備造成損害