淺談注塑機(jī)控制系統(tǒng)的抗電磁干擾對(duì)策

黃東生（佛山市順德區(qū)震德塑料機(jī)械有限公司，廣東 佛山 528300）

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淺談注塑機(jī)控制系統(tǒng)的抗電磁干擾對(duì)策

黃東生
（佛山市順德區(qū)震德塑料機(jī)械有限公司，廣東 佛山 528300）

摘要：主要通過筆者多年對(duì)機(jī)械設(shè)備的故障的現(xiàn)象，進(jìn)行針對(duì)性的現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)控、檢測、并處理故障的過程，尤其對(duì)于注塑機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的干擾進(jìn)行專門的歸類，列出對(duì)策。目的在于改變國內(nèi)普遍存在的注塑機(jī)干擾難處理的現(xiàn)象，使塑料企業(yè)做到安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率，更加適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。從而也可作為其他機(jī)械設(shè)備維修的參考資料。

關(guān)鍵詞：注塑機(jī)；控制系統(tǒng)；干擾對(duì)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(shí)代。EMI是由于不規(guī)則電磁擾動(dòng)而造成電子設(shè)備系統(tǒng)性能降低，要使得電子產(chǎn)品能正常工作，就要實(shí)現(xiàn)電磁兼容（Electromagnetic Compatible ,簡稱EMC），往往是做好了注塑機(jī)，在測試過程中有誤動(dòng)作才意識(shí)到有電磁干擾，實(shí)際上應(yīng)該在設(shè)計(jì)過程中就應(yīng)該考慮好電磁兼容問題，才能發(fā)揮注塑機(jī)控制系統(tǒng)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(dǎo)性干擾和空間輻射干擾，其中傳導(dǎo)性干擾又細(xì)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(huán)境輻射干擾和近處電磁場耦合干擾。

傳導(dǎo)性干擾，電壓電流的變化通過導(dǎo)線（信號(hào)線或電源線）傳輸?shù)膬煞N形態(tài)——共模和差模。以電流變化為例，差模與共模電流流動(dòng)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(huán)境輻射干擾，通過空間傳播,并對(duì)其它電子設(shè)備電路產(chǎn)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(qiáng)電的磁場中，產(chǎn)生了感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢。這可能會(huì)導(dǎo)致24 V接近感應(yīng)開關(guān)誤動(dòng)作，從而致使PLC或電腦的邏輯程序的錯(cuò)誤執(zhí)行。

3　注塑機(jī)干擾源

3.1注塑機(jī)出廠前干擾源分析

設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試過程中，依經(jīng)驗(yàn)可知四種干擾都不同程度地存在著，有時(shí)混合存在。

（1）共模干擾。接地不完善。注塑機(jī)上各個(gè)接地點(diǎn)電位高低不等，造成不同接地點(diǎn)間存在電位差，引起對(duì)地環(huán)路電流，產(chǎn)生共模干擾信號(hào)。

（2）差模干擾。

①伺服控制器的使用。由于伺服控制器會(huì)變頻變壓產(chǎn)生高次諧波，通過信號(hào)線或電源線傳導(dǎo)。

②電網(wǎng)的波動(dòng)干擾。鄰近大容量電氣設(shè)備的瞬間起停，拉低電壓產(chǎn)生尖峰電流，回饋在供電回路中。

③雷電的電涌。瞬間產(chǎn)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(huán)境傳遞過來，通過電箱導(dǎo)線形成的天然發(fā)送和接受裝置，疊加在信號(hào)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(chǎn)生的電磁場中，所產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢和自感電流。

3.2注塑機(jī)出廠后干擾源分析

生產(chǎn)過程中，由于有些客戶規(guī)模較小，沒有完整的接地系統(tǒng)，有的甚至沒有地線，所以注塑機(jī)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(xiàn)了。

4　注塑機(jī)干擾對(duì)策

要處理好注塑機(jī)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(yùn)用，只有這樣，才能做到有的放矢，最大程度上滿足注塑機(jī)對(duì)電磁兼容性的要求。

構(gòu)成干擾的三大要素：①干擾源；②被干擾對(duì)象；③干擾途徑。

要處理好干擾問題，就要必須把干擾源對(duì)被干擾對(duì)象的干擾降到越低越好，與此同時(shí)被干擾對(duì)象要受到保護(hù)，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(jī)會(huì)。

防干擾常用既有效又經(jīng)濟(jì)的三項(xiàng)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(huán)流。為了使整個(gè)接地系統(tǒng)都處在一個(gè)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?，F(xiàn)在市場對(duì)注塑機(jī)塑料成型基本要求就是快速、精密和節(jié)能。需要節(jié)能，動(dòng)力首選就是伺服驅(qū)動(dòng)器控制永磁同步伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)按需供油，杜絕溢流損耗。因伺服驅(qū)動(dòng)器輸出電壓是PWM波，含有一定的高次諧波，因此電機(jī)溫升、干擾和振動(dòng)會(huì)比工頻時(shí)有所增加。鑒于此，可以判斷伺服驅(qū)動(dòng)器就是干擾源，干擾途徑是信號(hào)和電源線，被干擾對(duì)象的可能就是0～10 V模擬量控制信號(hào)、24 V感應(yīng)器、直流繼電器、24 V壓力傳感器、電腦I/O板等。如果一項(xiàng)一項(xiàng)去處理干擾，任務(wù)變得很復(fù)雜。從源頭處理，就變得簡單了。

① 24 V與驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出電源從電箱兩個(gè)獨(dú)立的開孔出來就分開來走，一個(gè)走上面，另一個(gè)走下面，離得越遠(yuǎn)越好，盡量減少耦合干擾。

② 驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)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(qū)動(dòng)器端電源線和信號(hào)線套上環(huán)氧磁環(huán)，消耗干擾。

④ 在供電與伺服控制器之間串聯(lián)上電抗器，可抑制諧波電流對(duì)電網(wǎng)的影響，提高功率因數(shù)。

⑤ 在驅(qū)動(dòng)器輸入側(cè)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(hào)。

⑥ 電腦輸出給驅(qū)動(dòng)器的0～10 V信號(hào)，在電腦I/O側(cè)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(hào)，在在電腦I/O側(cè)也加裝濾波電容。順便說一下，伺服控制器主要是傳導(dǎo)干擾，它的輻射干擾反而小，其實(shí)沒有必要一定要做個(gè)單獨(dú)控制箱來安裝。

（2） 電網(wǎng)波動(dòng)造成的。用電設(shè)備如開關(guān)電源、電腦、驅(qū)動(dòng)器都有對(duì)輸入的電壓有一定的適應(yīng)能力，但是過高會(huì)造成損壞。例如國內(nèi)伺服驅(qū)動(dòng)器的直流母線大多是700 V多一點(diǎn)，如果電網(wǎng)電壓變得較高，將會(huì)拉高直流母線的電壓，易造成其壞掉。條件允許的話，加一個(gè)交流穩(wěn)壓器，遏制電網(wǎng)電壓突變對(duì)注塑機(jī)的沖擊。

還有就是電腦電源部分。而電源是干擾信號(hào)進(jìn)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(shí)現(xiàn)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(hù)接地。常有的接地線有四種。一是信號(hào)地線，包括數(shù)字地、模擬地、直流地、系統(tǒng)地，注塑機(jī)的信號(hào)線大部分采用低電壓控制，應(yīng)采用直接接地及一點(diǎn)接地的方式；二是信號(hào)的屏蔽層地線，當(dāng)信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)源側(cè)接地；三是交流地線，包括電動(dòng)機(jī)、大功率電器的地線；四是保護(hù)地線，包括電源箱體、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)器外殼等，可和注塑機(jī)的交流電源地線相連。

雷擊頻繁的地區(qū)，應(yīng)在控制用電處加裝過電流保護(hù)裝置。

4.3輻射干擾

這對(duì)注塑機(jī)影響不大，但是有時(shí)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(dǎo)線的輻射干擾。通常的做法就是做一個(gè)完全封閉的鐵質(zhì)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(chǎn)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(shí)現(xiàn)電場屏蔽。只要注意屏蔽的完整性，如果屏蔽體不完整，將導(dǎo)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(chǎn)生的電磁場中，所產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢和自感電流。信號(hào)線與電源線、直流與交流都會(huì)產(chǎn)生干擾，因此對(duì)傳導(dǎo)線路合理布置很重要。

① 直流與交流，若不能分開時(shí)也要垂直布線，可減少耦合干擾。

② 模擬量信號(hào)線應(yīng)采用屏蔽雙絞線，并且將屏蔽層接地。

③ 在振動(dòng)的環(huán)境中把信號(hào)導(dǎo)線固定，減少電磁感應(yīng)。

④ I/O板輸入端有感性負(fù)載時(shí)，信號(hào)轉(zhuǎn)換會(huì)有電量突變而產(chǎn)生干擾或損壞，交流信號(hào)則在負(fù)載兩端并接浪涌吸收器，如果是直流信號(hào)則并接續(xù)流二極管。

⑤ 交流接觸器，其在開合的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生電弧，可在觸點(diǎn)兩端并接浪涌吸收器。

5　結(jié)語

隨著注塑機(jī)的不斷優(yōu)化，通過正確策略，可以有效地提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力。但在惡劣的生產(chǎn)現(xiàn)場中應(yīng)認(rèn)真分析系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障和干擾源，有針對(duì)性地采取對(duì)應(yīng)的方法，以使注塑機(jī)系統(tǒng)更安全可靠。

參考文獻(xiàn)：

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(P-01)

Countermeasures against electromagnetic interference of injection molding machine control system

中圖分類號(hào)：TQ320.5

文章編號(hào)：1009-797X(2016)12-0096-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編程多年。

收稿日期：2016-05-12

基金項(xiàng)目：2015年度順德區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20150202020）