淺析伸縮臂控制系統(tǒng)屏蔽搭接對(duì)傳導(dǎo)干擾的影響

摘? 要：隨著工程機(jī)械智能化的發(fā)展，越來越多的智能電子產(chǎn)品在工程機(jī)械中得以應(yīng)用，但是工程機(jī)械在作業(yè)時(shí)收到的電磁干擾也越來越嚴(yán)重?；诖?，本文以起重機(jī)伸縮臂控制系統(tǒng)為例，通過對(duì)控制系統(tǒng)屏蔽搭接的不同方式來分析該控制系統(tǒng)的可靠性以及對(duì)電磁環(huán)境的抗干擾能力，以期為相關(guān)研究人員提供參考。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng);電磁兼容;可靠性

中圖分類號(hào)：TH69? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）07-0000-00

0 引言

隨著我國(guó)工業(yè)發(fā)展水平的不斷提高，起重機(jī)已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。由于大量電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使得起重機(jī)在起重作業(yè)時(shí)，會(huì)存在著電磁干擾現(xiàn)象，尤其是在機(jī)場(chǎng)、發(fā)電廠以及大型變電站等電磁輻射強(qiáng)烈的場(chǎng)所該問題更為嚴(yán)重。電磁干擾現(xiàn)象的存在嚴(yán)重影響了起重機(jī)的安全性、可靠性。電磁兼容（EMC，Electromagnetic Compatibility）是指各設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能夠執(zhí)行各項(xiàng)功能的共存狀態(tài)和能力，即某一設(shè)備不會(huì)受到處于同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁干擾導(dǎo)致不允許的功能降級(jí);同時(shí)也不會(huì)使處于同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備因受到其他設(shè)備電磁干擾導(dǎo)致不允許的功能降級(jí)。

1 起重機(jī)伸縮臂控制系統(tǒng)

本文主要針對(duì)起重機(jī)伸縮臂的控制系統(tǒng)[1]。其控制系統(tǒng)的主要電器件包括：控制器、傳感器、卷筒、線纜及電磁閥等。起重機(jī)伸縮臂內(nèi)有一套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，通過控制器控制各個(gè)傳感器工作，利用CAN信號(hào)與卷筒進(jìn)行通信，卷筒與下車控制模塊也通過CAN信號(hào)相連，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)其他動(dòng)作功能，組成框圖如圖1所示。

2 起重機(jī)伸縮臂控制系統(tǒng)電磁干擾分析

電磁干擾的發(fā)生必須具備三個(gè)基本條件：干擾源、耦合路徑、敏感設(shè)備。按耦合路徑的不同對(duì)電磁干擾進(jìn)行分類，主要有輻射干擾和傳導(dǎo)干擾[2]，如圖2所示。

2.1 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

本文主要以大電流注入法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為ISO11452-4 汽車電子電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試頻率范圍是（1～400）MHz;分四個(gè)等級(jí)加一個(gè)待定，見表1。

2.2 控制系統(tǒng)傳導(dǎo)干擾

在起重機(jī)伸縮臂伸縮工作時(shí)，其是依靠?jī)?nèi)部伸縮油缸的相互作用，由于各個(gè)節(jié)臂之間通過臂銷連接，從而導(dǎo)致各節(jié)臂之間阻值不穩(wěn)定;同時(shí)油缸與伸縮臂之間是依靠缸銷連接，由于潤(rùn)滑油、接觸力等因素導(dǎo)致其連通性也不穩(wěn)定。因此，當(dāng)起重機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境惡劣時(shí)，在天線效應(yīng)的影響下[3]，起重機(jī)伸縮臂會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，此時(shí)伸縮臂可作為一高阻值的金屬導(dǎo)體，又因上述節(jié)臂之間、節(jié)臂與油缸之間連接的不穩(wěn)定性，使得感應(yīng)電流會(huì)通過電氣系統(tǒng)的公共地進(jìn)入控制器，從而對(duì)控制器產(chǎn)生電磁干擾。

3 起重機(jī)伸縮臂控制系統(tǒng)屏蔽搭接分析

為解決電磁干擾對(duì)起重機(jī)伸縮臂控制系統(tǒng)的影響，搭接屏蔽線是提高控制系統(tǒng)電磁抗擾度的有效方式之一。理想的屏蔽搭接方式是屏蔽搭接在同一個(gè)結(jié)構(gòu)體上（整個(gè)起重機(jī)為連接良好的、低阻抗的導(dǎo)體），并且屏蔽層與連接器、結(jié)構(gòu)體搭接的阻值足夠小。但在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，CAN總線屏蔽電纜通過24芯連接器與控制器之間連接，因此可以搭接在同一結(jié)構(gòu)體上;而卷筒屏蔽電纜的屏蔽層的實(shí)際結(jié)構(gòu)是跨接在兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)體上，CAN總線屏蔽電纜及卷筒屏蔽電纜的頭部搭接點(diǎn)位于伸縮油缸的缸筒上，而卷筒的尾部在轉(zhuǎn)臺(tái)處搭接，理論上伸縮油缸的缸體與活塞桿絕緣，這就造成伸縮油缸缸筒與轉(zhuǎn)臺(tái)是絕緣的，實(shí)際測(cè)試中，伸縮油缸缸體與活塞桿的電阻從0Ω到1000Ω不等。因而，對(duì)于卷筒的屏蔽線纜來說，兩端的搭鐵點(diǎn)在中間有一個(gè)不確定的阻值：阻值低時(shí)，相當(dāng)于屏蔽層雙端搭接;阻值高時(shí)，相當(dāng)于屏蔽層單端搭接。因此根據(jù)實(shí)際情況，可采取以下幾種搭接方式：（1）高阻抗屏蔽搭接;（2）屏蔽與信號(hào)地搭接處理;（3）屏蔽地與信號(hào)地分別處理。

通過電磁抗干擾度測(cè)試，對(duì)比測(cè)試結(jié)果如表2所示。

（1） 如圖3所示，電纜卷筒屏蔽層兩端分別接在下車轉(zhuǎn)臺(tái)和伸縮缸上;CAN 總線屏蔽電纜單端接在伸縮缸筒上。 在測(cè)試等級(jí)I可順利通過，等級(jí)II往后CAN信號(hào)傳輸過程中出現(xiàn)通訊錯(cuò)誤，等級(jí)越高通訊錯(cuò)誤越嚴(yán)重，頻率范圍不固定。 在測(cè)試等級(jí)I，II，III，IV，總是在10MHz以下個(gè)別頻段，會(huì)出現(xiàn)少量錯(cuò)誤數(shù)據(jù)幀，與電纜卷線纜屏蔽層單端搭接效果相同。

（2） 如圖4所示，借用信號(hào)地線，與卷筒屏蔽層搭接在同一搭接點(diǎn)，當(dāng)線纜被干擾時(shí)，雖然信號(hào)地將伸縮油缸缸筒與轉(zhuǎn)臺(tái)連接，但屏蔽層未能起到屏蔽作用，效果與屏蔽層單端搭接效果相同。 在測(cè)試等級(jí)I，II，III，IV可順利通過，此時(shí)CAN總線屏蔽電纜是雙端搭接。 仍舊存在上述搭接方式（1）的現(xiàn)象。與電纜卷線纜屏蔽層單端搭接效果相同。

（3） 如圖5所示，在卷筒線纜中，采用獨(dú)立的一根導(dǎo)線用于屏蔽地，嚴(yán)格與信號(hào)地分開，屏蔽地用于將伸縮油缸缸筒與轉(zhuǎn)臺(tái)連接起來，但不能與線纜屏蔽層或信號(hào)地進(jìn)行共點(diǎn)搭接處理。 CAN總線在測(cè)試等級(jí)I，II，III，IV可順利通過，此時(shí)CAN總線屏蔽電纜是雙端搭接。 可以順利通過測(cè)試等級(jí)I，II，III，IV，電纜卷筒屏蔽線纜也相當(dāng)于屏蔽雙端搭接。

4 結(jié)論

通過上述搭接及測(cè)試分析，對(duì)起重機(jī)伸縮臂控制系統(tǒng)屏蔽搭接形式可采用幾種屏蔽搭接方式：（1）信號(hào)地（參考地）與屏蔽地嚴(yán)格區(qū)分;（2）與屏蔽層連接的搭接面應(yīng)選擇面積盡可能大，阻抗盡可能低，兩搭接點(diǎn)之間的跨節(jié)電阻不應(yīng)大于0.5Ω;（3）屏蔽層搭接方式應(yīng)采用雙端接地或多端接地方式。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆麗娟，徐曉東，東權(quán)，等.起重臂單缸插銷式自動(dòng)伸縮控制技術(shù)[J].工程機(jī)械，2004（9）：17-19+1.

[2] 譚偉，高本慶，劉波.EMC測(cè)試中的電流注入技術(shù)[J].安全與電磁兼容，2003（4）：19-22.

[3] 劉義凱，劉麗娜.集成電路中的天線效應(yīng)[J].微處理機(jī)，2011（6）：6-7+11.

收稿日期：2020-06-03

作者簡(jiǎn)介：肖興軍（1983—），男，山東臨沂人，碩士研究生，工程師，研究方向：智能控制。

Telescopic Boom Control System Shields the Influence of Overlap on Conducted Interference

XIAO Xingjun

（Jiangsu Xuzhou Construction Machinery Research Institute， Xuzhou Jiangsu? 221000）

Abstract：With the development of intelligent construction machinery， more and more intelligent electronic products are applied in construction machinery， however the electromagnetic interference received by construction machinery is becoming more and more serious. Based on this， this paper takes crane telescopic boom control system as an example， the reliability of the control system and its anti-interference ability to the electromagnetic environment are analyzed by shielding and overlapping the control system， in order to provide reference for related researchers.

Key words： control system; electromagnetic compatibility; reliability