1 引言

 

今天，伺服係統和CNC
、PLC
、變(bian)頻(pin)器(qi)等(deng)其(qi)它(ta)自(zi)動(dong)化(hua)產(chan)品(pin)一(yi)樣(yang)，已(yi)經(jing)成(cheng)熟(shu)應(ying)用(yong)於(yu)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)的(de)各(ge)個(ge)領(ling)域(yu)。伺(si)服(fu)驅(qu)動(dong)器(qi)是(shi)集(ji)強(qiang)電(dian)和(he)弱(ruo)電(dian)，數(shu)字(zi)和(he)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)於(yu)一(yi)體(ti)的(de)電(dian)能(neng)變(bian)換(huan)裝(zhuang)置(zhi)，不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)的(de)存(cun)在(zai)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti)。尤(you)其(qi)2015年YY0505-2012標準的強製執行，更促進了醫療器械行業對電磁兼容問題的重視。

 

針對伺服係統的電磁兼容性問題本文以某公司設計的一款以伺服係統為主的醫療機器人的EMC幹擾類型
、風險評估以及抵製方法等幾個方麵進行闡述。

 

 

2 醫療機器人功能板塊布置框架

 

醫療機器人功能板塊布置框圖見下圖：

 

醫療機器人功能板塊布置框圖

 

3 醫療機器人幹擾類型及風險

 

1.來自空間的輻射幹擾

 

來lai自zi空kong間jian的de輻fu射she幹gan擾rao分fen布bu極ji為wei複fu雜za，通tong常chang都dou是shi電dian磁ci感gan應ying的de形xing式shi在zai空kong間jian傳chuan播bo的de。這zhe類lei幹gan擾rao像xiang空kong氣qi一yi樣yang也ye無wu處chu不bu在zai，如ru打da手shou機ji時shi，電dian視shi機ji的de圖tu像xiang會hui產chan生sheng雪xue花hua點dian。飛fei機ji飛fei行xing中zhong禁jin止zhi使shi用yong手shou機ji等deng也ye是shi基ji於yu避bi免mian輻fu射she幹gan擾rao的de考kao慮lv。

 

那麼
，對於醫療標準YY0505裏這類幹擾主要是以輻射抗擾度為主
，風險在於輻射幹擾存在時可能會引起PC工作的不正常，例如
，PC機(ji)損(sun)壞(huai)
，液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)器(qi)顯(xian)示(shi)異(yi)常(chang)
，機(ji)械(xie)手(shou)臂(bi)的(de)動(dong)作(zuo)不(bu)受(shou)控(kong)等(deng)。機(ji)械(xie)手(shou)臂(bi)作(zuo)為(wei)醫(yi)療(liao)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)主(zhu)要(yao)功(gong)能(neng)不(bu)能(neng)有(you)任(ren)何(he)異(yi)常(chang)，尤(you)其(qi)不(bu)受(shou)控(kong)的(de)動(dong)作(zuo)是(shi)絕(jue)對(dui)不(bu)允(yun)許(xu)的(de)。

 

2.來自係統內部配線間的輻射幹擾

 

這類幹擾的途徑多為自控係統中的變頻器和伺服驅動器產生的噪音

，經由電源電纜、信號電纜或者錯誤的接地電纜等，輻射到係統中的其它電纜，從而影響到機械設備的穩定運行。

 

根據框圖
，我們可以分析到低壓直流配線與AC220V配線間的輻射幹擾，主板接口線
、絕對位置編碼器線、CAN通信線
、直流電源線、電機線

、編碼線等線間相互幹擾等。都可能會幹擾PC和機械手臂的正常工作。

 

3.來自係統外部的傳導幹擾

 

● 所使用的電網中可能會由於主要的電力係統開關瞬態及雷電瞬態產生的浪湧幹擾；浪湧的能力相對較大，極有可能把沒有防護的機器人的電源部分打壞。

 

● 由導體中的工頻電流產生的，或由附近的其他裝置（如變壓器的漏磁通）所產生的工頻磁場幹擾。一般會影響機器人的傳感器采集傳輸數據的準確性，影響機器人的正常工作。

 

● 由電網（主要是短路）或負荷突然出現大的變化引起的。在某些情況下會出現兩次或多次連續的暫降或中斷
，會引起機器人內部某些電路複位不成功
、shujubaocunchucuo。youlaizishepinfashejidediancichang，gaidiancichangkenengzuoyongyulianjieanzhuangshebeidezhenggedianlanshang。tongguoxianlanchuandaodefangshikenenghuiyingxiangjiqirendezhengchanggongzuo。

 

● 當人體攜帶的靜電靠近或接觸機器人時對機器人的放電
，也可能會影響機器人的正常工作，元器件打壞等等。

 

4.係統向空間的發射

 

在(zai)機(ji)器(qi)人(ren)內(nei)部(bu)，開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)和(he)伺(si)服(fu)驅(qu)動(dong)器(qi)內(nei)部(bu)的(de)整(zheng)流(liu)部(bu)分(fen)多(duo)采(cai)用(yong)非(fei)線(xian)性(xing)整(zheng)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)，其(qi)產(chan)生(sheng)的(de)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)勢(shi)必(bi)會(hui)引(yin)起(qi)網(wang)側(ce)電(dian)壓(ya)的(de)畸(ji)變(bian)。其(qi)中(zhong)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)引(yin)起(qi)的(de)差(cha)模(mo)電(dian)流(liu)為(wei)導(dao)線(xian)直(zhi)接(jie)耦(ou)合(he)的(de)方(fang)式(shi)在(zai)電(dian)氣(qi)線(xian)路(lu)中(zhong)傳(chuan)輸(shu)，共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)則(ze)通(tong)過(guo)和(he)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)之(zhi)間(jian)的(de)容(rong)性(xing)耦(ou)合(he)形(xing)成(cheng)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)回(hui)路(lu)。同(tong)時(shi)功(gong)率(lv)模(mo)開(kai)關(guan)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)頻(pin)的(de)電(dian)磁(ci)噪(zao)聲(sheng)則(ze)通(tong)過(guo)能(neng)量(liang)輻(fu)射(she)的(de)形(xing)式(shi)對(dui)外(wai)線(xian)路(lu)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao)。

 

4 醫療機器人的幹擾抑製技術

 

1.布局

 

電櫃設計必須使用金屬材料，根據EMC的(de)區(qu)域(yu)原(yuan)則(ze)，合(he)理(li)的(de)布(bu)局(ju)。將(jiang)不(bu)同(tong)的(de)設(she)備(bei)規(gui)劃(hua)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)區(qu)域(yu)中(zhong)
，伺(si)服(fu)驅(qu)動(dong)器(qi)單(dan)元(yuan)應(ying)盡(jin)量(liang)靠(kao)近(jin)安(an)裝(zhuang)在(zai)櫃(gui)子(zi)的(de)底(di)部(bu)，使(shi)用(yong)接(jie)地(di)金(jin)屬(shu)隔(ge)離(li)板(ban)將(jiang)區(qu)域(yu)隔(ge)離(li)
，或(huo)者(zhe)獨(du)立(li)安(an)裝(zhuang)在(zai)金(jin)屬(shu)電(dian)櫃(gui)中(zhong)。

 

電櫃中保證良好的通風和散熱，不要阻擋風扇的正常流通。

 

電櫃中布線應強弱分開，信號線和動力線要分開走線。

 

AC接觸器和DC繼電器安裝要遠離I/O部件和信號電纜
，並且要使用正確的RC抑製組件和二極管，減少線圈吸合時噪音汙染。

 

2.接地

 

合理和可靠的接地是解決傳導性幹擾最為有效的方法
，同時也會消除共模幹擾的影響。錯誤的接地不但不能減少幹擾
，反而成為幹擾的“幫凶“。

 

接地根據用途分類可以分為信號地、屏蔽地、保護地。

 

電櫃中所有的電氣組件接地端子（變頻器、PLC）都要使用短而粗的接地線可靠的連接到公共接地點或者接地母排PE上。

機器人的框架的連接處不要有油漆隔離，實現有效連接後，接入係統地PE，有效的接地
，可以減少脈衝群、輻射騷擾的影響。

 

3.濾波

 

總電源和各分支電源輸入（AC380/220V）的濾波，主要使用EMI濾波器和磁環。

 

DC電源輸出的濾波，EMI濾波器和磁環。

 

驅動器的輸入的濾波，EMI濾波器和磁環。

 

PCB的濾波，主要是低頻和高頻濾波，使用共模電感，RC
，磁珠等。

 

信號端口濾波器

 

電源高頻濾波器

 

電機噪聲濾波

 

有you刷shua電dian機ji在zai轉zhuan動dong的de過guo程cheng中zhong，碳tan刷shua在zai不bu斷duan的de拉la電dian弧hu
，電dian弧hu產chan生sheng高gao頻pin噪zao聲sheng。高gao頻pin噪zao聲sheng通tong過guo電dian機ji引yin線xian及ji外wai殼ke縫feng隙xi往wang外wai輻fu射she。電dian機ji金jin屬shu外wai殼ke能neng對dui內nei部bu輻fu射she噪zao聲sheng進jin行xing反fan射she和he吸xi收shou。抑yi製zhi噪zao聲sheng往wang外wai輻fu射she。雖sui然ran這zhe樣yang還hai是shi會hui有you很hen多duo輻fu射she噪zao聲sheng通tong過guo電dian機ji引yin線xian往wang外wai輻fu射she。因yin此ci我wo們men對dui電dian機ji的de輻fu射she整zheng改gai更geng多duo的de是shi針zhen對dui電dian機ji引yin線xian進jin行xing處chu理li。重zhong點dian介jie紹shaoBDL濾波器在電機的運用。

 

 

某24V/27W信號直流馬達未使用BDL EMI濾波器前測試數據

 

使用1206
，100nF BDL EMI濾波器後的測試數據

 

4.屏蔽

 

伺si服fu驅qu動dong放fang大da器qi單dan元yuan到dao電dian機ji動dong力li電dian纜lan應ying使shi用yong金jin屬shu屏ping蔽bi層ceng的de電dian纜lan，電dian纜lan線xian應ying該gai盡jin量liang的de短duan，同tong時shi屏ping蔽bi層ceng用yong金jin屬shu夾jia子zi將jiang電dian線xian屏ping蔽bi層ceng固gu定ding在zai接jie地di的de安an裝zhuang板ban上shang，以yi避bi免mian功gong率lv損sun耗hao
，減jian少shao幹gan擾rao。電dian櫃gui通tong風feng開kai了le要yao使shi用yong密mi集ji金jin屬shu網wang絡luo，切qie口kou越yue小xiao越yue好hao。因yin為wei狹xia孔kong可ke能neng在zai電dian櫃gui中zhong輻fu射she高gao頻pin座zuo號hao。電dian櫃gui的de櫃gui門men和he電dian纜lan的de進jin線xian口kou要yao可ke靠kao接jie地di，避bi免mian電dian櫃gui內nei部bu的de幹gan擾rao磁ci場chang通tong過guo屏ping蔽bi電dian纜lan泄xie漏lou出chu去qu。櫃gui門men要yao使shi用yong有you傳chuan導dao性xing的de密mi封feng墊dian
，緊jin貼tie櫃gui體ti。

 

伺服驅動、通信口
，PC以及液晶顯示器進行有效的屏蔽，可有效減少EMI的影響。

 

5 結束語

 

控製係統中的幹擾是一個十分複雜的問題
，隻有設計工程師在設計過程中做到“未雨綢繆，防微杜漸”，堅持“預防是最有效
、最經濟的方法”的準則
，來綜合和全麵的考慮各方麵的因素，才能夠有效地避免係統幹擾的的發生
，從而保證設備穩定可靠的運行。

本文轉載自韜略科技EMC。

 

 

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