Решаване на проблеми с електромагнитни смущения (EMI) в серводвигатели

Изграждаме ръчни и моторизирани сцени повече от 9 години. Също така произвеждаме автоматизирани платформи за подравняване. Така че сме виждали много проблеми с електромагнитните смущения. Някои са лесни. Други ви карат да искате да си скубете косите.

Ако работите с оптично подравняване, познавате усещането. Сцената се движи. Камерата гледа. Изображението е шумно. Позицията е отклонена с няколко микрона. Проверявате механиката. Всичко е стегнато. Тогава осъзнавате, че проблемът не е механичен. Това е електрически шум.

Това ръководство е за купувачи, инженери и всеки, който се нуждае отетап на серво моторакоето всъщност работи в истинска фабрика. Без излишни приказки. Само практични неща, които сме научили от реални проекти.

Какво причинява EMI на серво моторния етап

EMI е съкращение от електромагнитна интерференция. Това е нежелан електрически шум. Той може да се разпространява по кабели или по въздух. Когато попадне на сцената, той нарушава работата на устройството, енкодера, камерата или сензорите.

Резултатът?Смущения в управлението на движението. Сцената не се движи точно там, където сте ѝ казали. Понякога е малка грешка. Понякога е голяма. При оптичното подравняване дори малка грешка е голям проблем.

В лабораторията видяхме стандартна платформа с повторяемост от 2 µm. На производствената линия тя падна до 15 µm. Същата платформа. Същата механика. Единствената разлика беше електромагнитните смущения от близкото оборудване.

Откъде идват електромагнитните смущения в моторизираните сцени

EMI в моторизирани стъпалаобикновено идва от четири места. Нека ги разгледаме по-подробно.

Устройството обикновено е основният заподозрян

Повечето серво задвижвания използват ШИМ. Това означава, че те включват и изключват захранването много бързо. Говорим за честоти от 10 kHz до 100 kHz или повече. Това бързо превключване създава високочестотен шум. То е най-големият източник на електромагнитни смущения в повечето системи.

Кабели и заземяване: Обичайните заподозрени

Захранващите и сигналните кабели никога не трябва да се свързват. Ако се свържат, шумът прескача от единия към другия. Виждали сме 3-метров участък от неекраниран кабел за енкодер до захранващ кабел 220 V. Това е добавило 10 µm грешка. Само заради трасето на кабела.

Лошото заземяване е друг сериозен проблем. Заземителната верига действа като антена. Тя улавя шума и го изпраща директно към вашия енкодер или камера.

Енкодерите и камерите са жертвите

Енкодерите изпращат сигнали с ниско напрежение. Те са лесни за смущение. Ако кабелът на енкодера не е екраниран, шумът може да промени импулсите. Тогава задвижването смята, че сцената е някъде, където не е.

Камерите също са чувствителни. Електромагнитните смущения се показват като линии, сняг или търкалящи се ленти в изображението. Софтуерът вижда грешния ръб. Той изчислява грешното отместване. Сцената се мести на грешното място.

Други източници, за които може би не сте се сетили

Заваръчни апарати, помпи, лазери и дори флуоресцентни лампи могат да създават електромагнитни смущения. Веднъж имахме клиент, чиято платформа се повреждаше всеки път, когато се включваше заваръчен апарат наблизо. Платформата беше наред. Проблемът беше в околната среда.

Защо автоматизираното оптично подравняване е толкова чувствително

EMI в моторизирани платформи за автоматизирани оптични центровкие често срещан и скъп проблем. Ето защо.

Оптичното подравняване е процес със затворен контур. Камерата наблюдава маркировка. Софтуерът изчислява отместването. Масата се премества, за да го коригира. След това камерата проверява отново. Ако в сигнала на камерата попадне електромагнитно смущение, изображението не е ясно. Ако в сигнала на енкодера попадне електромагнитно смущение, устройството се обърква. Контурът никога не се установява.

В много фабрики целта е от 1 µm до 5 µm. EMI може лесно да добави грешка от 10 µm до 50 µm. Това е разликата между преминаване и неуспешно преминаване на теста.

Как да се намалят смущенията при управление на движението в серводвигателите за автоматизирани платформи за оптично подравняване?

Това е големият въпрос.Как да се намалят смущенията при управление на движението в серводвигателите за автоматизирани платформи за оптично подравняване?Отговорът не е в една магическа част. Това е системен подход.

Ето 8 неща, които правим в реални проекти.

1. Използвайте екранирани кабели с усукана двойка

Екранирането блокира електрическите полета. Усукването премахва магнитните полета. Използвайте екранирана усукана двойка за енкодери. Използвайте екранирани кабели за захранване на двигателя. Свържете екранирането в двата края за високочестотен шум. За нискочестотен шум опитайте единия край. Тествайте и двата.

Един добър екран може да намали шума с 20 dB до 40 dB. Това е от 10 до 100 пъти по-малко шумово напрежение.

2. Дръжте захранващите и сигналните кабели разделени

Дръжте захранващите кабели на поне 20 см разстояние от сигналните кабели. Ако трябва да се пресичат, правете това под ъгъл от 90 градуса. Никога не ги прокарвайте успоредно на дълги разстояния. Това просто правило може да намалисмущения в контрола на движениетонаполовина или повече.

3. Поправете заземяването си

Използвайте едноточково заземяване за аналогови сигнали. Използвайте заземителна равнина за високочестотен шум. Поддържайте заземителните кабели къси и дебели. Избягвайте верижно свързване. Лошото заземяване може да влоши електромагнитните смущения, а не да ги подобри.

4. Добавете EMI ​​филтри и феритни сърцевини

Инсталирайте EMI ​​филтър на AC входа на задвижването. Добавете феритни сърцевини на кабелите на двигателя и енкодера. Феритната сърцевина може да добави от 10 dB до 30 dB импеданс при висока честота. Тя предотвратява разпространението на шум по кабела.

5. Изберете задвижвания и двигатели с ниско ниво на електромагнитни смущения

Не всички задвижвания са еднакви. Някои имат плавно превключване. Някои имат вградени филтри. Някои двигатели имат по-добър дизайн на намотките. Поискайте данни от тестове за EMI. Задвижвания с нисък EMIетап на серво мотораможе да струва с 10% до 20% повече. Но може да спести 50% от времето за отстраняване на грешки.

6. Подобрете обратната връзка на енкодера

Използвайте диференциални енкодери вместо еднопосочни. Диференциалните сигнали елиминират синфазния шум. Използвайте оптични енкодери в силни магнитни полета. Използвайте магнитни енкодери в замърсена среда. Съобразете енкодера с работата.

7. Измерете, преди да поправите

Не можеш да поправиш това, което не можеш да измериш. Използвайте осцилоскоп, за да проверите сигналите от енкодера. Използвайте EMI ​​приемник, за да откриете излъчен шум. Проверете близо до камерата, енкодера и задвижването. Запишете нивото на шума преди и след всяка поправка.

8. Използвайте софтуерните филтри като последна мярка

Понякога хардуерът не е достатъчен. Можете да добавите режекторен филтър в устройството. Можете да добавите нискочестотен филтър в софтуера на камерата. Можете да осредните множество показания. Тези методи не премахват електромагнитните смущения, но намаляват ефекта им.

Таблица 1 показва какъв вид подобрение можете да очаквате.

Сервомоторна платформа с ниски EMI смущения спрямо стандартна сервомоторна платформа за автоматизирано оптично подравняване

Когато купувате каскада, имате избор. Можете да закупите стандартна каскада. Или можете да закупите каскада с ниски EMI.Сервомоторна платформа с ниски EMI смущения спрямо стандартна сервомоторна платформа за автоматизирано оптично подравняванеСравнението е важно. То влияе върху цената, времето за изпълнение и производителността.

Ето как се сравняват.

Стандартна платформа е достатъчна за прости задачи. Ако се движите от точка А до точка Б с точност от 50 µm, електромагнитните смущения може да нямат значение. Но ако подравнявате оптичните компоненти с точност от 1 µm, стандартната платформа може да се повреди.

Етапът с ниски EMI струва повече. Но намалява риска. Спестява време за инженеринг. Подобрява добива. В много проекти допълнителните разходи се изплащат за седмици.

Прост контролен списък за избор

Как избирате правилнияетап на серво мотораИзползвайте този контролен списък.

Стъпка 1: Определете вашата EMI среда.Избройте оборудването наблизо. Заваръчните апарати, помпите, лазерите и задвижванията са силни източници на шум. Проверете разстоянието. Проверете честотата.

Стъпка 2: Проверете повторяемостта, не само разделителната способност.Една платформа може да има резолюция от 0,1 µm. Но ако повторяемостта е 5 µm, тя не може да поддържа подравняване от 1 µm. Поискайте тестови данни за електромагнитни смущения.

Стъпка 3: Попитайте за екранирането и заземяването.Екранирани ли са кабелите? Как е свързано екранирането? Има ли заземителна равнина? Можете ли да предоставите схема за заземяване?

Стъпка 4: Прегледайте дизайна на кабела и конектора.Металните конектори са по-добри от пластмасовите. Те осигуряват екраниране. Проверете радиуса на огъване на кабела. Силното огъване може да счупи екранирането.

Стъпка 5: Заявете данни от EMI теста.Поискайте данни за излъчени и кондуктивни емисии. Поискайте данни от тестове за имунитет. Ако доставчикът не може да ги предостави, бъдете внимателни.

Стъпка 6: Обмислете общите разходи.Не сравнявайте само цената на етапа. Включете времето за инженеринг, времето за отстраняване на грешки, времето за престой и загубата на добив.

Реални случаи от нашия производствен цех

Виждали смеEMI в моторизирани стъпалав много индустрии. Ето четири реални случая.

Случай 1: Инспекция на полупроводникови пластини.Клиентът е използвал стандартенетап на серво мотораКамерата регистрира шум от 5 µm. Повторяемостта на платформата беше 3 µm. След добавяне на екранирани кабели и феритна сърцевина, шумът спадна до 1 µm. Добивът се подобри с 8%.

Случай 2: Ремонт на дисплей.Система за ремонт на дисплеи е имала случайни повреди в задвижването на всеки 20-30 цикъла. Причината е била заземяваща верига между масата и лазера. Едноточково заземяване и изолиращ трансформатор са го отстранили. Появите на повреди са спрели напълно.

Случай 3: Сканиране на медицински препарати.Медицински скенер се нуждаеше от плавно движение. Стойката вибрираше със 100 Hz. Причината беше ШИМ шум от задвижването. Нискочестотен филтър и задвижване с ниски EMI намалиха вибрациите с 90%.

Случай 4: Лазерно подравняване.Лазерна платформа за центровка имаше грешка в позиционирането от 10 µm. Кабелът на енкодера беше неекраниран. Той минаваше до захранващ кабел 220 V в продължение на 3 метра. След разделяне на кабелите и използване на екраниран кабел на енкодера, грешката спадна до 1,5 µm.

ЧЗВ

Как да се намалят смущенията при управление на движението в серводвигателите за автоматизирани платформи за оптично подравняване?
Използвайте екранирани кабели. Разделете захранването и сигнала. Заземете правилно. Добавете филтри и ферити. Изберете каскад с ниско EMI. Тествайте с осцилоскоп. Тези стъпки намаляват...смущения в контрола на движениетос 80% до 95% в повечето случаи.

Кой е най-големият източник на електромагнитни смущения в серво мотор?
PWM серво задвижването е най-големият източник. Кабелите на двигателя са втори. Заземителните контури са трети.

Мога ли да поправя EMI без да променя етапа?
Да. Можете да добавите филтри, ферити и екранирани кабели. Можете да подобрите заземяването. Но ако дизайнът на сцената е лош, може да получите само частично подобрение.

Колко струва един серво мотор с ниско EMI?
Етап с ниски EMI струва от 10% до 30% повече от стандартен етап. Точната цена зависи от хода, натоварването и точността.

Необходима ли ми е ниска степен на електромагнитни смущения (EMI) за чиста стая?
Чистите помещения не премахват електромагнитните смущения (ЕМС). Но оборудването за чисти помещения често е чувствително. Стенд с ниски ЕМС е добър избор за оптично подравняване на чисти помещения.

Как да тествам EMI?
Използвайте осцилоскоп за шум от сигнала. Използвайте EMI ​​приемник за излъчен шум. Тествайте камерата, енкодера и задвижването. Сравнете преди и след всяка корекция.

Защо да работите с нас

В този бизнес сме повече от 9 години. Изработваме ръчни и моторизирани платформи. Също така произвеждаме автоматизирани платформи за центровка. Фокусираме се върху научноизследователска и развойна дейност, производство и продажби. Разбираме електромагнитните смущения (ЕМС), защото ги тестваме всеки ден.

Нашиятетап на серво мотораопциите включват:

Комплекти кабели с ниска EMI стойност.

Екранирани кабели за енкодер.

Вградени EMI филтри.

Диференциални енкодери.

Проектиране на заземяване по поръчка.

Данни от EMI тестове при поискване.

Ние не просто продаваме сцена. Ние ви помагаме да решите целия проблем с движението. Ако имате проблем с електромагнитни смущения (EMI), изпратете ни вашата конфигурация. Можем да прегледаме вашите кабели, заземяване и настройки на задвижването. Можем да ви препоръчаме сцена с ниски EMI смущения, която отговаря на вашия бюджет.

Нека поговорим за вашия проблем с електромагнитните смущения

Изграждате ли автоматизирана платформа за оптично подравняване? Уморени ли сте отсмущения в контрола на движениетоИмате ли нужда отетап на серво моторакойто работи в шумна фабрика?

Свържете се с нас още днес. Споделете вашата цел за точност, диапазон на движение, натоварване и среда. Ще ви дадем ясна препоръка. Ще споделим и данни от тестове и съвети за избор. Нека намалим електромагнитните смущения и подобрим вашия добив.

Изпратете ни имейл сега. Получете бърза оферта. Решете проблема си с електромагнитните смущения (EMI) със сцена, създадена за реално производство.