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機器人手臂控製器:EMC電磁兼容
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機器人手臂控製器:EMC電磁兼容

一、機器人手臂控製器行業(ye) 標準剖析

GB/T 39004—2020《工業(ye) 機器人電磁兼容設計規範》

GB/T 37283-2019 服務機器人 電磁兼容 通用標準 抗擾度要求和限值

GB/T 39785-2021 服務機器人 機械安全評估與(yu) 測試方法

GB/T 40014-2021 雙臂工業(ye) 機器人 性能及其試驗方法

GB/T 40013-2021 服務機器人 電氣安全要求及測試方法

GBZ 41046-2021 上肢康複訓練機器人 要求和試驗方法

TGDCKCJH 013-2020 工業(ye) 機器人伺服係統可靠性通用要求

TGDCKCJH 014-2020 工業(ye) 機器人伺服係統可靠性仿真試驗規範

TGDCKCJH 015-2020 工業(ye) 機器人伺服係統可靠性強化試驗方法

TGQDA 00005-2021 機器人控製器加速試驗與(yu) 可靠性指標驗證方法

TSSITS 301-2020 工業(ye) 應用移動機器人 設計通則

1.1 同樣在T/ZXCH 0014- 2023標準中,規定了詳細的試驗方法和檢驗規則。通過這些標準的試驗方法,可以準確測試機器人手臂控製器的各項性能,判斷其是否符合技術要求;檢驗規則則明確了產(chan) 品的合格判定準則,從(cong) 原材料檢驗到成品檢驗,每一個(ge) 環節都有嚴(yan) 格的規範,保證進入市場的機器人手臂控製器質量可靠,為(wei) 用戶提供穩定、高效的使用體(ti) 驗

1.2 GB/T 37283-2019《服務機器人 電磁兼容 通用標準 抗擾度要求和限值》

 B 級:服務機器人正常工作時,其性能受到一定電磁幹擾影響,但仍能滿足基本功能要求

試驗名稱

中國標

國際標

靜電放電抗擾度試驗

GB/T 17626.2

IEC61000-4-2

射頻電磁場輻射抗擾度試驗

 GB/T 17626.3

IEC61000-4-3

電快速瞬變脈衝(chong) 群抗擾度試驗

GB/T 17626.4

IEC61000-4-4

浪湧(衝(chong) 擊)抗擾度試驗

GB/T 17626.5 

IEC61000-4-5

射頻場感應的傳(chuan) 導騷擾抗擾度試驗

GB/T 17626.6 

IEC61000-4-6

工頻磁場抗擾度試驗

GB/T 17626.8

IEC61000-4-8

電壓暫降、短時中斷和電壓變化的抗擾度試驗

GB/T 17626.11

IEC61000-4-11

 ​國際標準化組織(ISO)標準

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

ISO 10218-2:2011:《機器人與(yu) 機器人裝置 工業(ye) 機器人的安全要求 第 2 部分:機器人係統與(yu) 集成》

ISO/TS 15066:2016:《機器人與(yu) 機器人裝置 協作機器人》

美國標準

ANSI/RIA R15.06-2012:《工業(ye) 機器人和機器人係統 安全要求》

RIA TR R15.606-2016:美國協作機器人安全標準

歐盟標準

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

EN 60204-1:《機械安全 機械電氣設備 》

德國

VDI 2057 Blatt 2-2002和VDI 2057 Blatt 2-2012:《人體(ti) 暴露於(yu) 機械振動 手臂振動》

DIN EN ISO 13849-1:2016:《機械安全 控製係統的安全相關(guan) 部件

日本機器人協會(hui) (JARA),ISO 13482 是關(guan) 於(yu) 護理機器人安全性的國際標準

 

二、機器人手臂控製器EMC電磁兼容

2.1 GB/T 39004—2020《工業(ye) 機器人電磁兼容設計規範》,該標準於(yu) 中國機械工業(ye) 聯合會(hui) 規定了工業(ye) 機器人的示教器、控製櫃、機器人本體(ti) 、印製電路板(PCB)的電磁兼容(EMC)設計要求 2.2 EMC證實方法: 電磁兼容性測試方法:規定了工業(ye) 機器人電磁兼容性的測試方法和程序,包括測試環境、測試設備、測試項目和測試步驟等 設計過程記錄:要求對工業(ye) 機器人電磁兼容設計的過程進行記錄,包括設計文檔、測試報告、整改記錄等,以便於(yu) 追溯和驗證設計的有效性

2.3 工業(ye) 機器人在運行過程中會(hui) 產(chan) 生大量電磁幹擾,同時自身也對外界電磁幹擾敏感。如果電磁兼容性處理不當,不僅(jin) 會(hui) 影響機器人係統的穩定性和精確性,導致動作偏差、數據傳(chuan) 輸錯誤等問題,還可能幹擾周圍設備的正常工作

2.4 以汽車製造自動化生產(chan) 線為(wei) 例,控製機器人手臂的控製係統對電磁幹擾非常敏感,一旦受到幹擾,機器人手臂可能會(hui) 出現動作偏差,影響汽車零部件的安裝質量。因此,對機器人手臂控製器進行EMC設計與(yu) 測試,是確保其在各種電磁環境下可靠運行的關(guan) 鍵,對於(yu) 保障工業(ye) 生產(chan) 的順利進行具有重要意義(yi)

2.5 EMC抗幹擾設計方法

屏蔽  是常見的抗幹擾措施,通過使用金屬屏蔽材料將設備或電路包圍起來,能夠有效阻止外部電磁幹擾進入,同時防止內(nei) 部電磁幹擾泄漏出去;例如,在工業(ye) 電纜中,通常會(hui) 使用金屬屏蔽層來保護電纜內(nei) 部的信號傳(chuan) 輸不受外界幹擾

接地  可以將設備上的電磁幹擾電流引入大地,從(cong) 而降低設備的電磁幹擾水平;在工業(ye) 自動化係統中,會(hui) 根據設備特點和電磁環境選擇單點接地、多點接地等不同的接地方式

合理布局在工業(ye) 自動化設備的設計和安裝過程中,能減少電磁幹擾的產(chan) 生和傳(chuan) 播。比如將強電設備和弱電設備分開布置,避免強電設備對弱電設備產(chan) 生幹擾;合理規劃電纜的走向,避免電纜之間的相互幹擾

濾波  去除電路中的高頻幹擾信號,在電源電路中,常使用電源濾波器來抑製電源線上的電磁幹擾,保證設備獲得穩定、純淨的電源

三、機器人手臂控製器常見問題與(yu) 行業(ye) 痛點洞察 

技術瓶頸A  機器人手臂控製器的核心部件和關(guan) 鍵技術仍存在短缺問題,高性能伺服電機、減速器、控製器等技術壁壘高,突破難度大,限製了機器人整體(ti) 性能的提升 

技術瓶頸B 智能化、感知能力和適應性仍有待提高。在複雜多變的工作環境中,機器人手臂控製器難以快速、準確地感知環境變化並做出相應調整,無法滿足日益增長的多樣化應用需求

市場困境   目前機器人行業(ye) 市場競爭(zheng) 激烈,同質化現象嚴(yan) 重,許多企業(ye) 為(wei) 了爭(zheng) 奪市場份額,大打價(jia) 格戰,導致整個(ge) 行業(ye) 利潤空間被大幅壓縮,企業(ye) 缺乏足夠的資金投入研發和創新,不利於(yu) 行業(ye) 的健康發展;機器人企業(ye) 在市場開拓方麵麵臨(lin) 諸多困難,一方麵,對市場需求的了解不夠深入,產(chan) 品與(yu) 市場實際需求存在一定偏差;另一方麵,缺乏有效的營銷策略,難以打開新的市場和客戶群體(ti) ,限製了企業(ye) 的發展規模和速度

四、為(wei) 機器人手臂控製器賦能

風扇模塊解決(jue) 方案 , 針對機器人手臂控製器的風扇模塊,采用高效散熱設計理念,選用高性能的風扇組件,確保在機器人手臂控製器運行過程中能夠快速、有效地散發熱量, 通過優(you) 化風扇的轉速控製算法,實現根據控製器的溫度實時調節風扇轉速,既能保證良好的散熱效果,又能降低風扇運行產(chan) 生的噪音和能耗,提高係統的穩定性和可靠性;乐天堂FUN88電子能夠提供SS14 ,HL8050

在LED顯示模塊方麵,提供高亮度、高對比度的LED顯示屏,能夠清晰地展示機器人手臂控製器的各種運行狀態信息,如工作模式、故障報警等,確保LED顯示屏的顯示效果穩定,延長顯示屏的使用壽命,乐天堂FUN88電子能夠提供 SS14 、HL8050

對於(yu) BEEP蜂鳴器模塊,使其在機器人手臂控製器出現異常情況時,能夠及時、準確地發出警報聲,引起操作人員的注意,為(wei) 操作人員提供明確的故障提示,便於(yu) 及時采取相應的處理措施;乐天堂FUN88電子能夠提供SS14 ,HL8050

RS485通訊模塊具備高抗幹擾能力,采用先進的差分信號傳(chuan) 輸技術,有效減少信號傳(chuan) 輸過程中的幹擾,確保數據傳(chuan) 輸的準確性和穩定性

     CMZ2012-121T        共模電感,提高EMI性能

    PWR4018A221M      提高電源的品質

    ESDSM712 靜電保護,確保安裝拔插過程的靜電幹擾

以太網通訊模塊提供高速的網絡連接,采用先進的網絡芯片和優(you) 化的網絡驅動程序,確保機器人手臂控製器能夠快速、穩定地接入以太網,具備網絡自適應功能,可自動識別網絡環境並調整通信參數,實現與(yu) 不同網絡設備的無縫對接。同時,支持多種網絡協議,滿足不同應用場景下的數據傳(chuan) 輸需求很重要

GDT/SMD1812-091 

或者 GDT/3R090-8L 

區別在於(yu) 第二級防護,由於(yu) 千兆網的傳(chuan) 輸速率更快,對寄生電容值得要求更高,一般推薦 2pF 以下,差分電 

壓百兆千兆也有不同,故第二級保護使用的器件也和百兆網不同。乐天堂FUN88推薦使用電容隻有 0.8pF 的 

ESDLC3V3D3B,封裝為(wei) SOD323,或者使用乐天堂FUN88電子專(zhuan) 為(wei) 千兆網絡定製的 ESDSLVU2.8-4H,封裝為(wei) SOP-8,使用方 

法和百兆網上的 ESDSLVU2.8-4 一樣

MCU處理器模塊方麵,除了選用高性能、低功耗的MCU芯片,具備強大的數據處理能力和豐(feng) 富的外設資源,能夠快速響應各種控製指令,實現對機器人手臂的精確控製,對於(yu) MCU的電源供電電源也很關(guan) 鍵

乐天堂FUN88電子提供  PWR4018A221M      濾波電感

致力成為(wei) 全球 EMC電磁兼容技術方案及器件供應商 www.led366.com

AI邊緣計算網關EMC電磁兼容技術

一  國內(nei) 及國際行業(ye) 標準

1.1 工業(ye) 互聯網邊緣計算 邊緣網關(guan) 管理接口要求》(YD/T 6119 - 2024)自2025年4月1日實施,它規定了工業(ye) 互聯網邊緣網關(guan) 的北向接口技術要求,包括網元管理接口和虛擬化資源管理接口要求,適用於(yu) 邊緣網關(guan) 節點與(yu) 邊緣雲(yun) 的交互和通信,為(wei) 二者之間的順暢溝通奠定了基礎

1.2 《工業(ye) 互聯網邊緣計算 邊緣節點模型與(yu) 要求 邊緣控製器》規範了邊緣計算節點中的邊緣控製器的模型與(yu) 要求,確保邊緣控製器在整個(ge) 係統中穩定運行,準確執行控製任務

1.3 《工業(ye) 互聯網邊緣計算 邊緣節點模型與(yu) 要求 邊緣雲(yun) 》對邊緣計算節點中的邊緣雲(yun) 的模型與(yu) 要求進行了規範,使得邊緣雲(yun) 能夠高效地存儲(chu) 和處理數據,為(wei) 邊緣計算提供強大的支撐

1.4 《工業(ye) 互聯網邊緣計算 邊緣網關(guan) 技術要求及測試方法》規定了工業(ye) 互聯網邊緣網關(guan) 的技術要求及測試方法等內(nei) 容,為(wei) 邊緣網關(guan) 的研發、生產(chan) 和檢測提供了明確的標準

1.5 《T/JSPAA 006 - 2024工業(ye) 互聯網邊緣計算網關(guan) 技術要求》作為(wei) 中國團體(ti) 標準,規定了工業(ye) 互聯網邊緣計算網關(guan) 參考架構,以及硬件功能、軟件基本功能等方麵的要求,從(cong) 多個(ge) 維度保障了邊緣計算網關(guan) 的質量和性能

國內(nei) 與(yu) 國際標準對比

1.6 在國際上電磁兼容性測試標準主要有IEC標準、ISO標準、EN標準、FCC標準、CISPR標準、MIL - STD標準等。其中IEC標準是關(guan) 於(yu) 電磁兼容性的國際標準,為(wei) 全球電磁兼容測試提供了通用的準則

1.7 不同地區的標準在具體(ti) 要求和側(ce) 重點上存在差異,例如EN標準是歐洲標準,對設備的電磁兼容性要求較為(wei) 嚴(yan) 格,在輻射放射測試、傳(chuan) 導抗擾測試等方麵都有詳細的限值規定;而FCC標準是美國標準,更注重設備對美國本土電磁環境的適應性 

1.8 了解國際標準差異,有助於(yu) 邊緣計算網關(guan) 在全球市場的推廣和應用,滿足不同地區客戶的需求,確保產(chan) 品在國際市場上的競爭(zheng) 力

二  EMC電磁兼容標準解讀

2.1 傳(chuan) 導放射測試(CE)傳(chuan) 導放射測試主要測試設備通過電源線或信號線等傳(chuan) 導途徑向外部發射的電磁幹擾信號。限值根據不同頻率範圍有具體(ti) 規定,如EN55011等標準中有詳細要求。在低頻段,限值相對寬鬆,但隨著頻率升高,限值逐漸嚴(yan) 格,以確保設備不會(hui) 對周圍的電子設備產(chan) 生過大的幹擾

2.2 輻射放射測試(RE)輻射放射測試檢測設備向周圍空間輻射的電磁幹擾信號強度。不同頻段有相應的輻射限值標準,如EN55011對不同產(chan) 品在不同距離下的輻射發射有明確限製。對於(yu) 靠近人體(ti) 使用的設備,其輻射限值要求更為(wei) 嚴(yan) 格,以保障人體(ti) 健康

三 內(nei) 部核心模塊

處理器模塊 是邊緣計算網關(guan) 的核心模塊之一,它完成數據處理、協議解析、邊緣計算等核心任務。CPU、GPU、ARM處理器,具有強大的計算能力,能夠快速處理大量的數據,滿足邊緣計算對實時性和高效性的要求,為(wei) 整個(ge) 網關(guan) 的穩定運行提供了有力支持

存儲(chu) 模塊 包括內(nei) 存和外存,用於(yu) 暫存和長期存儲(chu) 數據、程序等。如DDR3內(nei) 存能夠快速讀寫(xie) 數據,為(wei) 處理器提供高效的數據支持,保證係統的運行速度;eMMC閃存則適合長期存儲(chu) 數據和程序,即使在斷電情況下,數據也不會(hui) 丟(diu) 失,確保了網關(guan) 運行的穩定性和數據的安全性

通信模塊實現與(yu) 外部設備或網絡的連接,它包含有線以太網模塊、4G/5G通信模塊、Wi - Fi模塊、藍牙模塊等。有線以太網模塊提供穩定高速的網絡連接,適用於(yu) 對數據傳(chuan) 輸速度和穩定性要求較高的場景;4G/5G通信模塊則使網關(guan) 能夠實現遠程無線通信,方便在移動場景或偏遠地區使用;Wi - Fi模塊和藍牙模塊則用於(yu) 短距離無線通信,便於(yu) 連接周邊的智能設備,實現數據的交互和共享

電源管理模塊負責將輸入電源轉換為(wei) 各模塊所需的穩定電壓,並進行電源分配和管理。有的還具備電源反接保護等功能,確保在電源接入錯誤時,不會(hui) 對網關(guan) 設備造成損壞,保障了設備的安全穩定運行,延長了設備的使用壽命

傳(chuan) 感器接口模塊用於(yu) 連接各類傳(chuan) 感器,實現數據采集。如GPIO、ADC、IIC、UART、PWM、SPI等接口,每種接口都有其獨特的功能和適用場景。GPIO接口可用於(yu) 連接簡單的數字傳(chuan) 感器,實現基本的信號輸入輸出;ADC接口則用於(yu) 將模擬信號轉換為(wei) 數字信號,便於(yu) 處理器處理,適用於(yu) 連接溫度、壓力等模擬傳(chuan) 感器

安全模塊保障設備和數據的安全,它包括加密芯片、安全認證模塊等。加密芯片對數據進行加密處理,防止數據在傳(chuan) 輸和存儲(chu) 過程中被竊取或篡改;安全認證模塊則對訪問設備的用戶進行身份認證,確保隻有授權用戶才能訪問設備和數據,保護了設備和數據的安全性

四  I/O接口類型及應用

五 供電電壓

 

常見的供電電壓有DC 12V、DC 24V、DC 48V等。通常采用DC12V電源適配器供電,這種電壓適用於(yu) 一些小型設備或對功耗要求較低的場景;寬範圍支持DC輸入電壓12/24/48 VDC(9.6 ~ 60 VDC)且有兩(liang) 路冗餘(yu) 電源輸入,寬電壓範圍和冗餘(yu) 電源設計使其能適應更複雜的工作環境,保障設備在不同供電條件下的穩定運行,即使一路電源出現故障,另一路電源仍可保證設備正常工作

六 EMC參考電路

變頻器

主要功能模塊

  • 主電路模塊

整流單元:將工頻交流電源轉換為(wei) 直流電源,通常由二極管或晶閘管組成

濾波單元:用於(yu) 平滑整流後的直流電壓,減少電壓紋波,一般由電容、電感等元件構成

逆變單元:把直流功率變換為(wei) 所需頻率的交流功率,以驅動電機,主要由 IGBT 等功率開關(guan) 器件組成

  • 控製電路模塊

運算電路:對外部輸入的速度、轉矩等指令與(yu) 檢測電路反饋的電流、電壓信號進行比較運算,確定逆變器的輸出電壓和頻率

電壓、電流檢測電路:與(yu) 主回路電位隔離,實時檢測主電路的電壓、電流等參數,為(wei) 控製和保護提供依據

驅動電路:將控製信號放大,驅動主電路中的功率器件,使其按照控製要求導通和關(guan) 斷

速度檢測電路:以安裝在電機軸上的速度檢測器的信號為(wei) 速度反饋,送入運算回路實現速度閉環控製

保護電路:監測主電路的電壓、電流等參數,當出現過載、過壓、過流、過熱等異常情況時,及時采取保護措施,防止設備損壞

通信接口模塊:實現變頻器與(yu) 上位機、PLC 或其他設備之間的通信,常見的接口有 RS485、RS232、Ethernet、CAN 總線等,可用於(yu) 參數設置、狀態監控和遠程控製等

參數設置與(yu) 存儲(chu) 模塊:用於(yu) 存儲(chu) 和設置變頻器的各種參數,如電機參數、運行參數、保護參數等,用戶可通過操作麵板或通信接口進行參數修改和調整


容易出現的問題點

  • 過流問題:可能是負載突變、電機堵轉、變頻器輸出短路、加速時間過短等原因引起,導致變頻器過流保護動作
  • 過壓問題:電機減速過快、電源電壓過高、製動單元故障等會使直流母線電壓升高,引發過壓故障,損壞變頻器的功率器件
  • 過熱問題:變頻器長時間高負荷運行、環境溫度過高、冷卻風扇故障、散熱片堵塞等,會導致變頻器內部溫度過高,影響其性能和壽命
  • 電機運行異常:如電機抖動、噪聲大、轉速不穩定等,可能是變頻器參數設置不當、電機與變頻器不匹配、電磁幹擾等因素造成
  • 通信故障:通信線路損壞、通信參數設置錯誤、電磁幹擾等會導致變頻器與其他設備之間通信中斷或數據傳輸錯誤

EMC 電磁兼容的常見問題及解決方法

  • 電源傳導幹擾問題

問題表現:變頻器產(chan) 生的高頻幹擾信號通過電源線傳(chuan) 導,影響同一電源網絡中的其他設備,導致設備工作異常、出現誤動作等

解決(jue) 方法:在變頻器輸入端安裝電源濾波器,抑製高頻幹擾信號的傳(chuan) 導;使用隔離變壓器,將變頻器電源與(yu) 其他設備電源隔離;合理布線,避免電源線與(yu) 信號線平行敷設,減少電磁耦合

  • 空間輻射幹擾問題

問題表現:變頻器的功率器件在開關(guan) 過程中會(hui) 產(chan) 生電磁輻射,幹擾周圍的電子設備,如影響附近的傳(chuan) 感器、PLC 等設備的正常工作

解決(jue) 方法:將變頻器安裝在金屬屏蔽櫃內(nei) ,並確保屏蔽櫃良好接地;對變頻器的信號線纜采用屏蔽線,並將屏蔽層兩(liang) 端接地;合理布置設備位置,增大變頻器與(yu) 其他敏感設備的距離

  • 接地問題

問題表現:接地不良會(hui) 導致變頻器的電位不穩定,產(chan) 生接地環路電流,引入幹擾信號,同時也會(hui) 影響設備的安全性能,可能使電機運行異常、變頻器出現故障等

解決(jue) 方法:確保變頻器有獨立、可靠的接地係統,接地電阻符合要求;采用單點接地或多點接地方式,根據實際情況優(you) 化接地布局;避免不同類型的接地相互幹擾,如信號地、電源地和保護地要分開

  • 信號線傳導幹擾問題

問題表現:幹擾信號通過變頻器的輸入輸出信號線傳(chuan) 導,導致信號失真、控製不準確,使電機運行不穩定或出現誤動作

解決(jue) 方法:對信號線進行合理布線,與(yu) 電源線保持一定距離,避免平行走線;在信號線上安裝共模電感、磁珠等濾波元件,抑製共模和差模幹擾;對信號接口進行隔離和濾波處理,如采用光電隔離器等

  • 靜電放電(ESD)問題

問題表現:靜電可能通過變頻器的輸入輸出接口、外殼等部位放電,損壞內(nei) 部電子元件,導致變頻器故障,如控製芯片損壞、功率器件失效等

解決(jue) 方法:在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;對變頻器的外殼進行防靜電處理,采用防靜電材料;操作人員在接觸設備時,應佩戴防靜電手環等防護用品,避免人體(ti) 靜電對設備造成損害


 

步進係統

主要功能模塊

  1. 控製指令輸入模塊:接收來自外部設備或係統的控製指令,如位置指令、速度指令、加速度指令等,這些指令可以是數字信號、模擬信號或通過通信接口傳輸的協議數據
  2. 脈衝信號生成模塊:根據接收到的控製指令,按照預設的算法和控製邏輯,生成相應的脈衝信號序列。其決定了步進電機的轉速、轉角和旋轉方向,脈衝的頻率對應電機轉速,脈衝數量對應電機轉角
  3. 信號放大與驅動模塊:將脈衝信號生成模塊輸出的弱電信號進行功率放大,以提供足夠的電流和電壓來驅動步進電機的各相繞組。同時,還負責對電機的運行狀態進行監測和保護,如過流保護、過壓保護、過熱保護等
  4. 位置反饋模塊:通常由編碼器等位置傳感器組成,用於實時監測步進電機的實際位置,並將位置信息反饋給控製器。控製器通過比較實際位置與目標位置,計算出位置偏差,從而進行閉環控製,提高控製精度
  5. 參數設置與存儲模塊:用於存儲和設置步進控製體係的各種參數,如電機的步距角、細分參數、速度限製、加速度限製、位置偏差閾值等。用戶可以通過人機界麵或通信接口對這些參數進行修改和調整,以適應不同的應用需求
  6. 通信接口模塊:實現與其他設備或係統之間的通信,如與上位機控製係統、其他運動控製器或外部傳感器等進行數據交換和信息交互。常見的通信接口包括 RS232、RS485、Ethernet、CAN 總線等

容易出現的問題點

  1. 位置偏差問題:可能由於機械裝配不當、控製係統與驅動器信號不匹配、電磁幹擾、脈衝當量設置不正確、脈衝指令與方向指令時序衝突等原因導致電機實際位置與目標位置出現偏差
  2. 振動和噪聲問題:步進電機在低速運行時,容易產生振動和噪聲,這會影響係統的穩定性和精度,主要原因包括電機的固有特性、負載不均勻、驅動器的細分設置不合理等
  3. 失步問題:當負載過大、脈衝頻率過高、電機參數設置不合理或受到幹擾時,步進電機可能會出現失步現象,即電機實際轉過的角度小於理論上應該轉過的角度,導致控製精度下降
  4. 過流、過壓和過熱問題:如果驅動器的輸出電流超過電機的額定電流,或者電源電壓不穩定、過高,以及電機長時間高負荷運行等,都可能導致驅動器或電機出現過流、過壓和過熱現象,進而損壞設備
  5. 電機力矩不足問題:在高速運行時,步進電機的輸出力矩會隨著轉速的升高而下降,當負載較大時,可能無法滿足負載的需求,導致電機無法正常運行或出現堵轉現象

EMC 電磁兼容的常見問題及解決方法

  • 電源幹擾問題

    問題表現:電源中的紋波、尖峰、浪湧等幹擾信號可能導致控製器工作異常,出現脈衝(chong) 信號輸出不穩定、電機運行不平穩等現象

    解決(jue) 方法:安裝電源濾波器,濾除電源中的高頻幹擾信號;使用隔離變壓器,將步進控製體(ti) 係的電源與(yu) 其他設備的電源隔離;配備浪湧保護器,防止雷擊等瞬間高壓對設備造成損壞

  • 空間輻射幹擾問題

    問題表現:周圍的強電磁場輻射可能影響脈衝(chong) 信號的傳(chuan) 輸和位置反饋信號的準確性,導致電機運行出現偏差、控製係統誤動作等

    解決(jue) 方法:將控製器和驅動器安裝在金屬屏蔽櫃內(nei) ;對脈衝(chong) 信號線和位置反饋信號線采用雙絞屏蔽線,並確保屏蔽層良好接地;合理布置設備位置,避免將步進控製體(ti) 係暴露在強輻射源附近

  • 傳導幹擾問題

    問題表現:幹擾信號通過電源線、信號線等傳(chuan) 導到控製體(ti) 係內(nei) 部,引起係統故障,如控製器誤判指令、驅動器輸出異常等

    解決(jue) 方法:對電源線和信號線進行合理布線,避免強電和弱電線路並行;在電源線和信號線上安裝共模電感、差模電感等元件,抑製傳(chuan) 導幹擾;對信號接口進行隔離和濾波處理

  • 接地問題

   問題表現:接地不良可能導致設備的電位不穩定,產(chan) 生接地環路電流,引入幹擾信號,還可能影響設備的安全性能,導致電機運行異常、控製器死機等問題

   解決(jue) 方法:確保步進控製體(ti) 係有獨立、可靠的接地係統,接地電阻應符合要求;將信號地、電源地、保護地分開,避免不同類型的接地相互幹擾;采用多點接地或單點接地的方式,根據實際情況優(you) 化接地布局

  • 靜電放電(ESD)問題

   問題表現:靜電可能通過控製器、驅動器的輸入輸出接口、外殼等部位放電,損壞內(nei) 部電子元件,導致設備故障,如脈衝(chong) 信號發生器損壞、位置傳(chuan) 感器失效等

   解決(jue) 方法:在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;對設備的外殼進行防靜電處理,采用防靜電材料;操作人員在接觸設備時,應佩戴防靜電手環等防護用品


物聯網關

主要功能模塊

  • 數據處理模塊

芯片交換器:核心部件,負責數據包的轉發與(yu) 處理,支持多種網絡協議和數據通信方式,決(jue) 定網絡的數據吞吐能力和效率

處理器(CPU):運算和控製核心,承擔路由表查找、數據包轉發等計算任務,多核處理器可同時處理多任務,提高數據處理速度和效率

  • 接口模塊

端口:常見有 RJ45 端口、光口、SFP 端口、SFP + 端口、QSFP + 端口、USB 端口、Console 端口等,用於(yu) 連接不同設備,實現數據交換

背板:提供業(ye) 務接口和數據轉發聯係的通道,背板帶寬是評估交換機性能的重要指標。

  • 存儲模塊

內(nei) 存(RAM):為(wei) CPU 運算提供動態存儲(chu) 空間,存儲(chu) 正在運行的程序和當前數據,具有緩存功能,可提高整體(ti) 性能

閃存(Flash):用於(yu) 永久性保存配置文件、係統軟件和其他重要數據,確保交換機斷電後數據不丟(diu) 失

  • 電源模塊:為交換機提供穩定電力供應,支持交流電源(AC)、直流電源(DC)以及 POE 供電等多種電源類型,常采用冗餘電源設計提高可靠性

管理與(yu) 監控模塊:用於(yu) 遠程管理和監控交換機的運行狀態,可進行配置管理、性能監測、故障診斷等操作,確保交換機穩定運行

附加功能模塊:如支持 VLAN(虛擬局域網)、QoS(服務質量)等功能,可根據具體(ti) 需求為(wei) 交換機增加相應的額外功能,提升其性能和功能多樣性


容易出現的問題點

  • 電源問題:電源電壓不穩定、電源線鬆動或損壞、電源模塊故障等,可能導致交換機無法正常啟動或頻繁重啟
  • 端口與連接問題:端口損壞、端口接觸不良、網線故障、光纖斷裂等,會造成網絡連接中斷、數據傳輸不穩定或丟包
  • 配置問題:IP 地址衝突、VLAN 設置錯誤、路由協議配置不當等,可能導致網絡通信異常,設備之間無法正常通信
  • 散熱問題:工業環境溫度較高,若交換機散熱不良,會導致設備內部溫度過高,影響其性能和穩定性,甚至可能造成硬件損壞。
  • 軟件與係統問題:係統軟件故障、固件版本不兼容、病毒或惡意軟件攻擊等,可能使交換機出現死機、卡頓、功能異常等現象

EMC 電磁兼容的常見問題及解決方法

  • 電源傳導幹擾

問題表現:工業(ye) 交換機產(chan) 生的高頻幹擾信號通過電源線傳(chuan) 導,對同一電源網絡中的其他設備造成幹擾,使其工作異常

解決(jue) 方法:在電源輸入端安裝電源濾波器,抑製高頻幹擾信號;采用隔離變壓器,將交換機電源與(yu) 其他設備電源隔離;合理布線,避免電源線與(yu) 信號線平行敷設

  • 空間輻射幹擾

問題表現:交換機內(nei) 部的電子元件和電路在工作時會(hui) 產(chan) 生電磁輻射,幹擾周圍的電子設備,影響其正常工作

解決(jue) 方法:將交換機安裝在金屬屏蔽櫃內(nei) ,並確保屏蔽櫃良好接地;對信號線纜采用屏蔽線,並將屏蔽層兩(liang) 端接地;合理布置設備位置,增大與(yu) 其他敏感設備的距離

  • 接地問題

問題表現:接地不良會(hui) 導致交換機電位不穩定,產(chan) 生接地環路電流,引入幹擾信號,影響設備的正常運行和安全性。

解決(jue) 方法:確保交換機有獨立、可靠的接地係統,接地電阻符合要求;采用單點接地或多點接地方式,根據實際情況優(you) 化接地布局;避免不同類型的接地相互幹擾

  • 信號線傳導幹擾

問題表現:幹擾信號通過交換機的輸入輸出信號線傳(chuan) 導,導致信號失真、數據傳(chuan) 輸錯誤,影響網絡通信質量

解決(jue) 方法:對信號線進行合理布線,與(yu) 電源線保持一定距離,避免平行走線;在信號線上安裝共模電感、磁珠等濾波元件,抑製共模和差模幹擾;對信號接口進行隔離和濾波處理

  • 靜電放電(ESD)問題

問題表現:靜電可能通過交換機的輸入輸出接口、外殼等部位放電,損壞內(nei) 部電子元件,導致交換機故障

解決(jue) 方法:在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;對交換機的外殼進行防靜電處理,采用防靜電材料;操作人員在接觸設備時,應佩戴防靜電手環等防護用品


伺服驅動器

主要功能模塊

  • 控製單元模塊

電源模塊:為(wei) 伺服驅動器提供穩定的電能,確保其正常運行

控製電路:接收、分析和處理來自外部的控製信號,根據預設算法輸出合適的電流信號給電機驅動器,實現對電動機的精確控製。通常采用專(zhuan) 用 DSP 或 FPGA 芯片,負責複雜算法計算和指令處理

  • 驅動器模塊

功率模塊:一般由 IGBT 或 MOS 管構成,將高電壓轉化為(wei) 適合電機驅動的電壓,並將電流輸出到電機中,實現電能的高效轉換,驅動電機運轉

電流控製器:根據需要調整電流的大小和方向,以實現對電機的精確控製,保證電機輸出所需的力和速度

  • 反饋裝置模塊:常見的有編碼器、位移傳感器等。用於實時監測電機的轉速、位置和加速度等參數,並將這些信息反饋給控製單元,使控製單元能及時調整輸出信號,保證電機運行的穩定性和精確性
  • 通信接口模塊:支持多種總線協議,如 EtherCAT、Profinet、DeviceNet、Modbus、CAN 總線等,實現與上位機、PLC 或其他設備之間的通信,可進行參數設置、狀態監控和遠程控製等
  • 保護裝置模塊:包括過流保護裝置、過熱保護裝置、過載保護裝置、電壓保護裝置等,監測電路中的電流、設備溫度、電壓等參數,當出現異常時自動切斷電源或停止運行,保護伺服驅動器的各個部件

容易出現的問題點

  • 電源問題:電網電壓波動、電源電纜連接不良、電源模塊故障等,可能導致伺服驅動器無法正常工作或出現異常報警
  • 傳感器故障:編碼器損壞、接觸不良、信號幹擾等,會使反饋的位置、速度等信息不準確,導致電機運行不穩定、定位精度下降或出現報警
  • 電機故障:如線圈短路、斷路、絕緣下降,轉子斷軸、爆磁,軸承磨損、進水,刹車異響、打不開或刹車力度不足等,影響伺服係統的正常運行
  • 通信故障:通信線路損壞、通信參數設置錯誤、電磁幹擾等,會造成伺服驅動器與其他設備之間通信中斷、數據傳輸錯誤或丟失,使係統無法按預期運行
  • 過載問題:負載過重、長時間高負荷運行或電機與負載不匹配等,可能使伺服驅動器和電機過熱,甚至觸發過載保護,導致設備停機

EMC 電磁兼容的常見問題及解決方法

  • 電源傳導幹擾

問題表現:伺服驅動器產(chan) 生的高頻幹擾信號通過電源線傳(chuan) 導,影響同一電源網絡中的其他設備,導致設備工作異常、出現誤動作等

解決(jue) 方法:在伺服驅動器輸入端安裝電源濾波器,抑製高頻幹擾信號的傳(chuan) 導;使用隔離變壓器,將伺服驅動器電源與(yu) 其他設備電源隔離;合理布線,避免電源線與(yu) 信號線平行敷設,減少電磁耦合

  • 空間輻射幹擾

問題表現:伺服驅動器的功率器件在開關(guan) 過程中會(hui) 產(chan) 生電磁輻射,幹擾周圍的電子設備,如影響附近的傳(chuan) 感器、PLC 等設備的正常工作

解決(jue) 方法:將伺服驅動器安裝在金屬屏蔽櫃內(nei) ,並確保屏蔽櫃良好接地;對伺服驅動器的信號線纜采用屏蔽線,並將屏蔽層兩(liang) 端接地;合理布置設備位置,增大伺服驅動器與(yu) 其他敏感設備的距離

  • 接地問題

問題表現:接地不良會(hui) 導致伺服驅動器的電位不穩定,產(chan) 生接地環路電流,引入幹擾信號,同時也會(hui) 影響設備的安全性能,可能使電機運行異常、伺服驅動器出現故障

解決(jue) 方法:確保伺服驅動器有獨立、可靠的接地係統,接地電阻符合要求;采用單點接地或多點接地方式,根據實際情況優(you) 化接地布局;避免不同類型的接地相互幹擾,如信號地、電源地和保護地要分開

  • 信號線傳導幹擾

問題表現:幹擾信號通過伺服驅動器的輸入輸出信號線傳(chuan) 導,導致信號失真、控製不準確,使電機運行不穩定或出現誤動作

解決(jue) 方法:對信號線進行合理布線,與(yu) 電源線保持一定距離,避免平行走線;在信號線上安裝共模電感、磁珠等濾波元件,抑製共模和差模幹擾;對信號接口進行隔離和濾波處理,如采用光電隔離器等

  • 靜電放電(ESD)問題

問題表現:靜電可能通過伺服驅動器的輸入輸出接口、外殼等部位放電,損壞內(nei) 部電子元件,導致伺服驅動器故障,如控製芯片損壞、功率器件失效等

解決(jue) 方法:在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;對伺服驅動器的外殼進行防靜電處理,采用防靜電材料;操作人員在接觸設備時,應佩戴防靜電手環等防護用品,避免人體(ti) 靜電對設備造成損害


 

人機界麵

工業伺服、控製器人機界麵的主要模塊

  • 顯示模塊:負責將係統的運行狀態、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:是用戶向人機界麵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:用於實現人機界麵與工業伺服、控製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)
  • 處理模塊:對輸入的信息進行處理和分析,協調各模塊之間的工作,並根據設定的程序和邏輯,控製顯示模塊展示相應的內容,通常包含微處理器、內存等
  • 電源模塊:為整個人機界麵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。

各模塊容易出現的問題點

  • 顯示模塊: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: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;物理按鍵按下後無反應、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,人機界麵與伺服、控製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:係統運行緩慢,操作響應遲鈍,導致用戶操作後需要等待較長時間才能看到反饋;死機或程序崩潰,人機界麵完全無響應,需要重啟才能恢複正常;內存不足,導致部分功能無法正常使用或數據丟失
  • 電源模塊: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,導致人機界麵無法啟動。

EMC 電磁兼容常見問題及解決方法

  1. 電磁幹擾(EMI)輻射問題: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幹擾。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,抑製電磁幹擾信號的傳播
  2. 電磁敏感度(EMS)問題:設備對外部電磁幹擾過於敏感,導致自身工作異常。可選用抗幹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;合理設計接地係統,確保設備有良好的接地,降低接地阻抗
  3. 電源噪聲問題:電源係統中的紋波、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,減少電源中的幹擾信號;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幹擾
  4. 信號傳輸幹擾問題:信號在傳輸過程中受到電磁幹擾,導致信號失真、誤碼等。可采用屏蔽電纜傳輸信號,並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,提高信號的抗幹擾能力;合理規劃信號布線,避免不同類型信號之間的相互幹擾,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、操作麵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
工業伺服、控製器的 I/O 輸入及輸出口主要有以下幾種類型:
  • 數字輸入輸出(Digital I/O):用於傳輸離散的二進製信號,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
  • 模擬輸入輸出(Analog I/O):用於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製的模擬信號標準,如 IEC 60381 等
  • 脈衝輸入輸出(Pulse I/O):用於傳輸脈衝信號,常用於計數、位置控製等,如監測累積流量、控製伺服電機運動。在伺服控製中,脈衝接口相關標準會涉及到運動控製的脈衝頻率、脈衝寬度等規範
  • 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 口容易出現的問題點如下:
  1. 數字輸入輸出口:輸入信號誤判,如幹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. 模擬輸入輸出口: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;噪聲幹擾,使模擬信號失真,影響控製精度;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. 脈衝輸入輸出口:脈衝丟失,高速脈衝傳輸時可能因幹擾、線路問題等導致部分脈衝未被正確接收;脈衝頻率不穩定,影響位置控製精度和電機運行平穩性;脈衝信號畸變,如波形失真、脈寬變化,使接收端誤判
  4. 通信接口:通信中斷,因幹擾、線路故障、協議不匹配等導致通信突然停止;通信數據錯誤,數據傳輸過程中受幹擾出現誤碼、丟包等;通信速率不穩定,時快時慢影響係統實時性和穩定性
常見問題及解決方法如下:
  • 傳導幹擾問題:幹擾信號通過電源線、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,抑製傳導幹擾;優化布線,避免強電和弱電線路並行,減少傳導耦合
  • 輻射幹擾問題:設備向外輻射電磁能量,幹擾周圍其他設備。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,減少信號環路麵積,降低輻射強度
  • 靜電放電(ESD)問題:靜電可能通過 I/O 口放電,損壞設備或幹擾信號。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 口對外部電磁幹擾敏感,導致信號錯誤或設備工作異常。可選用抗幹擾能力強的 I/O 芯片和器件;對 I/O 信號進行隔離和濾波處理,提高抗幹擾能力
  • 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可編程邏輯控製器
內部電路主要分為以下幾部分:
  • 中央處理器(CPU)電路:由控製器、運算器和寄存器組成,是 PLC 的核心,負責執行控製程序,處理輸入信號,進行數據運算和邏輯判斷,並產生輸出信號
  • 電源電路:用於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、抗幹擾等功能
  • 存儲器電路:包括係統存儲器和用戶存儲器。係統存儲器用於存放 PLC 的係統程序,由廠家編寫並固化,一般為隻讀存儲器(ROM);用戶存儲器用於存放用戶編寫的控製程序和數據,常采用可電擦除的 E2PROM 等存儲器
  • 輸入輸出(I/O)接口電路:輸入接口電路用於將按鈕、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
  • 通信接口電路:實現 PLC 與其他設備或係統之間的數據交換,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
  • 擴展接口電路:用於連接擴展單元和功能模塊,使 PLC 的配置更加靈活,以滿足不同控製係統的需要
內部電路涉及的技術難點如下:
  • 高速信號處理:在一些高速控製場景下,如高速計數、高速脈衝輸出等,需要 CPU 和相關電路能夠快速準確地處理高頻信號,確保計數精度和脈衝輸出的穩定性,對電路的響應速度和抗幹擾能力要求很高
  • 複雜算法實現:對於一些複雜的控製任務,需要 PLC 執行複雜的數學運算、邏輯運算和數據處理算法,如 PID 控製算法、模糊控製算法等,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:工業環境複雜惡劣,PLC 需要在高溫、潮濕、振動、電磁幹擾等條件下長期穩定運行,因此,在電路設計中需要采取一係列可靠性措施,如電源的穩定性設計、抗幹擾設計、冗餘設計等
  • 兼容性與可擴展性: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 係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製係統中,如工業機器人控製、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,確保係統的實時響應能力
PLC 的 EMC 電磁兼容常見問題及解決方法如下:
  • 電源幹擾問題

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

解決(jue) 方法:安裝電源濾波器,濾除電源中的高頻幹擾信號;使用隔離變壓器,將 PLC 的電源與(yu) 其他設備的電源隔離,減少電源之間的相互幹擾;配備浪湧保護器,防止雷擊等瞬間高壓對 PLC 造成損壞

  • 空間輻射幹擾問題

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

解決(jue) 方法:將 PLC 安裝在金屬屏蔽櫃內(nei) ,屏蔽外界的電磁輻射;對 PLC 的信號線采用雙絞屏蔽線,並確保屏蔽層良好接地;合理布置 PLC 與(yu) 其他設備的位置,避免將 PLC 暴露在強輻射源附近

  • 傳導幹擾問題

問題表現:幹擾信號通過電源線、信號線等傳(chuan) 導到 PLC 內(nei) 部,引起係統故障

解決(jue) 方法:對電源線和信號線進行合理布線,避免強電和弱電線路並行,減少傳(chuan) 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,抑製傳(chuan) 導幹擾

  • 接地問題

問題表現:接地不良可能導致 PLC 的電位不穩定,產(chan) 生接地環路電流,引入幹擾信號,還可能影響設備的安全性能

解決(jue) 方法:確保 PLC 有獨立、可靠的接地係統,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幹擾;采用多點接地或單點接地的方式,根據實際情況優(you) 化接地布局

  • 靜電放電(ESD)問題

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

解決(jue) 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(ti) 靜電對設備造成損害


 

相機、光源、鏡頭等硬件產品

主要功能模塊

  • 圖像采集模塊

相機:常見的有 CCD 相機和 CMOS 相機,將光信號轉換為(wei) 電信號或數字信號,根據應用場景選擇不同分辨率、幀率、靈敏度的相機

鏡頭:根據焦距、光圈、景深等參數選擇合適的鏡頭,確保拍攝到清晰、完整的圖像,常見的有定焦鏡頭、變焦鏡頭等

光源:為(wei) 拍攝提供充足的光線,包括高頻熒光燈、LED 燈等,不同的光源顏色、強度和角度會(hui) 影響圖像質量

  • 信號處理模塊

圖像采集卡:將相機輸出的信號轉換為(wei) 計算機能夠處理的數字信號,同時控製相機的參數,如觸發、曝光時間等

處理器:通常是計算機或專(zhuan) 用的圖像處理芯片,對采集到的圖像數據進行處理、分析和識別,完成特征提取、目標定位等任務

  • 控製與通信模塊

機器人控製單元:根據視覺係統的處理結果,控製工業(ye) 機器人的動作,實現對目標的抓取、裝配等操作

通信接口:實現視覺設備與(yu) 工業(ye) 機器人、上位機或其他設備之間的數據傳(chuan) 輸和通信,常見的接口有以太網、USB、RS-232 等

  • 軟件算法模塊

圖像處理軟件:對采集到的圖像進行預處理、濾波、增強、分割等操作,提高圖像質量,為(wei) 後續的分析和識別提供基礎

模式識別與(yu) 深度學習(xi) 算法:用於(yu) 目標識別、分類、定位等任務,如基於(yu) 模板匹配、特征匹配的傳(chuan) 統模式識別算法,以及基於(yu) 卷積神經網絡等的深度學習(xi) 算法


視覺分辨的主要技術路線

  • 傳統圖像處理技術路線:通過圖像濾波、邊緣檢測、形態學處理等方法提取圖像的特征,然後基於模板匹配、特征匹配等算法進行目標識別和定位,適用於簡單場景和規則目標的識別
  • 深度學習技術路線:利用深度神經網絡,如卷積神經網絡(CNN),自動學習圖像的特征,能夠處理複雜場景和不規則目標,具有較高的識別準確率和魯棒性,但需要大量的訓練數據和計算資源
  • 多傳感器融合技術路線:將視覺傳感器與激光雷達、紅外傳感器等其他傳感器相結合,融合多種傳感器的數據進行目標識別和定位,提高係統的環境感知能力和準確性,適用於複雜環境下的應用

容易出現的問題點

  • 圖像質量問題:如運動模糊、聚焦模糊、光照不足模糊、鏡頭汙垢模糊等,影響目標識別的準確性。
  • 目標遮擋與複雜背景問題:當目標被部分遮擋或處於複雜背景中時,可能導致識別錯誤或無法識別。
  • 算法性能問題:傳統算法在複雜場景下可能存在識別準確率低、魯棒性差的問題,深度學習算法則可能麵臨訓練時間長、模型過擬合等問題
  • 係統穩定性問題:工業環境中的振動、灰塵、溫度變化等因素可能影響設備的穩定性,導致係統故障或性能下降
  • 通信與同步問題:視覺設備與工業機器人之間的通信可能出現延遲、數據丟失等問題,影響兩者之間的協同工作

EMC 電磁兼容的常見問題及解決方法

  • 電源傳導幹擾
  • 問題表現:視覺設備產生的高頻幹擾信號通過電源線傳導,影響同一電源網絡中的其他設備   
  • 解決方法:在電源輸入端安裝電源濾波器;采用隔離變壓器;合理布線,避免電源線與信號線平行敷設
  • 空間輻射幹擾

問題表現:設備內(nei) 部的電子元件和電路工作時產(chan) 生電磁輻射,幹擾周圍電子設備

解決(jue) 方法:將設備安裝在金屬屏蔽櫃內(nei) 並良好接地;對信號線纜采用屏蔽線並將屏蔽層兩(liang) 端接地;合理布置設備位置,增大與(yu) 其他敏感設備的距離

  • 接地問題

問題表現:接地不良導致電位不穩定,產(chan) 生接地環路電流,引入幹擾信號

解決(jue) 方法:確保設備有獨立、可靠的接地係統,接地電阻符合要求;采用單點接地或多點接地方式,優(you) 化接地布局

  • 信號線傳導幹擾

問題表現:幹擾信號通過輸入輸出信號線傳(chuan) 導,導致信號失真、數據傳(chuan) 輸錯誤

解決(jue) 方法:對信號線合理布線,與(yu) 電源線保持距離,避免平行走線;在信號線上安裝共模電感、磁珠等濾波元件

  • 靜電放電(ESD)問題

問題表現:靜電通過設備的輸入輸出接口、外殼等部位放電,損壞內(nei) 部電子元件

解決(jue) 方法:在輸入輸出接口電路中增加靜電保護元件;對設備的外殼進行防靜電處理;操作人員佩戴防靜電手環等防護用品