干扰引起的系统混乱，看我如何处理

 昨天前往现场处理某客户的干扰问题，客户抱怨我们的交流伺服产品只要伺服使能（s_on），系统通讯就会异常，DIDO动作也异常，24v继电器线圈指示灯乱闪等问题频出。我们一向对于我们产品品质优良有非常大的自信的，因此专程驱车到现场处理，结果真相大白，解决了客户的问题。
图一：现场对每台伺服驱动器输出UVW和伺服电机的电磁抱闸两芯线增加Φ60磁环，减小输出载波EMI干扰

图二：UVW三线并绕，工作时磁环会发热甚至有点烫手，这是正常的，说明磁环起到作用了。

图三：用电池供电的示波器，单表笔探针测量驱动器接地端，检测EMI干扰情况；

图四：显示vpp峰峰值电压为相对值和干净的地线端测量对比，可以发现干扰的强度。

图五：峰峰值22.4V非常大，必需加强接地；


图六：谐波干扰波形

图七：在特殊情况下，将车间的钢构和水管焊接在一起，且焊接镀锌螺丝作为地线是折衷且可行的良好接地方法。



图八：弱电和强电电缆线尽量分开走线。








主要问题以及处理思路如下：

1. 由于客户系统中采用380v2KW伺服4台＋380v750w伺服2台，380v伺服输出UVW存在较大的EMI干扰导致弱电系统不稳定；

2. 伺服的UVW电缆是干扰源头，干扰途径是伺服电机的24v制动释放回路，干扰的对象是ETHERCAT通讯电缆和PLC输出继电器控制回路；

3. 原因分析：3.1  伺服电机的24v制动释放回路和UVWE电缆共存在一根6芯电缆并敷设到现场，8khz载波基波及其高次谐波并行EMI耦合到24v制动回路，

                        3.2  24vdc制动回路和控制柜其它弱电布线交织在一起，形成更为复杂的耦合；

                        3.3  由于客户控制柜系统接地用线材较细，且接地布局不合理，强弱电走线混乱，这些复杂的EMI谐波耦合无法退藕，使得弱电回路信号异常，

                               表现为 ETHERCAT总线通讯不稳定，全部24v继电器线圈指示LED灯无动作时闪烁，弱电GND接地端存在16~20v 8KHZ EMI串扰；

                        3.4  客户的ethercat电缆为普通CAT5以太网非屏蔽双绞线电缆，无法抵御EMI干扰；

                        3.5  客户虽然采用了隔离变压器和多开关电源，意图独立供电来解决EMI串扰问题，但是，供电系统的原边和副边两侧在控制柜走线并未有效隔离，

                               因此电源的隔离作用大大折扣；且，隔离电源的接地线采用0.5平方毫米的铜芯线太细，接地回路又和UVW电缆缠绕，因此无法有效抑制尖峰EMI；

4. 处理方法：

4.1  干扰源： 4.1.1 380v的伺服电机UVWE电缆和24V制动线路独立走线，，且在控制柜里面和其它弱电线路不共存一个线槽；

                         4.1.2 380v uvw电缆三线绕Φ63*40*25磁环，三线并绕8-10圈或更多（磁环不发烫），使得交流EMI谐波短路；

                         4.1.3 24v制动回路两根线并绕Φ40*25*25磁环，两线并绕8-10圈或更多，使得dc回路耦合的EMI在进入控制柜前交流短路；

                         4.1.4 伺服电机电缆的E端有效独立接地，物理上和弱电的地线处于不同的接地汇流母排，汇流母排再有效接入大地，接地线线径大于控制柜总电源进线线径；

                         4.1.5 其它强电设备如可控硅设备、变频器等干扰源设备，要尽量采用加装供电端电源EMI滤波器、隔离变压器，独立有效接地，并降低PWM载波；

4.2 干扰途径：

                        4.2.1  控制柜内元件布局高压大功率设备布局和弱电设备布局有效分开；

                        4.2.2  控制柜线槽强弱电分开，若柜子紧凑，可先安装强电的线，在安装地线，然后安装弱电的线，线路分层安装，弱电线路尽量采用屏蔽线，且有效接地；

                        4.2.3  各个元件布局分区内，各自独立安装接地汇流排，所有汇流排再独立汇总到控制柜总地线母排，总地线母排设立明显接地标识，汇入工厂有效大地；

                        4.2.4  系统通讯总线采用正确交流阻抗的电缆（can总线要采用交流阻抗120欧姆D的专用can电缆，ethercat总线要采用CAT6以上交流阻抗100欧姆的屏蔽电缆）；

                        4.2.5  隔离变压器和独立分区供电开关电源，在布线上，要注意原边和副边线路有效分开，避免和强电交织在一起；独立电源和隔离变压器要有效接地到分区接地汇流排；

                        4.2.6  弱电控制设备独立屏蔽安装分区并有效接地到独立的接地汇流排，或采用隔离变压器；

4.3 被干扰对象：

                        4.3.1 控制线路输入端（如编码器电缆等）采用磁环（开口磁环或闭口磁环）对EMI交流高次谐波交流短路和退耦合处理，屏蔽层双端接地；

                        4.3.2 弱电系统独立分区安装，独立供电回路，独立加装隔离变压器、EMI滤波器、抗浪涌设备；

                        4.3.3  高速DI输入端或输出端电路上尽量采用差分电路结构，并以屏蔽双绞线传输，屏蔽层单端弱电端接地；

                        4.3.4 普通24v DI输入端或输出端，可以加装1UF/160V电容对交流EMI退藕处理，高速OC门输出或上下拉输入电路，视其系统需要，加装0.01~10UF/50v高频聚丙烯以上电容；

                        4.3.5 差分DI输入端，可并接5K/0.25W的电阻在控制器端口，降低输入阻抗，有效降低EMI耦合传输系数；
                        4.3.6 对于can总线，由于一般采用4对8芯屏蔽电缆，可以将CAN-H,CAN-L,CAN-GND以外的缆线全部短接后和屏蔽层链接且接入大地； 另外在配置方面，PLC侧软件配置CANOPEN错误配置协议，主站和从站均配置为500,200毫秒，降低波特率，can波特率采用250KHZ通讯，提高容错率；PLC主站can采样点后移到65%，错开报文矩形波前端抖动；
                        4.3.7 如果驱动器是放置到现场的分布式结构，不宜采用星型接地架构；可以将星型接地（适合柜内接地）改为适合分布式控制架构的总线接地，地线直接接入深层供水金属管路和房屋钢构，

          采用较粗（截面积7.5平方毫米）的铜芯线消除接地分布电位差同时将EMI噪声引入大地；

5. 处理和检测干扰需要的仪器设备

    5.1  真有效值三用表，如福禄克289，测量各个节点的干扰能量；

    5.2  电池供电的移动式数字示波器，如福禄克123，直观测量各个节点的干扰波形数据；

    5.3  接地电阻回路接地测试仪器，如福禄克1621，直观 评估系统接地情况；

    5.4  电能质量分析仪，如福禄克435，直观评估电网的干扰和谐波情况；

    5.5  高频场强仪、简易的感应试电笔，如福禄克1AC， 直观评估EMI的空间敷设情况；

6. 抗干扰需要用到的元件：

   6.1  EMI滤波器，有效防止高次谐波经高压供电端进入控制器；

   6.2  各种铁粉锌镍磁环 开口和闭口，安装方便，用于对称线路共模干扰抑制，EMI交流短路，切断干扰途径；

   6.3 接地汇流排和接地母排，抗干扰有效的手段；

   6.4 隔离变压器  ，有效隔离高次EMI干扰和低频串扰，前提是隔离变压器要独立分区接地和良好的布局；

   6.5 浪涌滤波器（电抗器），消除分布电容，减小电缆耦合系数，抗电网浪涌；

   6.6  聚丙烯电容器  电解电容 旦电容  0.01uf～10uf  交流退藕用，

   6.7 tvs器件，可有效限制EMI线路上的传输能量；

   6.8  集中式电网谐波治理设备，可有效处理车间级和工厂级电网谐波干扰，成本费用较高；

7. 和甲方客户友善相处，良好沟通搞好关系非常重要， 工程师要和现场管理人员和甲方工程师搞好关系，获得对方的认同和信任，这是开展工作的基础；

8. 如果是新设备进场安装， 务必和用户强调电网的品质和接地良好，这一点一定要坚持，否则无法保障系统稳定；