Практический пример: Синфазные помехи в системах с горячими литниками

I. Обзор типичного случая: «коллективный» дрейф регулирования температуры, вызванный помехами при сварке

1. Признаки неисправности

В нескольких зонах нагрева внутри горячеканальной системы одновременно наблюдались периодические колебания температуры в пределах ±5–7 градусов; повторные настройки параметров ПИД оказались неэффективными.

Термопары часто сообщали об ошибках «разомкнутой цепи», однако измерения сопротивления линии-на месте показывали нормальные значения.

Явление интерференции показало сильную корреляцию с роботизированными сварочными операциями в цехе: интерференция усиливалась, когда сварка начиналась, и возвращалась к нормальному уровню после прекращения сварки.

Модуль связи RS485 периодически отключался, нарушая сбор данных для центральной системы мониторинга.

2. Предварительное устранение неполадок

Замена термопар, сигнальных кабелей и модулей терморегуляции не дала результатов, что исключило аппаратный выход из строя.

Наблюдения показали, что частоты помех концентрировались на частотах 1,2 МГц и 4,8 МГц-, совпадающих с резонансными частотами импульсных источников питания.

Измерения, проведенные на сигнальных кабелях и заземляющих проводах с использованием токовых клещей, выявили шумовые токи одинаковой частоты, фазы и амплитуды; это подтвердило наличие синфазных помех.

3. Выявление основной причины

Измерения разности потенциалов земли между шкафом контроля температуры, пресс-формой и корпусом термопластавтомата выявили разницу до 1,8 В переменного тока, тем самым создавая контур заземления.

Сильные токи, генерируемые во время роботизированной сварки, создают высокочастотный синфазный шум через общую линию заземления, который впоследствии попадает в сигнальные контуры горячеканальной системы.

Существующие экранированные кабели были заземлены с обоих концов; следовательно, сам экранирующий слой действовал как «антенна» для синфазных токов, тем самым усиливая помехи.

II. Решение и реализация

1. Реконструкция системы заземления

Независимая эквипотенциальная заземляющая шина была установлена ​​для обеспечения единого-точечного заземления шкафа контроля температуры, пресс-формы и корпуса машины; это уменьшило разность потенциалов земли до уровня ниже 0,1 В.

Для заземления использовался голый медный кабель сечением 10 мм², длина кабеля была сокращена до менее чем 3 метров; измеренное сопротивление заземления составило 0,3 Ом.. 2. Замените кабели с двойным-экранированием и оптимизируйте заземление.

Сигнальные кабели были заменены специальными кабелями с двойным-экранированием:

Внутренний экран подключен к сигнальной земле (SG).

Внешний экран подключен к заземлению шасси (PG).

Экранирующий слой заземляется только с одной стороны,-а именно со стороны шкафа контроля температуры-, чтобы предотвратить образование контуров заземления.

3. Установите-фильтры общего режима и изолирующие устройства.

A π-type EMI filter (with a common-mode insertion loss of >45 дБ на частоте 1 МГц) был установлен на входе питания терморегулятора.

На входе термопары был установлен изолирующий усилитель, чтобы полностью прерывать путь синфазного тока.

III. Сравнение результатов до и после модификации

Краткое изложение опыта. Для уменьшения синфазных помех требуется сочетание трех элементов: «систематического проектирования», «точных измерений» и «практической инженерной реализации». Опираться только на одну меру зачастую недостаточно для полного искоренения проблемы.