Studium przypadku: Zakłócenia w trybie wspólnym w systemach z gorącymi kanałami

I. Przegląd typowego przypadku: „Zbiorowy” dryft kontroli temperatury wywołany zakłóceniami spawalniczymi

1. Objawy usterki

Wiele stref grzewczych w systemie gorących kanałów jednocześnie wykazywało okresowe wahania temperatury w zakresie ± 5–7 stopni; wielokrotne korekty parametrów PID okazały się nieskuteczne.

Termopary często zgłaszały błędy w postaci „przerwy w obwodzie”, jednak-na miejscu pomiary rezystancji linii wykazały wartości normalne.

Zjawisko zakłóceń wykazało silną korelację ze spawaniem zrobotyzowanym w warsztacie: zakłócenia nasiliły się po rozpoczęciu spawania i powróciły do ​​normalnego poziomu po zakończeniu spawania.

Moduł komunikacyjny RS485 okresowo wyłączał się, zakłócając gromadzenie danych dla centralnego systemu monitorowania.

2. Wstępne rozwiązywanie problemów

Wymiana termopar, kabli sygnałowych i modułów kontroli temperatury nie przyniosła żadnych rezultatów, co wykluczyło awarię sprzętu.

Obserwacje wykazały, że częstotliwości zakłócające skupiały się na częstotliwościach 1,2 MHz i 4,8 MHz-, które pokrywały się z częstotliwościami rezonansowymi zasilaczy impulsowych.

Pomiary wykonane na kablach sygnałowych i przewodach uziemiających przy użyciu cęgów prądowych wykazały prądy szumowe o identycznej częstotliwości, fazie i amplitudzie; potwierdziło to obecność zakłóceń w trybie wspólnym.

3. Identyfikacja pierwotnej przyczyny

Pomiary różnicy potencjałów uziemienia pomiędzy szafą sterującą temperaturą, formą i ramą wtryskarki wykazały różnicę do 1,8 V AC, tworząc w ten sposób pętlę masy.

Wysokie prądy generowane podczas spawania zrobotyzowanego spowodowały wprowadzenie szumu wspólnego-o wysokiej częstotliwości poprzez wspólną linię uziemiającą, która następnie została połączona z pętlami sygnałowymi systemu gorących kanałów.

Istniejące kable ekranowane zostały uziemione na *obu końcach*; w konsekwencji sama warstwa ekranująca działała jak „antena” dla prądów trybu wspólnego, wzmacniając w ten sposób zakłócenia.

II. Rozwiązanie i wdrożenie

1. Rekonstrukcja układu uziemiającego

Założono niezależną, ekwipotencjalną szynę uziemiającą, aby zapewnić jednolite,-punktowe połączenie uziemiające dla szafy sterującej temperaturą, formy i ramy maszyny; zmniejszyło to różnicę potencjałów masy do wartości poniżej 0,1 V.

Do podłączenia uziemienia zastosowano goły kabel miedziany o przekroju 10 mm², a długość kabla została skrócona do mniej niż 3 metrów; zmierzona rezystancja uziemienia wyniosła 0,3 Ω. 2. Wymień na kable podwójnie-ekranowane i zoptymalizuj uziemienie

Kable sygnałowe zostały zastąpione specjalistycznymi kablami-podwójnie ekranowanymi:

Wewnętrzny ekran jest podłączony do masy sygnałowej (SG).

Zewnętrzny ekran jest podłączony do uziemienia obudowy (PG).

Warstwa ekranująca jest uziemiona tylko na jednym końcu,-szczególnie po stronie szafy sterującej temperaturą-, aby zapobiec tworzeniu się pętli uziemienia.

3. Zainstaluj filtry-trybu wspólnego i urządzenia izolujące

A π-type EMI filter (with a common-mode insertion loss of >45 dB przy 1 MHz) zainstalowano na wejściu zasilania regulatora temperatury.

Na wejściu termopary zainstalowano wzmacniacz izolujący, aby całkowicie przerwać ścieżkę prądu-w trybie wspólnym.

III. Porównanie wyników przed i po modyfikacji

Podsumowanie doświadczeń: łagodzenie zakłóceń-w trybie wspólnym wymaga połączenia trzech elementów: „projektowania systematycznego”, „precyzyjnych pomiarów” i „praktycznego wdrożenia inżynieryjnego”. Poleganie na pojedynczym działaniu często nie wystarcza do całkowitego wyeliminowania problemu.