1 引言

 

今天，伺服係統和CNC
、PLC

、變bian頻pin器qi等deng其qi它ta自zi動dong化hua產chan品pin一yi樣yang，已yi經jing成cheng熟shu應ying用yong於yu工gong業ye生sheng產chan的de各ge個ge領ling域yu。伺si服fu驅qu動dong器qi是shi集ji強qiang電dian和he弱ruo電dian
，數shu字zi和he模mo擬ni信xin號hao於yu一yi體ti的de電dian能neng變bian換huan裝zhuang置zhi
，不bu可ke避bi免mian的de存cun在zai電dian磁ci幹gan擾rao問wen題ti。尤you其qi2015年YY0505-2012標準的強製執行，更促進了醫療器械行業對電磁兼容問題的重視。

 

針對伺服係統的電磁兼容性問題本文以某公司設計的一款以伺服係統為主的醫療機器人的EMC幹擾類型
、風險評估以及抵製方法等幾個方麵進行闡述。

 

 

2 醫療機器人功能板塊布置框架

 

醫療機器人功能板塊布置框圖見下圖：

 

醫療機器人功能板塊布置框圖

 

3 醫療機器人幹擾類型及風險

 

1.來自空間的輻射幹擾

 

來(lai)自(zi)空(kong)間(jian)的(de)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)分(fen)布(bu)極(ji)為(wei)複(fu)雜(za)，通(tong)常(chang)都(dou)是(shi)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)的(de)形(xing)式(shi)在(zai)空(kong)間(jian)傳(chuan)播(bo)的(de)。這(zhe)類(lei)幹(gan)擾(rao)像(xiang)空(kong)氣(qi)一(yi)樣(yang)也(ye)無(wu)處(chu)不(bu)在(zai)，如(ru)打(da)手(shou)機(ji)時(shi)
，電(dian)視(shi)機(ji)的(de)圖(tu)像(xiang)會(hui)產(chan)生(sheng)雪(xue)花(hua)點(dian)。飛(fei)機(ji)飛(fei)行(xing)中(zhong)禁(jin)止(zhi)使(shi)用(yong)手(shou)機(ji)等(deng)也(ye)是(shi)基(ji)於(yu)避(bi)免(mian)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)的(de)考(kao)慮(lv)。

 

那麼
，對於醫療標準YY0505裏這類幹擾主要是以輻射抗擾度為主，風險在於輻射幹擾存在時可能會引起PC工作的不正常，例如，PC機(ji)損(sun)壞(huai)

，液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)器(qi)顯(xian)示(shi)異(yi)常(chang)
，機(ji)械(xie)手(shou)臂(bi)的(de)動(dong)作(zuo)不(bu)受(shou)控(kong)等(deng)。機(ji)械(xie)手(shou)臂(bi)作(zuo)為(wei)醫(yi)療(liao)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)主(zhu)要(yao)功(gong)能(neng)不(bu)能(neng)有(you)任(ren)何(he)異(yi)常(chang)，尤(you)其(qi)不(bu)受(shou)控(kong)的(de)動(dong)作(zuo)是(shi)絕(jue)對(dui)不(bu)允(yun)許(xu)的(de)。

 

2.來自係統內部配線間的輻射幹擾

 

這類幹擾的途徑多為自控係統中的變頻器和伺服驅動器產生的噪音，經由電源電纜、信號電纜或者錯誤的接地電纜等，輻射到係統中的其它電纜，從而影響到機械設備的穩定運行。

 

根據框圖，我們可以分析到低壓直流配線與AC220V配線間的輻射幹擾
，主板接口線、絕對位置編碼器線、CAN通信線

、直流電源線
、電機線、編碼線等線間相互幹擾等。都可能會幹擾PC和機械手臂的正常工作。

 

3.來自係統外部的傳導幹擾

 

● 所使用的電網中可能會由於主要的電力係統開關瞬態及雷電瞬態產生的浪湧幹擾；浪湧的能力相對較大
，極有可能把沒有防護的機器人的電源部分打壞。

 

● 由導體中的工頻電流產生的
，或由附近的其他裝置（如變壓器的漏磁通）所產生的工頻磁場幹擾。一般會影響機器人的傳感器采集傳輸數據的準確性，影響機器人的正常工作。

 

● 由電網（主要是短路）或負荷突然出現大的變化引起的。在某些情況下會出現兩次或多次連續的暫降或中斷，會引起機器人內部某些電路複位不成功、數shu據ju保bao存cun出chu錯cuo。由you來lai自zi射she頻pin發fa射she機ji的de電dian磁ci場chang
，該gai電dian磁ci場chang可ke能neng作zuo用yong於yu連lian接jie安an裝zhuang設she備bei的de整zheng個ge電dian纜lan上shang。通tong過guo線xian纜lan傳chuan導dao的de方fang式shi可ke能neng會hui影ying響xiang機ji器qi人ren的de正zheng常chang工gong作zuo。

 

● 當人體攜帶的靜電靠近或接觸機器人時對機器人的放電，也可能會影響機器人的正常工作
，元器件打壞等等。

 

4.係統向空間的發射

 

在(zai)機(ji)器(qi)人(ren)內(nei)部(bu)，開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)和(he)伺(si)服(fu)驅(qu)動(dong)器(qi)內(nei)部(bu)的(de)整(zheng)流(liu)部(bu)分(fen)多(duo)采(cai)用(yong)非(fei)線(xian)性(xing)整(zheng)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)，其(qi)產(chan)生(sheng)的(de)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)勢(shi)必(bi)會(hui)引(yin)起(qi)網(wang)側(ce)電(dian)壓(ya)的(de)畸(ji)變(bian)。其(qi)中(zhong)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)引(yin)起(qi)的(de)差(cha)模(mo)電(dian)流(liu)為(wei)導(dao)線(xian)直(zhi)接(jie)耦(ou)合(he)的(de)方(fang)式(shi)在(zai)電(dian)氣(qi)線(xian)路(lu)中(zhong)傳(chuan)輸(shu)，共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)則(ze)通(tong)過(guo)和(he)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)之(zhi)間(jian)的(de)容(rong)性(xing)耦(ou)合(he)形(xing)成(cheng)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)回(hui)路(lu)。同(tong)時(shi)功(gong)率(lv)模(mo)開(kai)關(guan)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)頻(pin)的(de)電(dian)磁(ci)噪(zao)聲(sheng)則(ze)通(tong)過(guo)能(neng)量(liang)輻(fu)射(she)的(de)形(xing)式(shi)對(dui)外(wai)線(xian)路(lu)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao)。

 

4 醫療機器人的幹擾抑製技術

 

1.布局

 

電櫃設計必須使用金屬材料，根據EMCdequyuyuanze，helidebuju。jiangbutongdeshebeiguihuazaibutongdequyuzhong

，sifuqudongqidanyuanyingjinliangkaojinanzhuangzaiguizidedibu，shiyongjiedijinshugelibanjiangquyugeli，huozhedulianzhuangzaijinshudianguizhong。

 

電櫃中保證良好的通風和散熱
，不要阻擋風扇的正常流通。

 

電櫃中布線應強弱分開
，信號線和動力線要分開走線。

 

AC接觸器和DC繼電器安裝要遠離I/O部件和信號電纜，並且要使用正確的RC抑製組件和二極管，減少線圈吸合時噪音汙染。

 

2.接地

 

合理和可靠的接地是解決傳導性幹擾最為有效的方法


，同時也會消除共模幹擾的影響。錯誤的接地不但不能減少幹擾，反而成為幹擾的“幫凶“。

 

接地根據用途分類可以分為信號地、屏蔽地、保護地。

 

電櫃中所有的電氣組件接地端子（變頻器、PLC）都要使用短而粗的接地線可靠的連接到公共接地點或者接地母排PE上。

機器人的框架的連接處不要有油漆隔離，實現有效連接後，接入係統地PE，有效的接地
，可以減少脈衝群
、輻射騷擾的影響。

 

3.濾波

 

總電源和各分支電源輸入（AC380/220V）的濾波
，主要使用EMI濾波器和磁環。

 

DC電源輸出的濾波，EMI濾波器和磁環。

 

驅動器的輸入的濾波

，EMI濾波器和磁環。

 

PCB的濾波，主要是低頻和高頻濾波，使用共模電感，RC
，磁珠等。

 

信號端口濾波器

 

電源高頻濾波器

 

電機噪聲濾波

 

youshuadianjizaizhuandongdeguochengzhong，tanshuazaibuduandeladianhu，dianhuchanshenggaopinzaosheng。gaopinzaoshengtongguodianjiyinxianjiwaikefengxiwangwaifushe。dianjijinshuwaikenengduineibufushezaoshengjinxingfanshehexishou。yizhizaoshengwangwaifushe。suiranzheyanghaishihuiyouhenduofushezaoshengtongguodianjiyinxianwangwaifushe。yinciwomenduidianjidefushezhenggaigengduodeshizhenduidianjiyinxianjinxingchuli。zhongdianjieshaoBDL濾波器在電機的運用。

 

 

某24V/27W信號直流馬達未使用BDL EMI濾波器前測試數據

 

使用1206，100nF BDL EMI濾波器後的測試數據

 

4.屏蔽

 

伺(si)服(fu)驅(qu)動(dong)放(fang)大(da)器(qi)單(dan)元(yuan)到(dao)電(dian)機(ji)動(dong)力(li)電(dian)纜(lan)應(ying)使(shi)用(yong)金(jin)屬(shu)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)的(de)電(dian)纜(lan)，電(dian)纜(lan)線(xian)應(ying)該(gai)盡(jin)量(liang)的(de)短(duan)，同(tong)時(shi)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)用(yong)金(jin)屬(shu)夾(jia)子(zi)將(jiang)電(dian)線(xian)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)固(gu)定(ding)在(zai)接(jie)地(di)的(de)安(an)裝(zhuang)板(ban)上(shang)，以(yi)避(bi)免(mian)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)，減(jian)少(shao)幹(gan)擾(rao)。電(dian)櫃(gui)通(tong)風(feng)開(kai)了(le)要(yao)使(shi)用(yong)密(mi)集(ji)金(jin)屬(shu)網(wang)絡(luo)
，切(qie)口(kou)越(yue)小(xiao)越(yue)好(hao)。因(yin)為(wei)狹(xia)孔(kong)可(ke)能(neng)在(zai)電(dian)櫃(gui)中(zhong)輻(fu)射(she)高(gao)頻(pin)座(zuo)號(hao)。電(dian)櫃(gui)的(de)櫃(gui)門(men)和(he)電(dian)纜(lan)的(de)進(jin)線(xian)口(kou)要(yao)可(ke)靠(kao)接(jie)地(di)，避(bi)免(mian)電(dian)櫃(gui)內(nei)部(bu)的(de)幹(gan)擾(rao)磁(ci)場(chang)通(tong)過(guo)屏(ping)蔽(bi)電(dian)纜(lan)泄(xie)漏(lou)出(chu)去(qu)。櫃(gui)門(men)要(yao)使(shi)用(yong)有(you)傳(chuan)導(dao)性(xing)的(de)密(mi)封(feng)墊(dian)，緊(jin)貼(tie)櫃(gui)體(ti)。

 

伺服驅動、通信口，PC以及液晶顯示器進行有效的屏蔽，可有效減少EMI的影響。

 

5 結束語

 

控製係統中的幹擾是一個十分複雜的問題，隻有設計工程師在設計過程中做到“未雨綢繆

，防微杜漸”，堅持“預防是最有效、最經濟的方法”的準則，來綜合和全麵的考慮各方麵的因素，才能夠有效地避免係統幹擾的的發生，從而保證設備穩定可靠的運行。

本文轉載自韜略科技EMC。

 

 

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