Als Kernkomponente mancher Automatisierungsanlagen beeinflussen Zuverlässigkeit und Stabilität des Bewegungssteuerungssystems die Anlagenleistung unmittelbar. Ein wesentlicher Faktor für deren Zuverlässigkeit und Stabilität ist die Störfestigkeit. Daher darf die effektive Lösung dieses Problems bei der Entwicklung des Bewegungssteuerungssystems nicht vernachlässigt werden.
1. Interferenzphänomen
Bei der Anwendung treten häufig folgende Hauptstörphänomene auf:
1. Wenn das Steuerungssystem keinen Befehl ausgibt, dreht sich der Motor unregelmäßig.
2. Wenn der Servomotor aufhört, sich zu bewegen, und der Bewegungscontroller die Position des Motors abliest, springt der vom fotoelektrischen Encoder am Ende des Motors zurückgemeldete Wert zufällig.
3. Wenn der Servomotor läuft, stimmt der vom Encoder gelesene Wert nicht mit dem Wert des ausgegebenen Befehls überein, und der Fehlerwert ist zufällig und unregelmäßig.
4. Wenn der Servomotor läuft, ist die Differenz zwischen dem gelesenen Encoderwert und dem ausgegebenen Befehlswert ein stabiler Wert oder ändert sich periodisch.
5. Geräte, die sich die Stromversorgung mit dem AC-Servosystem teilen (z. B. ein Display), funktionieren nicht ordnungsgemäß.
2. Analyse der Störquellen
Es gibt zwei Haupttypen von Kanälen, die den Zugriff auf das Bewegungssteuerungssystem stören:
1. Störungen im Signalübertragungskanal, die über den mit dem System verbundenen Signaleingangskanal und -ausgangskanal eindringen;
2. Störungen im Stromversorgungssystem.
Der Signalübertragungskanal ist der Weg, über den das Steuerungssystem oder der Treiber Rückkopplungssignale empfängt und Steuersignale aussendet. Da die Impulswelle auf der Übertragungsleitung verzögert und verzerrt wird, Dämpfung und Kanalstörungen auftreten, ist die Langzeitstörung der Hauptfaktor im Übertragungsprozess.
Jedes Netzteil und jede Übertragungsleitung weist einen Innenwiderstand auf. Dieser Innenwiderstand verursacht Störungen im Netzteil. Gäbe es keinen Innenwiderstand, würde selbst ein Kurzschluss im Netzteil keine Störspannung in der Leitung erzeugen, unabhängig von der Art der Störung. Auch der AC-Servotreiber selbst ist eine starke Störquelle und kann über das Netzteil andere Geräte beeinträchtigen.
Bewegungssteuerungssystem
Drei Maßnahmen gegen Störungen
1. Störungsfreies Design des Stromversorgungssystems
(1) Die Stromversorgung sollte in Gruppen implementiert werden, z. B. durch Trennung der Antriebsleistung des Motors von der Steuerleistung, um Störungen zwischen den Geräten zu vermeiden.
(2) Der Einsatz von Rauschfiltern kann die Störungen anderer Geräte durch AC-Servoantriebe wirksam unterdrücken. Diese Maßnahme kann die oben genannten Störphänomene wirksam beseitigen.
(3) Es wird ein Trenntransformator verwendet. Da hochfrequente Störungen den Transformator hauptsächlich nicht durch die gegenseitige Induktivitätskopplung der Primär- und Sekundärspulen, sondern durch die Kopplung der parasitären Kapazitäten der Primär- und Sekundärseite passieren, sind die Primär- und Sekundärseite des Trenntransformators durch Schirmschichten voneinander getrennt, um deren Streukapazität zu reduzieren und somit die Gleichtaktunterdrückung zu verbessern.
2. Störungsfreies Design des Signalübertragungskanals
(1) Maßnahmen zur Isolation der Fotokopplung
Bei der Übertragung über große Entfernungen kann der Einsatz von Optokopplern die Verbindung zwischen dem Steuerungssystem und den Eingangs-, Ausgangs- sowie Ein- und Ausgangskanälen des Servoantriebs unterbrechen. Ohne fotoelektrische Trennung im Schaltkreis gelangen externe Störimpulse in das System oder direkt in den Servoantrieb und verursachen so die erste Störung.
Der Hauptvorteil der photoelektrischen Kopplung besteht darin, dass sie Spannungsspitzen und verschiedene Rauschstörungen wirksam unterdrücken kann.
Dadurch wird das Signal-Rausch-Verhältnis im Signalübertragungsprozess deutlich verbessert. Der Hauptgrund dafür ist: Obwohl das Störrauschen eine hohe Spannungsamplitude aufweist, ist seine Energie gering und es kann nur einen schwachen Strom erzeugen. Die Leuchtdiode im Eingangsteil des Optokopplers arbeitet im Strombetrieb, und der typische Stromfluss beträgt 10–15 mA. Selbst bei Störungen mit hoher Amplitude wird diese unterdrückt, da nicht genügend Strom fließen kann.
(2) Verdrillte, geschirmte Leitungen und Langdrahtübertragung
Das Signal wird während der Übertragung durch Störfaktoren wie elektrische und magnetische Felder sowie die Erdungsimpedanz beeinflusst. Die Verwendung eines geerdeten Schirmdrahts kann die Störungen durch elektrische Felder reduzieren.
Im Vergleich zu Koaxialkabeln weist das Twisted-Pair-Kabel ein niedrigeres Frequenzband auf, besitzt aber eine hohe Wellenimpedanz und eine starke Resistenz gegenüber Gleichtaktstörungen, wodurch sich elektromagnetische Induktionsstörungen gegenseitig aufheben können.
Darüber hinaus wird bei der Fernübertragung üblicherweise die differentielle Signalübertragung eingesetzt, um die Störfestigkeit zu verbessern. Die Verwendung von geschirmten Twisted-Pair-Leitungen für die Langstreckenübertragung kann Interferenzen zweiter, dritter und vierter Ordnung wirksam unterdrücken.
(3) Boden
Durch Erdung lassen sich die Störspannungen eliminieren, die beim Stromfluss durch die Erdungsleitung entstehen. Zusätzlich zur Erdung des Servosystems sollte auch die Signalabschirmung geerdet werden, um elektrostatische Aufladung und elektromagnetische Störungen zu vermeiden. Ist die Erdung nicht ordnungsgemäß, können Störungen auftreten.
Veröffentlichungsdatum: 06.03.2021