工业机器人现场辐射干扰问题的分析及解决方法

2022-01-18史佳兆张国柱

机器人技术与应用 2021年4期

史佳兆邹磊张国柱马强

（库卡机器人（广东）有限公司，广东佛山，528311）

0 引言

EMC测试又叫做电磁兼容（EMC），指的是对电子产品在电磁场方面干扰大小（EMI, electro-magnetic interference）和抗干扰能力（EMS, electro magnetic susceptibility）的综合评定，是产品质量最重要的指标之一，如果某设备的EMC特性不好或者所在使用环境中有其他不符合EMC标准的设备对它造成干扰，都有可能造成该设备因干扰报错停机。

设备EMC抗扰特性是工业设备的一个重要指标，为了保证各个设备在复杂工业电磁环境中的运行可靠性，国际上针对此问题特别制定了相应的标准：IEC61000-6-2, IEC61000-6-4。以此来增强对产品EMC可靠性的要求。但是即使符合这样的标准，在恶劣的电磁干扰下，有时候设备还是会出现因干扰造成的故障停机，本文就是针对一种未知的EMC干扰进行分析诊断，最后找到相应的解决方案。

1 辐射干扰问题分析

1.1 问题描述

本文描述了一种因工业现场EMC干扰严重超标造成工业机器人设备出现随机性的通信故障，此问题是工业现场类设备的常见问题，但是又没有很好的解决思路和方案，经常给现场设备维护人员及生产带来很大的麻烦。

针对此类问题，一般的排除问题步骤如下：

1）检测电气线路接线，接地是否良好等；

2）检查软件运行是否正常，若不能确定可以重刷软件；

3）更换硬件板卡，查核故障是否消除；

4）在实验室环境中进行故障复现，此办法一般需要做全面的摸底测试，工作量比较大，测试工况也比较多，但是一般可以发现问题根源。

本文所述问题就是在以上步骤1）、2）、3）均无效的情况下采取步骤4）的方式进行问题分析。

1.2 问题分析

根据IEC 61000-6-2中的要求，如表1所示，对设备辐射抗扰度进行EMC符合性重复测试，结果显示，各项测试指标均符合国际、国内EMC标准要求，测试通过。

表1 辐射抗扰度测试参数表

在设备符合EMC要求的情况下，工业机器人还是出现干扰问题，则现场一定存在其他强干扰源，但是一般工业现场制造设备众多，根本无法排查，因此，笔者决定在EMC实验室对设备的故障现象进行复检，摸清问题复现的工况及发生机理。

因为干扰源强度、频率都不清楚，因此笔者采取以EMC标准限制为基础、逐步增强干扰强度和扩大扫频频段的方法，逐步排查。

为了复现问题，可能需要使用比较强的干扰源。天线距离与辐射强度的关系：

公式（1）是场强计算公式。根据公式（1）可知，如果需要比较强的干扰，那么天线与被测样品需要比较近的距离[1]，所以，实验室中天线布置与设备的距离调整为比较近的距离，图1为理论布置模型图。

图1 抗扰测试布置示意图

测试步骤如下：

1)根据前面分析，设备是在强干扰下发生的报警，所以将辐射的标准提高到标准要求的两倍 20V/m的强度，对80MHZ-1GHz进行测试，发现在192Mhz复现报警；

浅水流压力一般较高，一旦井喷，能使井眼迅速卸载，喷出环空内钻井液，继而失去井控的机会。作为未来深水油气勘探开发的热点之一的深水盆地，由于地质条件复杂，在勘探开发过程中容易造成不必要的财产甚至生命损失，因此做好浅水流地质灾害防治措施是非常有必要的。浅水流灾害预防措施一般分为钻前预防和钻进中预防两种。

2)因为步骤1）复现了故障，进而降低辐射强度为15V/m, 对80MHZ-1GHz进行测试，未发现故障；

3)依次调整场强和频段到18V/m、19V/m、25V/m、30V/m,观察报警频段和故障；

4)根据以上步骤继续精确测试并记录，数据记录见表2。

表2 测试数据记录表

从以上测试结果看，当辐射强度提高到标准值的2～3倍的辐射强度时，设备在不同的频率点会发生故障停机。

经过排查分析发现，故障频段和对讲机的故障频段比较吻合，对讲机频段数据如表3所示。

表3 P8660对讲机产品参数

从以上可以看出，对讲机的工作频段（136-174MHz, 403-527MHz,）基本可以覆盖上面测试出的设备的干扰报警频率（192MHz, 350MHz，400MHz，522MHz）,从频段来看，报警发生频段和对讲机的工作频段有很大的覆盖度，故推断有极大的相关性，而且对讲机在近距离具有很强的干扰场强，其值可以达到300V/m，远远超过IEC对设备的EMC要求，为此用对讲机进行故障复现测试。