黎福秋，劉洪

（廣東省東莞市質量監(jiān)督檢測中心，廣東 東莞 523808）

引言

我國的工業(yè)機器人從20世紀70年代開始，經歷了理論研究、樣機研發(fā)、示范應用、初步產業(yè)化四個階段的發(fā)展后得到了一定程度的普及。根據前瞻產業(yè)研究院發(fā)布的《工業(yè)機器人行業(yè)產銷需求預測與轉型升級分析報告》數據顯示，2017年我國工業(yè)機器人保有量達到38萬臺，2017年我國工業(yè)機器人年銷量從2012年的2.3萬臺增長至11.5萬臺，隨著我國產業(yè)轉型升級的需求，預計2019年銷量將達到17萬臺。這些工業(yè)機器人廣泛應用于電子、汽車、家具、模具制造等行業(yè)，為國家工業(yè)產品保持國際競爭力提供了重要的保證。然而，在工業(yè)機器人功能及性能快速提升的同時，行業(yè)生產領域忽略電磁兼容性設計，導致工業(yè)機器人在我國于2016年推出的中國機器人認證中通過率非常低，其中以集中使用中央伺服器和動力馬達的多關節(jié)工業(yè)機器人電磁兼容性認證項目中的傳導騷擾不合格問題尤為嚴重。本文通過一個工業(yè)機器人傳導騷擾抑制對策實例，研究如何提升產品電磁兼容性，進而提升中國機器人認證通過率及產品的整體性能。

1 電磁兼容性傳導騷擾不合格的影響

國際上，智能制造設備投入工業(yè)必須進行相應的國家標準認證才能使用，該認證包括安全性和電磁兼容性。我國智能制造技術積累相對較少，自主研發(fā)能力與發(fā)達國家存在差距，目前工業(yè)機器人的核心部件，如馬達電機、中央伺服器等，還處于進口外購國內拼裝以達到相應功能及性能的階段，缺乏整體安全與電磁兼容性研發(fā)設計考慮，整機電磁兼容性與國外成熟產品相比還有一定差距。

作為中國機器人認證電磁兼容性主測項目之一的傳導騷擾問題一直困擾著眾多智能制造企業(yè)。傳導騷擾是指：通過導電介質（傳導方式）把一個電網絡上的信號（包含干擾信號）耦合到另一個網絡，是用來衡量帶電設備在運行過程中對整個供電網絡發(fā)出的干擾信號大小的指標。干擾信號過大，會導致整個供電網絡產生畸變，從而干擾到其他正常工作的電器產品。工業(yè)機器人由于需要滿足工業(yè)生產需要，其整體功率較大，開關電源、中央伺服器、傳動馬達電機在工作時都會產生大量傳導騷擾信號，對電網及其他設備存在嚴重危害。如傳導騷擾抑制不合理，嚴重時會導致其他正在運行的工業(yè)機器人產生誤動作，危害生產安全，甚至危害人生安全。

2 傳導騷擾不合格原因分析及對策

2.1 測試執(zhí)行標準

中國機器人認證電磁兼容性傳導騷擾標準GB 17799.4-2012，如表1。

表1 發(fā)射 低壓交流電源端口Tab.1 Emission Low voltage AC mains port

2.2 案例分析

本文以一個工業(yè)用自動給湯機器人為例，詳細闡述傳導騷擾不合格的原因及改善方案。具體測試設備使用三相人工電源網絡、測量接收機、10dB衰減器、電腦；測試場地在10米法電波暗室進行；供電電源使用兩個穩(wěn)壓隔離電源分別供電給測試設備和自動給湯機器人。測試布置如圖1，機器人配電控制柜出廠如圖2，通電按企業(yè)出廠演示模式規(guī)定動作運行，初次測試結果如圖3。

圖1 測試布置Fig.1 Test layout

圖2 機器人配電柜出廠圖Fig.2 Factory drawing of robot distribution cabinet

圖3 初次測試結果圖Fig.3 Initial test result diagram

如圖3所示，藍色頻率區(qū)域平均值和準峰值已經嚴重超出標準要求，不符合國家機器人認證對電磁兼容性的要求，這種工業(yè)機器人在大批量使用后，勢必對電網造成不可估量的污染，嚴重威脅工業(yè)生產安全。

圖4 增加濾波器及變壓器磁環(huán)圖Fig.4 Diagram of adding filter and transformer magnetic ring

圖5 增加濾波器后測試結果圖Fig.5 Test results diagram after adding filter

圖 6 調整濾波器參數后測試結果圖Fig.6 Test results diagram of adjusting filter parameters

2.3 分析及對策

（1）增加濾波器

針對這種前段頻率段的傳導騷擾不合格首先應考慮配電前端增加濾波對策。如圖4紅色圈位置增加一個參數為L1：0.5mH+50%/-30%，Y電容：2.2uF±20%，X電容：1nF±20%的濾波器，運行測試結果如圖5，前段頻率段平均值和準峰值比初始測試結果有所降低。調整濾波器參數為L1：1mH+50%/-30%，Y電容：2.2uF±20%，X電容：10nF±20%（調整濾波器參數時，注意考慮漏電流過大問題），運行測試結果見圖6，前段頻率段平均值和準峰值進一步下降至標準限值之下，但中段頻率段平均值和準峰值變差，超出標準限值。濾波器結構線路圖如圖7。

圖7 濾波器結構線路圖Fig.7 Circuit diagram of filter structure

（2）增加磁環(huán)

針對中段頻率段平均值和準峰值超出標準限值的情況，在變壓器輸出端增加一個相應頻率段感量較大的磁環(huán)，所有輸出導線繞磁環(huán)一圈，以降低從變壓器發(fā)出的干擾傳導至中央伺服器，進而耦合反饋至電網。如圖4中藍色圈位置，運行測試結果如圖8，中段頻率的平均值和準峰值都有降低。

圖8 變壓器增加磁環(huán)測試結果圖Fig.8 Test results diagram of adding transformer magnetic ring

圖9 配電控制柜布線圖Fig.9 Wiring diagram of distribution control cabinet

圖10 配電控制柜走線重新布置后測試結果圖Fig.10 Test result diagram of distribution control cabinet after route rearrangement

（3）整理走線布局

縱觀整個配電控制柜的走線布局，不符合電磁兼容性的設計要求，如圖2?？傠娫淳€從控制柜底部進入后一直拉伸至頂部的空氣漏電開關，然后又從頂部的空氣漏電開關一直拉伸至底部的變壓器輸入端，走線過于迂回曲長，并且電源線、中央伺服器動力線與通信線走線在一條線槽，干擾信號相互耦合，如圖9中藍色圈區(qū)域。因此，本文在不影響安全性的前提下，把空氣開關和保險裝置移動至配電控制柜底部，靠近變壓器，使電源進線至空氣漏電開關入線端之間、空氣漏電開關出線端至濾波器入線端之間、濾波器出線端至變壓器入線端的布線長度盡量短，減少電力線相互耦合干擾，如圖9中紅色圈位置；同時，把中央伺服器輸出動力線與其他所有通信線分開走線，避免干擾信號在走線線材上相互耦合干擾。運行測試后結果如圖10，中段頻率的平均值和準峰值已經降低至標準限值附近，但平均值靠近限值，余量不足。

圖11 接地銅排Fig.11 Ground copper bar

圖12 配電控制柜增加接地點Fig.12 Add ground point in distribution control cabinet

（4）降低接地阻抗

配電控制柜整體制造工藝有噴漆處理，配電柜內部各部件通過緊鎖螺絲與控制柜柜體連接接地，而機柜表面噴漆會隔斷各部件的金屬表面與機柜之間的導電性，特別是對策增加的濾波器，良好的接地對濾波效果起著重要的作用。同時通過測量接地電阻發(fā)現(xiàn)接地銅排與大地接地阻抗過高，未能及時導走干擾信號至大地，干擾信號在銅排上累積電荷，形成二次傳導騷擾干擾源，如圖11。本文在配電控制柜后面板增加接地點，增加控制柜整體導電性，降低接地阻抗，如圖12。運行測試后結果如圖13，平均值和準峰值完全符合GB 17799.4-2012標準中表1傳導騷擾的要求。

圖13 最終測試結果圖Fig.13 Final test results diagram

3. 結束語

目前我國從事工業(yè)機器人生產的企業(yè)往往注重投入研發(fā)工業(yè)機器人的安全性及功能性，卻忽略了整體電磁兼容性的研發(fā)設計。通過工業(yè)機器人傳導騷擾抑制對策的論述，為工業(yè)機器人制造行業(yè)提供了電磁兼容性研發(fā)設計參考指導，有助于改善中國機器人認證通過率，規(guī)范工業(yè)生產電磁兼容環(huán)境，提高工業(yè)機器人整體質量。