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淺談驅動器與設備的電磁相容性要求 EN 61800-3

  • cycheng1015
  • 2021年 02月20日 16:32
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很久以前幫客戶整合設備曾經經歷過TUV的認證, 裡面有一個與電磁相容性有關的項目,主要用意在於法規要求,設備正常運作必須不對於周遭裝置產生電磁干擾,當然自身也不要受到別人的干擾. 法規EN 61800-3乃是規範變頻(變速度)驅動器系統(也稱為PDS - Power Drive System)的EMC電磁相容性的需求。 一個這樣的驅動器系統廣泛含蓋控制電路、電源模組、 電力電子模組與馬達含編碼器,還有諸纜線。請注意PDS並不包含被帶動的設備中的機器機構。 規範中依據使用的場地區分4種類別, C1~C4, C1~C2大致上包含住宅, C2~C4則為工業區。常見的1000V以下的工業用屬於C3,而C2則規範住宅與部份工業用途。C4為高電壓工業用途。 通常驅動器搭配適合電源濾波器(line filter)經過實驗室的驗證測試後,才可以通過上述法規的對外界的電磁干擾的門檻,這些濾波器從市電或工廠電接進來先通過此電源濾波器再接到驅動器的電源輸入端,有區分單相用與三相電源用的濾波器。 長相如第一圖所示。又,專業的驅動器供應商也會提供經由與驅動器或變頻器搭配馬達負載整合測試與驗證,並通過取得認證證書之搭配濾波器供設備整合者選購。如第二圖。第一圖  三相及單相電源濾波器第二圖 驅動器或變頻器廠商提供對應之濾波器選用附件

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功能安全(Functional Safety)法規叢林

  • Liuct2
  • 2021年 02月03日 14:54
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這個話題很艱澀, 我嘗試看看可不可以講得簡單易懂, 看不懂的大家一起探討, 因為我也在學習.有人說歐洲人啟動這個功能安全的法規適用是一種貿易障礙,不過,我們要正向思考,所以我覺得,這個要求乃是為人類謀求福祉,增進人類全體之生活!也就是說,各設備,各馬達驅動的單元,在此要求之下,期待讓人類生活得更安全。所以我們每一天都為了人類的福祉增進而貢獻努力。所謂法規叢林,就是例如:IEC 61508,EN 61800-5-2,IEC 62061,ISO 13849,EN 60204-1等等等。我建議各位就拿這些數字當明牌背起來算了,因為,他們將會幫助你取得增進人類福祉的入門票。一般而言所謂的功能安全(Functional Safety)就是一個系統的安全(至少一部份而言)依存於某設計好的安全功能之正確運行。例如我們在一個機台的門設了一個開關,並期待門被打開就會關閉機器以保護人免於受傷。而功能安全就是要探討這樣的設計如何導致無法正確如預期地提供保護人的目的。IEC 61508乃是功能安全的母法,有點像是憲法那種意思,不知道拿ISO9000來比方恰當否,就好像建立一家公司需要通過ISO認證那種感覺,61508規範了跟功能安全有關的管理方法,以及許多技術細節。例如組織管理的原則, 以及安全失效的種類(系統性失效, 偶發性錯誤)。產品生命週期中所有階段都有可能發生系統性失效(規格訂錯, 設計錯誤, 安裝錯誤, 操作不正確); 而偶發錯誤通常發生在邏輯硬體電路(E/E/PES 電子/電氣/可程式系統), 這些硬體的風險又可以以SFF, HFT與目標SIL(安全等級)做連結。單頻道電路結構,雙頻道結構,冗餘設計,偵測涵蓋率(DC)。終極目標為設計的元件或機台是否達到所要的安全等級。SIL(Safety Integrity Level)安全等級分1~4級, 數字越大越好(表示較安全),但工業自動化中只探討1~3級。講到這裡,各位也許已經感覺身陷於亞馬遜森林中,有點迷失了!其實我也不是很懂,61508就先講到這裡。第一張圖可以看到中心為母法61508,延伸出去各種不同的專業領域有各自的規範,此處特別指出的有右上角的EN 61800-5-2乃是驅動器相關的專法,又左下角的IEC 62061為系統整合者在完成機器設備時要注意的相關功能安全的法規。第二張圖為工業自動化中值得注意的法規,除了61508之外,也看到61800-5-2驅動器專法,還有虛線框起來的2個法規: IEC 62061與ISO 13849。兩個框起來的部份乃是機器製造商要特別遵守的法規。其實62061與ISO 13849的性質類似但:●IEC 62061衍生自母法IEC 61508體系, 適用於機台設備開發商, 講求的為61508一貫的SIL(安全等級)且以E/E/PES 電子/電氣/可程式系統 為主體適用標的。●ISO 13849則出自非IEC 61508體系, 用來取代舊的EN954-1安全規範的歷史背景, 用PL(Performance Leve)來取代SIL安全等級但完全具有異曲同工之妙,有對照表(參見文末的本論壇連結)。特別的是它不只有適用於E/E/PES性質的設計技術, 也適用於其他非電子的系統。相較於SIL分級1~3,PL的分級為a~e,字母順序越後面越好。最後以一個實際的例子來輔助,希望大家可以有點感覺這些叢林中的各顆大樹的意義。第三張圖是一張德國技術認證單位發行的認證證書,想指出來與大家分享的是呼應上文所述的安全法規叢林可以在此圖中的中間列有Codes and standards的部份看到,裡面林林總總列了好多號碼,如果您有背住前面我講的明牌號碼,這裡大多有出現喔!這是一個典型符合自動化工業中安全法規基本要求的證書。相關之本論壇文章功能安全(Functional Safety)的SIL與PLhttp://www.imtf4.tw/topicdetail.php?t=1056

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自動化業中常見的電子設定檔

  • Liuct2
  • 2021年 01月28日 17:29
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幾個自動化業中常見的電子設定檔今天分享一張表,主要介紹幾個自動化業中的檔案擴充檔名, 分別是GSD, XML, EDS檔。表裡面最下面那一列分別寫著這些檔案適用的總線形式。西門子主導的工業總線為PROFIBUS與PROFINET前者適用的為GSD檔後者使用GSDML,用來記載某個設備的基本規格支援功能等等,這些就是電子datasheet的意思。GSD原文為德文的Gerätestammdaten的3個字首字母,意思為設備(device)的基本資料的意思,也有用英文General Station Description來解釋的說法。GSDML內容是把GSD改以XML的格式改寫, 內容結構應該都相同,只是呈現格式採用比較新的XML格式。EtherCAT為Beckhoff發明的工業總線, 他們採用資訊業中常用的XML格式撰寫設備的電子datasheet。在Beckhoff的專業術語中其實叫做ESI檔案(EtherCAT Slave Information)但副檔名採用XML。CANopen則採用EDS檔案, 為Electronic Datasheet的意思。裡面為專屬的ASCII碼撰寫的格式。這些檔案,用意都是要丟給設定的工具程式,讓中央管理的上位控制器擁有轄下連接的網路設備分別具有什麼特徵,可以達成什麼功能,進行什麼任務等等,用途為設定用,但擁有各自的語法。至於表中列到的Ethernet, RS-232, RS-485屬於比較傳統的通訊方式,也比較舊, 速度也比較慢, 通常似乎只有各自專屬的文件說明書,手冊來規範, 並沒有有系統的設定檔。此表來自歐洲,另外再舉個例子,像日本三菱電機的CC-Link就使用獨自的CSP+格式檔案擴充檔名為cspp,但其撰寫格式乃是XML格式。也是在描述各設備(device)的功能等等。CSP+來自以下的縮寫: Control & communication System Profile。

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洗衣板 - EMC相容性導致的軸承傷害

  • Liuct2
  • 2021年 01月07日 14:50
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分享在國外文獻上看到的說明。現代常用的PWM切換控制方式的馬達電流驅動器在大瓦特數的馬達上有一個電磁相容性的議題, 就是有機會損害旋轉軸承導致不順, 噪音, 降低軸承壽命的可能性。追根溯源要講到驅動器在高頻切換時的電壓升降其實非常急遽所謂的dV/dt很大,而馬達的轉子與定子基本上是互相沒有導通,但沒有導通的兩個物體存在著介電係數,因此在電路分析上形成了電容的效應(寄生電容, 雜散電容),當dV/dt大時,在轉子與定子間逐漸建立了電場(共模電壓),新馬達的軸承中注入的潤滑油脂基本上不導電,軸承剛好是阻抗較低的通路,因此在軸承的鋼珠流路上就有可能藉由放電效應而產生電流消耗掉定子與轉子間電容效果儲存來的電荷,這樣的放電有點類似EDM放電加工,會移除軸承鋼珠與流道的金屬材料導致原本平滑的流道變成凹凸不平,損害軸承的正常運轉。這樣的損傷有些像古時候洗衣服的工具,所以國外有人也戲稱為洗衣板效應。通常使用這樣的變頻驅動技術驅動之馬達,在大瓦特數馬達軸承上,常見到如此的失效模式。緩和這個現象的對策有幾種:●好好的把馬達動力線加隔離網●將馬達軸心接地●軸承改用導電的油脂●驅動器與馬達間的動力線加入dV/dt的濾波器(Edge filter)●讓軸承絕緣註1: 介電強度: 乃是材料的絕緣能力, 大致上可以理解為一個材質可以不導電而耐受的最大電壓。註2: 圖片中為小型Edge Filter之一例.有關馬達隔離網也可以參考本論壇的下面這一篇Po文:一條典型的馬達線的構造http://www.imtf4.tw/topicdetail.php?t=324

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COIN? 硬幣? In-Position? 運動控制中的重要訊號

  • Liuct2
  • 2020年 12月29日 15:44
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昨天跟各位分享了DOG信號, 應觀眾要求, 今天來討論一下"硬幣", 喔, 不, 是COIN信號.狀況跟昨天提到的DOG信號有點類似, 一開始, 看到COIN出現在運動控制相關的文件裡面也是有點霧煞煞, 又是一個什麼怪信號? 硬幣信號? 結果仔細一看, 竟然是在講運動後抵達目標座標的到位訊號。這個信號乃是伺服驅動器用來通知上位PLC說剛剛的運動已經告一段落, 馬達已經抵達目標位置了的通報信號。既然是到位信號,為什麼有些驅動器的文件裡面卻稱之為COIN呢? 本人猜測乃是與英文的coincide這個字有關係,英文中這個字與"一致"有關係,也就是運動中編碼器與實際目標座標已經到達趨近於一致了的概念。故最開始那個命名的工程師就取此英文字母的前4個字母來當做代號了。純屬個人猜測,沒有查證,就當做茶餘飯後的喇迪賽吧!不過,個人幾十年前入行的時候,接觸到的並不是COIN而是In-Position這個名詞,幸好也因此名稱沒有招致誤想,立刻就理解其具體的定義。另外也有美國的驅動器使用的描述與這裡所說都不同而稱之為tracking window for position,而且邏輯也與上述的採取反相。與上述有點關連的另外一個信號是到速訊號,概念上只是把前面所說的位置改成速度就成立了,也就是馬達實際速度趨近於指令速度時驅動器輸出給上位PLC的通知訊號。此時,揮之不去的COIN又出現了,前面的到位信號在安川公司中稱COIN,而到速訊號在松下公司則命名為V-COIN也。這裡的V可能來自於速度Velocity而COIN就來自於同上所述的"一致"了,也就是松下想表達的速度一致。無聊上孤狗查了一下幾家日系驅動器,寫了一張表,小小列出這些可愛的用語,供大家奇聞共欣賞吧。最後,有關In-Position到位訊號在本論壇中也有另外一篇討論,大家喇完迪賽可以去看看喔:活用這個訊號 - 達到超高精度性能http://www.imtf4.tw/topicdetail.php?t=551

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