1、激光打標自動上料系統的電磁兼容問題設計與實現    （1 河北科技大學機械電子工程學院，河北石家莊，050054    摘要：在工作現場中，電器設備會受到來自系統內部及外部的電磁干擾。激光打標自動上料系統是一臺專用設備，其控制系統同樣會受到電磁干擾，在專用設備的設計制作中有必要進行電磁兼容性設計并通過有效的測試手段來保證。針對激光打標自動上料系統存在的電磁干擾，采取了一些措施，并對其控制系統進行了修正，現場應用效果表明，這些設計方法是可行的，而且對工作現場中的其他電器設備的電磁兼容設計有一定的指導意義。 關鍵詞：激

2、光打標機；電磁兼容；自動上料    Design and Implementation of EMC in the auto-feeding system for laser marking YAN Tao1, WEI Ze-ding1, JIN Gui-qin2 (1 HeBei University of Science and Technology，ShiJiaZhuang，050054 2 ShiJiaZhuang Sprocket Factory ShiJiaZhuang 050031 ) Abstract: In the industrial

3、 enviornment, electrical equipment will be subject to internal and external interference from the system. The auto-feeding system for laser marking is a specialized equipment, and its control system will be subject to the interference of electromagnetic too. We must take account of the electromagnet

4、ic compatibility and ensure its reliability through effective testing means in the design process of the specialized equipment. We have taken a number of means against the electromagnetic interference existing in the auto-feeding system for laser marking, and we have amended its control system. The

5、effect shows that the design method is feasible after practical application, and it can be used as reference of EMC of designing other electrical equipments in the industrial environment. Keywords: Laser Marking; EMC; Auto-Feeding    引言    激光打標機又名激光標刻機等。激光打標機是

6、利用高能量的激光束照射在物體表面，光能瞬時變成熱能，使物體表面迅速產生蒸發，從而在物體表面上刻出任意所需要的文字、圖形和圖像，服務于各行各業。 石英晶體激光打標自動上料系統（專用于石英晶體振蕩器的激光打標）可使石英晶體自動上料，自動打標，它是一臺典型的機電一體化設備，在該設備的設計過程中，首先要考慮的是實現其必要的功能，主要是關于其工藝性的設計，但由于石英晶體的打標工序是該產品除包裝、檢驗外的最后一道工序，有些廠家的檢驗工序甚至在打標之前，如果石英晶體在打標時出現質量問題，不僅會造成很大浪費，而且還會引起客戶的投訴，所以必須保證該專用設備的工作可靠性。而對于機電一體化設備的可靠性的影響因素中，

7、系統的電磁兼容問題是一個主要因素。如果這一問題處理得不好，將使系統產生很多隨機的故障，嚴重影響系統的工作，所以，研究與解決其電磁兼容問題具有重要意義，而且，對于其他的機電一體化設備也具有一定的指導意義。    1 石英晶體激光打標自動上料系統的構成 圖1 激光打標自動上料系統的構成    作者簡介：閻濤，男，1970，河北石家莊，漢，工程師，碩士研究生，主要從事機電一體化方面的研究。 石英晶體激光打標自動上料系統主要由以下幾部分組成：激光打標機、機頭（主要包括電磁鐵及光電檢測等器件）、按鍵、中央控制板（主要包括CP

8、U等器件）、驅動板（主要包括電源變換、光電隔離、報警器等器件）、振動料斗（主要包括電磁鐵等器件）、振動料道（主要包括電磁鐵和光電檢測等器件）、箱體等，如圖1所示。    2 石英晶體激光打標自動上料系統的電磁兼容設計與實現    2.1 電磁干擾源的分析 該自動上料系統采用單片機控制，單片機本身的抗干擾能力較差，且工作現場有大量的電子設備存在，同時激光打標機采用微型機來控制，也較容易受到外來干擾，所以該系統的電磁兼容問題成為在系統設計制作過程中必須考慮的問題。 激光打標機本身就是一個較大的干擾源，它的主要干擾為：

9、1）開關電源產生的高頻干擾。激光打標機的激光電源一般采用開關電源, 開關電源轉換效率高, 體積小。但由于開關電源在工作過程中會產生嚴重的高頻干擾, 這對石英晶體激光打標自動上料系統的控制部分有較嚴重的影響。 2）靜電。激光打標機的某些部位所帶靜電有2萬伏以上。 石英晶體激光打標自動上料系統內部的主要干擾源為電磁鐵，它為感性負載。 來自于工作現場其他設備的主要干擾源為電磁閥、繼電器、晶閘管、電機以及大功率負載在接通瞬間所產生的沖擊電流的干擾。 2.2 電磁兼容的一般設計方法 在石英晶體激光打標機的設計制作過程中，由于設計原則是為客戶提供優質低價的產品，所以設計時最好針對現場的干擾情況采取措施，但

10、是，由于干擾的測試手段不完善，測試成本也很高，所以在設計時只能依據經驗采取一些必要的措施。一般說來，單片機應用系統的干擾源分為內部干擾源和外部干擾源，由于單片機往往處于較為惡劣、復雜的外部電磁環境，較強的外部干擾信號主要通過電源進入單片機系統內部。根據這些情況在設計時采取的主要措施分為硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。 2.3 本系統的電磁兼容設計與實現 通過合理的硬件電路設計，可以消除絕大部分電磁干擾，應用硬件抗干擾措施是經常采用的一種有效方法。硬件抗干擾技術主要包括濾波、接地以及屏蔽等。在這臺設備中我們根據現場的干擾源采取的主要的硬件抗干擾方法是： 1) 使用電源濾波器，用于濾除電源線通過傳

11、導耦合的電磁噪聲。 2) 采用分立式供電。因為系統中的的用電設備例如推拉電磁鐵、下壓電磁鐵、振動料斗電磁鐵、振動料道電磁鐵、報警器等的接通和斷開都會在供電電源中產生很嚴重的噪聲，包括脈沖噪聲、電壓瞬時跌落、高頻噪聲等。為了盡量減少動力負載產生的噪聲通過電源傳導到計算機控制系統中，應該對計算機控制系統和動力負載分別供電，并單獨設計印制電路板。 3) 合理使用接地技術。為防止共地線阻抗干擾，該設備中有三種接地線，一是以安全為目的的保護地線，與該設備的機箱相連，一個是為設備中的各個電路提供穩定的零基準電位的工作接地，還有就是為抑制噪聲電纜等的屏蔽層的接地。 4) 使用雙面板設計電路。在單面印制電路板

12、上的高速邏輯電路一般較難保持正常和可靠的工作狀態，為預防外來噪聲和向外輻射噪聲，宜采用多層結構的印制電路板。. 5) 使用光電耦合器件進行信號隔離。由于光電耦合器不是將輸入側和輸出側的電信號進行直接耦合，而是以光為媒介進行間接耦合，所以具有較高的電器隔離和抗干擾能力。 6) 信號線和電磁鐵電源線分別引出，以減少線間串擾。 7）設置復位按鍵。 串入微機測控系統的干擾，其頻譜往往很寬，且具有隨機性，采用硬件抗干擾措施，只能抑制某個頻率段的干擾，仍有一些干擾會侵入系統。因此，除了采用硬件抗干擾方法外，還要采取軟件抗干擾措施。在該設備中，主要采取的軟件抗干擾措施為： 1) 輸入口信號重復檢測方法。在該

13、裝置中，對于鍵盤輸入信號，只有連續檢測180次均為高電平才認為輸入信號有效，只要中間有一次為低電平，系統則認為本輸入信號無效，繼續重新計數。 2) 軟件陷阱技術。當亂飛的程序進入非程序區（如EPROM未使用的空間）或表格區時，采用冗余指令使程序納入軌道條件便不滿足，此時可以設定軟件陷阱，攔截亂飛程序，將其迅速引向一個指定位置，在那里有一段專門對程序出錯進行處理的程序。 在采取了上述措施后，經實際使用，在有的車間能夠完全正常工作，而在有的車間單片機控制系統有時能正常工作，有時則處于非正常工作狀態甚至完全癱瘓狀態，具體現象為：通電后推拉電磁鐵即伸出，不接受任何指令；計數器顯示0，不接受任何指令；在

14、工作中突然停機，按復位鍵后繼續運行；時常出現漏打現象，平均為每打標100個晶體，便出現2-3個未打標晶體。 根據這些現象，可以看出，系統的電路原理是正確的，產生這些問題的原因主要是電磁兼容問題。系統是由于受到了內部或外部的干擾才產生了這些現象。我們分析這些干擾主要來自于以下幾個方面： 1) 電磁鐵的電源線相當于一個電磁波發射天線，而光電檢測信號線相當于一個電磁波接收天線，會把干擾信號傳遞至控制系統。 2) 振動輸送電磁鐵以及振動料斗、推拉電磁鐵也為干擾源，在其電源通斷瞬間，會產生很高的反壓，進而干擾控制系統。 3) 原設計的激光打標機控制方式把光電耦合器件裝在了驅動板處，然后再通過引線連接至激

15、光打標機控制電路處，這種接線方式的導致的結果是：此時，這根連線相當于一根天線，會把外部的干擾信號接收到激光打標機控制電路內部進而影響控制信號，嚴重時，在用激光打標機鍵盤輸入信息時甚至使計算機出現亂碼。 采取的主要措施： 1) 為電磁鐵加裝吸收電路。主要包括振動料斗、振動料道內的電磁鐵以及推拉電磁鐵和下壓電磁鐵。加裝時，盡可能加在電磁鐵的附近，原則是越近效果越好，在本設備中，我們加在了電磁鐵的引線處。 2）重新設計電源濾波電路。 2) 把光電隔離器件由原來放至驅動板處改為放至激光打標機內部控制電路板處，這樣便減少了較長信號線所帶來的干擾，如圖2所示。 圖 2 激光打標控制方式的改進 3 工業現場的實施結果