AGV电缆屏蔽与接地在EMC中的应用

1 什么是EMC

电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility）
其定义为“设备和系统在其电磁环境中能正常工作且不对环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”，该定义包含两个方面的意思。首先，该设备应能在一定的电磁环境下正常工作，即该设备应具备一定的电磁抗扰度( EMS)；
其次，该设备自身产生的电磁骚扰不能对其他电子产品产生过大的影响，即电磁骚扰( EMI)

2 AGV关于EMC的标准

评估AGV是否适用于各标准的认证，其中CE认证需要符合声明的指令有：
EN 61000-6-2 对工业车辆抗扰度标准 工业和轻工业产品标准EMC设计标准
EN 61000-6-4 对环境的排放标准 工业和轻工业产品标准EMC设计标准
EN 12895 工业货车电磁兼容性标准

AGV认证标准表.JPG

3AGV是否需要EMC测试及认证或声明

1从AGV的配置上分析

自动导引车分为工业自动化生产线装配参与型（简称生产型AGV）常见于背负式和自动上下料工位配合。
和纯物流运输型（简称物流型AGV）常见于仓储物流、运送生产原料。
受制于成本因素，生产型AGV常采用工业级别的电气元器件和遵循良好的客户企业及行业标准，对AGV性能要求很高。需要考虑电磁兼容设计。
物流型AGV采用自制PCB电路板型的单片机方案，车内几乎不存在电磁兼容设计，本身对其性能要求也不高，在一定程度上考虑电磁兼容设计，由于本身功率较小，考虑更多的是外界对其自身的干扰防护。
着重分析一下生产型AGV的EMC设计

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首先，在进行电子或电气元器件选型设计时，需要选择具有EMC认证或CE认证的器件，充分考虑其电磁兼容性，从根本上保证系 统各主妥器件都符合相关要求，最终为整个系统的电磁安全打下坚实基础。

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除主要控制器件外，AGV 整车电控系统还包括电源等动力系统以及其他电气连接，这些单元工作时也会产生一定的电磁问题，最终体现为整车系统的电磁干扰问题。当AGV 在各种系统中运行时 ，其电磁兼容性将以整车形式进行评估。对于整车的电磁兼容性，其抗电磁干扰 EMI：方面已经在器件选型环节得到有效控制和保证，在此更多关心其对周围环境的电磁干扰问题。而从单个器件本身来讲 ，此方面也是得到有效控制的，所以制造商最终关心的问题是整车对外部环境的电磁干扰 EMS。根据 AGV 的使用特点。其工 作时一般不与其他 设备产生直接电 气连接，因此对其与周围环境的电磁兼容（EMS） 主要关注以下内容：
(1） 抗嗓测试

ESD，静电放电干扰 （参考 EN 61000-4-2 标准） 。

辐射电磁场 干扰（参考 EN50140 标准） 。

(2） 屏蔽测试

辐射干扰，工业 、生物、级别 A。

小结分析

如果AGV在初始选型时考虑使用了具有CE/EMC认证的产品，又在后续布线连接是考虑了屏蔽及接地的良好规范，在这种情况下，产品本身已经具备了很好的EMC兼容性，只需对产品做出声明即可，认证也只是顺水推舟而已。

3 AGV为满足EMC所应遵循的电气规范

1良好的线缆屏蔽

在AGV中，线缆可以分为几类
1各种数字量通讯电缆例如Canopen总线（双绞屏蔽+地线），Profinet工业以太网（两两双绞屏蔽）等
2驱动轴上的编码器与驱动器之间的信号反馈线，常见差分式双绞屏蔽线。
3动力线缆屏蔽，电源到驱动器及驱动器到电机的动力线

1通讯电缆的屏蔽

通讯线缆一般分布于AGV的主控制器到各从设备之间，常见于IO设备，驱动器等。

1Canopen总线屏蔽规范

1共CAN收发器的信号地

image.png

2CAN线保证屏蔽效果与正确接地
带屏蔽层的CAN线，可以良好地抵御电场的干扰，等于整个屏蔽层是一个等势体，避免CAN导线受到干扰
从CAN线在设备端几乎是挨着动力线一起，需要从电场屏蔽再分析。
采用单端接地，不会耦合导线的电芯。
受制于AGV尺寸的大小，随之Canopen总线连接形式的改变，手拉手连接，星型连接。等各种形式连接屏蔽参见下文

详见 CAN总线抗干扰的六种解决方案https://www.21ic.com/news/analog/201907/906283.htm

2 Profinet屏蔽接地

由于Profinet采用专业屏蔽网线和专业金属接头，金属接头咬住网线屏蔽层，在两个设备端均有良好的等电位接地，遵循Profinet布线规范即可。

2编码器差分信号的屏蔽

由于编码器通常安装在电机轴侧或离电机很近，电机运转时产生的电流变化会引起附近的磁场迅速变化，此时就需要考虑磁场的屏蔽接地。
在干扰源产生的磁场中，电缆屏蔽层通过其产生的感应电动势，在屏蔽层产生反向电流，形成反向磁场，从而消减干扰源产生的磁场，达到屏蔽作用，如果屏蔽层单端接地或不接地，感应电动势不能在屏蔽层产生反向电流，达不到屏蔽作用。
同时差分信号的等电位，地必须接。在此针对接地的概念，再做更详细说明。前面提到，任何信号都会有所谓的回流电流，使整体信号路径形成一个回路。单端信号的回流电流是经由GND，而单端信号中，所谓的正电压或负电压，是跟GND ( 电位 = 0 ) 比较出来的。
详细参见 差分信号详解 https://www.sohu.com/a/146697969_468626

2适当的增加消磁环

动力线路和反复动作高电流的线缆采取消磁块以减少其电磁干扰
还有的建议在Canopen线缆加装消磁环，我认为在Can线做了屏蔽和等电位接地之后，可以不用增加。

3 机械结构上的设计

机械设计AGV外蒙皮时，应尽量将各金属搭建连接构成箱体主动屏蔽

不好的电场屏蔽.JPG

4良好的静电安全规范

静电安全包含 AGV 本身的静电安全及放置在 AGV 上产品的静电安全。产品应通过 AGV 上的导电体或专用续地装置时接地．接地电阻应符合产品本身的静电安全要求．
AGV 本体将所有可能有危险带电的导电部件等电位连接，并通过接地装置接地．
AGV 上非金属部件设计成夜正常使用、维护和活活时不会由静电电荷引起点燃危险的结构。通过合理选材 （如防静电胶皮等）限定外壳非金属部件的表而积等方法满足静电防护要求。

总言