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發布時間: | 2025-06-25 11:30 |
最后更新: | 2025-06-25 11:30 |
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在工業自動化快速發展的當下,工業 AGV(自動導引車)小車憑借高效、靈活的物料運輸能力,成為智能工廠、倉儲物流等場景的核心設備。其內部集成的驅動電機系統、導航控制系統、無線通信模塊、電源管理單元等,在協同工作時會產生復雜電磁信號。工業環境中變頻器、電焊機、高頻加熱設備等強電磁干擾源林立,若 AGV 小車電磁兼容性(EMC)不佳,不僅會導致運行失控、導航偏差、通信中斷,還可能引發生產事故。對工業 AGV 小車開展 EMC 摸底測試并有效整改至關重要。
一、工業 AGV 小車的系統架構與電磁干擾產生機制
1.1 系統架構組成
工業 AGV 小車主要由驅動電機系統、導航控制系統、無線通信模塊、電源管理單元和車載控制單元構成。驅動電機系統負責提供動力,實現小車的前進、后退、轉向;導航控制系統通過磁條、激光、視覺等方式實現精準導航;無線通信模塊用于與上位機、其他 AGV 小車或周邊設備進行數據交互;電源管理單元為各系統提供穩定電力;車載控制單元則協調各系統協同工作。
1.2 電磁干擾產生機制
驅動電機系統與電磁干擾:AGV 小車的驅動電機多采用直流無刷電機或交流伺服電機,在運行過程中,電機的 PWM 調速、換向操作會產生高頻電流諧波。以直流無刷電機為例,其換相瞬間電流突變,會在 10kHz - 1MHz 頻段產生電磁噪聲,通過電源線傳導至電源網絡,干擾同一線路中的其他設備。電機產生的電磁輻射還會影響周邊的傳感器和通信模塊,導致信號失真。
導航控制系統的電磁影響:磁條導航依賴磁傳感器感應磁條信號,激光導航通過激光雷達發射和接收激光信號,視覺導航則依靠攝像頭采集圖像數據。這些傳感器的信號采集和處理電路易受電磁干擾。當周邊設備產生的電磁輻射作用于磁傳感器時,可能導致磁條信號誤判,使 AGV 小車偏離預定路徑;激光雷達的激光發射和接收模塊若受到電磁干擾,會出現測距誤差,影響導航精度。
無線通信模塊的電磁問題:AGV 小車常用 Wi-Fi、藍牙、Zigbee 等無線通信技術與外界交互數據,工作頻段集中在 2.4GHz、5GHz。在密集的工業環境中,多個 AGV 小車及其他無線設備工作,頻段重疊易引發信號沖突。例如,某物流倉庫內,20 臺 AGV 小車運行時,因無線信號干擾,部分小車出現通信中斷,導致運輸任務停滯。通信模塊自身產生的電磁輻射也可能干擾小車內部其他電路。
電源管理單元的干擾傳導:電源管理單元負責將電池電能轉換為各系統所需的穩定電壓。DC-DC 轉換器在工作時,開關器件的高頻動作會產生開關噪聲,噪聲通過電源線傳導至驅動電機系統、導航控制系統和無線通信模塊,影響其正常工作。若電源紋波過大,還會導致車載控制單元的芯片工作不穩定,出現程序跑飛現象。
二、工業 AGV 小車的 EMC 測試標準
2.1 guojibiaozhun
IEC 61000 系列標準:IEC 規定了靜電放電抗擾度測試方法,用于評估 AGV 小車在靜電放電環境下的性能;IEC 針對射頻電磁場輻射抗擾度測試,確保小車在復雜射頻環境中能正常運行;IEC 涉及電快速瞬變脈沖群抗擾度測試,檢驗小車應對電快速瞬變干擾的能力。
CISPR 11:該標準適用于工科醫射頻設備,若 AGV 小車采用射頻技術(如無線通信模塊),需遵循其關于電磁發射限值的規定,防止對周邊設備產生干擾。
2.2 國內標準
GB/T 17626 系列標準:等同采用 IEC 61000-4 系列標準,為國內 AGV 小車的抗擾度測試提供規范,如 GB/T 17626.2 對應靜電放電抗擾度測試,GB/T 17626.3 對應射頻電磁場輻射抗擾度測試。
GB 4824:等同于 CISPR 11,明確了 AGV 小車在guoneishichang的電磁發射限值,規范其電磁騷擾特性,保障工業環境中設備間的電磁兼容性。
三、EMC 摸底測試項目要求
3.1 電磁發射測試
傳導發射(150kHz - 30MHz):測量 AGV 小車電源端口的騷擾電壓和騷擾電流,評估其通過電源線向電網傳導的電磁干擾。低頻段(150kHz - 500kHz)騷擾電壓限值一般為 66dBμV,高頻段(500kHz - 30MHz)限值為 34dBμV。若傳導發射超標,可能干擾同一電網中的 PLC 控制系統、變頻器等設備。
輻射發射(30MHz - 1GHz):使用天線接收 AGV 小車運行時的電磁輻射信號,測量電場強度。電場強度限值通常為 40dBμV/m,超出此值會干擾周邊無線通信設備,如倉庫內的無線掃碼槍、無線 AP 等。
3.2 電磁抗擾度測試
靜電放電抗擾度:進行接觸放電(±4kV、±6kV、±8kV)和空氣放電(±8kV、±10kV、±15kV)測試,要求 AGV 小車在靜電放電干擾下,無死機、重啟現象,導航路徑無偏差,通信正常。
射頻電磁場輻射抗擾度:在 80MHz - 1GHz 頻段,以 3V/m、10V/m 等不同場強等級施加射頻電磁場輻射干擾,測試過程中,AGV 小車需保持正常行駛,導航精度誤差在允許范圍內,數據傳輸穩定。
電快速瞬變脈沖群抗擾度:在電源端口、信號端口施加 ±1kV、±2kV 等不同強度的電快速瞬變脈沖群干擾,要求小車無數據丟失、控制指令執行無誤,驅動電機轉速穩定。
浪涌抗擾度:在電源端口施加 ±1kV、±2kV、±4kV 等不同等級的浪涌電壓,模擬雷擊、開關操作等干擾,AGV 小車應能快速恢復正常工作,無硬件損壞和數據丟失。
四、整改思路
4.1 硬件整改
優化電路設計:對驅動電機控制電路、導航傳感器電路進行優化,采用多層 PCB 板設計,合理布局元器件,縮短高頻信號走線。在關鍵信號線上增加磁珠、電容等濾波元件,抑制高頻干擾。例如,在電機驅動電路的電源輸入端增加 π 型濾波電路,減少電源噪聲。
加強屏蔽措施:為 AGV 小車的控制主板、無線通信模塊、驅動電機控制器等關鍵部件加裝金屬屏蔽罩,并確保良好接地,屏蔽效率不低于 95%。使用屏蔽線纜連接各模塊,減少電磁輻射泄漏和外界干擾的侵入。
改進電源管理:選用低噪聲的電源芯片,優化 DC-DC 轉換電路設計,增加多級濾波環節,降低電源紋波。在電源輸入端增加共模電感,抑制共模干擾,提高電源穩定性。
4.2 軟件與控制策略優化
軟件抗干擾設計:在車載控制單元的軟件中,增加數據校驗和糾錯機制,采用 CRC 校驗算法確保數據傳輸準確性。優化中斷處理程序,提高系統對電磁干擾的響應能力,防止程序跑飛。
調整控制策略:針對導航系統,采用冗余導航方式,如使用磁條導航和激光導航,當一種導航方式受電磁干擾失效時,自動切換至另一種導航方式。在無線通信方面,采用自適應頻率調節技術,當檢測到頻段干擾時,自動切換到空閑頻段,保障通信穩定。
4.3 生產工藝與質量管理
嚴格元器件選型:選用低電磁輻射、高抗干擾能力的元器件,如低 EMI 的芯片、電感、電容等。要求供應商提供元器件的 EMC 測試報告,從源頭把控產品質量。
加強生產過程控制:在 AGV 小車生產過程中,嚴格執行焊接工藝標準,確保焊點牢固。增加生產線上的 EMC 抽檢環節,對每臺小車進行電磁發射和抗擾度初步測試,不合格產品嚴禁出廠。