GB∕T 39004-2020 工業(yè)機(jī)器人電磁兼容設(shè)計(jì)規(guī)范

ICS25.040.30工業(yè)機(jī)器人電磁兼容設(shè)計(jì)規(guī)范Industrialrobotelectromagneticcompatibilitydesignspeci國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T39004—2020 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語、定義和縮略語 13.1術(shù)語和定義 1 34工業(yè)機(jī)器人組成及電磁兼容關(guān)鍵部件 34.1概述 34.2示教器 4 44.4工業(yè)機(jī)器人本體 4 4 5 56.2示教器電磁兼容技術(shù)指標(biāo)要求 56.3示教器電磁兼容設(shè)計(jì)要求 6 87.1概述 87.2控制柜系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)要求 87.3控制柜內(nèi)關(guān)鍵零部件電磁兼容設(shè)計(jì)要求 8工業(yè)機(jī)器人本體 8.1概述 8.2工業(yè)機(jī)器人本體系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì) 8.3本體內(nèi)關(guān)鍵零部件電磁兼容設(shè)計(jì)要求 9.1概述 9.2基于PCB原理圖部分的電磁兼容設(shè)計(jì) 9.3PCB布局布線電磁兼容設(shè)計(jì) 10.1電磁兼容性測(cè)試方法 10.2設(shè)計(jì)過程記錄 附錄A(資料性附錄)工業(yè)機(jī)器人EMC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素 IⅢGB/T39004—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。本標(biāo)準(zhǔn)由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國自動(dòng)化系統(tǒng)與集成標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC159)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：上海電器科學(xué)研究院、廣東省珠海市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所、安徽寶信信息科技有限公司、中國工程物理研究院電子工程研究所、安徽省配天機(jī)器人技術(shù)有限公司、工業(yè)和信息化部電子第五研究所、上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司、中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、山東魯能智能技術(shù)有限公司、上海機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司、上海電器設(shè)備檢測(cè)所有限公司、上海添唯認(rèn)證技術(shù)有限公司、廣東匯興精工智造股份有限公司。GB/T39004—2020工業(yè)機(jī)器人電磁兼容設(shè)計(jì)規(guī)范1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工業(yè)機(jī)器人的示教器、控制柜、機(jī)器人本體、印制電路板(PCB)的電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)機(jī)器人的EMC設(shè)計(jì)。注：本標(biāo)準(zhǔn)給出的內(nèi)容是一種趨近式設(shè)計(jì)，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人制造商采用以下設(shè)計(jì)時(shí)，將會(huì)獲得更好的電磁兼容性。當(dāng)2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T4365電工術(shù)語電磁兼容GB4824—2019工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備射頻騷擾特性限值和測(cè)量方法GB/T6113.201無線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法規(guī)范第2-1部分：無線電騷擾和抗擾度測(cè)量方法傳導(dǎo)騷擾測(cè)量GB/T6113.203無線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法規(guī)范第2-3部分：無線電騷擾和抗擾度測(cè)量方法輻射騷擾測(cè)量GB/T12643—2013機(jī)器人與機(jī)器人裝備詞匯GB/T17626.2電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)GB/T17626.3電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)GB/T17626.4電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)GB/T17626.5電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)GB/T17626.6電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度GB/T17626.11電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)電壓暫降、短時(shí)中斷和電壓變化的抗擾度試驗(yàn)GB/T17626.14—2005電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)電壓波動(dòng)抗擾度試驗(yàn)GB/T17799.2電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)環(huán)境中的抗擾度試驗(yàn)GB/T38326工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療機(jī)器人電磁兼容抗擾度試驗(yàn)GB/T38336工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療機(jī)器人電磁兼容發(fā)射測(cè)試方法和限值GB/T4365和GB/T12643—2013界定的以及下列術(shù)語和定義適用本文件。3.1.1自動(dòng)控制的、可重復(fù)編程、多用途的操作機(jī)，可對(duì)三個(gè)或三個(gè)以上軸進(jìn)行編程。它可以是固定式或移動(dòng)式。在工業(yè)自動(dòng)化中使用。注1:工業(yè)機(jī)器人包括：12GB/T39004—2020注3:改寫GB/T12643—2013,定義2.9。3.1.2工業(yè)機(jī)器人EMCindustrialrobotEMC工業(yè)機(jī)器人的設(shè)備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中可正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受注1:EMC包括電磁騷擾(EMI)和電磁抗擾度(EMS)兩方面內(nèi)容。注2:EMI為工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行其功能的過程中所產(chǎn)生不利于其他系統(tǒng)的電磁騷擾，工業(yè)機(jī)器人對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的注3:EMS為工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中不受周圍電磁環(huán)境影響的能力，工業(yè)機(jī)器人對(duì)所在環(huán)境中存在3.1.33.1.4一套具有邏輯控制和動(dòng)力功能的裝置，能控制和檢測(cè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)并與環(huán)境(設(shè)備和使用者)進(jìn)行通信。注：改寫GB/T12643—2013,定義2.7。3.1.5用于抑制電磁騷擾的由單一元件(例如電感、電容)組成的組合器件。[GB/T7343—2017,定義3.1.5]3.1.6隔離電磁環(huán)境、顯著減小在其一邊的電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)另一邊的設(shè)備或電路的影響的一種裝置或措施。3.1.7組成電子電氣產(chǎn)品各個(gè)部件在產(chǎn)品中的相對(duì)位置。3.1.8一種表達(dá)電路連接關(guān)系的圖。3.1.93.1.103GB/T39004—20203.1.113.1.12上升時(shí)間小于其4倍傳輸時(shí)延的信號(hào)。3.1.13下列縮略語適用于本文件。AC/DC:交流電轉(zhuǎn)直流電(AlternatingCurrent/DirectCurrent)AGV:自動(dòng)導(dǎo)引車(AutomatedGuidedVehicle)CAN:控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ControllerAreaNetwork)CMC:共模電感(CommonModeChoke)DC/AC:直流電轉(zhuǎn)交流電(DirectCurrent/AlternatingCurrent)EMC:電磁兼容性(ElectroMagneticCompatibility)EMI:電磁干擾(ElectromagneticInterference)EMS:電磁抗擾度(ElectromagneticSusceptibility)PCB:印制電路板(PrintedCircuitBoard)PWM:脈沖寬度調(diào)制(PulseWidthModulation)SELV:安全特低電壓(SafetyExtraLowVoltage)4工業(yè)機(jī)器人組成及電磁兼容關(guān)鍵部件根據(jù)使用需求，工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)可以分為一體式或分體式。一體式設(shè)計(jì)是將工業(yè)機(jī)器人本體與控制柜(驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))設(shè)計(jì)為一個(gè)整體。分體式設(shè)計(jì)是將工業(yè)機(jī)器人本體與控制柜(驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))設(shè)計(jì)成通過電纜連接的兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分。見附錄A。4GB/T39004—2020控制柜機(jī)器人木體電機(jī)組安全模塊接觸器互連線纜殼體總電源入口屏幕按鍵區(qū)殼體接口邏輯與I/0控制模塊AC/JC濾波器互連線纜互連線纜殼體圖1工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成示意圖4.2示教器4.3控制柜4.4工業(yè)機(jī)器人本體影響工業(yè)機(jī)器人本體電磁兼容性能的部件主要有殼體、電機(jī)、電纜、傳感器和電池(AGV適用)等。5工業(yè)機(jī)器人電磁兼容設(shè)計(jì)框架本標(biāo)準(zhǔn)考慮的是典型工業(yè)機(jī)器人的電磁兼容設(shè)計(jì)，對(duì)制造商實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)不適用的章條，其要求無需考慮。工業(yè)機(jī)器人各廠商實(shí)際的電磁兼容設(shè)計(jì)能力存在差異，機(jī)器人關(guān)鍵零部件存在外購件、自制件或兩者結(jié)合的情況，相應(yīng)的電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)注點(diǎn)不盡相同，圖2給出了工業(yè)機(jī)器人示教器、控制柜和本體與本標(biāo)準(zhǔn)章條對(duì)照?qǐng)D。5GB/T39004—2020工業(yè)機(jī)器人電磁工業(yè)機(jī)器人電磁求兼容設(shè)計(jì)要求控制柜零部本體零部件電磁兼容指控制柜零部件電磁兼容指標(biāo)要求本體零部件電磁兼容設(shè)計(jì)要求控制柜內(nèi)關(guān)鍵機(jī)器人本體系統(tǒng)參考控制柜系統(tǒng)示教器圖2工業(yè)機(jī)器人電磁兼容設(shè)計(jì)章條對(duì)照?qǐng)D6示教器工業(yè)機(jī)器人的示教器可以由機(jī)器人制造商自行設(shè)計(jì)或采購。其電磁兼容指標(biāo)要求見6.2,電磁兼容設(shè)計(jì)要求見6.3。對(duì)于外購的示教器，工業(yè)機(jī)器人廠家宜采用設(shè)置電磁兼容指標(biāo)的形式，對(duì)采購的示教器的電磁兼容水平加以控制，其電磁兼容指標(biāo)要求見表1。示教器宜選用制造廠商推薦的典型工作狀態(tài)，參照臺(tái)式設(shè)備進(jìn)行布置，并運(yùn)行制造廠商規(guī)定的功能。在進(jìn)行抗擾度試驗(yàn)時(shí)，表1中給出的性能判據(jù)應(yīng)參照GB/T17799.2進(jìn)行。GB/T39004—2020表1示教器電磁兼容指標(biāo)要求測(cè)試端口頻率范圍限值測(cè)試方法參考標(biāo)準(zhǔn)性能判據(jù)等級(jí)外殼端口電磁輻射騷擾30MHz～1GHz見GB4824—2019表6GB/T6113.203靜電放電抗擾度士6kV(接觸)士8kV(空氣)GB/T17626.2B射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度80MHz~GB/T17626.3A信號(hào)和控制端口電快速瞬變脈沖群抗擾度100kHz重復(fù)頻率GB/T17626.4B浪涌抗擾度±2kV(共模，電壓逐級(jí)施加)GB/T17626.5B—±1kV(差模，電壓逐級(jí)施加)GB/T17626.5B射頻共模/射頻連續(xù)波傳導(dǎo)抗擾度0.15MHz~80MHzGB/T17626.6A6.3示教器電磁兼容設(shè)計(jì)要求示教器機(jī)械架構(gòu)電磁兼容設(shè)計(jì)要求會(huì)提升工業(yè)機(jī)器人示教器的電磁兼容性，設(shè)計(jì)時(shí)，若只采用本標(biāo)準(zhǔn)的部分要求，電磁兼容測(cè)試過程中存在測(cè)試不通過的風(fēng)險(xiǎn)。6.3.2示教器機(jī)械架構(gòu)設(shè)計(jì)電纜連接器宜集中放置在電路板的同一側(cè)，這樣可使流經(jīng)整個(gè)電路板及其工作地(GND)的共模干擾電流變小，也可減小流經(jīng)產(chǎn)品等效天線(如電纜)的共模干擾電流，在電路板中分散放置連接器的方式會(huì)提高EMC風(fēng)險(xiǎn)。6.3.2.2示教器屏蔽電纜屏蔽層的當(dāng)示教器輸出電纜采用屏蔽電纜時(shí)，屏蔽電纜的連接位置應(yīng)滿足如下要求：a)金屬外殼示教器，電纜屏蔽層在連接器入口處與接地的金屬板或金屬連接器外殼相連，并形成b)對(duì)于非金屬外殼示教器，以最短距離與GND搭接。6.3.2.3示教器內(nèi)部PCB的電源和信號(hào)輸入端口的濾波及防護(hù)示教器與控制柜之間的互聯(lián)電纜未屏蔽且該電纜需要通過浪涌測(cè)試時(shí)，則應(yīng)增加濾波電路。示教器內(nèi)有開關(guān)電源時(shí)，其電源端口一定要進(jìn)行EMI濾波。67GB/T39004—20206.3.2.4示教器PCB板的工作地與金屬殼體之間的互連示教器PCB板的工作地與金屬殼體(包括連接器金屬殼)之間的互連應(yīng)滿足以下要求：a)對(duì)于SELV電路，PCB板的工作地與金屬殼體之間在連接器附近直接等電位互連；b)對(duì)于非SELV電路，PCB板的工作地與金屬殼體之間在連接器附近則通過Y電容與金屬殼體連接。6.3.2.5示教器內(nèi)不同PCB板之間的工作地的互連由于互連排針/排線上存在的寄生電感，所以PCB板之間的地互連對(duì)所傳高速信號(hào)是一種高阻抗的互連，當(dāng)高速信號(hào)電流經(jīng)過互連排針/排線時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降。針對(duì)PCB板之間的工作地互連宜采用如a)連接器中的地與連接器的金屬外殼在互連線的兩端直接相連或通過電容相連；b)或?qū)τ谂啪€扁平電纜或類似互連電纜有地平面存在；c)或通過長寬比小于5的金屬體互連。6.3.2.6示教器內(nèi)部PCB互連信號(hào)PCB互連信號(hào)是產(chǎn)品抗干擾性能最薄弱的環(huán)節(jié)，如果PCB板之間互連線兩邊的工作地未通過低阻抗的金屬體進(jìn)行互連，就意味著干擾電流一定會(huì)流經(jīng)互連排線/針，則應(yīng)對(duì)互連連接器中所有信號(hào)進(jìn)行濾波處理。PCB板上的周期性信號(hào)(如時(shí)鐘/PWM信號(hào)等)的回流，在流經(jīng)互連排線/針時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生EMI共模壓降，產(chǎn)生EMI問題。PCB板之間的互連信號(hào)中不宜存在時(shí)鐘信號(hào)或PWM信號(hào)。6.3.2.7示教器殼體各個(gè)金屬部件之間的搭接(考慮阻抗與縫隙處理)方式示教器的殼體應(yīng)是一個(gè)完善的屏蔽體，為此應(yīng)：a)屏蔽體各金屬表面之間實(shí)施面與面的連接。b)屏蔽體中各金屬體長寬比小于3:1。c)孔縫的最大尺寸不超過以下兩種情況下的最小尺寸：1)電路最大工作頻率波長的1/100;2)當(dāng)這個(gè)屏蔽體有共模干擾電流流經(jīng)時(shí)，小于0.15m。d)嚴(yán)禁屏蔽電纜不與屏蔽體連接直穿屏蔽體(此時(shí)，電纜屏蔽層應(yīng)與屏蔽體做360°搭接)。板的工作地與金屬殼體之間的互連及產(chǎn)品金屬殼體之間所組成的回路面積控制如圖3所示輸入回路面(回路H)與和后續(xù)回路(回路K)之間的耦合，他們?cè)谛盘?hào)傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生互為了使互連電感最小，示教器設(shè)計(jì)時(shí)，回路H面積應(yīng)趨于零。注：回路面積越大寄生電感越大，大的電感將阻撓干擾電流的泄放。GB/T39004—2020圖3輸入回路與和后續(xù)回路之間的耦合6.3.2.9示教器防ESD擊穿設(shè)計(jì)對(duì)于非金屬外殼的示教器，示教器的可接觸表面與內(nèi)部的任何金屬體之間宜具有足夠的爬電距離(金屬體可接觸表面之間沿絕緣體表面的最短距離),如6mm爬電距離，殼體可承受±8kV的空氣放示教器電路板設(shè)計(jì)見第9章。7控制柜工業(yè)機(jī)器人控制柜電磁兼容設(shè)計(jì)需要考慮關(guān)鍵零部件系統(tǒng)集成的電磁兼容性，其電磁兼容要求見工業(yè)機(jī)器人的控制柜中開關(guān)電源、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器等關(guān)鍵零部件，應(yīng)滿足7.3的電磁兼容要求?？刂乒耠姶偶嫒菰O(shè)計(jì)要求將會(huì)提升工業(yè)機(jī)器人控制柜的電磁兼容性，若設(shè)計(jì)時(shí)只采用部分內(nèi)容，這將存在控制柜通不過電磁兼容測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)。7.2控制柜系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)要求電纜中傳輸?shù)男盘?hào)和能量，能在其附近產(chǎn)生電磁場(chǎng)。同時(shí)電纜也會(huì)從周圍的環(huán)境中吸收電磁信號(hào)，并將其傳輸給設(shè)備，是輻射干擾的主要來源，也是電磁干擾的接收器?？刂乒駜?nèi)的電纜根據(jù)電纜上的信號(hào)共分為4類(如有),分別為：a)敏感信號(hào)線：EtherCAT通信線、C示教器電源線共同組成線束);b)帶快速開關(guān)切換的功率信號(hào)線：電機(jī)動(dòng)力線(含三相電源線和抱閘信號(hào)線)、PWM信號(hào)排線；c)電源線：控制柜供電線纜、伺服驅(qū)動(dòng)器供電線纜、各模塊供電電纜(典型為24V,有主控模塊供些控制柜中是合并供電);d)一般信號(hào)線：指示燈/按鍵相關(guān)線纜、風(fēng)扇控制信號(hào)線(常與風(fēng)扇電源線共同組成線束)、驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)線(與功率模塊之間的信號(hào)連接，常與PWM信號(hào)線共同組成線束)、驅(qū)動(dòng)控制上位機(jī)接口I/O信號(hào)線(除通信總線外的硬件連接線)。9GB/T39004—20207.2.2控制柜內(nèi)電纜加裝EMC裝置電纜中的EMC裝置是放置在電纜上用來增加電纜共模阻抗或旁路共模電流的裝置，如套在線纜上的鐵氧體磁環(huán)、串聯(lián)在線纜上的濾波器等?？刂乒駜?nèi)電纜應(yīng)根據(jù)表2中的分類，對(duì)于其中敏感信號(hào)線和快速開關(guān)功率信號(hào)線，應(yīng)考慮加裝表2電纜EMC裝置要求表電纜屬性是否需要EMC裝置線纜類型要求典型裝置列舉EtherCATEtherCAT通信線、CAN/MODBUS信號(hào)線、編碼器信號(hào)線、示教器通信線纜是屏蔽電纜屏蔽、磁環(huán)電機(jī)動(dòng)力線(含三相電源線和抱閘信號(hào)線)、PWM信號(hào)排線是屏蔽電纜屏蔽、磁環(huán)控制柜供電線纜、伺服驅(qū)動(dòng)器供電線纜、各模塊供電電纜否指示燈/按鍵相關(guān)線纜、風(fēng)扇控制信號(hào)、驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)、驅(qū)動(dòng)控制上位機(jī)接口I/O信號(hào)否7.2.3控制柜內(nèi)屏蔽電纜屏蔽層連接控制柜輸出的動(dòng)力電纜、編碼器電纜宜采用屏蔽電纜，其輸出端口宜靠近控制柜殼體處放置。采用屏蔽電纜時(shí)，其屏蔽層在輸入和輸出端口處，應(yīng)與接地的金屬板或金屬連接器外殼形成360°搭接。對(duì)于浮地關(guān)鍵零部件，其屏蔽電纜應(yīng)與公共地360屏蔽電纜在穿過屏蔽殼體時(shí)，電纜屏蔽層應(yīng)與屏蔽體形成360°搭接。7.2.4控制柜內(nèi)關(guān)鍵零部件接地為使流經(jīng)關(guān)鍵零部件的共模干擾(電流)就近流向大地，關(guān)鍵零部件接地要求如下：a)零部件的殼體應(yīng)就近與控制柜金屬殼體低阻抗連接；b)接地采用接地導(dǎo)體時(shí)，其長寬比應(yīng)小于3:1。7.2.5控制柜內(nèi)電纜間串?dāng)_表2所述各類線纜之間應(yīng)有串?dāng)_抑制措施，以有效降低各類電路之間通過寄生參數(shù)傳遞的干擾信號(hào)，不同電纜之間是否需要串?dāng)_抑制見表3。GB/T39004—2020表3不同類型電纜之間的串?dāng)_抑制需求類型EtherCATEtherCAT通信線、CAN/MODBUS信號(hào)線、編碼器信號(hào)線、示教器通信線纜電機(jī)動(dòng)力線(含三相電源線和抱閘信號(hào)線)、PWM信號(hào)排線控制柜供電線纜、伺服驅(qū)動(dòng)器供電線纜、各模塊供電電纜指示燈/按鍵相關(guān)線纜、風(fēng)扇控制信號(hào)線、驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)線、驅(qū)動(dòng)控制上位機(jī)接口I/O信號(hào)線EtherCATEtherCAT通信線、CAN/MODBUS信號(hào)線、編碼器信號(hào)線、示教器通信線纜需要需要需要需要電機(jī)動(dòng)力線(含三相電源線和抱閘信號(hào)線)、PWM信號(hào)排線需要不需要需要需要控制柜供電線纜、伺服驅(qū)動(dòng)器供電線纜、各模塊供電電纜需要需要不需要不需要指示燈/按鍵相關(guān)線纜、風(fēng)扇控制信號(hào)線、驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)線、驅(qū)動(dòng)控制上位機(jī)接口I/O信號(hào)線需要需要不需要不需要表3中電纜之間需要串?dāng)_抑制處理的，其措施方法有：a)電纜間距離宜在0.3m以上，如動(dòng)力電纜和編碼器電纜在控制柜內(nèi)部走線時(shí)，宜保持與內(nèi)部數(shù)據(jù)控制電纜0.3m以上；b)線纜間垂直布線；c)相鄰兩條平行布置的電纜，至少其中有一條為屏蔽電纜。7.2.6控制柜系統(tǒng)地阻抗或殼體金屬部件間阻抗控制柜系統(tǒng)的地阻抗是一個(gè)完善的屏蔽體的各金屬部件之間的阻抗，為滿足控制柜殼體的屏蔽性a)控制柜各金屬表面之間實(shí)現(xiàn)完整、連續(xù)的低阻抗搭接；b)各金屬體長寬比都小于5:1;c)控制柜殼體上孔縫的最大尺寸不應(yīng)超過以下兩種情況下的最小尺寸；1)電路中有源器件的最大工作頻率波長的1/100;2)當(dāng)這個(gè)屏蔽體有共模干擾電流流經(jīng)時(shí)，其孔縫小于0.15m。電纜與參考地或大地組成的環(huán)路面積直接與電纜的輻射發(fā)射大小相關(guān)，環(huán)路面積越大輻射越大。同樣，環(huán)路面積越大，也越容易耦合外部的電磁場(chǎng)，在電纜控制柜內(nèi)部電纜設(shè)計(jì)時(shí)，電纜與參考地或大地之間組成的環(huán)路面積應(yīng)趨近于零，為滿足以上要求，電纜宜靠近控制柜殼體走線。GB/T39004—20207.3控制柜內(nèi)關(guān)鍵零部件電磁兼容設(shè)計(jì)要求7.3.1控制柜內(nèi)關(guān)鍵零部件電磁兼容技術(shù)指標(biāo)要求對(duì)于購置的控制柜內(nèi)關(guān)鍵零部件，工業(yè)機(jī)器人廠家宜采用設(shè)置電磁兼容指標(biāo)的形式，對(duì)采購的關(guān)鍵零部件的電磁兼容水平加以控制，其電磁兼容指標(biāo)要求見表4和表5。關(guān)鍵零部件應(yīng)依照制造廠商規(guī)定的典型工作狀態(tài)，參照臺(tái)式設(shè)備進(jìn)行布置，并運(yùn)行制造廠商規(guī)定的功能。在進(jìn)行抗擾度試驗(yàn)時(shí)，表4和表5中給出的性能判據(jù)等級(jí)應(yīng)按照GB/T17799.2執(zhí)行。表4開關(guān)電源的電磁兼容指標(biāo)要求測(cè)試端口頻率范圍限值測(cè)試方法性能判據(jù)等級(jí)外殼端口電磁輻射騷擾見GB4824—2019表6靜電放電抗擾度±6kV(接觸)±8kV(空氣)B射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度80MHz~A交流電源輸入端口傳導(dǎo)騷擾見GB4824—2019表2電快速瞬變脈沖群抗擾度100kHz重復(fù)頻率B浪涌抗擾度±2kV(共模，電壓逐級(jí)施加)B±1kV(差模，電壓逐級(jí)施加)B射頻共模/射頻連續(xù)波傳導(dǎo)抗擾度A電壓暫降和短時(shí)中斷抗擾度(暫降)(暫降)80%,持續(xù)250周期(暫降)(中斷)C電壓波動(dòng)抗擾度2005表1等級(jí)3AGB/T39004—2020測(cè)試端口測(cè)試項(xiàng)目頻率范圍限值測(cè)試方法性能判據(jù)等級(jí)外殼端口電磁輻射騷擾30MHz～1GHz見GB4824—2019表6靜電放電抗擾度±6kV(接觸)士8kV(空氣)B射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度80MHz~A直流電源端口電快速瞬變脈沖群抗擾度—100kHz重復(fù)頻率B浪涌抗擾度±2kV(共模，電壓逐級(jí)施加)B±1kV(差模，電壓逐級(jí)施加)B射頻共模/射頻連續(xù)波傳導(dǎo)抗擾度0.15MHz~A信號(hào)和控制端口電快速瞬變脈沖群抗擾度100kHz重復(fù)頻率B浪涌抗擾度±2kV(共模，電壓逐級(jí)施加)B±1kV(差模，電壓逐級(jí)施加)B射頻共模/射頻連續(xù)波傳導(dǎo)抗擾度0.15MHz~A7.3.2控制柜內(nèi)關(guān)鍵零部件電磁兼容設(shè)計(jì)要求7.3.2.1控制柜內(nèi)關(guān)鍵零部件機(jī)械架構(gòu)設(shè)計(jì)要求控制柜內(nèi)關(guān)鍵零部件機(jī)械架構(gòu)設(shè)計(jì)可參考6.3.2,還宜考慮7.3.2.1.2。為了讓共模干擾(電流)就近流向大地，避免共模電流流經(jīng)產(chǎn)品內(nèi)部PCB的工作地平面或扁平電纜等內(nèi)部互連電纜，控制柜殼體應(yīng)有接地線或與地直接搭接?？刂乒駜?nèi)關(guān)鍵零部件電路板設(shè)計(jì)見第9章。GB/T39004—20208工業(yè)機(jī)器人本體工業(yè)機(jī)器人的本體電磁兼容設(shè)計(jì)需要考慮關(guān)鍵零部件系統(tǒng)集成的電磁兼容性，其電磁兼容要求見工業(yè)機(jī)器人的本體中伺服電機(jī)、編碼器等關(guān)鍵零部件，應(yīng)滿足8.3的電磁兼容要求。8.2工業(yè)機(jī)器人本體系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)8.2.1本體內(nèi)屏蔽電纜屏蔽層連接連接到本體的動(dòng)力電纜、編碼器的輸入端口宜放置在靠近本體殼體處。采用屏蔽電纜時(shí)，其屏蔽層在輸入和輸出端口處，應(yīng)與接地的金屬板或金屬連接器外殼形成360°搭接。8.2.2本體內(nèi)關(guān)鍵零部件接地為使流經(jīng)關(guān)鍵零部件的共模干擾(電流)就近流向大地，關(guān)鍵零部件接地要求如下：a)零部件的殼體應(yīng)就近與控制柜金屬殼體低阻抗連接；b)接地采用接地導(dǎo)體時(shí)，其長寬比應(yīng)小于3:1。本體內(nèi)電纜之間宜進(jìn)行串?dāng)_抑制處理，其措施方法如下：a)線纜間宜盡可能遠(yuǎn)布線；b)線纜間垂直布線；c)相鄰兩條平行布置的線纜，至少其中有一條為屏蔽電纜。8.2.4本體系統(tǒng)地阻抗或殼體金屬部件間阻抗本體系統(tǒng)的地阻抗是一個(gè)完善的屏蔽體的各金屬部件之間的阻抗，為滿足本體殼體的屏蔽性能要a)本體各金屬表面之間實(shí)現(xiàn)完整、連續(xù)的低阻抗搭接；b)各金屬體長寬比都小于5:1;c)本體殼體上孔縫的最大尺寸不能超過以下兩種情況下的最小尺寸：1)電路中有源器件的最大工作頻率波長的1/100;2)當(dāng)這個(gè)屏蔽體有共模干擾電流流經(jīng)時(shí)，其孔縫小于0.15m。8.2.5本體內(nèi)線纜環(huán)路電纜與參考地或大地組成的環(huán)路面積直接與電纜的輻射發(fā)射大小相關(guān)，環(huán)路面積越大輻射越大。本體內(nèi)部電纜設(shè)計(jì)時(shí)，電纜與參考地或大地之間組成的環(huán)路面積應(yīng)趨近于零。為滿足以上要求，電纜宜靠近控制柜殼體走線。8.3本體內(nèi)關(guān)鍵零部件電磁兼容設(shè)計(jì)要求8.3.1本體內(nèi)關(guān)鍵零部件電磁兼容技術(shù)指標(biāo)要求對(duì)于購置的本體內(nèi)關(guān)鍵零部件，工業(yè)機(jī)器人廠家宜采用設(shè)置電磁兼容指標(biāo)的形式，對(duì)采購的關(guān)鍵零GB/T39004—2020部件的電磁兼容水平加以控制，其電磁兼容指標(biāo)要求見表5。8.3.2本體內(nèi)關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)要求8.3.2.1本體內(nèi)關(guān)鍵零部件機(jī)械架構(gòu)設(shè)計(jì)要求控制柜內(nèi)關(guān)鍵零部件機(jī)械架構(gòu)設(shè)計(jì)可參考6.3.2,還宜考慮8.3.2.1.2。為了讓共模干擾(電流)就近流向大地，避免共模電流流經(jīng)產(chǎn)品內(nèi)部PCB的工作地平面或扁平電纜等內(nèi)部互連電纜，因此機(jī)器人本體應(yīng)有接地線或與地直接搭接。8.3.2.2本體內(nèi)關(guān)鍵零部件電路板設(shè)計(jì)本體內(nèi)關(guān)鍵零部件的電路板設(shè)計(jì)見第9章。9工業(yè)機(jī)器人的PCB電磁兼容設(shè)計(jì)9.1概述PCB的EMC設(shè)計(jì)可分為電路原理圖設(shè)計(jì)和PCB布局布線設(shè)計(jì)。一份EMC性能良好的電路原理圖可明確識(shí)別以下各個(gè)電路部分并在PCB布局布線時(shí)分區(qū)設(shè)計(jì)：——A區(qū)域：電路中易被外部干擾注入或產(chǎn)生電磁發(fā)射的信號(hào)線和元器件，包括PCB連接器中的 B區(qū)域：PCB中易被電磁干擾的信號(hào)和元器件是電路中比較特殊的部分，通常是極其敏感的電路，會(huì)引起EMS問題而需做特殊處理，如復(fù)位電路、低電壓/低電流檢測(cè)電路、低電壓模擬電路和高輸入阻抗電路等； C區(qū)域：PCB中易產(chǎn)生電磁發(fā)射干擾的信號(hào)和元器件，是電路中比較特殊的部分，通常會(huì)引起——D區(qū)域：電路中既不容易受到干擾也不會(huì)產(chǎn)生EMI噪聲的信號(hào)線和元器件，如，為實(shí)現(xiàn)隔離功PCB布局布線的EMC設(shè)計(jì)通過使得PCB完整地平面的阻抗最小化、不同類型的信號(hào)線之間無非期望的串?dāng)_發(fā)生、信號(hào)層和電源邊緣包地處理以防止邊緣效應(yīng)等措施來實(shí)現(xiàn)的。9.2基于PCB原理圖部分的電磁兼容設(shè)計(jì)9.2.1PCB中A區(qū)域電磁兼容設(shè)計(jì)PCB中A區(qū)域的電磁兼容設(shè)計(jì)要求是：a)若其中電路相連的I/O電纜為非屏蔽線，那么這些信號(hào)端口處應(yīng)具有濾波電容；b)當(dāng)端口需要通過浪涌測(cè)試時(shí)，還應(yīng)增加對(duì)應(yīng)等級(jí)的浪涌保護(hù)電路；c)一般不準(zhǔn)許這類電路直接延伸到芯片端口。濾波與防護(hù)電路的電磁兼容設(shè)計(jì)要求：a)端口信號(hào)線或敏感信號(hào)/電路上濾波在不影響信號(hào)質(zhì)量的情況下，通常采用1nF～100nF范圍內(nèi)的電容。當(dāng)不能使用電容濾波時(shí)，建議使用共模電感。如果后一級(jí)電路電平在10mV以GB/T39004—2020下，則采用LC,RC或多級(jí)濾波。b)具有開關(guān)電源的電源端口采用EMI濾波。表6是金屬殼體及帶接地線塑膠殼體產(chǎn)品電源端口EMI抑制推薦濾波電路，表7是塑料殼體產(chǎn)品電源端口EMI濾波電路理想模型。表6金屬殼體及帶接地線塑料殼體產(chǎn)品電源端口EMI抑制推薦濾波電路電源類型電壓/V電源0V是否接機(jī)殼濾波模型參數(shù)是LC諧振點(diǎn)小于50kHz否Cx-CMC-Cy共模和差模濾波電路LC諧振點(diǎn)小于50kHz是LC諧振點(diǎn)小于40kHz否Cx-CMC-Cy共模和差模濾波電路LC諧振點(diǎn)小于50kHz否共模和差模濾波電路LC諧振點(diǎn)小于20kHz否共模和差模濾波電路LC諧振點(diǎn)小于17kHz否共模和差模濾波電路LC諧振點(diǎn)小于15kHz否共模和差模濾波電路LC諧振點(diǎn)小于20kHz否共模和差模濾波電路LC諧振點(diǎn)小于17kHz否共模和差模濾波電路LC諧振點(diǎn)小于15kHz注：濾波電路可以采用單獨(dú)的濾波器，安裝在PCB外部，如控制柜電源入口處。表7塑料殼體產(chǎn)品電源端口EMI濾波電路理想模型電源類型電壓/V濾波模型參數(shù)60～100GB/T39004—20209.2.2.1B區(qū)域電磁兼容設(shè)計(jì)PCB中B區(qū)域的電磁兼容設(shè)計(jì)要求是對(duì)以下敏感信號(hào)線/電路進(jìn)行電容濾波：a)高輸入阻抗的信號(hào)線；b)低電平模擬信號(hào)線；c)外部中斷信號(hào)線；d)復(fù)位信號(hào)線。9.2.2.2C區(qū)域電磁兼容設(shè)計(jì)PCB中C區(qū)域的電磁兼容設(shè)計(jì)要求是：a)芯片電源應(yīng)進(jìn)行去耦，去耦的要求如下：1)芯片的每個(gè)電源管腿至少有一個(gè)去耦電容；2)PWM功率電路供電電源的電源與地之間至少有一個(gè)去耦電容；3)去耦電容的大小通常由器件的工作頻率決定。當(dāng)頻率小于20MHz,采用0.1μF的去耦b)時(shí)鐘線、高速信號(hào)線、PWM信號(hào)線等其他周期信號(hào)線采取的串?dāng)_防止的方法，可采用包地處理的方式進(jìn)行處理。c)此類區(qū)域電路同時(shí)也是A區(qū)域電路時(shí)，則連接的電纜需要進(jìn)行屏蔽處理。注：PCB中數(shù)字電路內(nèi)部芯片的電源管腿與PCB的電源網(wǎng)絡(luò)之間的電路及PCB中PWM功率電路供電電源的電源與地之間(如開關(guān)電源中的儲(chǔ)能電容)的電路通常具有去耦作用。9.2.3PCB中D區(qū)域電磁兼容設(shè)計(jì)PCB中D區(qū)域內(nèi)懸空的金屬、一端與電路相連另一端懸空的信號(hào)線或線纜應(yīng)進(jìn)行直接接地或通過電阻接地處理，未用到的元器件(如多組封裝器件中未用的與非門、二極管、LED等)引腳輸入端直接或通過電阻接電源或接地，輸出端懸空不連接。a)被分割在主電路之外的地平面需要通過Y電容旁路到地，不應(yīng)有懸空的地平面。特別是I/O端口被隔離的地平面，如光耦、變壓器、繼電器隔離的地。Y電容容值范圍為1nF～10b)隔離的AC/DC或DC/DC開關(guān)電源的初級(jí)0V與次級(jí)所有的地之間需要接Y電容。注：雖然該Y電容在抑止EMI方面取得很好的效果，但是由于該電容的存在必然會(huì)導(dǎo)致外界共模電流通過該電容進(jìn)入變壓器次級(jí)，這一點(diǎn)值得注意。(變壓器初次級(jí)間的寄生電容已經(jīng)足夠大，也會(huì)使外界的共模干擾電流進(jìn)入變壓器次級(jí))盡管如此，沒有特殊原因該電容宜保留。9.3PCB布局布線電磁兼容設(shè)計(jì)良好的布線會(huì)防止PCB中不同區(qū)域之間可能存在串?dāng)_的影響。串?dāng)_防止是有效降低各類電路之間的干擾信號(hào)通過寄生電容或電感傳遞的有效方法，PCB中各區(qū)域電路之間的串?dāng)_防止的需求表見表8。GB/T39004—2020表8不同區(qū)域電路之間的串?dāng)_防止要求類型ABCDA不需要不涉及需要需要B不涉及不需要不涉及不涉及C需要不涉及不需要需要D需要不涉及需要不需要PCB中不同區(qū)域防止串?dāng)_的方法如下：a)印制線間距離在5mm以上；b)相鄰層之間垂直布線；c)帶0V地平面，并印制線之間插入屏蔽地線，并將屏蔽地線用多個(gè)過孔與地平面互連；d)不同層之間有地平面隔離。9.3.2PCB布層PCB布局設(shè)計(jì)也認(rèn)為是地平面設(shè)計(jì)的一部分，PCB層疊的理想模型按層數(shù)分，有如下幾種：a)四層PCB板層的層疊排布設(shè)計(jì)見表9,其中優(yōu)選方案1,可用方案3;b)六層PCB板層的層疊排布設(shè)計(jì)見表10,其中優(yōu)選方案3,可用方案1,備用方案2、4。表9四層PCB板層的層排布方式方案電源層數(shù)地層數(shù)信號(hào)層數(shù)1234l112SGPS2l12GSSP3l12SPGS注：方案1為四層PCB的首選層置方案，在元件面下有一地平面，關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)選布第