淘宝网三丰千分表说明书同三丰千分表规格

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设计的485通信交互电路板被干扰了,我是如何分析排除的

 

电磁辐射,在我们身边无处不在

 

在自动化控制应用领域,我们应用的控制器件形式多样。比如驱动部件有中间继电器、接触器、变频器、伺服等,中枢控制部件有PLC、单片机等。中枢部件是一整台设备的”大脑”,它们的稳定与否直接决定整台设备是否能够可靠有效的运行。决定中枢部件是否稳定的因素有很多,有结构设计的原因,有元器件质量方面的原因,还有电磁干扰的原因等等。

在自动化控制中,我们设计中枢控制部件或功能应用板的时候,最难以避免的就是上面提到的电磁干扰对我们造成的困扰。电磁干扰无处不在,有内部的,比如元器件的质量、布局,PCB制板的走线是否合理,电路设计的抗干扰措施是否到位。同时也还有外部的,比如周围的驱动部件,大功率应用部件及电源产生的电磁辐射等。电磁干扰看不到测不到,只有在测试的时候通过表象来判断这种干扰的形式从而找到应对解决的办法。

我曾经在设计一块功能板的时候就碰到过周围驱动部件的电磁辐射对这块功能板造成了影响。下面就通过这个例子来了解一下,遇到这种干扰的问题该如何解决。

 

功能板的设计布局

 

这块功能板的主要功能是读取精密测量仪器(用的是三丰的数字千分表)的数值,通过RS485总线传输到中枢(用的是PLC)。整个设计过程都比较顺利,在单独测试的时候也没有出现过什么问题。但是在这块功能板装入电柜测试的时候却出现了问题。

经过观查,发现这块功能板读取千分表数值的时候偶尔会出现乱码或者其中的一位数字出现跳变。因为在单独测试的时候没有这种问题出现,所以可以排除程序上的原因。功能板在电柜里的接线都到位了,接地也可靠,布局也合理,接线应该没有问题。在检查外部接线时发现,功能板与千分表的通信信号线是跟着伺服电机的动力线、编码器线、刹车线捆在一起接入电柜的,而且这根信号线还没有屏蔽层。跟据经验不难判断出,这是伺服电机的电磁干扰对信号线造成的干扰。

这种干扰解决起来也容易,最容易的方式是把那根信号线单独抽出来从另一个方向走,避开伺服电机的动力线或给这根信号线加上屏蔽层就可以了。但是我认为,还是要从功能板本身来解决比较好。因此我选择了后一种方式,就是提高功能板的抗干扰能力。

 

图1 功能板输出侧

 

我们来分析一下这种干抗是如何造成的。首先,伺服电机的动力线对外的干扰是比较大的,特别是功率大的电机。这种电磁辐射通过藕合进入与之并行的信号线,对信号线的高低电平造成影响。

图1中,CK、DAT这两根就是从千分表到单片机的信号线。对单片机而言,这两根都是输入信号线。REQ是单片机的输出信号线。

 

图2 外部端口电路

 

图2中可以看出CK、DAT两根信号线与外部千分表构成的信号回路。单片机的I/O口的输出电流比较小,只有180uA左右,因此在CK、DAT输入信号线上的两个4.7K上拉电阻就决定了整个信号回路的工作电流大小。通过计算得出这个工作电流在1mA左右(5/4.7=1.1mA)。

一个回路中的工作电流很小,因外部强电磁干扰而藕合进来的电流大于这个工作电流时,那么这个工作电流就会出现波动。在高频信号处理的时候,这个波动就足以出现信号读取的失帧现象。

分析出了原因,就可以着手改进这个电路。即然电流太小,那么就可以加大这个工作电流,让这个工作电流起主导作用。这里我把4.7K的上拉电阻换成了1K,通过计算可以得出工作电流在5mA左右(5/1=5mA)。更换完成后再去测试,原来出现的问题得到完美解决。

这里要注意的一点是,工作电流并不是越大越好。在数字电路中,5mA算是比较大的电流了,电流过大容易出现器件烧毁的情况。单片机的I/O口电流承受能力也是有限制的。我这里用到的是STC单片机,每个I\O的最大工作电流是20mA,整个单片机的工作电流是90mA。因此,最多只能配制12个这样的I\O口,如果超过12个建议增加转换电路。

下面科普一下如何做好电子电路系统中的抗干扰设计和抗干扰设计的基本原则。如果能应用好这些原则,就能很好的设计出一个抗干扰能力比较强的产品,也能让我们在以后的成品测试过程中减少许多不必要的困扰。

形成干扰的三个基本因素

(1)干扰源,指产生干扰的元件、设备或信号。如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。

(2)传播路径,指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。

(3)敏感器件,指容易被干扰的对象。如:A/D、D/A变换器,单片机,数字IC,弱信号放大器等。

抑制干扰源

抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则,常常会起到事半功倍的效果。主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。抑制干扰源的常用措施如下:

(1)继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。

(2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路,电阻一般选几K 到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响。

(3)给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短。

(4)电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1μF高频电容,以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线,连线应靠近电源端并尽量粗短,否则等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。

(5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。

(6)可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声。

奔驰S600L发动机拉缸M275 V12精修全过程

外地修理厂联系到我,说奔驰S600L拉缸烧机油、发动机抖动,需要大修。跟修理厂老板沟通好维修方案报完价,就坐等老板打木架发货了!由于第一次合作,大哥也很谨慎,毕竟S600L的车主是是当地一家大企业的其中一台车,如果修不明白或者返工,可能这个大客户就丢失了!我把维修报价清单发给刘哥更好的给客户报价

 

刘哥使用内窥镜拍的拉缸照片,非常明显

 

 

奔驰S600大修大概用到的配件及工序

 

第三天刘哥给我发消息说发动机抬下来了,附件需要我帮忙检测一下:点火线圈、点火电脑、喷油嘴测试等

 

刚抬下来的V12发动机,图最上边标志性的S600l轮毂

 

两天以后,德邦送货上门,木架保护的很好

 

物流运输通常是很暴力的,如果保护不好哪里损坏了也不好找他们赔偿,有时候保价也显得苍白无力

 

每台发动机到店,我的小伙伴都会第一时间把来时候的发动机状态拍照发至钉钉工作群,一是来时候哪里有问题或者运损会第一时间给客户沟通,二是发动机维修组装完工会翻出来照片来对比,防止错装漏装配件,以免发给客户导致不必要的麻烦等

 

后视图M275953

 

 

排量5.5T 517马力V12

 

 

右侧一列是1-6缸

 

 

左侧一列是7-12缸

 

 

机油盖损坏小意思,修好了送给刘哥一个新的

 

 

发动机功率380kw最大扭矩870

 

 

易损件点火电脑

 

下一步就开始分解了

 

气门室盖打开,内部金黄色

 

 

说明之前一直保养不错,没有使用过劣质机油

 

 

据车队长描述,两年前在专门店修过发动机

 

 

图片下方白色区域是安装水泵的地方,一点腐蚀没有,防冻液品质不错

 

 

凸轮轴摇臂总成拆下后在底座下不可避免的有一些油泥

 

 

从M137就是一缸三个气门,两进一排

 

 

千禧年的产物,比如M112 M113 M137

 

大排量V12的发动机一般更新比较慢,一台发动机20年不怎么改非常正常(例如宾利的6又四分之三发动机,6.75排量V8,一直使用了半个多世纪),并且这类发动机结构简单,反而比较好修,好的配件及装配工艺是关键!

 

V12可以比作两台直六拼到一起

 

 

每缸都有不同程度的拉伤

 

 

拉伤的活塞裙部

 

 

换下的活塞多的是,冰山一角

 

 

曲轴拆掉后不好的事发生了

 

 

第一道大瓦下磨损严重

 

 

第一道大瓦上磨损同样如此

 

 

曲后油封

 

 

能看出来上次维修到现在有明显渗油

 

 

密封圈打这种劣质胶是我最不想看到的

 

 

一开始反馈发动机抖动,发现曲轴箱通风阀密封圈是丢失的,重新更换新的问题应该就解决了

 

 

S600的喷油嘴很贵的,顺便给留个测试一下

 

 

毕竟10多年了,雾化都还不错,喷油量稍有差别不影响使用

 

奔驰的大瓦是有尺寸级别的,用不同的颜色代表不同的尺寸,我修的这台用不了了,只能磨轴配瓦了,因为曲轴弯曲已经20丝了,一般修理厂修的少的不容易遇到,我们修的太多了,校曲轴是一方面,由于曲轴弯曲大,在校曲轴的同时还要通过磨轴来保证曲轴主轴承的同心,另外大瓦台的变形也需要修复!

 

根据原厂wis维修资料查询

 

 

根据图示找实物图标

 

 

根据实物颜色确定大瓦下的规格

 

 

根据实物颜色确定大瓦上瓦的规格

 

 

测量曲轴的弯曲变形,得用视频才能显示出来

 

 

修复完成的缸体,镗好的缸也都清洗可见

 

 

使用的定制+25的大瓦

 

实际上已经试着装上了原厂颜色尺寸的大瓦了,但是装上以后第一道直接没有间隙,是-0.02mm,心里彻底有数了,并给客户沟通以后,才进行修复的!毕竟如果不修更换的话成本太高了,对于一台12年车龄的奔驰600来说,显得有点不计成本啦!

 

既然有拉缸、瓦也有磨损,机油泵是无必要拆检的,型号没有什么磨损,又省了两千大洋

 

一切准备完毕,那就开始组装了!遗憾的是原厂配件、镗缸过程、活塞等没有来得及拍照片,大家凑合一下,往后的文章会注意完整性,感谢支持!

 

这是当时给刘哥拍的维修进度视频,截的图

 

 

缸盖气门清洗、绞气门、装配过程也没拍

 

维修发动机务必参考原厂资料,螺丝的力矩、所有的配合间隙、密封件所打的位置、正时校对等等

 

奔驰wis

 

 

所有的配合间隙、尺寸

 

 

每台发动机装配前务必测量所有配合间隙并记录在档

 

 

有时也会用到间隙条,间隙条能测出千分表所不能测的数据

 

 

装上大瓦架,准备测试曲轴主轴承间隙

 

 

主轴承瓦孔视角

 

 

日本顶级三丰量具,测量记录表格

 

 

所有配件务必清洗干净,装上新的原厂密封件

 

 

油气分离器不好了,拍照片给供货商重新换新的

 

 

二次空气喷射阀也是分解开彻底清洗过的

 

 

已经开始装配活塞了

 

 

12支活塞没来得及拍全

 

 

装配活塞的专用工具,我们有车床,都是自己加工的

 

 

12支活塞全部安装完毕,上正时,装缸盖

 

 

特别注意,中间的黑色塑料真空室务必提前安装,不然两个缸盖装完就无法装真空室了,第一次修的你是不是忘了

 

 

正时对好了,拆之前我们都检验一遍正时,这个之前是错了,这次必须安排明白

 

 

这个图是我最喜欢的

 

 

安装附件,怎么来的怎么回

 

 

最后一张图,打包发走喽

 

最后附上与刘哥的聊天记录自己发动机装车后的反馈,客户的信任是我前进的动力,大家的点赞也是对好的认可,有修车养车的问题大家都可以留言评论,一定一一解答