Bộ điều khiển động cơ đóng cắt dòng lớn hàng chục nghìn lần mỗi giây, cách dây cảm biến vài centimet. Đây là điều kiện gần như tối ưu để tạo nhiễu, và nó gây những lỗi khó hiểu nhất trong robot.
Nhiễu đến từ đâu và đi thế nào
Nguồn chính. Bộ điều khiển động cơ. Nó đóng cắt dòng lớn rất nhanh, tạo ra biến thiên điện áp và dòng mạnh.
Nguồn khác. Rơ le đóng cắt, bộ nguồn xung, đèn huỳnh quang, máy hàn, biến tần trong xưởng.
Đường lan truyền — dẫn. Nhiễu đi theo dây nguồn chung. Ảnh hưởng tới mọi thiết bị dùng chung nguồn.
Đường lan truyền — cảm ứng từ. Dây mang dòng biến thiên tạo từ trường, cảm ứng sang dây gần đó. Mạnh khi hai dây đi song song dài.
Đường lan truyền — điện dung. Giữa hai dây gần nhau. Mạnh với biến thiên điện áp nhanh.
Đường lan truyền — bức xạ. Nhiễu phát ra không gian. Ít quan trọng hơn trong khoảng cách ngắn.
Nguyên tắc. Cắt đường lan truyền quan trọng hơn giảm nguồn nhiễu. Nguồn nhiễu là bản chất của bộ điều khiển động cơ và không bỏ được.
Biện pháp về đi dây
Tách vật lý. Dây động lực và dây tín hiệu trong máng riêng, cách nhau càng xa càng tốt. Biện pháp hiệu quả nhất và rẻ nhất.
Cắt vuông góc. Nếu buộc phải cắt nhau thì cắt vuông góc, không đi song song. Cảm ứng giữa hai dây vuông góc gần như bằng không.
Xoắn cặp. Dây đi và dây về xoắn với nhau. Từ trường của hai dây triệt tiêu nhau. Đơn giản và rất hiệu quả.
Giảm diện tích vòng. Dây đi và dây về càng sát nhau thì diện tích vòng càng nhỏ, nhiễu cảm ứng càng ít. Đây là nguyên lý đằng sau việc xoắn cặp.
Rút ngắn dây. Dây ngắn thu nhiễu ít hơn.
Đặt bộ điều khiển gần động cơ. Đoạn dây mang dòng đóng cắt càng ngắn càng ít phát nhiễu.
Tránh dây tín hiệu chạy dọc thân robot cạnh dây động lực. Với robot có nhiều khớp thì không gian chật và đây là chỗ khó — cần lên kế hoạch từ khi thiết kế cơ khí.
Bọc chắn và nối đất
Bọc chắn cáp. Lớp lưới hoặc lá kim loại quanh dây tín hiệu. Chặn nhiễu điện dung và một phần nhiễu từ.
Nối bọc chắn một đầu. Nối cả hai đầu tạo vòng lặp đất, và dòng chạy trong vòng đó gây nhiễu. Nối một đầu, thường ở phía bộ thu.
Ngoại lệ. Với tần số rất cao thì nối hai đầu lại tốt hơn. Nhưng với hầu hết tín hiệu trong robot thì một đầu là đúng.
Nối bọc chắn quanh chu vi. Không nối bằng một sợi dây nhỏ. Nối vòng quanh cho hiệu quả tốt hơn nhiều.
Nối đất một điểm. Mọi đường đất về một điểm duy nhất. Tránh được vòng lặp.
Tách đất động lực và đất tín hiệu. Nối chúng tại đúng một điểm, thường tại nguồn.
Đất khung vỏ. Vỏ kim loại nối đất để an toàn và để chắn nhiễu. Đo điện trở để chắc chắn có thông.
Kiểm vòng lặp. Đo điện áp giữa hai điểm đất khác nhau khi hệ thống đang chạy. Có điện áp nghĩa là có dòng chạy trong đất, và đó là dấu hiệu vòng lặp.
Lọc và cách ly
Tụ lọc gần thiết bị. Cấp dòng tức thời và lọc nhiễu tần số cao. Đặt càng gần chân nguồn của chip càng tốt.
Cuộn cản. Chặn nhiễu tần số cao trên đường nguồn. Đơn giản và hiệu quả cho nhiễu dẫn.
Vòng ferit. Kẹp quanh cáp. Chặn nhiễu chế độ chung. Rẻ, dễ lắp, thử nghiệm nhanh — nếu kẹp vòng ferit vào mà lỗi giảm thì đã xác định được đó là vấn đề nhiễu.
Cách ly quang. Tín hiệu truyền qua ánh sáng, không có đường dẫn điện. Cắt hoàn toàn nhiễu dẫn và vòng lặp đất. Dùng cho tín hiệu quan trọng qua ranh giới giữa vùng động lực và vùng logic.
Cách ly nguồn. Bộ nguồn cách ly cho phần logic, tách hoàn toàn khỏi nguồn động lực.
Tín hiệu vi sai. Truyền bằng cặp dây mức đối nhau, bộ thu lấy hiệu. Nhiễu tác động đều lên cả hai dây nên bị triệt tiêu. Biện pháp mạnh nhất cho tín hiệu đi xa.
Thứ tự áp dụng. Đi dây tốt trước, rồi bọc chắn và nối đất, rồi mới tới lọc. Lọc là chữa triệu chứng; đi dây là chữa nguyên nhân.
Chẩn đoán vấn đề nhiễu
Nhận ra dấu hiệu. Lỗi ngắt quãng, không lặp lại theo yêu cầu, xảy ra nhiều hơn khi động cơ chạy tải nặng hoặc khi có thiết bị khác bật.
Thử tắt bớt. Tắt từng thiết bị và xem lỗi có hết không. Xác định được nguồn nhiễu.
Thử chạy không tải. Nếu lỗi hết khi động cơ không tải thì nhiễu tỷ lệ với dòng.
Thử rút ngắn cáp. Nối tạm bằng cáp ngắn. Nếu hết lỗi thì vấn đề ở cáp hoặc đường đi cáp.
Thử vòng ferit. Kẹp vào và xem có cải thiện không. Nhanh và cho câu trả lời rõ.
Dùng máy hiện sóng. Nhìn tín hiệu thật. Thấy được xung nhiễu và tương quan thời gian với hoạt động của động cơ.
Đo với đầu dò đúng cách. Dây đất của đầu dò dài tạo vòng thu nhiễu, cho thấy nhiễu không có thật. Dùng dây đất ngắn nhất có thể.
Ghi lại giải pháp. Vấn đề nhiễu có xu hướng lặp lại ở hệ thống tương tự, và giải pháp đã tìm ra tiết kiệm rất nhiều cho lần sau.
Câu hỏi thường gặp
Biện pháp chống nhiễu hiệu quả nhất và rẻ nhất?
Tách vật lý dây động lực và dây tín hiệu vào máng riêng, và nếu buộc phải cắt nhau thì cắt vuông góc chứ không đi song song.
Vì sao bọc chắn cáp chỉ nối đất một đầu?
Vì nối cả hai đầu tạo vòng lặp đất, và dòng chạy trong vòng đó lại gây nhiễu. Thường nối ở phía bộ thu.
Cách thử nhanh xem có phải vấn đề nhiễu không?
Kẹp vòng ferit quanh cáp. Rẻ, dễ lắp, và nếu lỗi giảm thì đã xác định được đó là vấn đề nhiễu.
Lỗi do nhiễu có dấu hiệu gì?
Ngắt quãng, không lặp lại theo yêu cầu, và xảy ra nhiều hơn khi động cơ chạy tải nặng hoặc khi có thiết bị khác bật.
Đọc thêm trong Bảo trì & phụ tùng và Lập trình điều khiển.
