干擾對(duì)定位精度影響的分析

哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 （黑龍江 150040） 楊永智

1.生產(chǎn)中常見(jiàn)的干擾源

車間現(xiàn)場(chǎng)中，各種干擾對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的影響是一個(gè)不容回避的問(wèn)題。經(jīng)驗(yàn)表明，由電網(wǎng)電源引入的干擾是系統(tǒng)干擾的主要來(lái)源。由于城市動(dòng)力電網(wǎng)質(zhì)量不好，車間內(nèi)各種大型重型機(jī)床、設(shè)備彼此之間相互影響，機(jī)床本身接地、屏蔽不好或電纜布線不合理等都會(huì)影響數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)產(chǎn)生誤操作，如在速度指令等信號(hào)中滲入噪聲干擾和偏移，導(dǎo)致定位精度不準(zhǔn)。綜合各方面研究，常見(jiàn)的電網(wǎng)電源干擾有如下一些：

（1）電磁波干擾 工廠中由于電火花、高頻電源、振蕩電路等因素影響往往產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁波，這種高頻輻射能量通過(guò)空間的傳播，被臨近的數(shù)控機(jī)床所接收，如果能量足夠，它們會(huì)竄入數(shù)控系統(tǒng)而引起機(jī)床故障。

（2）動(dòng)力電網(wǎng)電壓波動(dòng)的干擾 超壓或欠壓：數(shù)控機(jī)床對(duì)輸入電壓有明確的輸入范圍，如使用24V直流供電的系統(tǒng)電源要求輸入電源電壓范圍為320!470V。超壓或欠壓都會(huì)引起系統(tǒng)電源板中電壓監(jiān)控報(bào)警，從而停止工作電壓，所以數(shù)控機(jī)箱上沒(méi)有任何信號(hào)燈顯示。

電網(wǎng)電壓波動(dòng)：當(dāng)電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定時(shí)，如最大值超出輸入電壓峰值允許限度也會(huì)發(fā)生電源監(jiān)控報(bào)警。

（3）大電感的干擾 較大的電感器在斷電時(shí)要將存儲(chǔ)器的磁能釋放出來(lái)，就在電網(wǎng)中形成高頻峰值脈沖，它是隨機(jī)產(chǎn)生的。由于工廠中變壓器、電動(dòng)機(jī)使用很普遍，因此它產(chǎn)生的這種干擾脈沖也是最常見(jiàn)的。

從故障現(xiàn)象分析，由于這種干擾脈沖頻域?qū)挘绕涓哳l窄脈沖，峰值高，能量大，干擾嚴(yán)重，但變化快速，不會(huì)引起電源監(jiān)控板反映，如果通過(guò)供電線路串入數(shù)控系統(tǒng)，引起錯(cuò)誤信息會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)中央處理器或可編程控制器停止運(yùn)行。

2.抗干擾措施

上述干擾源的存在，無(wú)不影響著數(shù)控系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因此在進(jìn)行系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)當(dāng)采取硬件及軟件等多方面的抗干擾措施，同時(shí)還要對(duì)電網(wǎng)電源系統(tǒng)進(jìn)行抑制。

（1）物理隔離 加大受擾電路(或裝置）與干擾源間的距離，因?yàn)楦蓴_強(qiáng)度與距離平方成反比，盡可能增大干擾源與受擾電路間的距離，將大大降低干擾的傳播，減少系統(tǒng)故障率，尤其在電源惡劣的情況下，采用穩(wěn)壓設(shè)備對(duì)電源波動(dòng)和瞬間停電是有效的。為了抑制電源噪聲及電源、大地電纜之間的干擾，可以在電源與數(shù)控裝置之間設(shè)立一個(gè)隔離變壓器，如圖1所示。

圖1 隔離抗干擾示意圖

（2）濾波 濾波器可以抑制電源線上輸入的干擾和信號(hào)傳輸線路上感應(yīng)的各種干擾。常用的有低通濾波器和直流濾波器，一般將其安裝在電源與數(shù)控裝置之間。

（3）屏蔽 為使設(shè)備和元器件不受外部電磁場(chǎng)影響，通常采用隔離屏蔽措施。

電場(chǎng)屏蔽：當(dāng)噪聲源是高電壓、小電流時(shí)，其輻射場(chǎng)主要表現(xiàn)為電場(chǎng)，電場(chǎng)屏蔽是為了抑制噪聲源和敏感設(shè)備之間由于存在電場(chǎng)耦合而產(chǎn)生的干擾。良好接地是金屬板產(chǎn)生電場(chǎng)屏蔽的先決條件,如不接地或接地不良，則可能產(chǎn)生比沒(méi)有金屬板時(shí)更嚴(yán)重的干擾。

磁場(chǎng)屏蔽：當(dāng)噪聲源具有低電壓和大電流時(shí),其輻射場(chǎng)主要表現(xiàn)為磁場(chǎng)，磁場(chǎng)屏蔽是為了抑制噪聲源和敏感設(shè)備之間由于磁場(chǎng)耦合所產(chǎn)生的干擾。磁場(chǎng)屏蔽主要是依賴高導(dǎo)材料所具有的低磁阻特性，對(duì)磁通起分路的作用，使屏蔽體內(nèi)部的磁場(chǎng)大大減弱。

電磁場(chǎng)屏蔽：電磁場(chǎng)屏蔽用于抑制噪聲源和敏感設(shè)備距離較遠(yuǎn)時(shí)通過(guò)電磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生的干擾。電磁場(chǎng)屏蔽必須同時(shí)屏蔽電場(chǎng)和磁場(chǎng)。通常采用電阻率小的良導(dǎo)體材料，空間電磁波在入射到金屬體表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射和吸收，電磁能量被大大衰減，從而起到屏蔽作用。

（4）接地 通常數(shù)控系統(tǒng)都具有一個(gè)公共參考電位,將各參考電位連接起來(lái)即構(gòu)成系統(tǒng)基準(zhǔn)電位線，一般稱為系統(tǒng)地線，它有時(shí)與公共底板相連，有時(shí)與設(shè)備外殼柜體框架相連。若設(shè)備將其外殼等與大地連接，為系統(tǒng)接地。通過(guò)保護(hù)接地，或系統(tǒng)接地等形式，也能達(dá)到抗干擾目的。

3.實(shí)際應(yīng)用中的解決方案

因車間內(nèi)大型機(jī)床、設(shè)備多使得電網(wǎng)負(fù)荷加重，電網(wǎng)電壓波動(dòng)干擾成為最大的干擾因子。根據(jù)以上分析，輔以經(jīng)濟(jì)因素考慮，我們采 用濾波手段對(duì)TK6920數(shù)控落地鏜床干擾加以抑制，在電網(wǎng)電源接入系統(tǒng)前增加濾波器，其原理如圖2所示。同時(shí)對(duì)于機(jī)床的接地我們盡可能地縮短地線長(zhǎng)度，并加粗地線。

圖2 濾波原理圖

電網(wǎng)改造完成之后，針對(duì)該加工中心加工出的零件進(jìn)行檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，批次產(chǎn)品的誤差較改造前有明顯減小的趨勢(shì)，證明電網(wǎng)干擾確實(shí)對(duì)機(jī)床定位精度存在影響。