數(shù)控系統(tǒng)電磁干擾及控制

蔣昌虎，陳立貴，劉 鯤，倪 娜

（馬鞍山機(jī)床及刃模具產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，安徽 馬鞍山 243000）

數(shù)控系統(tǒng)電磁干擾及控制

蔣昌虎，陳立貴，劉 鯤，倪 娜

（馬鞍山機(jī)床及刃模具產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，安徽 馬鞍山 243000）

本文對(duì)數(shù)控機(jī)床電磁干擾進(jìn)行研究，分析了電磁干擾的來(lái)源及耦合方式，結(jié)合日常檢驗(yàn)工作，給出一些防電磁干擾措施，實(shí)際證明能夠有效降低干擾，提高數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定性。

數(shù)控機(jī)床；電磁感應(yīng)；抑制

數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)過(guò)程中總是存在干擾的，其中內(nèi)部電磁干擾主要與數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，它可以通過(guò)設(shè)計(jì)上的優(yōu)化，進(jìn)行最大限度地優(yōu)化和抑制。數(shù)控機(jī)床的內(nèi)部干擾源主要有信號(hào)相互間串?dāng)_、相鄰回路的耦合以及寄生振蕩。在數(shù)控維修中的電磁兼容問(wèn)題多是外部干擾造成。

1 原因分析

數(shù)控機(jī)床常常因?yàn)楦蓴_的存在，使得數(shù)控系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作，不能按照設(shè)計(jì)要求工作。本文對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)干擾源進(jìn)行分析，探討機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)電磁兼容性，通過(guò)分析干擾來(lái)源、干擾傳遞途徑、干擾耦合方式，找到干擾源并采取有效措施使數(shù)控系統(tǒng)能夠正常工作。

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電機(jī)）、電源、測(cè)量單元（如負(fù)荷傳感器）、數(shù)控單元（如電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元）、接觸器、繼電器等組成。電磁干擾對(duì)測(cè)量單元和數(shù)控單元影響最大，是造成機(jī)床控制不穩(wěn)定、影響加工精度的主要因素。而機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電源、電機(jī)、電磁閥、繼電器等是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部干擾源，特別是繼電器、接觸器等，在通斷時(shí)觸點(diǎn)處產(chǎn)生的電火花是較強(qiáng)的干擾源。這些干擾源通過(guò)一些耦合途徑造成對(duì)測(cè)量和數(shù)控單元的干擾。

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)外部干擾源，主要有變壓器、大型直流電機(jī)、電焊機(jī)等啟動(dòng)電流大的用電設(shè)備，這些設(shè)備容易形成強(qiáng)大脈沖電流，形成瞬間強(qiáng)磁場(chǎng)。如果沒(méi)有采取抗干擾措施，這些設(shè)備會(huì)產(chǎn)生很大的電磁干擾，以電磁波的形式或通過(guò)地線(xiàn)、電源線(xiàn)耦合到測(cè)量和控制單元。機(jī)床附近開(kāi)關(guān)電源設(shè)備特別是高頻電源也容易對(duì)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，開(kāi)關(guān)電源以較大的工作電流和較高的工作頻率，容易產(chǎn)生過(guò)尖的大脈沖電流，且也很容易通過(guò)機(jī)殼輻射到周?chē)h(huán)境，耦合到數(shù)控系統(tǒng)中位置和速度傳感器的輸入端，造成較強(qiáng)干擾。

2 電磁耦合

（1）傳導(dǎo)耦合。傳導(dǎo)耦合是干擾源與數(shù)控各單元之間的主要干擾耦合途徑之一，傳導(dǎo)干擾可以通過(guò)電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)、互連線(xiàn)、接地線(xiàn)等進(jìn)行耦合。

（2）共阻抗耦合。當(dāng)兩個(gè)不同電路的電流流過(guò)公共阻抗時(shí)，就出現(xiàn)如圖1所示的共阻抗耦合，地電流I1和I2都流過(guò)公共阻抗Z，就電路1來(lái)說(shuō)，它的地電壓被地電流2所調(diào)制。因此，一些噪聲信號(hào)通過(guò)共地阻抗耦合到電路1。

圖1 耦合電路

又如圖2所示，所有獨(dú)立電路通過(guò)串聯(lián)連接，則

其中I1、I2、I3分別是電路1、電路2、電路3接地點(diǎn)處電流，U1、U2、U3分別為電路1、電路2、電路3接地點(diǎn)處電壓。

電路2 共阻抗耦合

從式（1）可以看出任一個(gè)電路電流的變化都會(huì)對(duì)其他電路產(chǎn)生影響。

由此可見(jiàn)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中接地不良，各控制單元之間相互影響是很大的。

（3）感應(yīng)耦合。感應(yīng)耦合是變壓器、繼電器、電感器之間主要干擾方式，它分為感應(yīng)耦合和磁感應(yīng)耦合，主要出現(xiàn)在機(jī)床內(nèi)部干擾源對(duì)測(cè)量和控制單元之間的耦合方式。

其中Un為電路1在電路2中感應(yīng)的噪聲電壓，M12為電路1與電路2之間的互感，I1為電路1中流過(guò)的電流。

（4）輻射耦合。輻射耦合是通過(guò)空間以電磁波的形式耦合到數(shù)字系統(tǒng)的噪聲，主要方式為電纜耦合到機(jī)殼，電纜耦合到電纜，機(jī)殼耦合到機(jī)殼，在實(shí)際工作中高頻干擾信號(hào)主要通過(guò)輻射耦合到機(jī)床數(shù)控電路。

3 抗干擾措施

根據(jù)上述分析，結(jié)合日常檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)提出如下抗干擾措施供參考。

（1）對(duì)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，數(shù)控系統(tǒng)電路板的布線(xiàn)要嚴(yán)格遵守工藝要求，不得隨意接線(xiàn)。對(duì)電源的輸入端，要有良好的防干擾措施，如浪涌吸收、濾波等，尤其是高頻開(kāi)關(guān)電源。對(duì)感性器件要采取良好的吸收措施，針對(duì)大功率開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)要增加滅弧裝置。

（2）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾源要加以抑制或降低。例如電火花設(shè)備等，對(duì)其電源也要采取防輻射等措施，降低它對(duì)電網(wǎng)的干擾。

（3）對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)大的地方，可采用穩(wěn)壓供電等方式，不要與強(qiáng)干擾設(shè)備共用一排電源母線(xiàn)或變壓器。

（4）加強(qiáng)定期巡回檢查，如地線(xiàn)檢查，防止浮地。機(jī)床側(cè)開(kāi)關(guān)檢查，防止通過(guò)床體、大地構(gòu)成控制信號(hào)回路。

4 結(jié)論

數(shù)控系統(tǒng)中電磁兼容設(shè)計(jì)是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，數(shù)控系統(tǒng)有多種電磁干擾源，對(duì)于不同的情況應(yīng)有不同的處理方法。因此，在抗干擾設(shè)計(jì)中只有充分考慮各方面的因素，結(jié)合電磁干擾產(chǎn)生的機(jī)理，合理有效地抑制干擾，才能使數(shù)控機(jī)床可靠運(yùn)行。

[1]廖德崗，姚銀燕.基于開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2005，（4）.

[2]黃 卉.機(jī)床數(shù)控化改造中電磁兼容性問(wèn)題探討[J].機(jī)床與液壓，2004，（7）.

[3]蔣昌虎.機(jī)床保護(hù)接地探析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2016，51（3）.

The electromagnetic interference and control of CNC system

JIANG Changhu,CHEN Ligui,LIU Kun,NI Na
（Ma'anshan Quality Supervision and Inspection Center of Machine Tool and Cutting Edge Mould Product,Ma'anshan 243000,Anhui China）

The electromagnetic interference of the CNC machine tool has been studied.The sources and coupling mode of the electromagnetic interference have been analyzed.By combining the daily inspection work,some measures of anti electromagnetic interference have been put forward.The practical shows that the interference has been reduced validly,which can improve the stability of the CNC machine tool.

CNC machine tool;Electromagnetic induction;Suppression

TM154

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.06.012

1672-0121（2016）06-0048-02

2016-09-12；

2016-10-29

蔣昌虎（1983-），碩士，工程師，從事機(jī)床電氣設(shè)計(jì)及安全研究。E-mail：283538779@qq.com