數(shù)控系統(tǒng)電磁干擾及控制分析

萬里

摘要：隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為制造業(yè)的支柱之一，而數(shù)控機(jī)床在實(shí)際運(yùn)用中暴露出一定的問題。本文主要對數(shù)控系統(tǒng)受到電磁干擾的問題進(jìn)行研究分析，對電磁干擾的主要來源與具體耦合方式進(jìn)行分析，再結(jié)合數(shù)控機(jī)床的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對數(shù)控系統(tǒng)抗干擾提出一些具體措施，以提高數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；電磁感應(yīng)；電磁干擾

技術(shù)的進(jìn)步改變了工業(yè)生產(chǎn)模式，數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)了高效且高質(zhì)量的機(jī)械化生產(chǎn)，是工業(yè)自動化發(fā)展的重要基石，而數(shù)控系統(tǒng)代替人工進(jìn)行制造加工，出現(xiàn)了新的問題，由于電磁感應(yīng)對于電信號的影響，造成較為嚴(yán)重的電磁干擾現(xiàn)象，造成數(shù)控系統(tǒng)的失誤，這是難以避免的，這是由于內(nèi)部電磁干擾的存在，雖然難以完全消除，但是通過設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以最大程度上削弱與抑制電磁干擾的影響。

一、抑制電磁干擾對數(shù)控系統(tǒng)的重要性

電磁干擾對于數(shù)控系統(tǒng)而言存在較大的危害，主要表現(xiàn)在對數(shù)控系統(tǒng)電信號傳輸?shù)母蓴_上，由于驅(qū)動設(shè)備等的功率較大，在強(qiáng)電流環(huán)境下的電磁干擾情況嚴(yán)重，對于數(shù)控系統(tǒng)的精密運(yùn)行造成較大的影響。主要可能出現(xiàn)的誤差有兩種：第一是對于伺服驅(qū)動系統(tǒng)可能造成的誤差，由于數(shù)控單元的運(yùn)行受到電磁信號的干擾，對于驅(qū)動系統(tǒng)的控制精度會有所降低，因此實(shí)際加工的精度要求得不到保障；第二是對測量單元的干擾問題，目前使用的數(shù)控機(jī)床多是半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床，也存在一定的閉環(huán)機(jī)床在使用，這一類機(jī)床為了保障加工精度，需要利用測量系統(tǒng)，對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)動情況進(jìn)行監(jiān)控反饋，而反饋出現(xiàn)誤差會導(dǎo)致加工精度的偏差，這不但會導(dǎo)致加工精度的下降，還會出現(xiàn)零件的報(bào)廢。

二、對數(shù)控系統(tǒng)電磁干擾的原因分析

電磁干擾會造成數(shù)控系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，無法完全達(dá)到設(shè)計(jì)的加工要求，這是極為嚴(yán)重的問題，要解決或者抑制電磁干擾的影響，首先就要對電磁干擾的具體成因進(jìn)行分析說明。通過對電磁干擾的成因分析，對于干擾傳遞途徑與干擾源進(jìn)行判斷，找到干擾源可以尋找有效措施幫助數(shù)控系統(tǒng)正常工作。

機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成較為復(fù)雜，主要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、信號傳輸這三個部分?？刂葡到y(tǒng)包含了輸入輸出裝置，信號處理等，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)也包含了伺服驅(qū)動系統(tǒng)和換刀系統(tǒng)及其他零件，而電磁干擾的存在主要對于測量單元與數(shù)控單元影響較大因此抗干擾工作也要從這些關(guān)鍵處著手。電磁干擾的主要干擾源分為兩大部分，第一是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的的電磁干擾來源，主要是數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部的各種電力節(jié)點(diǎn)，如驅(qū)動電源、變頻器、接觸器以及電磁閥，尤其是變頻器和接觸器在開閉開關(guān)時產(chǎn)生的巨大磁場，是極為強(qiáng)大的干擾信號，而這些內(nèi)部干擾會通過一些耦合途徑對數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行產(chǎn)生影響。

除了數(shù)控機(jī)床內(nèi)部的干擾源，一些外部的電磁干擾源也會對機(jī)床運(yùn)行造成較大的影響，其主要干擾源有變壓器以及大型直流電機(jī)如電焊設(shè)備等，這些設(shè)備在運(yùn)行時的電流較大，因此在電源開閉時會產(chǎn)生強(qiáng)磁場。對于這一部分的外部電磁干擾會通過電磁波以外接線路傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)內(nèi)部，而在機(jī)床附近的其他電源開關(guān)設(shè)備也會帶來較大的電磁干擾，特別是開關(guān)較為頻繁的設(shè)備，會產(chǎn)生較大的沖擊電流，而這對周圍的其他數(shù)字化電器設(shè)備的使用帶來一定的影響。數(shù)控系統(tǒng)的電磁干擾從內(nèi)外兩個部分進(jìn)行分析，其主要成因還是由于電流的劇烈變化導(dǎo)致的電磁脈沖，因此在進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)電磁抗干擾分析時要格外注意這一點(diǎn)。

三、電磁耦合方式

在了解電磁干擾的主要成因后，對于內(nèi)部干擾源的產(chǎn)生作用原理做更進(jìn)一步的研究分析，也就是電磁耦合方式的分析說明。

3.1 傳導(dǎo)耦合

在數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部干擾源與數(shù)控單元的主要作用途徑就是傳導(dǎo)耦合，電磁干擾會通過各種相關(guān)線路，如電源線、信號線、互聯(lián)線、接地線等等。傳導(dǎo)耦合的干擾性并不強(qiáng)，這里筆者不做更進(jìn)一步的說明。

3.2 共阻抗耦合

當(dāng)兩個不同電路電流合流之時，由于不同電流流經(jīng)公共阻抗會出現(xiàn)不可避免的互阻抗與電流變化，因此會出現(xiàn)共阻抗耦合，其原理如圖一，原本電路1與2 的電流i1與i2會在

公共阻抗Z，對于電路1而言其接地電壓與電流2所調(diào)制，會出現(xiàn)噪聲對于數(shù)控系統(tǒng)的信號控制而言是極大的問題，而圖二的獨(dú)立電路進(jìn)行串聯(lián)處理。由于電路串聯(lián)，各部分阻抗電壓分別為U1=Z1（i1+i2+i3）U2=Z1（i1+i2+i3）+Z2（i2+i3），U3=Z1（i1+i2+i3）+Z2（i2+i3）+Z3*i3，其中i1，i2，i3分別為電路1、2、3的接地電流值，而U1、U2、U3這是三個電路對應(yīng)的接地點(diǎn)最終電壓值。由于接地點(diǎn)的電流值與電壓值關(guān)系密切，因此如果一個電路的電流值改變會造成整體電壓環(huán)境的改變，對于數(shù)控系統(tǒng)的影響較大。

3.3 感應(yīng)耦合

這一耦合方式主要是在關(guān)鍵的電力節(jié)點(diǎn)中出現(xiàn)，例如變壓器、變頻器等，在這些元器件之間出現(xiàn)的感應(yīng)耦合主要分為兩種，感應(yīng)耦合和磁感應(yīng)耦合，其主要干擾是作用于測量單元，通過電壓變化產(chǎn)生的互感電流，將電磁干擾傳遞到其他單元。

3.4 輻射耦合

這一類耦合方式主要是由于工作車間內(nèi)的空間電磁波輻射而導(dǎo)致的數(shù)字系統(tǒng)信號噪聲，主要通過電纜耦合、機(jī)殼耦合等將外界的高頻電磁信號傳遞到內(nèi)部數(shù)控電路中去，在實(shí)際工作中對于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的危害較大。

四、抗干擾措施分析

在進(jìn)行電磁干擾的成因與具體耦合方式的分析之后，結(jié)合筆者的實(shí)際檢測檢驗(yàn)，提出筆者個人的意見想法與建議，希望對于數(shù)控加工的發(fā)展帶來一定的幫助。

第一，優(yōu)化最初設(shè)計(jì)方案，通過對數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部鏈接線路進(jìn)行合理科學(xué)的規(guī)劃，避免線路之間出現(xiàn)干擾，并且對于較為危險的電磁干擾環(huán)節(jié)，增加良好的防干擾措施，如濾波裝置，輻射隔絕層等等，對于高頻開關(guān)與大功率設(shè)備等實(shí)施完善的電磁干擾隔絕措施。

第二，對于電網(wǎng)電壓出現(xiàn)較大波動的地方，采用可靠的穩(wěn)壓供電方式，將強(qiáng)干擾設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)布置，避免由于共用母線或變壓器導(dǎo)致相互干擾。

第三，對于線路檢查的常規(guī)檢查的要求進(jìn)一步提高，防止數(shù)控系統(tǒng)中出現(xiàn)一些地線出現(xiàn)線路浮地問題與大地構(gòu)成控制信號回路。

五、結(jié)論

數(shù)控機(jī)床作為一項(xiàng)高精密生產(chǎn)設(shè)備在數(shù)字化與自動化生產(chǎn)的過程中，需要更進(jìn)一步保證其運(yùn)行的精確性，因此需要對電磁感應(yīng)兼容性問題投入足夠的重視，降低機(jī)床運(yùn)行中的電磁干擾的不良影響，促進(jìn)自動化生產(chǎn)的不斷發(fā)展。

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