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)

胡江平

(湖北工程職業(yè)學(xué)院，湖北 黃石 435000)

1 內(nèi)部可靠性、抗干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)

1.1.1 設(shè)計(jì)容錯(cuò)、冗余

通過(guò)增設(shè)容錯(cuò)元件、冗余陣列，可以增強(qiáng)體系的可靠性。其中的冷備份冗余系統(tǒng)，有11個(gè)工作單元，其余相同功能的單元并不會(huì)工作，僅當(dāng)作后備單元。若工作單元出現(xiàn)失效問(wèn)題，則后備系統(tǒng)便啟動(dòng)，以維持系統(tǒng)正常作業(yè)，但冷備份單元卻并不可靠。而在熱備份體系中，各備份單元一直都是待機(jī)態(tài)，能及時(shí)切換故障，具有很好的可靠性。

1.1.2 建立監(jiān)視程序運(yùn)行的體系

為了監(jiān)視程序運(yùn)行，需增設(shè)看門(mén)狗電路。正常作業(yè)時(shí)，定期給看門(mén)狗輸送1個(gè)信號(hào)。若有段時(shí)間沒(méi)有輸送給看門(mén)狗信號(hào)，則看門(mén)狗會(huì)發(fā)出復(fù)位信號(hào)，把系統(tǒng)掛起來(lái)。

1.2 抗干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.2.1 調(diào)整、保護(hù)內(nèi)部電源

在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)電源一般通過(guò)多級(jí)濾波結(jié)合電壓集成調(diào)整器來(lái)調(diào)整，以快速適應(yīng)交流電壓波動(dòng)，能很好地保護(hù)過(guò)、欠電壓。同時(shí)，還就控制軸、相應(yīng)模塊，單獨(dú)予以供電，以免影響它們間的電壓波動(dòng)。

1.2.2 有效隔離

在計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)、I/O回路中，除了濾波外還要進(jìn)行隔離，以隔斷輸入/輸出聯(lián)系，抵御干擾信號(hào)。連接CNC的I/O端采用光電隔離，以分開(kāi)I/O電路與地線(xiàn)，分別使用電源，并單向輸送信息，以防干擾信號(hào)饋入輸入端。連接電磁鐵、電磁閥的地方采用繼電器隔離，實(shí)現(xiàn)機(jī)械接觸。

1.2.3 直流濾波

目前，在直流電路中，改變負(fù)載會(huì)導(dǎo)致電源噪聲。例如，在數(shù)字電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生巨大的尖峰電流，瞬時(shí)發(fā)出噪聲。通過(guò)電容、電感等，能有效抑制這種噪聲。通常在電源入口，具體的跨接范圍，設(shè)置電感不大的電解、陶瓷等電容，以用作直流電源的濾波器。在大規(guī)模芯片電源中，往往會(huì)在引角設(shè)計(jì)濾波電容，而在中小規(guī)模電源中，則可數(shù)片共用一個(gè)適合的濾波電容。

2 外部抗干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 電源抗干擾

當(dāng)外部電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，會(huì)干擾數(shù)控機(jī)床，允許變化：380V、220V±15%。同時(shí)，電網(wǎng)負(fù)載電感也會(huì)干擾數(shù)控機(jī)床。據(jù)調(diào)查，100MHz以上的干擾會(huì)微弱影響數(shù)控機(jī)床，且通過(guò)壓敏、低通濾波，能控制20kHz～100MHz干擾明顯衰減；通過(guò)隔離變壓器，可以徹底消除低于20kHz的干擾；通過(guò)交流穩(wěn)壓電源，可以徹底消除交流電壓的慢變，詳見(jiàn)圖1。

圖1 交流供電圖

2.2 屏蔽

就輻射式干擾而言，一般通過(guò)屏蔽來(lái)克服。①屏蔽干擾源，達(dá)到屏蔽靜電、磁的效果；②用雙層金屬柜屏蔽控制系統(tǒng)，這2層分別是電導(dǎo)性能優(yōu)異、導(dǎo)磁性?xún)?yōu)異的鋁板、鐵板，以屏蔽設(shè)備、雷電、高壓線(xiàn)的干擾。

2.3 接地、布線(xiàn)

在數(shù)控機(jī)床中，地線(xiàn)有多種形式。有小信號(hào)電路、邏輯回路及其直流電源一起形成的工作地，也有電磁閥、繼電器及其運(yùn)行驅(qū)動(dòng)電源一起形成的功率地，但不可混接以上兩者。此外，系統(tǒng)中一切金屬構(gòu)件的安全地必須接到大地上，且接地電纜的宜A>10mm2，且控制地電阻在1Ω以下。而布線(xiàn)時(shí)必須分開(kāi)強(qiáng)、弱電，輸入、輸出線(xiàn)，脈沖、電平線(xiàn)。輸入信號(hào)，通過(guò)金屬屏蔽線(xiàn)，分開(kāi)后再通過(guò)金屬管走線(xiàn)等就。外置PLC，既應(yīng)單獨(dú)供電，也應(yīng)專(zhuān)門(mén)安裝地線(xiàn)，便能串聯(lián)其他設(shè)備再接地。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，開(kāi)放式數(shù)控機(jī)床以其高自動(dòng)化等優(yōu)勢(shì)深受人們認(rèn)可。但不可靠等因素，卻會(huì)嚴(yán)重影響著這該體系結(jié)構(gòu)，甚至危及操作人員。所以，為了適應(yīng)目前制造市場(chǎng)的嚴(yán)酷競(jìng)爭(zhēng)、滿(mǎn)足業(yè)界信息化、便捷化發(fā)展要求，有關(guān)人士應(yīng)積極設(shè)計(jì)出可靠性好、能抗干擾的優(yōu)質(zhì)數(shù)控機(jī)床。