電磁干擾對數(shù)控機床的影響及解決方案

王丹娜

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

0 引言

在實際的工作環(huán)境中，數(shù)控機床干擾總是客觀存在的，內(nèi)部干擾大多與數(shù)控系統(tǒng)制造有關(guān)，它可以通過精心設(shè)計，盡可能地消除和抑制。數(shù)控機床的內(nèi)部干擾源主要有信號相互間串擾、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題多是外部干擾造成。

1 數(shù)控機床干擾的產(chǎn)生與抑制

數(shù)控機床的電氣部分可分為兩部分，一部分為核心部分的計算機系統(tǒng)，另一部分為強電執(zhí)行系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)直接安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，大多處于強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，因此若沒有足夠的抗干擾措施，對設(shè)備的正常運行也會產(chǎn)生不良影響，所以安裝、調(diào)試、維修數(shù)控機床必須考慮以下幾個方面：抗干擾的良好電源系統(tǒng)；合理的接地方式；科學的配線；符合抗干擾要求的現(xiàn)場環(huán)境；高效的軟件抗干擾措施。下面以我公司產(chǎn)品生產(chǎn)過程中遇到的數(shù)控機床干擾問題進行分析。

我公司制造的兩臺臥車在用戶安裝時，由于用電多，變壓器容量較小，造成在用電低谷和高峰時電壓波動較大。這也是一種持續(xù)干擾。采用西門子公司的802dsl系統(tǒng)，在調(diào)試時就發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在用電高峰時經(jīng)常出現(xiàn)掉電現(xiàn)象，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是由于電壓過低造成SINAMICS S120無準備信號掉電,經(jīng)常重新起動,原因是此兩臺機床沒有進行電源隔離,是與其他機加工設(shè)備共用一條電源母線排,對此決定對NC系統(tǒng)進行穩(wěn)壓供電，其余仍用原供電回路。增加了一臺4.5 kW自動穩(wěn)壓器，就將問題解決了。

其中一臺臥車使用一年多，運行良好，但在其旁邊2 m之處新安裝了一臺磁力探傷機和一臺退磁機后，該機床經(jīng)常出現(xiàn)換刀、原點不能復位，經(jīng)常需要重新對刀等故障，且加工工件出現(xiàn)波紋等現(xiàn)象。經(jīng)過一段時間的觀察，發(fā)現(xiàn)當探傷機停止工作后，一切正常，顯然是探傷機的干擾所致。探傷機與退磁機是一類大的感性負載設(shè)備，由于該類設(shè)備簡單，所以造成諧濾成分很多，干擾也多，尤其在斷電時需要把貯存的磁能釋放，會在電網(wǎng)中產(chǎn)生高頻，高幅值干擾脈沖，因此它是一個嚴重電磁干擾源，這些干擾主要又通過電源線進入加工中心的電源部分，造成故障。經(jīng)示波器簡易觀測高壓瞬變電壓波形，對此，我們設(shè)計制作了電源濾波吸收系統(tǒng)。安裝NC電源輸入端，徹底凈化了NC輸入電源，經(jīng)過測量脈沖幅度大為降低。

其中隔離變壓器能很好地完成低頻耦合，但對高頻響應較差，它能使差模和共模干擾電壓衰減20%以上，同時切斷與電源零線的連接，因此能很好地隔離設(shè)備同高頻串擾。一、二次側(cè)再設(shè)置屏蔽層，消除一、二次側(cè)間分布電容帶來的耦合干擾。通過上述改進將故障全部消除，設(shè)備正常運行。

凸輪磨床在一次動遷后，將其安置于距車間電焊間相距不到10 m處，并且共用同一母排電源線。調(diào)試階段經(jīng)常使ECU死機，步進電動機誤動作（數(shù)控系統(tǒng)為西門子公司的802S）。究其原因，也是由于焊接設(shè)備這些大的感性負載設(shè)備釋放出干擾所致。又在NC電源側(cè)增加了一套電源濾波器，并將電源線脫離原電源母排，單獨從電源總排上引線，并且與焊接間不在同一變壓器上，故障也徹底消除了。

2 數(shù)控系統(tǒng)的接地干擾

對數(shù)控設(shè)備來說，接地是提高其抗干擾能力的重要手段之一，正確的接地既能抑制干擾影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)生干擾，而錯誤的接地反而會通過多種途徑（如交流電源中性線、公共接地線阻抗、接地環(huán)路、接地導線的容性耦合等）引入強烈干擾。

在數(shù)控設(shè)備上采用較多的是下述三種接地子系統(tǒng)：保護接地線；系統(tǒng)接地線；屏蔽接地線。在數(shù)控設(shè)備中，一般都將這三個接地子系統(tǒng)接到一起，集中接地。

在實際中，如果系統(tǒng)地線不與保護地大地相連的話，即浮地狀態(tài)，會有許多危害，我們知道，電子線路中任何導線和元器件都有對地分布電容。當裝置內(nèi)部產(chǎn)生干擾，系統(tǒng)對大地的電位發(fā)生變化時便通過這些分布電容出現(xiàn)位移電流并流過各支路，產(chǎn)生干擾。也可能由外部干擾源引起系統(tǒng)地對機殼電位的變動。我單位工作人員在調(diào)試中也遇到過此類故障：一臺臥式加工中心（為西門子公司的840d系統(tǒng)）有一段時間NCU板至床體的接地線由于振動而脫落，接地系統(tǒng)有時開路，結(jié)果造成工作狀態(tài)不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在OP畫面顯示抖動，加工件尺寸有時發(fā)生突然變化，將地線導體連接緊固好，故障便消除了。

我公司改造的凸輪磨床，采用西門子公司的802C數(shù)控系統(tǒng)，由于地線連接錯誤，降低了設(shè)備抗干擾能力。由于變頻調(diào)速器為大功率單元，易在變頻調(diào)速器上產(chǎn)生干擾信號，這種連接會使干擾在CNC控制柜上產(chǎn)生干擾電壓，使其干擾疊加到CNC控制柜上，使CNC控制柜產(chǎn)生串模干擾；許多屏蔽線，屏蔽層未剝開接地，這些屏蔽線中包含有許多信號及控制線。原系統(tǒng)要求大面積接地方式。若屏蔽層不接地，由于分布電容的作用，噪聲線路會在屏蔽層上感應出噪聲電動勢。因此，信號線還將受到噪聲的影響，將失去屏蔽的意義，而且更容易撿拾干擾信號。

所以在安裝或維修設(shè)備的過程中，要仔細地配線、接線，以免給日后的使用埋下許多隱患，降低設(shè)備的可靠性。

3 解決措施

由于數(shù)控機床自動化程度高，因此很多情況下都是無人監(jiān)控、自動運行的，所以提高運行抗干擾能力就是提高它的可靠性，提高機床的利用率。

要想消除干擾，需要從以下幾方面入手：

1）對數(shù)控機床的制造廠家，要有嚴格的質(zhì)量控制：（1）對數(shù)控機床的布線要嚴格遵守工藝要求，不得隨意接線。（2）對電源的輸入端，要有良好的防干擾措施，如浪涌吸收、濾波等等，尤其是NC部分電源。（3）對感性器件要采取良好的吸收措施。（4）對大功率開關(guān)觸點要增加滅弧裝置。

2）對現(xiàn)場干擾源要加以抑制或降低。例如電火花設(shè)備等，對其電源也要采取防輻射等措施，降低它對電網(wǎng)的干擾。

3）對電網(wǎng)波動大的地方，可采用NC穩(wěn)壓供電等方式，不要與強干擾設(shè)備共用一排電源母線或變壓器。

4）加強定期巡回檢查，如地線檢查，防止浮地。機床側(cè)開關(guān)檢查，防止通過床體、大地構(gòu)成控制信號回路。

采取以上措施能大大提高機床抗干擾的能力，保證數(shù)控機床在惡劣的環(huán)境中正常發(fā)揮作用。