數(shù)控車床抗干擾特性

由于我國工業(yè)用電電網(wǎng)電壓波動較大，由此造成數(shù)控系統(tǒng)電源部分故障頻率較高，修理時應(yīng)足夠地重視起來。電源是電路板的能源供應(yīng)部分，電源不正常，電路板的工作必然異常。

干擾是影響數(shù)控車床正常運行的一個重要因素，常見的干擾有電磁干擾，供電線路干擾和信號傳輸干擾。

1.電磁干擾

電火花、高頻電源等設(shè)備會產(chǎn)生強烈的電磁波，這種高頻輻射能量通過空間傳播，干擾附近的設(shè)備。如果數(shù)控系統(tǒng)受到電磁波的干擾，數(shù)控機床將不能正常工作。

2.供電線路干擾

數(shù)控系統(tǒng)對輸入電壓的允許范圍有要求，如果過電壓或欠電壓，則都會引起電源電壓監(jiān)控報警而停機。如果線路受到干擾，則會產(chǎn)生諧波失真，頻率與相位漂移。供電線路的另一種干擾是由大電感負載所引起的，大電感在斷電時要把存儲的能量釋放出來，在電網(wǎng)中形成高峰尖脈沖，它的產(chǎn)生是隨機的。電感負載產(chǎn)生的干擾脈沖頻域?qū)?，特別是高頻窄脈沖，峰值高，能量大。干擾嚴重。這類干擾脈沖變化迅速，可能不會引起電源監(jiān)控的報警。但如果干擾脈沖通過供電線路竄入數(shù)控系統(tǒng)，則會引起錯誤信息，導致CPU停止運行，系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失。

3.信號傳輸干擾

數(shù)控機床電氣控制信號如果在傳遞的過程中受到外界干擾，則會產(chǎn)生差模干擾和共模干擾。為差模干擾的等效電路及電壓波形。差模干擾的表現(xiàn)形式有：

（1）通過泄露電阻產(chǎn)生干擾。最常見的因素是元件支架、檢測元件、接線柱、印制電路及電容絕緣不良，使噪聲源得以通過這些漏電阻作用于有關(guān)元器件而造成干擾。

（2）通過共阻抗耦合產(chǎn)生干擾。常見的是通過接地線阻抗的共阻耦合干擾。

（3）經(jīng)電源配電回路引入的干擾。干擾電壓對雙輸入信號的干擾大小相等、相位相同時稱為共模干擾，為共模干擾等效回路。一般數(shù)控系統(tǒng)的共模抑制比較高，使用UNI對數(shù)控系統(tǒng)的影響不大。但是數(shù)控系統(tǒng)的電路中有些雙輸入端出現(xiàn)不平衡時，共模電壓的一部分將轉(zhuǎn)換為差模干擾電壓。

4.抗干擾的措施

（1）減少供電線路干擾。數(shù)控機床要遠離中頻、高頻電氣設(shè)備，采用獨立的動力線供電，避免和啟動頻繁的大功率設(shè)備、電火花設(shè)備使用同一條供電干線。在電網(wǎng)電壓變化較大的地區(qū)，數(shù)控機床要使用穩(wěn)壓器。動力線和信號線要分離，信號線采用雙絞線、以減少電磁耦合的干擾。變頻器中的控制線路接線要遠離電源線至少100mm以上，兩者不可以放在同一導線槽內(nèi)，控制電路配線和主電路配線相交時要成直角，控制電路的配線應(yīng)采用屏蔽雙絞線，如圖2-3所示。

采用濾波、屏蔽和交流穩(wěn)壓器。由低通濾波器電感和電容組成，它對低頻交流電的阻抗很小，而對高頻干擾信號具有很強的抑制作用。交流穩(wěn)壓器的作用是阻止浪涌電壓和尖脈沖電壓通過。濾波器加屏蔽外殼，并使之接地良好。濾波器進線和出線采用屏蔽線，防止感應(yīng)和輻射混合。電源變壓器采用雙屏蔽形式，一次繞組和二次繞組分別加屏蔽層，并且分別接地。一次繞組屏蔽層接專用地線，二次繞組屏蔽層接數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)地。這樣可阻斷高頻干擾信號經(jīng)變壓器傳播到數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，另外可以消除靜電感。

采用分散的直流供電方式。為了提高數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)直流電源的供電可靠性，可以各模板分別設(shè)置直流穩(wěn)定電源，各自獨立供電，消除相互之間通過電源產(chǎn)生的干擾；另外信號線不能與交流電源并行敷設(shè)，盡量遠離交流電流和大功率電動機設(shè)備，減少機床電氣控制中的干擾。

（2）壓敏電阻保護。壓敏電阻又稱浪涌吸收器，是一種非線性過電壓保護元件，對干擾電路的瞬變、尖峰等噪聲起一定的抑制作用。壓敏電阻漏電流很小，放電能力大，可通過數(shù)千安<培>電流，且能重復使用。

機床伺服驅(qū)動裝置的電源引入壓敏電阻的保護電路。交流接觸器和交流電動機頻繁啟停時，其電磁感應(yīng)現(xiàn)象會在機床的電路中產(chǎn)生浪涌或尖峰等噪聲，干擾數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的正常工作。在這些電路上加阻容吸收回路，會改變電感元件的線路阻抗，使交流接觸器線圈兩端和交流電動機各相的電壓在啟停時平穩(wěn)，印制電器產(chǎn)生的干擾噪聲，如圖2-6所示。交流接觸器的阻容吸收回路，其電阻一般為220Ω，電容一般為0.2μF/380V；交流電動機各相之間的阻容吸收回路，電阻一般為300Ω，電容一般為0.47μF/380V。需要注意，變頻器輸出端與電動機之間的連線中不可加入阻容吸收回路，否則會損壞變頻器。

有些交流接觸器配備有標準的阻容吸收器件，如TE公司的D2系列接觸器的LA4線圈抑制模塊，可直接插入接觸器規(guī)定的部位，如圖2-7（a）所示。圖2-7（b）所示為用于三相負載阻容吸收的三相滅弧器。另外可采用續(xù)流二極管保護，圖2-8所示為數(shù)控機床電氣控制中的直流電器、直流電器、直流電磁閥續(xù)流二極管保護電路。直流電感元件在斷電時線圈中將產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動勢，在電感元件兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管，釋放線圈斷電時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，可減少線圈感應(yīng)電動勢對控制電路的干擾噪聲。有些廠家已將續(xù)流二極管并接在直流繼電器線圈兩端，如FUJI中間繼電器DC24CHH53P-FL，給使用安裝帶來了方便。

（3）屏蔽技術(shù)。利用金屬材料制成容器，將需要防護的電路或線路包在其中，可以防止電場和磁場的耦合干擾，此方法稱為屏蔽。屏蔽可以分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻屏蔽等幾種。通常使用的銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽電纜能起到電磁屏蔽和靜電屏蔽的作用，將屏蔽線穿在鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，達到電磁屏蔽和低頻屏蔽的目的；儀器的鐵皮外殼接地能同時起到靜電屏蔽和電磁屏蔽的作用。

（4）保證接地良好。數(shù)控機床安裝中的接地有嚴格要求，如果數(shù)控裝置、電氣柜等設(shè)備不能按照使用手冊要求接地，一些干擾會通過接地這條途徑對機床起作用。數(shù)控機床的地線系統(tǒng)有三種：①信號地段（SG），用來提供電信號的基準電位（0V）；②框架地線（FG），用來防止外來噪聲和內(nèi)部噪聲為目的的地線系統(tǒng)，是設(shè)備的面板、單元的外殼、操作盤及各裝置之間接口電纜的屏蔽線；③系統(tǒng)地線，用來將框架地線和大地相連接。

3、抑制電源工作產(chǎn)生的噪音

1)抑制直流穩(wěn)壓電源噪聲

一部分數(shù)控系統(tǒng)的電源(+5V)是由三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的。電路中有TTL器件時，其開關(guān)動作時間為5～10ns，在瞬變電流和公共阻抗的作用下，直流電源線上產(chǎn)生開關(guān)噪聲。使電路的噪聲容限降低，導致邏輯電路和微處理器誤動作。減小開關(guān)噪聲的有效方法是在每個集成電路的電源端與接地端之間接入一個0.01～0.1μF的限噪鉭電容或高頻無感濾波電容，在設(shè)計電路板時應(yīng)將此電容安裝在該集成電路的電源輸入側(cè)并盡量縮短電容的配線。

2)抑制開關(guān)電源的噪聲

目前，開關(guān)電源在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛使用。但是開關(guān)電源的噪聲大、噪聲頻譜寬及高頻輻射干擾嚴重。這些固有的缺點不能從根本上予以消除，只能使用隔離、濾波和屏蔽等措施來阻斷噪聲的傳輸。具體方法如下：

a.減小開關(guān)級晶體管與電源屏蔽殼之間的耦合電容，以減少噪聲的產(chǎn)生;

b.用電感線圈將開關(guān)電源機殼與數(shù)控系統(tǒng)外殼相連，以減小共模噪聲;

c.在交流電源輸入端接入線路濾波器，不但能抑制共模噪聲和串模噪聲的產(chǎn)生，并且對外部電源噪聲也同樣有效。

d.開關(guān)電源有多個負載時，應(yīng)采取將各負載電路在電源處就分開的布線方法，而不采用在離開開關(guān)電源一段距離后再接負載的方法。按后者布線時，分布電容使各負載的線路不平衡，導致形成較大的串模噪聲。另外，電源外殼與負載電路一點接地并且接地阻抗要盡可能小。開關(guān)電源到各個負載電路采用雙絞線相連;

e.開關(guān)電源需要同時給大功率負載與小信號負載供電，盡管它們的電壓一致，也要分別用兩組獨立的開關(guān)電源來供電，這兩組電源的地線要有公共連接點，這樣不會形成公共阻抗，防止兩路負載之間相互影響。
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