数控机床的抗干扰问题和解决办法

优胜编程龚老师

数控机床的抗干扰问题和解决办法







一、干扰产生的原因:电火花机床利用高频放电对工件腐蚀加工，高频对智能纠错控制器产生干扰。干扰一般是指那些与信号无关的,在信号输入、传输和输出过程中出现的一些不确定的有害的电气瞬变现象。这些瞬变现象会使数控系统中的数据在传输过程中发生变化,增大误差,使局部装置或整个系统出现异常情况,引起故障。干扰源的产生主要有以下几种情况: 　
　 　　
①电源干扰:由于电网覆盖范围广,存在多种设备共享一个电网,尤其是电网内部的变化,电源开关操作、雷击浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边,使电压暂变,导致电网电压波动。此外,电源线在传输过程也会产生噪声以及快速瞬变的脉冲串,污染电网。 　
　 　　
②辐射干扰:电磁或电场在自然界中无处不在。工作中的电火花穿孔机除了受到电场的作用外还受到了磁场的作用。电火花穿孔机在运行过程中,由于工作环境的恶劣性,不可避免的会受到电磁干扰

③数字信号和模拟信号间的干扰:电火花穿孔机在工作过程中,由于整套设备涉及到的器件较多,既有AC380V、AC220V交流电信号,又有DV24V、DC5V的各种低压直流电信号。用来传递信号的电缆,在走线过程中,有时会由于模拟信号输出设备或由伺服驱动器或变频器产生的干扰引起误动作发生,影响设备的正常工作;用来传递I/O输入/输出信号的频率受到时钟频率和谐波干扰,加上线路走线不当,使数字信号线和模拟信号线不可避免的会受到外来干扰信号的干扰,各种信号线相互之间也会通过线间耦合等产生干扰。 　
　 　
二、抗干扰的措施:这些措施主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等。 　　
　　
①屏蔽技术:屏蔽是目前采用最多也是最有效的一种方式。屏蔽技术切断辐射电磁噪声的传输途径通,常用金属材料或磁性材料把所需屏蔽的区域包围起来,使屏蔽体内外的场相互隔离,切断电磁辐射信号,以保护被屏蔽体免受干扰,屏蔽分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁屏蔽。在实际工程应用时,对于电场干扰时,系统中的强电设备金属外壳(伺服驱动器、变频器、驱动器、开关电源、电机等)可靠接地实现主动屏蔽;敏感设备如智能纠错装置等外壳应可靠接地,实现被动屏蔽;强电设备与敏感设备之间距离尽可能远;高电压大电流动力线与信号线应分开走线,选用带屏蔽层的电缆,对于磁场干扰,选用高导磁率的材料,如玻莫合金等,并适当增加屏蔽体的壁厚;用双绞线和屏蔽线,让信号线与接地线或载流回线扭绞在一起,以便使信号与接地或载流回线之间的距离最近;增大线间的距离,使得干扰源与受感应的线路之间的互感尽可能地小;敏感设备应远离干扰源强电设备变压器等。 　　
　　
②隔离技术:隔离就是用隔离元器件将干扰源隔离,以防干扰窜入设备,保证电火花机床的正常运行。常见的隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。
　　 　　
(1)光电隔离:光电隔离能有效地抑制系统噪声,消除接地回路的干扰。在智能纠错系统的输入和输出端,用光耦作接口,对信号及噪声进行隔离;在电机驱动控制电路中,用光耦来把控制电路和马达高压电路隔离开。        

(2）变压器隔离是一种用得相当广泛的电源线抗干扰元件,它最基本的作用是实现电路与电路之间的电气隔离,从而解决地线环路电流带来的设备与设备之间的干扰,同时隔离变压器对于抗共模干扰也有一定作用。隔离变压器对瞬变脉冲串和雷击浪涌干扰能起到很好的抑制作用,对于交流信号的传输,一般使用变压器隔离干扰信号的办法。         

(3)继电器隔离, 继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系。因此,可以利用继电器的线圈接受电气信号,而用触点发送和输出信号,从而避免强电和弱电信号之间的直接联系,实现了抗干扰隔离。 　　
　　
③滤波技术:滤波技术是抑制干扰的一种有效措施。滤波器是由集总参数R、L、C构成等效电路。具有分离信号、抑制干扰、阻抗变换与阻抗匹配和延迟信号等功能。采用滤波器可以很好的滤波设备电路中的有害成分,提高设备的可靠性。在数控机床上,为了抑制高频对智能控制装置的干扰。可采用低通滤波器滤除电路中的高频成分,改善电源质量。对于各类触点或开关,在闭合或断开瞬间因触点抖动所引起的干扰,抑制感性负载在切断电源瞬间所产生的反向势,可以采用阻容滤波来排除,这样可以将电感线圈的磁场释放出来的能力,转化为电容器电场的能量储存起来,以降低能耗。采用L-C滤波器则会降低负载阻抗,从而增加滤波效果,发挥滤波器的作用,降低干扰。

④接地处理:将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点(大地)实现低阻抗的连接,称之谓接地。接地的方式主要有:保护接地、工作接地、屏蔽接地。接地的目的有两个:一是为了减小干扰;二是为了人身安全。为了降低安全事故的发生,安全接地保护接地端子与电气设备的机壳底盘等应实现良好的搭接,做到真正的和大地相连。在数控机床的电柜中,接地排厚度不得低于3mm(铜板),接入大地的接地电阻应小4欧姆;系统内的保护地线,应用尽量粗和短的黄绿双色线连接到接地排上,并且避免构成环路;可以减少与其他设备的相互电磁干扰。为了避免数控机床在工作过程中的共地线阻抗干扰和地环路干扰以及共模电流辐射干扰发生,工作接地极为重要。工作接地方式有浮地、单点接地、多点接地和混合接地。 　　 　　

⑤软件抗干扰:用软件来识别有用信号和干扰信号,并滤除干扰信号的方法,称为软件滤波。一般通过信号时间、空间和属性来判断是有用信号还是干扰信号。当电磁干扰使数控系统的程序跑飞时，看门狗能够帮助系统自动恢复正常运行。