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技術(shù)文章
數(shù)控機(jī)床的抗干擾問題和解決辦法
閱讀：1229 發(fā)布時(shí)間：2014-7-18
一、干擾產(chǎn)生的原因:電火花機(jī)床利用高頻放電對(duì)工件腐蝕加工，高頻對(duì)智能糾錯(cuò)控制器產(chǎn)生干擾。干擾一般是指那些與信號(hào)無(wú)關(guān)的,在信號(hào)輸入、傳輸和輸出過程中出現(xiàn)的一些不確定的有害的電氣瞬變現(xiàn)象。這些瞬變現(xiàn)象會(huì)使數(shù)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)在傳輸過程中發(fā)生變化,增大誤差,使局部裝置或整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況,引起故障。干擾源的產(chǎn)生主要有以下幾種情況:
①電源干擾:由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣,存在多種設(shè)備共享一個(gè)電網(wǎng),尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化,電源開關(guān)操作、雷擊浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等,都通過輸電線路傳到電源原邊,使電壓暫變,導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動(dòng)。此外,電源線在傳輸過程也會(huì)產(chǎn)生噪聲以及快速瞬變的脈沖串,污染電網(wǎng)。
②輻射干擾:電磁或電場(chǎng)在自然界中無(wú)處不在。工作中的電火花穿孔機(jī)除了受到電場(chǎng)的作用外還受到了磁場(chǎng)的作用。電火花穿孔機(jī)在運(yùn)行過程中,由于工作環(huán)境的惡劣性,不可避免的會(huì)受到電磁干擾
③數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)間的干擾:電火花穿孔機(jī)在工作過程中,由于整套設(shè)備涉及到的器件較多,既有AC380V、AC220V交流電信號(hào),又有DV24V、DC5V的各種低壓直流電信號(hào)。用來(lái)傳遞信號(hào)的電纜,在走線過程中,有時(shí)會(huì)由于模擬信號(hào)輸出設(shè)備或由伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器產(chǎn)生的干擾引起誤動(dòng)作發(fā)生,影響設(shè)備的正常工作;用來(lái)傳遞I/O輸入/輸出信號(hào)的頻率受到時(shí)鐘頻率和諧波干擾,加上線路走線不當(dāng),使數(shù)字信號(hào)線和模擬信號(hào)線不可避免的會(huì)受到外來(lái)干擾信號(hào)的干擾,各種信號(hào)線相互之間也會(huì)通過線間耦合等產(chǎn)生干擾。
二、抗干擾的措施:這些措施主要包括屏蔽、隔離、濾波、接地和軟件處理等。
①屏蔽技術(shù):屏蔽是目前采用zui多也是zui有效的一種方式。屏蔽技術(shù)切斷輻射電磁噪聲的傳輸途徑通,常用金屬材料或磁性材料把所需屏蔽的區(qū)域包圍起來(lái),使屏蔽體內(nèi)外的場(chǎng)相互隔離,切斷電磁輻射信號(hào),以保護(hù)被屏蔽體免受干擾,屏蔽分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽及電磁屏蔽。在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí),對(duì)于電場(chǎng)干擾時(shí),系統(tǒng)中的強(qiáng)電設(shè)備金屬外殼(伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器、驅(qū)動(dòng)器、開關(guān)電源、電機(jī)等)可靠接地實(shí)現(xiàn)主動(dòng)屏蔽;敏感設(shè)備如智能糾錯(cuò)裝置等外殼應(yīng)可靠接地,實(shí)現(xiàn)被動(dòng)屏蔽;強(qiáng)電設(shè)備與敏感設(shè)備之間距離盡可能遠(yuǎn);高電壓大電流動(dòng)力線與信號(hào)線應(yīng)分開走線,選用帶屏蔽層的電纜,對(duì)于磁場(chǎng)干擾,選用高導(dǎo)磁率的材料,如玻莫合金等,并適當(dāng)增加屏蔽體的壁厚;用雙絞線和屏蔽線,讓信號(hào)線與接地線或載流回線扭絞在一起,以便使信號(hào)與接地或載流回線之間的距離zui近;增大線間的距離,使得干擾源與受感應(yīng)的線路之間的互感盡可能地小;敏感設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離干擾源強(qiáng)電設(shè)備變壓器等。
②隔離技術(shù):隔離就是用隔離元器件將干擾源隔離,以防干擾竄入設(shè)備,保證電火花機(jī)床的正常運(yùn)行。常見的隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。
(1)光電隔離:光電隔離能有效地抑制系統(tǒng)噪聲,消除接地回路的干擾。在智能糾錯(cuò)系統(tǒng)的輸入和輸出端,用光耦作接口,對(duì)信號(hào)及噪聲進(jìn)行隔離;在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路中,用光耦來(lái)把控制電路和馬達(dá)高壓電路隔離開。
(2）變壓器隔離是一種用得相當(dāng)廣泛的電源線抗干擾元件,它zui基本的作用是實(shí)現(xiàn)電路與電路之間的電氣隔離,從而解決地線環(huán)路電流帶來(lái)的設(shè)備與設(shè)備之間的干擾,同時(shí)隔離變壓器對(duì)于抗共模干擾也有一定作用。隔離變壓器對(duì)瞬變脈沖串和雷擊浪涌*起到很好的抑制作用,對(duì)于交流信號(hào)的傳輸,一般使用變壓器隔離干擾信號(hào)的辦法。
(3)繼電器隔離,繼電器的線圈和觸點(diǎn)之間沒有電氣上的。因此,可以利用繼電器的線圈接受電氣信號(hào),而用觸點(diǎn)發(fā)送和輸出信號(hào),從而避免強(qiáng)電和弱電信號(hào)之間的直接,實(shí)現(xiàn)了抗干擾隔離。
③濾波技術(shù):濾波技術(shù)是抑制干擾的一種有效措施。濾波器是由集總參數(shù)R、L、C構(gòu)成等效電路。具有分離信號(hào)、抑制干擾、阻抗變換與阻抗匹配和延遲信號(hào)等功能。采用濾波器可以很好的濾波設(shè)備電路中的有害成分,提高設(shè)備的可靠性。在數(shù)控機(jī)床上,為了抑制高頻對(duì)智能控制裝置的干擾。可采用低通濾波器濾除電路中的高頻成分,改善電源質(zhì)量。對(duì)于各類觸點(diǎn)或開關(guān),在閉合或斷開瞬間因觸點(diǎn)抖動(dòng)所引起的干擾,抑制感性負(fù)載在切斷電源瞬間所產(chǎn)生的反向勢(shì),可以采用阻容濾波來(lái)排除,這樣可以將電感線圈的磁場(chǎng)釋放出來(lái)的能力,轉(zhuǎn)化為電容器電場(chǎng)的能量?jī)?chǔ)存起來(lái),以降低能耗。采用L-C濾波器則會(huì)降低負(fù)載阻抗,從而增加濾波效果,發(fā)揮濾波器的作用,降低干擾。
④接地處理:將電路、設(shè)備機(jī)殼等與作為零電位的一個(gè)公共參考點(diǎn)(大地)實(shí)現(xiàn)低阻抗的連接,稱之謂接地。接地的方式主要有:保護(hù)接地、工作接地、屏蔽接地。接地的目的有兩個(gè):一是為了減小干擾;二是為了人身安全。為了降低安全事故的發(fā)生,安全接地保護(hù)接地端子與電氣設(shè)備的機(jī)殼底盤等應(yīng)實(shí)現(xiàn)良好的搭接,做到真正的和大地相連。在數(shù)控機(jī)床的電柜中,接地排厚度不得低于3mm(銅板),接入大地的接地電阻應(yīng)小4歐姆;系統(tǒng)內(nèi)的保護(hù)地線,應(yīng)用盡量粗和短的黃綠雙色線連接到接地排上,并且避免構(gòu)成環(huán)路;可以減少與其他設(shè)備的相互電磁干擾。為了避免數(shù)控機(jī)床在工作過程中的共地線阻抗干擾和地環(huán)路干擾以及共模電流輻射干擾發(fā)生,工作接地極為重要。工作接地方式有浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。
⑤軟件抗干擾:用軟件來(lái)識(shí)別有用信號(hào)和干擾信號(hào),并濾除干擾信號(hào)的方法,稱為軟件濾波。一般通過信號(hào)時(shí)間、空間和屬性來(lái)判斷是有用信號(hào)還是干擾信號(hào)。當(dāng)電磁干擾使數(shù)控系統(tǒng)的程序跑飛時(shí)，看門狗能夠幫助系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。
①電源干擾:由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣,存在多種設(shè)備共享一個(gè)電網(wǎng),尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化,電源開關(guān)操作、雷擊浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等,都通過輸電線路傳到電源原邊,使電壓暫變,導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動(dòng)。此外,電源線在傳輸過程也會(huì)產(chǎn)生噪聲以及快速瞬變的脈沖串,污染電網(wǎng)。
②輻射干擾:電磁或電場(chǎng)在自然界中無(wú)處不在。工作中的電火花穿孔機(jī)除了受到電場(chǎng)的作用外還受到了磁場(chǎng)的作用。電火花穿孔機(jī)在運(yùn)行過程中,由于工作環(huán)境的惡劣性,不可避免的會(huì)受到電磁干擾
③數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)間的干擾:電火花穿孔機(jī)在工作過程中,由于整套設(shè)備涉及到的器件較多,既有AC380V、AC220V交流電信號(hào),又有DV24V、DC5V的各種低壓直流電信號(hào)。用來(lái)傳遞信號(hào)的電纜,在走線過程中,有時(shí)會(huì)由于模擬信號(hào)輸出設(shè)備或由伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器產(chǎn)生的干擾引起誤動(dòng)作發(fā)生,影響設(shè)備的正常工作;用來(lái)傳遞I/O輸入/輸出信號(hào)的頻率受到時(shí)鐘頻率和諧波干擾,加上線路走線不當(dāng),使數(shù)字信號(hào)線和模擬信號(hào)線不可避免的會(huì)受到外來(lái)干擾信號(hào)的干擾,各種信號(hào)線相互之間也會(huì)通過線間耦合等產(chǎn)生干擾。
二、抗干擾的措施:這些措施主要包括屏蔽、隔離、濾波、接地和軟件處理等。
①屏蔽技術(shù):屏蔽是目前采用zui多也是zui有效的一種方式。屏蔽技術(shù)切斷輻射電磁噪聲的傳輸途徑通,常用金屬材料或磁性材料把所需屏蔽的區(qū)域包圍起來(lái),使屏蔽體內(nèi)外的場(chǎng)相互隔離,切斷電磁輻射信號(hào),以保護(hù)被屏蔽體免受干擾,屏蔽分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽及電磁屏蔽。在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí),對(duì)于電場(chǎng)干擾時(shí),系統(tǒng)中的強(qiáng)電設(shè)備金屬外殼(伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器、驅(qū)動(dòng)器、開關(guān)電源、電機(jī)等)可靠接地實(shí)現(xiàn)主動(dòng)屏蔽;敏感設(shè)備如智能糾錯(cuò)裝置等外殼應(yīng)可靠接地,實(shí)現(xiàn)被動(dòng)屏蔽;強(qiáng)電設(shè)備與敏感設(shè)備之間距離盡可能遠(yuǎn);高電壓大電流動(dòng)力線與信號(hào)線應(yīng)分開走線,選用帶屏蔽層的電纜,對(duì)于磁場(chǎng)干擾,選用高導(dǎo)磁率的材料,如玻莫合金等,并適當(dāng)增加屏蔽體的壁厚;用雙絞線和屏蔽線,讓信號(hào)線與接地線或載流回線扭絞在一起,以便使信號(hào)與接地或載流回線之間的距離zui近;增大線間的距離,使得干擾源與受感應(yīng)的線路之間的互感盡可能地小;敏感設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離干擾源強(qiáng)電設(shè)備變壓器等。
②隔離技術(shù):隔離就是用隔離元器件將干擾源隔離,以防干擾竄入設(shè)備,保證電火花機(jī)床的正常運(yùn)行。常見的隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。
(1)光電隔離:光電隔離能有效地抑制系統(tǒng)噪聲,消除接地回路的干擾。在智能糾錯(cuò)系統(tǒng)的輸入和輸出端,用光耦作接口,對(duì)信號(hào)及噪聲進(jìn)行隔離;在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路中,用光耦來(lái)把控制電路和馬達(dá)高壓電路隔離開。
(2）變壓器隔離是一種用得相當(dāng)廣泛的電源線抗干擾元件,它zui基本的作用是實(shí)現(xiàn)電路與電路之間的電氣隔離,從而解決地線環(huán)路電流帶來(lái)的設(shè)備與設(shè)備之間的干擾,同時(shí)隔離變壓器對(duì)于抗共模干擾也有一定作用。隔離變壓器對(duì)瞬變脈沖串和雷擊浪涌*起到很好的抑制作用,對(duì)于交流信號(hào)的傳輸,一般使用變壓器隔離干擾信號(hào)的辦法。
(3)繼電器隔離,繼電器的線圈和觸點(diǎn)之間沒有電氣上的。因此,可以利用繼電器的線圈接受電氣信號(hào),而用觸點(diǎn)發(fā)送和輸出信號(hào),從而避免強(qiáng)電和弱電信號(hào)之間的直接,實(shí)現(xiàn)了抗干擾隔離。
③濾波技術(shù):濾波技術(shù)是抑制干擾的一種有效措施。濾波器是由集總參數(shù)R、L、C構(gòu)成等效電路。具有分離信號(hào)、抑制干擾、阻抗變換與阻抗匹配和延遲信號(hào)等功能。采用濾波器可以很好的濾波設(shè)備電路中的有害成分,提高設(shè)備的可靠性。在數(shù)控機(jī)床上,為了抑制高頻對(duì)智能控制裝置的干擾。可采用低通濾波器濾除電路中的高頻成分,改善電源質(zhì)量。對(duì)于各類觸點(diǎn)或開關(guān),在閉合或斷開瞬間因觸點(diǎn)抖動(dòng)所引起的干擾,抑制感性負(fù)載在切斷電源瞬間所產(chǎn)生的反向勢(shì),可以采用阻容濾波來(lái)排除,這樣可以將電感線圈的磁場(chǎng)釋放出來(lái)的能力,轉(zhuǎn)化為電容器電場(chǎng)的能量?jī)?chǔ)存起來(lái),以降低能耗。采用L-C濾波器則會(huì)降低負(fù)載阻抗,從而增加濾波效果,發(fā)揮濾波器的作用,降低干擾。
④接地處理:將電路、設(shè)備機(jī)殼等與作為零電位的一個(gè)公共參考點(diǎn)(大地)實(shí)現(xiàn)低阻抗的連接,稱之謂接地。接地的方式主要有:保護(hù)接地、工作接地、屏蔽接地。接地的目的有兩個(gè):一是為了減小干擾;二是為了人身安全。為了降低安全事故的發(fā)生,安全接地保護(hù)接地端子與電氣設(shè)備的機(jī)殼底盤等應(yīng)實(shí)現(xiàn)良好的搭接,做到真正的和大地相連。在數(shù)控機(jī)床的電柜中,接地排厚度不得低于3mm(銅板),接入大地的接地電阻應(yīng)小4歐姆;系統(tǒng)內(nèi)的保護(hù)地線,應(yīng)用盡量粗和短的黃綠雙色線連接到接地排上,并且避免構(gòu)成環(huán)路;可以減少與其他設(shè)備的相互電磁干擾。為了避免數(shù)控機(jī)床在工作過程中的共地線阻抗干擾和地環(huán)路干擾以及共模電流輻射干擾發(fā)生,工作接地極為重要。工作接地方式有浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。
⑤軟件抗干擾:用軟件來(lái)識(shí)別有用信號(hào)和干擾信號(hào),并濾除干擾信號(hào)的方法,稱為軟件濾波。一般通過信號(hào)時(shí)間、空間和屬性來(lái)判斷是有用信號(hào)還是干擾信號(hào)。當(dāng)電磁干擾使數(shù)控系統(tǒng)的程序跑飛時(shí)，看門狗能夠幫助系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。