數控系統電磁干擾及控制

蔣昌虎，陳立貴，劉 鯤，倪 娜

（馬鞍山機床及刃模具產品質量監督檢驗中心，安徽 馬鞍山 243000）

數控系統電磁干擾及控制

蔣昌虎，陳立貴，劉 鯤，倪 娜

（馬鞍山機床及刃模具產品質量監督檢驗中心，安徽 馬鞍山 243000）

本文對數控機床電磁干擾進行研究，分析了電磁干擾的來源及耦合方式，結合日常檢驗工作，給出一些防電磁干擾措施，實際證明能夠有效降低干擾，提高數控機床穩定性。

數控機床；電磁感應；抑制

數控機床在生產過程中總是存在干擾的，其中內部電磁干擾主要與數控系統有關，它可以通過設計上的優化，進行最大限度地優化和抑制。數控機床的內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。在數控維修中的電磁兼容問題多是外部干擾造成。

1 原因分析

數控機床常常因為干擾的存在，使得數控系統不能穩定工作，不能按照設計要求工作。本文對機床數控系統干擾源進行分析，探討機床數控系統電磁兼容性，通過分析干擾來源、干擾傳遞途徑、干擾耦合方式，找到干擾源并采取有效措施使數控系統能夠正常工作。

機床數控系統由執行機構（電機）、電源、測量單元（如負荷傳感器）、數控單元（如電機驅動單元）、接觸器、繼電器等組成。電磁干擾對測量單元和數控單元影響最大，是造成機床控制不穩定、影響加工精度的主要因素。而機床數控系統中驅動電源、電機、電磁閥、繼電器等是機床數控系統內部干擾源，特別是繼電器、接觸器等，在通斷時觸點處產生的電火花是較強的干擾源。這些干擾源通過一些耦合途徑造成對測量和數控單元的干擾。

機床數控系統外部干擾源，主要有變壓器、大型直流電機、電焊機等啟動電流大的用電設備，這些設備容易形成強大脈沖電流，形成瞬間強磁場。如果沒有采取抗干擾措施，這些設備會產生很大的電磁干擾，以電磁波的形式或通過地線、電源線耦合到測量和控制單元。機床附近開關電源設備特別是高頻電源也容易對數控系統產生干擾，開關電源以較大的工作電流和較高的工作頻率，容易產生過尖的大脈沖電流，且也很容易通過機殼輻射到周圍環境，耦合到數控系統中位置和速度傳感器的輸入端，造成較強干擾。

2 電磁耦合

（1）傳導耦合。傳導耦合是干擾源與數控各單元之間的主要干擾耦合途徑之一，傳導干擾可以通過電源線、信號線、互連線、接地線等進行耦合。

（2）共阻抗耦合。當兩個不同電路的電流流過公共阻抗時，就出現如圖1所示的共阻抗耦合，地電流I1和I2都流過公共阻抗Z，就電路1來說，它的地電壓被地電流2所調制。因此，一些噪聲信號通過共地阻抗耦合到電路1。

圖1 耦合電路

又如圖2所示，所有獨立電路通過串聯連接，則

其中I1、I2、I3分別是電路1、電路2、電路3接地點處電流，U1、U2、U3分別為電路1、電路2、電路3接地點處電壓。

電路2 共阻抗耦合

從式（1）可以看出任一個電路電流的變化都會對其他電路產生影響。

由此可見機床數控系統中接地不良，各控制單元之間相互影響是很大的。

（3）感應耦合。感應耦合是變壓器、繼電器、電感器之間主要干擾方式，它分為感應耦合和磁感應耦合，主要出現在機床內部干擾源對測量和控制單元之間的耦合方式。

其中Un為電路1在電路2中感應的噪聲電壓，M12為電路1與電路2之間的互感，I1為電路1中流過的電流。

（4）輻射耦合。輻射耦合是通過空間以電磁波的形式耦合到數字系統的噪聲，主要方式為電纜耦合到機殼，電纜耦合到電纜，機殼耦合到機殼，在實際工作中高頻干擾信號主要通過輻射耦合到機床數控電路。

3 抗干擾措施

根據上述分析，結合日常檢驗經驗，現提出如下抗干擾措施供參考。

（1）對數控系統設計進行優化，數控系統電路板的布線要嚴格遵守工藝要求，不得隨意接線。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，尤其是高頻開關電源。對感性器件要采取良好的吸收措施，針對大功率開關觸點要增加滅弧裝置。

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

（3）對電網波動大的地方，可采用穩壓供電等方式，不要與強干擾設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。機床側開關檢查，防止通過床體、大地構成控制信號回路。

4 結論

數控系統中電磁兼容設計是一個十分復雜的問題，數控系統有多種電磁干擾源，對于不同的情況應有不同的處理方法。因此，在抗干擾設計中只有充分考慮各方面的因素，結合電磁干擾產生的機理，合理有效地抑制干擾，才能使數控機床可靠運行。

[1]廖德崗，姚銀燕.基于開放式體系結構的數控機床可靠性及抗干擾設計[J].制造業自動化，2005，（4）.

[2]黃 卉.機床數控化改造中電磁兼容性問題探討[J].機床與液壓，2004，（7）.

[3]蔣昌虎.機床保護接地探析[J].鍛壓裝備與制造技術，2016，51（3）.

The electromagnetic interference and control of CNC system

JIANG Changhu,CHEN Ligui,LIU Kun,NI Na
（Ma'anshan Quality Supervision and Inspection Center of Machine Tool and Cutting Edge Mould Product,Ma'anshan 243000,Anhui China）

The electromagnetic interference of the CNC machine tool has been studied.The sources and coupling mode of the electromagnetic interference have been analyzed.By combining the daily inspection work,some measures of anti electromagnetic interference have been put forward.The practical shows that the interference has been reduced validly,which can improve the stability of the CNC machine tool.

CNC machine tool;Electromagnetic induction;Suppression

TM154

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.06.012

1672-0121（2016）06-0048-02

2016-09-12；

2016-10-29

蔣昌虎（1983-），碩士，工程師，從事機床電氣設計及安全研究。E-mail：283538779@qq.com