淺談數控機床電氣控制系統中的電氣隔離技術

馬軍

摘 要：在抗干擾技術中應用效果較好的就是電氣隔離技術，在電路中電氣隔離技術可以很好的分離干擾與被干擾信號，最終獲得隔離現場的目的，本文主要分析了數控機床電氣控制系統概述，數控機床電氣控制系統中存在的干擾因素，數控機床電氣控制系統中的電氣隔離技術。

關鍵詞：數控機床；電氣控制；隔離技術

一、數控機床電氣控制系統概述

1.數據輸入裝置是將信息指令和各類應用數據輸入數控系統的重要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機、軟盤驅動器、鍵盤、存儲卡和計算機等。

2.數控系統是數控機床的中樞體系，它將收到的數控指令程序實行譯碼、處理刀補、預處理速度、處理插補與位控，隨后有順序的發出沿著各個坐標軸運動的指令，直到結束程序。

3.可編程邏輯控制器，假如將數控系統作為人的大腦，PLC就是人的小腦，它將會幫助大腦完成一些控制機床的操作，例如旋轉的刀庫、打開與關閉切削液、夾緊與放松的卡盤。數控系統與PLC包含了兩種關系，一是將PLC作為組成數控系統的一部分，這種形式就是內裝形式的PLC；另一種關系就是將PLC獨立控制在數控系統以外，也稱之為外裝形式的PLC。

4.主軸驅動系統主要接受驅動指令，經過調節速度和轉矩能夠及時輸出驅動信號對主電動機實行驅動轉動，同時進行及時反饋并且有效控制電氣閉環速度。利用PLC將軸具表現的各種工作狀況通告給CNC以便能夠對各項主軸功能實行控制。主軸具有兩種驅動形式分別是主軸驅動系統與主軸串行驅動系統，主軸驅動系統的模擬一般應用變頻器。

5.電器硬件電路伴隨著PLC的功能而逐漸強大，電器硬件電路的首要任務就是控制電路生成的電源、隔離部分繼電器以及執行各種類型的電氣裝置，很好會出現繼電器具有的邏輯電路。可是外國進口的一些機床柜還會使用含有一定邏輯的專門組合型的繼電器。

6.機床包含全部的電動機、制動器、各種開關等。它們是實現各種機床操作的執行者和各種機床狀態的報告者。電動機按照用途可以分為主軸與伺服電動機。主軸電動機是主軸驅動的動力源，主軸電動機可以使用一般的異步三相電動機和專門數控機床廠生產的電動機；伺服電動機是工作臺和刀架的動力源，伺服電動機具有的調速功能要比主軸電動機要求高，一般異步三相電動機無法勝任。

7.通常需要由集裝主軸與電動機的脈沖編碼器來完成速度測量。它將電動機實際具有的轉速匹配電壓數值輸送給伺服驅動系統成為反饋速度信號，與電壓數值具有的速度指令進行比較，進而對速度實現精確控制。常見的脈沖編碼器故障是內臟、電壓不足與斷線。

8.測量位置通常使用光柵尺。它們主要是對運行中的機床坐標軸具有的實際位置組織直接或者間接的測量，將測量數值提供給CNC并且使指令位移坐標軸到達指定的位置，進而精確控制位置。常見的光柵尺故障包含臟與斷線。

二、數控機床電氣控制系統中存在的干擾因素

數控機床電氣控制系統所處的工作環境，產生一些由于各種因素引發的電磁干擾信號，利用特定的途徑將這些信號輸入電氣控制系統。能夠憑借各種傳播干擾源的重要途徑，見那個數控機床電氣控制系統具有的干擾劃分為兩種，一種是控制系統內部產生的各種干擾，另一種是控制系統外部產生的各種干擾。電氣控制系統中具有的控制模塊之間產生的各種干擾一般是通過繼電器、開關等裝置引起的。可以通過控制系統中的通道進行干擾，利用空間與供電系統產生的干擾形式迅速接入數控機床內部的控制系統模塊之中。對接觸器實行的操作可以產生兩種干擾信號，一種是在母線上存在的接觸器通過開、合觸點引起的各種頻率分量的振蕩波，母線相當于天線，在附近空間中輻射暫態電磁場產生的能量，在控制系統模塊中出現了干擾。該種形式的干擾等同于開關產生的干擾及其所攜帶的負載模式的大小功率，一般狀況下，變壓器出現的較大功率將會造成更大的強度；另一種是在接觸器上的圓通制線、線圈兩端產生的過電壓，通過繼電器發生的輸出以及電源線進入電氣控制系統。除此之外，存在于電氣控制系統中的其他信號，可以經過電源線的傳輸與耦合電磁空間等模式干擾電氣控制系統。最后是電氣控制系統的外部環境，比如電流與電弧產生的強大電磁場和交變的電磁場，以及較大功率的雷電與變頻器等，傳播這些干擾的主要途徑是電磁空間耦合。

三、數控機床電氣控制系統中的電氣隔離技術

1.干擾信號控制的電氣隔離

（1）光電耦合的隔離技術。光電隔離電路通常是指利用光傳送信號，分別隔離輸入和輸出電路。充分發揮抑制干擾信號的功能，合理消除在接地回路中產生的干擾，并且極快做出響應動作、較長的壽命和較小的體積等特點，經常在強弱電接口電路中應用。光電隔離主要是通過光電耦合器件實施完成。將發光源配置在輸入端，在輸出端則安置受光器，在電氣輸入與輸出是完全隔離的。光電耦合器主要隔離內部電路和輸入信號，或者將外部電路和內部輸出信號進行隔離。連接開關輸入電路與光電耦合裝置以后，由于光電耦合裝置發揮的隔離功能，致使其擁有的脈沖各類干擾完全被阻截在一側的輸入回路上。光電耦合裝置不能對輸入和輸出位置的電信號直接實行耦合，二是以光作為介質進行耦合，具有較強的電氣干擾隔離控制能力。在數控機床電氣控制系統中，由于被測控系統與設備之間會遭遇一定的干擾，致使信號在傳輸過程中產生畸變或者失真。此外，應用遠距離設備傳輸電纜信號，常常由于設備之間產生的地線電位差，出現電流地環路現象，引起干擾差模電壓。為了能夠強化傳輸中具有的可靠性，可以應用光電耦合技術實施隔離，將電路中存在的連接電氣分別實行隔開，保證他們之間的獨立性，切斷有可能產生的環路，提高電路中存在的抗干擾性。

（2）脈沖變壓器具有的隔離技術。脈沖變壓器具有比較少的匝數，同時分別在兩側鐵氧體磁心繞一次繞組與二次繞組，這樣的工藝促使它具有比較小的電容分布，因此能夠作為脈沖信號的隔離部件。通過脈沖變壓器輸出與輸入脈沖信號時，不能夠傳輸直流分量，應用的PLC進行控制輸入輸出數字量信號的有關設備，此時并不需要傳遞直流分量，所以能夠在數控系統中大量應用。

2.供電系統中的電氣隔離

（1） 應用交流電源隔離技術。交流電網中產生了大量高頻干擾與諧波等，針對電源交流供電控制設備和電氣電子裝置，都可以使用相應的抑制手段。應用變壓器具有的隔離電源作用，能夠迅速抑制進入交流電源之中的干擾噪聲。可是，一般變壓器并不能充分發揮抗干擾功能，主要原因是，即使是一次與二次繞組之間存在著絕緣數據，也能夠更好的防止一次側產生的電壓噪聲以及直接將電流傳送到二次側，充分發揮隔離作用。但是，因為存在的電容分布，交流電網之中的噪聲必須經過分布的電容在二次側實行耦合。為了能夠有效抑制噪聲干擾，必須在繞組之間設置屏蔽層，這樣處理能夠有效抑制噪聲，盡量消除干擾，對設備自身的抗干擾性能發揮了提升作用。

（2） 應用直流電源隔離技術。當控制裝置與電氣電子設備內部的子系統之間需要進行隔離時，它們各自的直流電源供電之間應需要進行隔離，其隔離方式：一是在交流側應用隔離變壓器；二是利用直流電壓隔離器。

四、結語

數控機床電氣控制非常容易受到周圍干擾源的干擾進而引發控制系統出現誤動作。為了能夠確保控制系統的穩定性，在設計與安裝系統時應當采取合理的抗干擾措施。

參考文獻：

[1]孫傳森.變頻器技術[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]王愛玲.數控原理及數控系統[M].北京：機械工業出版社，2010.