干擾對定位精度影響的分析

哈爾濱電機廠有限責任公司 （黑龍江 150040） 楊永智

1.生產中常見的干擾源

車間現場中，各種干擾對數控系統的影響是一個不容回避的問題。經驗表明，由電網電源引入的干擾是系統干擾的主要來源。由于城市動力電網質量不好，車間內各種大型重型機床、設備彼此之間相互影響，機床本身接地、屏蔽不好或電纜布線不合理等都會影響數控系統的可靠性，使系統產生誤操作，如在速度指令等信號中滲入噪聲干擾和偏移，導致定位精度不準。綜合各方面研究，常見的電網電源干擾有如下一些：

（1）電磁波干擾 工廠中由于電火花、高頻電源、振蕩電路等因素影響往往產生強烈的電磁波，這種高頻輻射能量通過空間的傳播，被臨近的數控機床所接收，如果能量足夠，它們會竄入數控系統而引起機床故障。

（2）動力電網電壓波動的干擾 超壓或欠壓：數控機床對輸入電壓有明確的輸入范圍，如使用24V直流供電的系統電源要求輸入電源電壓范圍為320!470V。超壓或欠壓都會引起系統電源板中電壓監控報警，從而停止工作電壓，所以數控機箱上沒有任何信號燈顯示。

電網電壓波動：當電網電壓不穩定時，如最大值超出輸入電壓峰值允許限度也會發生電源監控報警。

（3）大電感的干擾 較大的電感器在斷電時要將存儲器的磁能釋放出來，就在電網中形成高頻峰值脈沖，它是隨機產生的。由于工廠中變壓器、電動機使用很普遍，因此它產生的這種干擾脈沖也是最常見的。

從故障現象分析，由于這種干擾脈沖頻域寬，尤其高頻窄脈沖，峰值高，能量大，干擾嚴重，但變化快速，不會引起電源監控板反映，如果通過供電線路串入數控系統，引起錯誤信息會導致數據中央處理器或可編程控制器停止運行。

2.抗干擾措施

上述干擾源的存在，無不影響著數控系統的安全、穩定運行，因此在進行系統總體結構設計時就應當采取硬件及軟件等多方面的抗干擾措施，同時還要對電網電源系統進行抑制。

（1）物理隔離 加大受擾電路(或裝置）與干擾源間的距離，因為干擾強度與距離平方成反比，盡可能增大干擾源與受擾電路間的距離，將大大降低干擾的傳播，減少系統故障率，尤其在電源惡劣的情況下，采用穩壓設備對電源波動和瞬間停電是有效的。為了抑制電源噪聲及電源、大地電纜之間的干擾，可以在電源與數控裝置之間設立一個隔離變壓器，如圖1所示。

圖1 隔離抗干擾示意圖

（2）濾波 濾波器可以抑制電源線上輸入的干擾和信號傳輸線路上感應的各種干擾。常用的有低通濾波器和直流濾波器，一般將其安裝在電源與數控裝置之間。

（3）屏蔽 為使設備和元器件不受外部電磁場影響，通常采用隔離屏蔽措施。

電場屏蔽：當噪聲源是高電壓、小電流時，其輻射場主要表現為電場，電場屏蔽是為了抑制噪聲源和敏感設備之間由于存在電場耦合而產生的干擾。良好接地是金屬板產生電場屏蔽的先決條件,如不接地或接地不良，則可能產生比沒有金屬板時更嚴重的干擾。

磁場屏蔽：當噪聲源具有低電壓和大電流時,其輻射場主要表現為磁場，磁場屏蔽是為了抑制噪聲源和敏感設備之間由于磁場耦合所產生的干擾。磁場屏蔽主要是依賴高導材料所具有的低磁阻特性，對磁通起分路的作用，使屏蔽體內部的磁場大大減弱。

電磁場屏蔽：電磁場屏蔽用于抑制噪聲源和敏感設備距離較遠時通過電磁場耦合產生的干擾。電磁場屏蔽必須同時屏蔽電場和磁場。通常采用電阻率小的良導體材料，空間電磁波在入射到金屬體表面時會產生反射和吸收，電磁能量被大大衰減，從而起到屏蔽作用。

（4）接地 通常數控系統都具有一個公共參考電位,將各參考電位連接起來即構成系統基準電位線，一般稱為系統地線，它有時與公共底板相連，有時與設備外殼柜體框架相連。若設備將其外殼等與大地連接，為系統接地。通過保護接地，或系統接地等形式，也能達到抗干擾目的。

3.實際應用中的解決方案

因車間內大型機床、設備多使得電網負荷加重，電網電壓波動干擾成為最大的干擾因子。根據以上分析，輔以經濟因素考慮，我們采 用濾波手段對TK6920數控落地鏜床干擾加以抑制，在電網電源接入系統前增加濾波器，其原理如圖2所示。同時對于機床的接地我們盡可能地縮短地線長度，并加粗地線。

圖2 濾波原理圖

電網改造完成之后，針對該加工中心加工出的零件進行檢測和統計分析，批次產品的誤差較改造前有明顯減小的趨勢，證明電網干擾確實對機床定位精度存在影響。