電磁干擾對數控機床的影響及解決方案

王丹娜

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

0 引言

在實際的工作環境中，數控機床干擾總是客觀存在的，內部干擾大多與數控系統制造有關，它可以通過精心設計，盡可能地消除和抑制。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 數控機床干擾的產生與抑制

數控機床的電氣部分可分為兩部分，一部分為核心部分的計算機系統，另一部分為強電執行系統。計算機系統直接安裝在生產現場，大多處于強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中，因此若沒有足夠的抗干擾措施，對設備的正常運行也會產生不良影響，所以安裝、調試、維修數控機床必須考慮以下幾個方面：抗干擾的良好電源系統；合理的接地方式；科學的配線；符合抗干擾要求的現場環境；高效的軟件抗干擾措施。下面以我公司產品生產過程中遇到的數控機床干擾問題進行分析。

我公司制造的兩臺臥車在用戶安裝時，由于用電多，變壓器容量較小，造成在用電低谷和高峰時電壓波動較大。這也是一種持續干擾。采用西門子公司的802dsl系統，在調試時就發現該設備在用電高峰時經常出現掉電現象，后經檢查發現是由于電壓過低造成SINAMICS S120無準備信號掉電,經常重新起動,原因是此兩臺機床沒有進行電源隔離,是與其他機加工設備共用一條電源母線排,對此決定對NC系統進行穩壓供電，其余仍用原供電回路。增加了一臺4.5 kW自動穩壓器，就將問題解決了。

其中一臺臥車使用一年多，運行良好，但在其旁邊2 m之處新安裝了一臺磁力探傷機和一臺退磁機后，該機床經常出現換刀、原點不能復位，經常需要重新對刀等故障，且加工工件出現波紋等現象。經過一段時間的觀察，發現當探傷機停止工作后，一切正常，顯然是探傷機的干擾所致。探傷機與退磁機是一類大的感性負載設備，由于該類設備簡單，所以造成諧濾成分很多，干擾也多，尤其在斷電時需要把貯存的磁能釋放，會在電網中產生高頻，高幅值干擾脈沖，因此它是一個嚴重電磁干擾源，這些干擾主要又通過電源線進入加工中心的電源部分，造成故障。經示波器簡易觀測高壓瞬變電壓波形，對此，我們設計制作了電源濾波吸收系統。安裝NC電源輸入端，徹底凈化了NC輸入電源，經過測量脈沖幅度大為降低。

其中隔離變壓器能很好地完成低頻耦合，但對高頻響應較差，它能使差模和共模干擾電壓衰減20%以上，同時切斷與電源零線的連接，因此能很好地隔離設備同高頻串擾。一、二次側再設置屏蔽層，消除一、二次側間分布電容帶來的耦合干擾。通過上述改進將故障全部消除，設備正常運行。

凸輪磨床在一次動遷后，將其安置于距車間電焊間相距不到10 m處，并且共用同一母排電源線。調試階段經常使ECU死機，步進電動機誤動作（數控系統為西門子公司的802S）。究其原因，也是由于焊接設備這些大的感性負載設備釋放出干擾所致。又在NC電源側增加了一套電源濾波器，并將電源線脫離原電源母排，單獨從電源總排上引線，并且與焊接間不在同一變壓器上，故障也徹底消除了。

2 數控系統的接地干擾

對數控設備來說，接地是提高其抗干擾能力的重要手段之一，正確的接地既能抑制干擾影響，又能抑制設備向外發生干擾，而錯誤的接地反而會通過多種途徑（如交流電源中性線、公共接地線阻抗、接地環路、接地導線的容性耦合等）引入強烈干擾。

在數控設備上采用較多的是下述三種接地子系統：保護接地線；系統接地線；屏蔽接地線。在數控設備中，一般都將這三個接地子系統接到一起，集中接地。

在實際中，如果系統地線不與保護地大地相連的話，即浮地狀態，會有許多危害，我們知道，電子線路中任何導線和元器件都有對地分布電容。當裝置內部產生干擾，系統對大地的電位發生變化時便通過這些分布電容出現位移電流并流過各支路，產生干擾。也可能由外部干擾源引起系統地對機殼電位的變動。我單位工作人員在調試中也遇到過此類故障：一臺臥式加工中心（為西門子公司的840d系統）有一段時間NCU板至床體的接地線由于振動而脫落，接地系統有時開路，結果造成工作狀態不穩定，主要表現在OP畫面顯示抖動，加工件尺寸有時發生突然變化，將地線導體連接緊固好，故障便消除了。

我公司改造的凸輪磨床，采用西門子公司的802C數控系統，由于地線連接錯誤，降低了設備抗干擾能力。由于變頻調速器為大功率單元，易在變頻調速器上產生干擾信號，這種連接會使干擾在CNC控制柜上產生干擾電壓，使其干擾疊加到CNC控制柜上，使CNC控制柜產生串模干擾；許多屏蔽線，屏蔽層未剝開接地，這些屏蔽線中包含有許多信號及控制線。原系統要求大面積接地方式。若屏蔽層不接地，由于分布電容的作用，噪聲線路會在屏蔽層上感應出噪聲電動勢。因此，信號線還將受到噪聲的影響，將失去屏蔽的意義，而且更容易撿拾干擾信號。

所以在安裝或維修設備的過程中，要仔細地配線、接線，以免給日后的使用埋下許多隱患，降低設備的可靠性。

3 解決措施

由于數控機床自動化程度高，因此很多情況下都是無人監控、自動運行的，所以提高運行抗干擾能力就是提高它的可靠性，提高機床的利用率。

要想消除干擾，需要從以下幾方面入手：

1）對數控機床的制造廠家，要有嚴格的質量控制：（1）對數控機床的布線要嚴格遵守工藝要求，不得隨意接線。（2）對電源的輸入端，要有良好的防干擾措施，如浪涌吸收、濾波等等，尤其是NC部分電源。（3）對感性器件要采取良好的吸收措施。（4）對大功率開關觸點要增加滅弧裝置。

2）對現場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NC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。

采取以上措施能大大提高機床抗干擾的能力，保證數控機床在惡劣的環境中正常發揮作用。