數控系統(tǒng)電磁干擾及控制分析

萬里

摘要：隨著技術的發(fā)展，數控機床已經成為制造業(yè)的支柱之一，而數控機床在實際運用中暴露出一定的問題。本文主要對數控系統(tǒng)受到電磁干擾的問題進行研究分析，對電磁干擾的主要來源與具體耦合方式進行分析，再結合數控機床的實際工作經驗，對數控系統(tǒng)抗干擾提出一些具體措施，以提高數控機床的穩(wěn)定性。

關鍵詞：數控機床；電磁感應；電磁干擾

技術的進步改變了工業(yè)生產模式，數控機床實現(xiàn)了高效且高質量的機械化生產，是工業(yè)自動化發(fā)展的重要基石，而數控系統(tǒng)代替人工進行制造加工，出現(xiàn)了新的問題，由于電磁感應對于電信號的影響，造成較為嚴重的電磁干擾現(xiàn)象，造成數控系統(tǒng)的失誤，這是難以避免的，這是由于內部電磁干擾的存在，雖然難以完全消除，但是通過設計進行優(yōu)化，可以最大程度上削弱與抑制電磁干擾的影響。

一、抑制電磁干擾對數控系統(tǒng)的重要性

電磁干擾對于數控系統(tǒng)而言存在較大的危害，主要表現(xiàn)在對數控系統(tǒng)電信號傳輸的干擾上，由于驅動設備等的功率較大，在強電流環(huán)境下的電磁干擾情況嚴重，對于數控系統(tǒng)的精密運行造成較大的影響。主要可能出現(xiàn)的誤差有兩種：第一是對于伺服驅動系統(tǒng)可能造成的誤差，由于數控單元的運行受到電磁信號的干擾，對于驅動系統(tǒng)的控制精度會有所降低，因此實際加工的精度要求得不到保障；第二是對測量單元的干擾問題，目前使用的數控機床多是半閉環(huán)數控機床，也存在一定的閉環(huán)機床在使用，這一類機床為了保障加工精度，需要利用測量系統(tǒng)，對伺服驅動系統(tǒng)的運動情況進行監(jiān)控反饋，而反饋出現(xiàn)誤差會導致加工精度的偏差，這不但會導致加工精度的下降，還會出現(xiàn)零件的報廢。

二、對數控系統(tǒng)電磁干擾的原因分析

電磁干擾會造成數控系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，無法完全達到設計的加工要求，這是極為嚴重的問題，要解決或者抑制電磁干擾的影響，首先就要對電磁干擾的具體成因進行分析說明。通過對電磁干擾的成因分析，對于干擾傳遞途徑與干擾源進行判斷，找到干擾源可以尋找有效措施幫助數控系統(tǒng)正常工作。

機床的數控系統(tǒng)構成較為復雜，主要有執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)、信號傳輸這三個部分。控制系統(tǒng)包含了輸入輸出裝置，信號處理等，而執(zhí)行機構也包含了伺服驅動系統(tǒng)和換刀系統(tǒng)及其他零件，而電磁干擾的存在主要對于測量單元與數控單元影響較大因此抗干擾工作也要從這些關鍵處著手。電磁干擾的主要干擾源分為兩大部分，第一是機床數控系統(tǒng)內部的的電磁干擾來源，主要是數控系統(tǒng)的內部的各種電力節(jié)點，如驅動電源、變頻器、接觸器以及電磁閥，尤其是變頻器和接觸器在開閉開關時產生的巨大磁場，是極為強大的干擾信號，而這些內部干擾會通過一些耦合途徑對數控機床的運行產生影響。

除了數控機床內部的干擾源，一些外部的電磁干擾源也會對機床運行造成較大的影響，其主要干擾源有變壓器以及大型直流電機如電焊設備等，這些設備在運行時的電流較大，因此在電源開閉時會產生強磁場。對于這一部分的外部電磁干擾會通過電磁波以外接線路傳輸到數控系統(tǒng)內部，而在機床附近的其他電源開關設備也會帶來較大的電磁干擾，特別是開關較為頻繁的設備，會產生較大的沖擊電流，而這對周圍的其他數字化電器設備的使用帶來一定的影響。數控系統(tǒng)的電磁干擾從內外兩個部分進行分析，其主要成因還是由于電流的劇烈變化導致的電磁脈沖，因此在進行數控系統(tǒng)電磁抗干擾分析時要格外注意這一點。

三、電磁耦合方式

在了解電磁干擾的主要成因后，對于內部干擾源的產生作用原理做更進一步的研究分析，也就是電磁耦合方式的分析說明。

3.1 傳導耦合

在數控系統(tǒng)的內部干擾源與數控單元的主要作用途徑就是傳導耦合，電磁干擾會通過各種相關線路，如電源線、信號線、互聯(lián)線、接地線等等。傳導耦合的干擾性并不強，這里筆者不做更進一步的說明。

3.2 共阻抗耦合

當兩個不同電路電流合流之時，由于不同電流流經公共阻抗會出現(xiàn)不可避免的互阻抗與電流變化，因此會出現(xiàn)共阻抗耦合，其原理如圖一，原本電路1與2 的電流i1與i2會在

公共阻抗Z，對于電路1而言其接地電壓與電流2所調制，會出現(xiàn)噪聲對于數控系統(tǒng)的信號控制而言是極大的問題，而圖二的獨立電路進行串聯(lián)處理。由于電路串聯(lián)，各部分阻抗電壓分別為U1=Z1（i1+i2+i3）U2=Z1（i1+i2+i3）+Z2（i2+i3），U3=Z1（i1+i2+i3）+Z2（i2+i3）+Z3*i3，其中i1，i2，i3分別為電路1、2、3的接地電流值，而U1、U2、U3這是三個電路對應的接地點最終電壓值。由于接地點的電流值與電壓值關系密切，因此如果一個電路的電流值改變會造成整體電壓環(huán)境的改變，對于數控系統(tǒng)的影響較大。

3.3 感應耦合

這一耦合方式主要是在關鍵的電力節(jié)點中出現(xiàn)，例如變壓器、變頻器等，在這些元器件之間出現(xiàn)的感應耦合主要分為兩種，感應耦合和磁感應耦合，其主要干擾是作用于測量單元，通過電壓變化產生的互感電流，將電磁干擾傳遞到其他單元。

3.4 輻射耦合

這一類耦合方式主要是由于工作車間內的空間電磁波輻射而導致的數字系統(tǒng)信號噪聲，主要通過電纜耦合、機殼耦合等將外界的高頻電磁信號傳遞到內部數控電路中去，在實際工作中對于機床數控系統(tǒng)的危害較大。

四、抗干擾措施分析

在進行電磁干擾的成因與具體耦合方式的分析之后，結合筆者的實際檢測檢驗，提出筆者個人的意見想法與建議，希望對于數控加工的發(fā)展帶來一定的幫助。

第一，優(yōu)化最初設計方案，通過對數控系統(tǒng)的內部鏈接線路進行合理科學的規(guī)劃，避免線路之間出現(xiàn)干擾，并且對于較為危險的電磁干擾環(huán)節(jié)，增加良好的防干擾措施，如濾波裝置，輻射隔絕層等等，對于高頻開關與大功率設備等實施完善的電磁干擾隔絕措施。

第二，對于電網電壓出現(xiàn)較大波動的地方，采用可靠的穩(wěn)壓供電方式，將強干擾設備進行單獨布置，避免由于共用母線或變壓器導致相互干擾。

第三，對于線路檢查的常規(guī)檢查的要求進一步提高，防止數控系統(tǒng)中出現(xiàn)一些地線出現(xiàn)線路浮地問題與大地構成控制信號回路。

五、結論

數控機床作為一項高精密生產設備在數字化與自動化生產的過程中，需要更進一步保證其運行的精確性，因此需要對電磁感應兼容性問題投入足夠的重視，降低機床運行中的電磁干擾的不良影響，促進自動化生產的不斷發(fā)展。

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