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常见问题

数控车床抗干扰特性

由于我国工业用电电网电压波动较大,由此造成数控系统电源部分故障频率较高,修理时应足够地重视起来。电源是电路板的能源供应部分,电源不正常,电路板的工作必然异常。
干扰是影响数控车床正常运行的一个重要因素,常见的干扰有电磁干扰,供电线路干扰和信号传输干扰。
1.电磁干扰
电火花、高频电源等设备会产生强烈的电磁波,这种高频辐射能量通过空间传播,干扰附近的设备。如果数控系统受到电磁波的干扰,数控机床将不能正常工作。
2.供电线路干扰
数控系统对输入电压的允许范围有要求,如果过电压或欠电压,则都会引起电源电压监控报警而停机。如果线路受到干扰,则会产生谐波失真,频率与相位漂移。供电线路的另一种干扰是由大电感负载所引起的,大电感在断电时要把存储的能量释放出来,在电网中形成高峰尖脉冲,它的产生是随机的。电感负载产生的干扰脉冲频域宽,特别是高频窄脉冲,峰值高,能量大。干扰严重。这类干扰脉冲变化迅速,可能不会引起电源监控的报警。但如果干扰脉冲通过供电线路窜入数控系统,则会引起错误信息,导致CPU停止运行,系统数据丢失。
3.信号传输干扰
数控机床电气控制信号如果在传递的过程中受到外界干扰,则会产生差模干扰和共模干扰。为差模干扰的等效电路及电压波形。差模干扰的表现形式有:
(1)通过泄露电阻产生干扰。最常见的因素是元件支架、检测元件、接线柱、印制电路及电容绝缘不良,使噪声源得以通过这些漏电阻作用于有关元器件而造成干扰。
(2)通过共阻抗耦合产生干扰。常见的是通过接地线阻抗的共阻耦合干扰。
(3)经电源配电回路引入的干扰。干扰电压对双输入信号的干扰大小相等、相位相同时称为共模干扰,为共模干扰等效回路。一般数控系统的共模抑制比较高,使用UNI对数控系统的影响不大。但是数控系统的电路中有些双输入端出现不平衡时,共模电压的一部分将转换为差模干扰电压。
4.抗干扰的措施
(1)减少供电线路干扰。数控机床要远离中频、高频电气设备,采用独立的动力线供电,避免和启动频繁的大功率设备、电火花设备使用同一条供电干线。在电网电压变化较大的地区,数控机床要使用稳压器。动力线和信号线要分离,信号线采用双绞线、以减少电磁耦合的干扰。变频器中的控制线路接线要远离电源线至少100mm以上,两者不可以放在同一导线槽内,控制电路配线和主电路配线相交时要成直角,控制电路的配线应采用屏蔽双绞线,如图2-3所示。
采用滤波、屏蔽和交流稳压器。由低通滤波器电感和电容组成,它对低频交流电的阻抗很小,而对高频干扰信号具有很强的抑制作用。交流稳压器的作用是阻止浪涌电压和尖脉冲电压通过。滤波器加屏蔽外壳,并使之接地良好。滤波器进线和出线采用屏蔽线,防止感应和辐射混合。电源变压器采用双屏蔽形式,一次绕组和二次绕组分别加屏蔽层,并且分别接地。一次绕组屏蔽层接专用地线,二次绕组屏蔽层接数控机床的数控系统地。这样可阻断高频干扰信号经变压器传播到数控机床的数控系统,另外可以消除静电感。
采用分散的直流供电方式。为了提高数控机床的数控系统直流电源的供电可靠性,可以各模板分别设置直流稳定电源,各自独立供电,消除相互之间通过电源产生的干扰;另外信号线不能与交流电源并行敷设,尽量远离交流电流和大功率电动机设备,减少机床电气控制中的干扰。
(2)压敏电阻保护。压敏电阻又称浪涌吸收器,是一种非线性过电压保护元件,对干扰电路的瞬变、尖峰等噪声起一定的抑制作用。压敏电阻漏电流很小,放电能力大,可通过数千安<培>电流,且能重复使用。
机床伺服驱动装置的电源引入压敏电阻的保护电路。交流接触器和交流电动机频繁启停时,其电磁感应现象会在机床的电路中产生浪涌或尖峰等噪声,干扰数控系统和伺服系统的正常工作。在这些电路上加阻容吸收回路,会改变电感元件的线路阻抗,使交流接触器线圈两端和交流电动机各相的电压在启停时平稳,印制电器产生的干扰噪声,如图2-6所示。交流接触器的阻容吸收回路,其电阻一般为220Ω,电容一般为0.2μF/380V;交流电动机各相之间的阻容吸收回路,电阻一般为300Ω,电容一般为0.47μF/380V。需要注意,变频器输出端与电动机之间的连线中不可加入阻容吸收回路,否则会损坏变频器。
有些交流接触器配备有标准的阻容吸收器件,如TE公司的D2系列接触器的LA4线圈抑制模块,可直接插入接触器规定的部位,如图2-7(a)所示。图2-7(b)所示为用于三相负载阻容吸收的三相灭弧器。另外可采用续流二极管保护,图2-8所示为数控机床电气控制中的直流电器、直流电器、直流电磁阀续流二极管保护电路。直流电感元件在断电时线圈中将产生较大的感应电动势,在电感元件两端并联一个续流二极管,释放线圈断电时产生的感应电动势,可减少线圈感应电动势对控制电路的干扰噪声。有些厂家已将续流二极管并接在直流继电器线圈两端,如FUJI中间继电器DC24CHH53P-FL,给使用安装带来了方便。
(3)屏蔽技术。利用金属材料制成容器,将需要防护的电路或线路包在其中,可以防止电场和磁场的耦合干扰,此方法称为屏蔽。屏蔽可以分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频屏蔽等几种。通常使用的铜质网状屏蔽电缆能起到电磁屏蔽和静电屏蔽的作用,将屏蔽线穿在铁质蛇皮管或普通铁管内,达到电磁屏蔽和低频屏蔽的目的;仪器的铁皮外壳接地能同时起到静电屏蔽和电磁屏蔽的作用。
(4)保证接地良好。数控机床安装中的接地有严格要求,如果数控装置、电气柜等设备不能按照使用手册要求接地,一些干扰会通过接地这条途径对机床起作用。数控机床的地线系统有三种:①信号地段(SG),用来提供电信号的基准电位(0V);②框架地线(FG),用来防止外来噪声和内部噪声为目的的地线系统,是设备的面板、单元的外壳、操作盘及各装置之间接口电缆的屏蔽线;③系统地线,用来将框架地线和大地相连接。
3、抑制电源工作产生的噪音
1)抑制直流稳压电源噪声
一部分数控系统的电源(+5V)是由三端集成稳压器构成的。电路中有TTL器件时,其开关动作时间为5~10ns,在瞬变电流和公共阻抗的作用下,直流电源线上产生开关噪声。使电路的噪声容限降低,导致逻辑电路和微处理器误动作。减小开关噪声的有效方法是在每个集成电路的电源端与接地端之间接入一个0.01~0.1μF的限噪钽电容或高频无感滤波电容,在设计电路板时应将此电容安装在该集成电路的电源输入侧并尽量缩短电容的配线。
2)抑制开关电源的噪声
目前,开关电源在数控系统中得到广泛使用。但是开关电源的噪声大、噪声频谱宽及高频辐射干扰严重。这些固有的缺点不能从根本上予以消除,只能使用隔离、滤波和屏蔽等措施来阻断噪声的传输。具体方法如下:
a.减小开关级晶体管与电源屏蔽壳之间的耦合电容,以减少噪声的产生;
b.用电感线圈将开关电源机壳与数控系统外壳相连,以减小共模噪声;
c.在交流电源输入端接入线路滤波器,不但能抑制共模噪声和串模噪声的产生,并且对外部电源噪声也同样有效。
d.开关电源有多个负载时,应采取将各负载电路在电源处就分开的布线方法,而不采用在离开开关电源一段距离后再接负载的方法。按后者布线时,分布电容使各负载的线路不平衡,导致形成较大的串模噪声。另外,电源外壳与负载电路一点接地并且接地阻抗要尽可能小。开关电源到各个负载电路采用双绞线相连;
e.开关电源需要同时给大功率负载与小信号负载供电,尽管它们的电压一致,也要分别用两组独立的开关电源来供电,这两组电源的地线要有公共连接点,这样不会形成公共阻抗,防止两路负载之间相互影响。
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