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浅谈机床领域的电磁干扰问题

浅谈机床领域的电磁干扰问题

摘要阐明电磁干扰问题一直是技术人员在机床调试、维修过程中经常遇到的问题。介绍了提高机床电气系统抗干扰的措施以及在实际的机床调试、维修过程中遇到的故障举例及解决方案。

关键词电磁干扰抗干扰故障调试

1 电磁干扰的介绍

电磁干扰问题是机床设计、调试和使用过程中必须考虑的重要问题。干扰是指在工作过程中受环境因素的影响,出现的一些与有用信号无关的,并且对系统性能或信号传输有害的现象,其中,电磁干扰最为普遍,并对机床整个控制系统影响最大。电磁干扰通常以串模干扰和共模干扰两种形式与有用信号一同传输。叠加在被测信号上例如分布电容的静电耦合,长线传输的互感,空间电磁场引起的磁场耦合等情况构成串模干扰。加载在各个输入信号接口端的共模干扰是输入信号的参考接地点和控制系统输入端参考接地点之间存在电位差在转换器的两个输入端上形成的干扰。为了减小电磁干扰对机床电气控制系统的影响,一方面需要使用滤波器(比较昂贵),用以减少干扰源的干扰辐射;另一方面是提高低耗电设备的抗干扰能力(通常会比较容易,费用相对低廉)。工作环境中大量的电磁信号往往会扰乱机床的正常运行,造成机床加工精度降低,系统动作不稳定;甚至会引起机床控制系统死机或误动作,损坏设备。毋庸置疑,来自于电网、外界环境的干扰和机床用户环境的干扰是无法避免的。因此,在实际应用中往往提高机床的整体抗干扰能力比减小干扰辐射更经济有效。

2 提高机床电气系统抗干扰的措施

提高机床电气系统抗干扰的措施有很多,主要

从以下几个方面考虑:

2.1 机床的电气设计应尽量简单

从整体和逻辑线路设计上提高抗干扰能力是机床整体设计的指导思想。在满足生产工艺控制要求的前提下,机床的逻辑设计应尽量简单,以便节省元器件,方便操作。所用到的电气元器件数量愈少,工作过程中出现故障的概率就愈小,即机床的稳定性就会愈高。

2.2 电器元件使用与分布、线路布局要合理

电器元件使用、线路布局要合理的基本原则是尽量使用抗干扰能力强的电器元件,使干扰源与干扰对象尽可能远离,输入端口和输出端口分开,高压线路、脉冲引线、低电压线路分别敷线等。举例如下:

(1)在工作允许范围边缘状态的线路或元件,最容易受到外界干扰而产生故障。采用合理的电器元件的容量范围、合适的线径,对机床的电气系统整体的抗干扰能力起到很大的作用。(2)使用了接触器,继电器,电磁阀和机电时间计数器等,必须安装吸收元件,例如,RC 元件等。这些器件必须直接接到线圈上。防止这些元器件的瞬时动作使CNC 的控制电路产生尖峰脉冲、浪涌电压等干扰,影响机床电气系统的正常工作。

(3)伺服电机电缆线和编码器电缆必须分别用屏蔽线或安装金属隔离物。电缆线中设置了屏蔽层以便防止在信号传输过程中受到电磁干扰。

(4)对于电网电压波动较大的地区,应该使用稳压电源,机床的安装环境还应避免大型的变频设备。

(5)为避免耦合干扰,动力电缆和信号电缆必须相互分开布线。

(6)接线时,为减少线路中的耦合电容和电感,电缆不宜过长,要适当减少电缆的无作用长度。

2.3 改进机床的电气工艺

对于一个机床电气系统,如果工艺措施得当,可以大大提高系统的可靠性和抗干扰能力,因

此采取严格的工艺措施是非常有必要的。

(1)合理地选择接地。机床接地的目的有两个:

一是安全接地,把机床与大地相接,当存在漏电情况时,保证操作者的生命安全。二是工作接地。指的是为机床提供一个基准电位,可抑制干扰。机床接地要确保机床床身和电箱的接地情况良好;正确连接机床、系统的地线;为了避免数控机床和电火花设备频繁起动、停止,接地导线线径要足够大;大功率电气设备要共用同一地线。

(2)合理地选择电源。

交流稳压可以消除交流电网电压不断变化对机床控制系统造成的影响。对于直流电源通常应考虑尽量加大电源功率容限和电压调整范围。尽量采用直流稳压电源。它可以抑制

来自交流电网的干扰,也可抑制由于负载变化所造成的电路直流工作电压的波动。

3 电磁干扰故障调试举例

在机床调试过程中,经常会遇到的问题也是干扰问题,对一些有变频器控制或PLC 控制的电气回路,电磁干扰问题尤为明显。下面举例介绍几例在调试过程中遇到的故障及解决方案。

3.1 屏蔽线没接好

一台数控平面磨床采用西门子802D sl 系统,在调试过程中出现西门子PROFIBOS-DP I/O 故障报警。在检查线路时发现,机床系统控制线路屏蔽线接头没有接好,实际上是虚接,没有达到屏蔽的效果。重新接线后,报警消失。

3.2 高电压干扰低电压控制线路

在调试一台用户要求改造的精密外圆磨床时,出现过以下情况:砂轮启动按钮开,动静压油路指示报警灯亮,产生报警。根据故障现象分析应该是控制砂轮的高电压线路干扰动静压指示灯的低电压线路。由于两路线是分开布线的,这种情况下,发生电磁干扰现象,采取下面的整改措施:将动静压油路指示灯低压线改用屏蔽线,故障解除。

3.3 未采用的合适的电源

一台机床出现无规律死机,重启后,正常启动。首先检查了线路的连接情况,无异常现象,重新固定了引脚接线、接地连线后故障的发生频率比原来有所降低。由此判断发生故障的原因主要来自系统外部的电磁干扰或外部电源干扰等。根据以上分析,对照机床电气原理图检查,发现输入电源部分的直流24 V 电源使用的是普通的二极管桥式整流电路供电,因为机床的工作环境比较差,外界的电磁干扰比较严重。所以这种供电形式不能适应环境的要求。于是,采用了标准的稳压电源取代了原先的24 V直流电源,故障排除。

3.4 外界信号干扰变频器

一台数控轧辊磨床头架电机采用变频器控制,机床头架停按钮按下后,头架不能完全停车,会非常缓慢地转动。经分析判断由于机床外部工作环境不是很好,变频器受到干扰信号的影响。经检查变频器的线路虽用屏蔽线,但还是受到电磁干扰的影响。对头架变频器控制线路单独布线后,故障排除。

4 结语

了解了关于机床领域的电磁干扰,在设计机床时我们能有效地避免电磁干扰的产生;并且在调试、维修机床时,能够准确地查找故障来源并及时排除,使机床能够更稳定地运行。

参考文献

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