浅谈机床领域的电磁干扰问题.pdf

精密制造与 自动化 2 0 1 1 年第 1 期 。 ∈ 0 ≤ 0◇。o 争 0 o ∈。 {工艺与装备 浅谈机床领域的电磁干扰问题 邵迪骏 孙丽萍 同济大学 中德学院 2 0 0 0 9 2 上海机床厂有限公司 2 0 0 0 9 3 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，R C 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C N C 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 。 邵迪骏 等浅谈机床领域的电磁干扰问题 5 为避免耦合干扰， 须相互分开布线。 动力电缆和信号电缆必 3 ． 3 未采用 的合适的电源 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 P L C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 8 0 2 D s l 系统， 在调试过程中出现西门子 P R O F I B OS 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。 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 2 4 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 2 4 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 [ 1 ]电气工程师手册2 版编辑委员会编．电气工程师手册[ M3 ． 北京 机械 工业出版社， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 高 攸纲 一 屏 蔽 与接地 [ M] ． 北京 北 京 邮电大 学 出版 社， 200 4． [ 3 ] 陆荣华 ． ． 电气安全技术手册 [ M] ． 北京 中国建筑 出版社， 1 9 99． [ 4 ] 谈文华， 万载扬．实用电气安全技术 [ M] ． 北京 机械 工 业 出版社， 1 9 9 8 ． [ 5 ] 芮静康 ． 常见 电气故障 的诊断与 维修 [ M] ． 北 京 机械 工业 出版社， 2 0 0 7 ． [ 6 ] 张庆河． 电气与静电安全[ M] ．北京中国石化出版社， 2 00 5． [ 7 ] 吕俊霞．电力变压器 防火 防爆措施 及方法 [ J ] ．精密制 造与 自动化， 2 0 1 0 4 6 2 ． 6 4 ． 51