配FANUC系统数控机床抗干扰措施.pdf

2 0 1 2年 9月 第 4 0卷 第 1 8期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI CS S e p ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ．1 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 8 ． 0 4 5 配 F A N U C系统数控机床抗干扰措施 杨金鹏 ，尹存涛 ，陈志平 四川信息职业技术学院，四川广元 6 2 8 0 1 7 摘要数控机床电气系统的抗干扰设计非常重要 ，直接影响到数控机床工作的稳定性和可靠性。针对数控机床电气系 统中常见的电磁干扰形式 ，介绍几种抗干扰措施 ，包括将信号线分离、接地、抑制地环路干扰、采用灭弧装置等。 关键词数控机床 ；F A N U C系统；抗干扰；接地；噪声抑制器；浪涌吸收器 中图分类号T G 5 0 2 ． 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 81 3 7 3 数控系统一般在电磁环境恶劣的工业现场使用。 在数控机床的电气设计过程中，数控系统对干扰的抑 制如果处理不好 ，经常会发生数控系统和电动机反馈 的异常报警 ，在机床电气完成装配后，处理这类问题 就非常困难。为了避免此类故障的发生，在机床设计 时应该 全方 位考虑 。 电磁干扰有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰 是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合 干 扰到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空 间把其信号耦合 干扰到另一个电网络。在高速 P C B及系统设计 中，高频信号线、集成电路 的引脚 、 各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰 源，能发射电磁波并影响其他系统或该系统内其他子 系统的正常工作 。 因为表面 安装 和 大规 模集 成 电路 的应 用 ，C N C 的体积已经得到稳步减小。设计上也可以防止外部 的噪声对 C N C的损 坏 。然 而 ，很难定 量测量 噪声 的 水平，并且噪声有很多不确定的影响因素。防止内 部噪声的产生和防止外 部噪声传人 C N C都非 常重 要 。如果能注意到这些 ，就会提高 C N C加工中心的 稳定性。C N C的功能部件经常和电柜中的能产生噪 声 的电磁元件装在一起。可能传入 C N C的噪声源有 电容耦合 、电磁感应和对地 的循环。以下这些措施 实施简单 ，效果 明显 ，能够很 好地提 高抗 干扰能 力 。 1 采用信号线的分离措施 将数控机床中使用 的电缆分成 A、B 、c三组 A组信号线有初级交流电源线、次级交流电源线、交 流／ 直流电源线 包括伺服和主轴电机 的电源线 、 交流／ 直流线圈、交流／ 直流继电器。B组信号线有直 流线 圈 2 4 V D C ，直流 继 电器 2 4 D C ，C N C和 强 电柜 之 间 的 D I ／ D O 、电缆 ，C N C 和 机 床 之 间 的 D I ／ D O 、电缆连接控制单元及其他外围设备的 2 4 V D C输入电源电缆。c组信号线有I ／ O L I N K电缆、 用于位置和速度反馈的电缆、C N C与主轴放大器之 间的电缆 、位置编码器的 电缆 、手摇 脉冲发生器 的电 缆 、C N C与 C R T ／ M D I 之 间 的电缆 、R S - 2 3 2 C与 R S 一 4 2 2用的电缆、电池用的电缆 、其他屏蔽用的电缆。 抗干扰处理办法 1 将 A组电缆与 B组和 C 组电缆分开捆绑 分组捆绑时两组 电缆间距离至少 1 0 c m 。或者将 A组 电缆进行屏蔽 使用接地板在 两组间进行屏蔽 ，在线圈或者继电器上安装灭弧装 置或者二极管。 2 将直流线圈和继电器与二极管 连接起来。将 B组 电缆与 A组电缆分开捆绑，或者 将 B组电缆进行屏蔽。B组电缆与 c组电缆尽量远 离。建议将 B组电缆屏蔽处理。 3 将 c组与 A组 电缆分开捆绑，或者将 c组电缆进行屏蔽。c组电缆 与 B组电缆尽量远离。C N C与 C R T ／ M D I 之间的电缆 长度小于 3 0 e m时不用屏蔽 。 2 采用接地措施 接地是提供一个等电位点或等电位面。接地可以 接真正的大地，也可以不接，例如飞机上的电子电气 设备接飞机壳体就是接地。如果接的是大地，则地线 的电位就是大地电位 ，为零电位。接地的 目的有两 个 1 是为了保护人身和设备的安全，免遭雷击、 漏电、静电等危害，这类地线称为保护地线 ，应与真 正的大地相连接。由于电柜壳体是通过保护地线接大 地的，机壳始终保持大地电位，即使人手接触柜体也 不会发生危险。如果不接保护地线，故障时柜体电位 很高 ，这时人手触及柜体，故障电流就会全部流过人 体入地 ，从而产生触电的危 险； 2 是为了保证设 备的正常工作。例如直流电源常需要有一极接地，作 为参考零电位 ，其他极与之比较。信号传输也常常需 要有一根线接地 ，作为基准电位，传输信号的电压大 小与该基准电位相比较。对设备进行屏蔽时，在很多 情况下只有与地相结合才能起到应有的效果。这类地 收稿 日期 2 0 1 1 0 81 8 作者简介杨金鹏 1 9 7 9 一 ，男，讲师，主要研究方向为数控机床维修。Em a i l y a n p - 2 0 0 7 1 6 3 ． c o rn。 1 3 8 机床与液压 第 4 O卷 线称为工作地线 ，在 电子设 备中一定要注意工作地线 的正确接法 ，否则会产生共地线 阻抗干扰 、地环路干 扰或共模电流辐射等。 2 ． 1 接 地 的方式 1 单点接 地 。即把 各个 接地 点用 工作 地线 串 联起来 ，然后接地 。这种接地方式 在频率较低 、地线 阻抗不大 、组内各电路的电平又相差不大的情况下使 用较多，比较简单，电路布线也比较容易。但是由于 电源回流的影响，很容易产生共阻抗干扰。 2 单点并联接地。用这种方式接地的各电路的 地电位只与该电路的地电流及电线阻抗有关 ，不受其 他电路的影响。在实际电路布置中，常常把单点串联 接地和单点并联接地方式结合起来使用。单点接地只 适用于低频电路 ，较长的地线应尽量减少其阻抗 ，特 别是减小 电感 ，例如增加地线的宽度 、采用矩形截面 导体代替圆导体作地线带等。 3 多点接地。多点接地的思路是把需要接地 的电路就近接到一金属面上，各电路接地点到金属面 的引线要尽可能缩短。金属面要导电好 、面积大 ，这 样 阻抗很小 ，不易产生共阻抗干扰 ，还可改善地线 的 高频特性 。 2 ． 2 F A N U C建议使用的接地方式 C N C机床有 以下 3种 接 地 方式 1 信号 地 S G提供电信号系统的参考电压 0 V ； 2 框 架地系统 F G用于安全方面，并且抑制内部和外 部噪声。在框架地系统中，将单元的外壳框架 、面板 和单元之间接口电缆的屏蔽连接在一起； 3 系统 地系统 P E 用来将设备和单元的框架地系统和大 地连接 起来 。其 中，框架 地 F G和 系统 地 P E 属于保护地线 ，信号地 S G 属于工作地线。 3地环路干扰的抑制 电路多点接地并且电路间有信号联系时会构成地 环路。在机 、电一体化系统中地环路引起的干扰是必 须考 虑的严重 问题 。抑制地环路干扰的方法是切 断地 环路 ，常用 的措施有 以下几种 1 隔离变 压器 。隔离 变压 器 的初 、次级 间有 一 层金属屏蔽层，起到了初级与次级间的电场屏蔽作 用。但是隔离变压器不能传输直流信号和频率很低的 信号 。 2 磁环。将磁环套在导线上可以使直流和频 率很低的差模信号通过，但对于高频共模噪声呈现出 很大阻抗 ，因此可用来抑制地环路于扰 。 3 光电耦合器。光电耦合器只能传输差模信 号，不能传输共模信号 ，所以能完全切断两个电路之 间的地环路。 g 灭弧装置的使用 4 ． 1 噪 声抑制器 强 电柜 中要用 到线 圈和继 电器 。当这 些 设备 接 通／ 断开时 由于 线圈 自感 应会 产生 很 高的脉 冲电压 。 导线中的脉冲电压会对电子线路产生干扰。作者在电 柜中采用了灭弧装置，有效地抑制了导线中的脉冲电 压。选择灭弧装置的注意事项 1 选择 由电阻和 电容组成的灭弧装置，这种灭弧装置被称为 C R灭弧 装置 在交流中使用 。电阻在限制脉冲电压的峰值 时有用 ，但不能限制脉冲电压突然升高的电流，所以 使用 C R灭弧器。 2 灭弧器的电容和电阻参考值参 考静态线圈的直流阻值和电流来决定。 选用 C R类型的噪声消除装置，与电阻类型的噪 声 消除装置相 比，它既可以限制脉冲电压 的峰值 ，又 能限制脉 冲电压突然 的上升沿。 g ． 2浪 涌吸 收 器 为了保护设备，消除由于打弧产生的浪涌电压 ， 要求在输入电源的线间和各线与地之间安装浪涌吸收 器 ，如 图 1 所示 。 R S T PE 图 1 浪涌吸收器安装示意图 输入电源单元必须安装浪涌吸收器以消除由于打 弧产生的浪涌 电压 。如果不安装隔离变压器 ，则必须 安装浪涌吸收器 2 ；如果安装隔离变压器，浪涌吸收 器 2可不安装。但是这样并不能完全消除由于打弧产 生的浪涌电压 。 需注意 1 为了吸收浪涌 电压的效果更好， 导线要 求尽可能短 。导线线径 12 m m 。 连接浪涌吸收器 1的导线总长 。和连接浪涌吸收 器 2的导线总长 b 不能大于2 m。 2 如果在 电源线 上 进行 过 电压 1 0 0 0 V A C 和 1 5 0 0 V A C 绝缘强度测试时 ，应先将浪涌吸收器 2去掉 。否则 ，过压会 损坏浪涌吸收器 。 3 当浪涌电压超过浪涌吸收器容量或浪涌吸 收器短路时，无保险断路器 5 A对 电网提供保护 第 1 8期 杨金鹏 等配 F A N U C系统数控机床抗干扰措施 1 3 9 作 用 ，故必须安装断路器 。 4 因为正 常运行 时 ，没有 电流 通过 浪 涌吸 收 器 1和2 ，所 以断路器 5 A可以与机床上其他电 气元件共用。可用于伺服单元中电源模块的电源控制 或主轴风扇电机的电源控 制。 5 屏蔽接地 C N C需要进行屏 蔽 的电缆 必须使 用 下 面的方 法 进行卡紧。这种电缆卡子的目的是为了支撑电缆和电 缆屏蔽。为了保证 C N C系统操作 的稳定性，请按如 下介绍的电缆卡紧方法处理。将电缆外层剥掉一块露 出屏蔽层。用电缆卡子夹紧此处，并卡在地线板上。 按 图 2安装 。 接 地板 图2 电缆卡子安装方法 接地板按图3设计。 安 a 三 维 图 地端 子 b 二 维 图援地 板 图 3 接地板 注意地线板应使用2 m m或更细的镍表面金属 板。电缆在做屏蔽安装时，注意动力线和信号线要分 开，即动力线与信号线的电缆卡子不要卡在同一块接 地板上，而应使用不同的接地板。 6总 结 在数控机床的电气设计过程中，数控系统对干扰 的抑制是数控机床可靠性的最重要关口，如果处理不 好，经常会发生数控系统和电动机反馈的异常报警， 在机床 电气完成装 配后 ，处理 这类 问题就非 常 困难 ， 设计 的先 天缺 陷对产 品的可靠性影响非常大 ，有时是 无法补救的。采用文中介绍的几种方法可有效抑制干 扰 。 参考文献 【 1 】日本 F A N U C - 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