数控系统电磁干扰及控制

数控系统电磁干扰及控制

蒋昌虎，陈立贵，刘 鲲，倪 娜

（马鞍山机床及刃模具产品质量监督检验中心，安徽 马鞍山 243000）

摘要：本文对数控机床电磁干扰进行研究，分析了电磁干扰的来源及耦合方式，结合日常检验工作，给出一些防电磁干扰措施，实际证明能够有效降低干扰，提高数控机床稳定性。

关键词：数控机床；电磁感应；抑制

数控机床在生产过程中总是存在干扰的，其中内部电磁干扰主要与数控系统有关，它可以通过设计上的优化，进行最大限度地优化和抑制。数控机床的内部干扰源主要有信号相互间串扰、相邻回路的耦合以及寄生振荡。在数控维修中的电磁兼容问题多是外部干扰造成。

1 原因分析

数控机床常常因为干扰的存在，使得数控系统不能稳定工作，不能按照设计要求工作。本文对机床数控系统干扰源进行分析，探讨机床数控系统电磁兼容性，通过分析干扰来源、干扰传递途径、干扰耦合方式，找到干扰源并采取有效措施使数控系统能够正常工作。

机床数控系统由执行机构（电机）、电源、测量单元（如负荷传感器）、数控单元（如电机驱动单元）、接触器、继电器等组成。电磁干扰对测量单元和数控单元影响最大，是造成机床控制不稳定、影响加工精度的主要因素。而机床数控系统中驱动电源、电机、电磁阀、继电器等是机床数控系统内部干扰源，特别是继电器、接触器等，在通断时触点处产生的电火花是较强的干扰源。这些干扰源通过一些耦合途径造成对测量和数控单元的干扰。

机床数控系统外部干扰源，主要有变压器、大型直流电机、电焊机等启动电流大的用电设备，这些设备容易形成强大脉冲电流，形成瞬间强磁场。如果没有采取抗干扰措施，这些设备会产生很大的电磁干扰，以电磁波的形式或通过地线、电源线耦合到测量和控制单元。机床附近开关电源设备特别是高频电源也容易对数控系统产生干扰，开关电源以较大的工作电流和较高的工作频率，容易产生过尖的大脉冲电流，且也很容易通过机壳辐射到周围环境，耦合到数控系统中位置和速度传感器的输入端，造成较强干扰。

2 电磁耦合

（1）传导耦合。传导耦合是干扰源与数控各单元之间的主要干扰耦合途径之一，传导干扰可以通过电源线、信号线、互连线、接地线等进行耦合。

（2）共阻抗耦合。当两个不同电路的电流流过公共阻抗时，就出现如图1所示的共阻抗耦合，地电流I1和I2都流过公共阻抗Z，就电路1来说，它的地电压被地电流2所调制。因此，一些噪声信号通过共地阻抗耦合到电路1。

图1 耦合电路

又如图2所示，所有独立电路通过串联连接，则

其中I1、I2、I3分别是电路1、电路2、电路3接地点处电流，U1、U2、U3分别为电路1、电路2、电路3接地点处电压。

电路2 共阻抗耦合

从式（1）可以看出任一个电路电流的变化都会对其他电路产生影响。

由此可见机床数控系统中接地不良，各控制单元之间相互影响是很大的。

（3）感应耦合。感应耦合是变压器、继电器、电感器之间主要干扰方式，它分为感应耦合和磁感应耦合，主要出现在机床内部干扰源对测量和控制单元之间的耦合方式。

其中Un为电路1在电路2中感应的噪声电压，M12为电路1与电路2之间的互感，I1为电路1中流过的电流。

（4）辐射耦合。辐射耦合是通过空间以电磁波的形式耦合到数字系统的噪声，主要方式为电缆耦合到机壳，电缆耦合到电缆，机壳耦合到机壳，在实际工作中高频干扰信号主要通过辐射耦合到机床数控电路。

3 抗干扰措施

根据上述分析，结合日常检验经验，现提出如下抗干扰措施供参考。

（1）对数控系统设计进行优化，数控系统电路板的布线要严格遵守工艺要求，不得随意接线。对电源的输入端，要有良好的防干扰措施，如浪涌吸收、滤波等，尤其是高频开关电源。对感性器件要采取良好的吸收措施，针对大功率开关触点要增加灭弧装置。

（2）对现场电磁干扰源要加以抑制或降低。例如电火花设备等，对其电源也要采取防辐射等措施，降低它对电网的干扰。

（3）对电网波动大的地方，可采用稳压供电等方式，不要与强干扰设备共用一排电源母线或变压器。

（4）加强定期巡回检查，如地线检查，防止浮地。机床侧开关检查，防止通过床体、大地构成控制信号回路。

4 结论

数控系统中电磁兼容设计是一个十分复杂的问题，数控系统有多种电磁干扰源，对于不同的情况应有不同的处理方法。因此，在抗干扰设计中只有充分考虑各方面的因素，结合电磁干扰产生的机理，合理有效地抑制干扰，才能使数控机床可靠运行。

参考文献：

[1]廖德岗，姚银燕.基于开放式体系结构的数控机床可靠性及抗干扰设计[J].制造业自动化，2005，（4）.

[2]黄 卉.机床数控化改造中电磁兼容性问题探讨[J].机床与液压，2004，（7）.

[3]蒋昌虎.机床保护接地探析[J].锻压装备与制造技术，2016，51（3）.

The electromagnetic interference and control of CNC system

JIANG Changhu,CHEN Ligui,LIU Kun,NI Na
（Ma'anshan Quality Supervision and Inspection Center of Machine Tool and Cutting Edge Mould Product,Ma'anshan 243000,Anhui China）

Abstract：The electromagnetic interference of the CNC machine tool has been studied.The sources and coupling mode of the electromagnetic interference have been analyzed.By combining the daily inspection work,some measures of anti electromagnetic interference have been put forward.The practical shows that the interference has been reduced validly,which can improve the stability of the CNC machine tool.

Keywords：CNC machine tool;Electromagnetic induction;Suppression

中图分类号：TM154

文献标识码：B

DOI：10.16316/j.issn.1672-0121.2016.06.012

文章编号：1672-0121（2016）06-0048-02

收稿日期：2016-09-12；

修订日期：2016-10-29

作者简介：蒋昌虎（1983-），硕士，工程师，从事机床电气设计及安全研究。E-mail：[e-mail]