抗干扰技术在数控机床中的应用研究

摘要：数控机床在运行过程可能会会受到多个方面的干扰，影响其安全稳定的运行。本文介绍了多种抗干扰技术，为保障数控机床安全稳定的运行提供一些理论参考。

关键词：数控机床；抗干扰技术；应用研究

1.引言

数控机床是数字控制机床的简称，它是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而控制机床运行。在数控机床在运行过程中，容易受到自身干扰源以及工作环境中其他设备和因素的干扰。造成数控机床干扰的因素主要有：电磁干扰、供电系统干扰和信号传输干扰。数控机床在受到干扰后往往会出现一些列故障，例如莫名其妙的警报，运行稳定性变差，定位、跟踪误差过大等，严重的会造成停机、死机甚至是机毁人亡。因此，要想保证数控机床安全稳定的运行，就必须要运用抗干扰技术。

2.抗干扰技术

2.1屏蔽技术

屏蔽技术是在抗干扰技术中应用最多、最有效的一种技术。该技术常用金属材料或磁性材料把需要屏蔽的区域包围起来，将屏蔽区域内外场隔离开来，从而切断辐射电磁噪声的传输途径。屏蔽技术按其机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。

（1）电场屏蔽。电场屏蔽是为了抑制噪声源和敏感设备之间由于存在电场耦合而产生的干扰。在实际工作中，可根据不同的情况采取不同的措施从而达到电场屏蔽的目的：保证系统中强电设备(伺服驱动器、变频器、步进驱动器、开关电源、电机)的金属外壳可靠接地，从而实现主动屏蔽；而一些敏感设备(如数控装置等)外壳应可靠接地,从而实现被动屏蔽;如强电设备和敏感设备在同一区域，应使两者距离保持在30cm以上，最少也不能低于10cm；高电压、强电流的动力线应当通过采取独立线槽等措施与信号线分开走线。如果信号线不能与强电场分开走线，则强电场线应采用屏蔽线，并且要使屏蔽层可靠接地。信号线应尽量靠近地线（或者接地平板）或者用地线将信号线包围起来。信号线与强电场线的距离尽量保持在30cm以上，最小距离也不能低于5cm。

（2）磁场屏蔽。磁场屏蔽是为了抑制噪声源和敏感设备之间由于磁场耦合所产生的干扰。磁场屏蔽主要是依赖高导材料所具有的低磁阻特性,对磁通起分路的作用,使屏蔽体内部的磁场大大减弱。要想达到磁场屏蔽的效果，高导材料材料的选择很重要。例如可以选用玻莫合金,并适当增加屏蔽体的壁厚。

（3）电磁场屏蔽。电磁场屏蔽用于抑制噪声源和敏感设备距离较远时通过电磁场耦合产生的干扰。电磁场屏蔽必须同时屏蔽电场和磁场。通常采用电阻率小的良好导体材料，空间电磁波在入射到金属体表面时会产生反射和吸收，电磁能量被大大衰减，从而起到屏蔽作用。

2.2隔离技术

隔离技术就是用隔离元器件将干扰源隔离,以防干扰窜入设备,保证数控机床的正常运行。常见的隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。

（1）光电隔离。该技术是在电隔离的情况下,以光为媒介传送信号,对输入和输出电路可以进行隔离。光电隔离能有效地抑制系统噪声,消除接地回路的干扰。具体方法可以在数控系统的输入和输出端,用光耦作接口,对信号及噪声进行隔离;在电机驱动控制电路中,用光耦来把控制电路和马达高压电路隔离开。

（2）变压器隔离技术。隔离变压器能够实现电路与电路之间的电气隔离,从而解决地线环路电流带来的设备与设备之间的干扰,同时隔离变压器对于抗共模干扰也有一定作用。此外，隔离变压器对瞬变脉冲串和雷击浪涌干扰能起到很好的抑制作用。在实际工程应用中，可以应用变压器隔离干扰信号的办法实现交流信号的传输。目前使用的隔离变压器有简单型、带屏蔽层型、超级型等。

(3)继电器隔离技术。由于继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系，因此可以利用继电器的线圈接受电气信号,而用触点发送和输出信号，从而避免强电和弱电信号之间的直接联系,实现了抗干扰隔离。目前在数控设备上隔离用的继电器,主要是一般小型电磁继电器或干簧继电器。

2.3滤波技术

滤波技术是抑制干扰的一种有效措施。滤波器具有分离信号、抑制干扰、阻抗变换与阻抗匹配和延迟信号等功能。采用滤波器能够有效的滤过数控机床电路中的干扰因素，维护设备安全稳定的运行。

在数控机床上,为了抑制高频对电网的干扰，可采用低通滤波器滤除电路中的高频成分,改善电源质量。一般来说,滤波器一般安装在电柜交流电源线进线处,抑制电源中的有害成分。

对于各类触点或开关,在闭合或断开瞬间因触点抖动所引起的干扰,抑制感性负载在切断电源瞬间所产生的反向势,可以采用阻容滤波来排除,这样可以将电感线圈的磁场释放出来的能力转化为电容器电场的能量储存起来,以降低能耗。采用L-C滤波器则会降低负载阻抗,从而增加滤波效果,发挥滤波器的作用,降低干扰。

2.4接地技术

接地就是将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（大地）实现低阻抗的连接。接地的目的是为了减小干扰和保障人身安全。

数控机床的接地系统由信号线、框架地和系统地组成。数控机床安装中对“接地”有严格要求，在使用数控机床之前必须要严格按照要求将数控机床的地线系统进行接地，以保证设备安全稳定的运行。在生产应用中，数控机床的接地方式主要有三种，即工作接地、保护接地、屏蔽接地。其中，工作接地方式又可分为浮地、单点接地、多点接地和混合接地。通常来说，为了避免数控机床在工作过程中的共地线阻抗干扰和地环路干扰以及共模电流辐射干扰发生，工作接地极为重要。

2.5减少供电线路干扰

有条件的工作场所可将数控机床在某一区域内单独安置，如果不能单独安置，则应与电焊机等大功率设备保持合适的距离，以免这些大功率设备造成电网电压波动或者产生大量谐波而干扰数控机床的正常运行。在工作场所安置数控机床时应尽量使用独立电源，在电压不稳定的工作场所应使用稳压器，防止电压的波动对数控机床造成干扰。在铺线时应将动力线与信号线分开布置。信号线采用绞合线，以减少和防止磁场与电场的耦合干扰，如变频器中的控制电路配线与电源线之间的距离要在0.1ｍ以上；控制电路配线与主电路配线在相交时，力求成９０°，并且控制电路的配线应采用屏蔽双绞线。

2.6新型抗干扰技术

这类技术与传统的抗干扰技术最大的不同之处在于它是通过应用软件实现了抗干扰。它的最大优势在于实现了抗干扰的自动化，用软件就能够自动识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号。当电磁干扰使数控系统的程序“跑飞”时，相关的软件能够帮助系统自动恢复正常运行。常用软件有软件滤波、软件“陷阱”、软件“看门狗”等。

3.小结

数控机床在运行过程中会受到多个方面因素的干扰使之出现异常，为了防止这些因素干扰数控机床的正常运行，可以根据实际情况采取屏蔽技术、隔离技术、滤波技术、接地技术、减少供电线路干扰以及应用软件抗干扰等技术。

参考文献

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