浅谈数控化改造电磁兼容性探究

屈海军

(徐州机电工程高等职业学校，江苏 徐州221011)

0 引言

数控机床是电气和电子工程结合的机电一体化设备。电气强电和电子弱电在同一系统内运行，电磁兼容性（EMC）问题将导致数控机床能否可靠运行的关键之一。

电磁兼容性（EMC 即Electromagnetic Compatibility）是指设备或系统在电磁环境中符合要求运行并不对环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。电气设备产生的电磁干扰，不得超过其使用的场合允许水平，确保电气设备可以正常使用。在一定程度上，研究电磁兼容性（EMC）就是研究干扰和抗干扰问题。

1 电磁干扰原因

1.1 强弱电的兼容产生电磁干扰的三个元素是电磁干扰源、 传播途径和敏感设备

1.1.1 电磁骚扰源

电磁骚扰源是客观存在的，只要是用电设备就会成为电磁骚扰源。当用电设备使用过程中影响了相关敏感设备（弱电设备）正常工作时电磁骚扰源才会出现电磁干扰。所以说电磁干扰和电磁骚不是一个概念。

1.1.2 传输途径

电磁干扰一般通过电线或电缆传播，有的时候也会通过空间以辐射波的形式传播。差模电流或共模电流都可能产生辐射波。差模电流的辐射源是指同一电源的电气设备，如电脑、元件、电机等。共模电流的辐射源是指不同电源通过电磁感应出现的辐射源，在设备机架或外壳出现耦合电磁感应电流。

电磁辐射是高阻抗电场源或低阻抗磁场源把电子电离发散。电磁辐射的强度取决于辐射源的频率、性质和距离，一般如变压器、高频电器等。

1.1.3 敏感设备

电气设备的电磁干扰一般都是由于传导、辐射，电磁干扰强度和设备的抗干扰能力决定电气设备是否受到干扰，影响设备的正常工作，这就是电气设备的电磁敏感性。电气设备的抗干扰能力通常决定于电气设备中敏感电路或元件。

1.2 在机床数控化改造中常常会造成数控系统故障，其中不易发现一个重要原因是干扰。根据经验，大致有下面几种原因

1.2.1 机床装配工艺

机床装配工艺不好会引起性能的干扰项。①不使用共点接地法。一些生产的机床接线不规范，随意就近接地导致多点接地，形成等电势环。②虚接或虚焊的接地点会导致电阻增大产生噪音。③数控系统主机信号通信，使用屏蔽电缆连接，不当屏蔽过程或不按照规定的连接也是造成干扰因素之一。

1.2.2 强电干扰

机床电气柜中的接触器、继电器等电气元件都会干扰数控系统弱电信号。接触器、继电器、电机的频繁启动和停止都会造成弱电控制电路出现尖峰或浪涌导致无法正常工作。因此我们必须把这些电磁干扰消除。

一般在交流接触器的线圈或三相交流电机的输入端并联RC 网络，在直流接触器的线圈或直流电磁阀的两端并联续流二极管，这种连接方式可以干扰电气产生的噪声。但要记住，这些连接线路应不超过20cm，否则，吸收噪声效果不好。

在检查数控系统的输入控制电路电源的同时使用浪涌吸收器与电源线并联，它可以吸收电网的峰值电压，起到保护的作用。

1.2.3 供电线路的干扰

由于我国局部地区电力不足、电压不稳和用户厂电网分配不合理等因素造成供电线路的干扰。现象可归纳为过压、欠压、谐波失真、噪声等原因。为防止供电电线路干扰可采取下列措施：

在电网电压变化较大的地区，应在数控系统的输入电源前增加电子稳压器，稳定电网电压波动。条件允许情况下可加电源调节器，这样效果更好，但切记不可串联自耦变压器。用户的电源线路的容量必须满足数控机床电气容量。

数控机床不能和电火花设备等大功率起、停频繁的设备同用一个电源支路，防止那些设备通过电源线路干扰CNC 系统信号。数控机床放置还要远离高频感应器等变频设备。

2 电磁抗干扰措施

2.1 为了确保系统的运行安全，抗干扰能力强的措施必须采取良好的做法。提高系统的可靠性所用的硬件措施，除了设计合理线路还有以下几个方面：

（1）元器件完好；

（2）合理电源和接地；

（3）加强总线的驱动能力，通过总线驱动电路，以避免因负载波动引起行为异常的；

（4）输入、输出信号使用光电耦合来隔离，防止干扰信号干扰CNC控制板。

数控系统包含强电气设备和弱电气设备，强电气设备如各种交、直伺服驱动器及伺服电机、步进电机驱动器及步进电机，弱电气设备如控制和信号处理设备和传感器等电子设备。强电气设备会对弱电气设备构成极大的威胁，产生强烈的电磁干扰。该系统在生产现场的电磁环境较为恶劣，供电系统的动态负载骚扰外，大气骚扰等设备内的骚扰，弱电气设备会产生严重的影响，由于弱电气设备是用来控制强电气设备，故弱电气设备如果受到干扰，会最终导致整个系统的瘫痪。

针对电磁干扰的三要素，通过抑制电磁干扰发射的电磁干扰措施，切断电磁传播途径，以提高敏感的设备抗干扰能力，数控系统实现电磁兼容的要求最常用的屏蔽、滤波、接地三大技术。盾，屏蔽可以切断空间辐射途径。滤波可以切断电线传导途径。接地可以影响设备内、外的电磁兼容性。

2.2 限制电气设备产生骚扰的措施

（1）在骚扰源处抑制，通过采用电容器、电感器、二级管、齐纳管、压敏电阻、有源器件或这些元件的组合；

（2）设备采用有电气连接的导电护壳作屏蔽，以此构成对其他设备的隔离；

（3）采用合适的滤波器和时延，选用合适的电平，合理的布线形式等，应消除不应有的静电放电效应，以及放射电磁能和负荷馈线产生的骚扰。

2.3 降低设备上骚扰效应的措施

（1）电路接参考电位：每个电路连接到接地平面（底板）的端子上，用大截面绝缘导线连接到地。

（2）设备可导电结构件互连：可导电结构件用尽可能短的大截面导体连接到公共点上。导体件借助滑动触点或铰链用大截面编织导体连接到设备外壳。

（3）布线规范：用静电屏蔽、电磁屏蔽、采用双绞线和电缆定向走线（如交叉电缆走线接近实际可行的90°），以保证低电平信号的布线不受控制或动力电缆的干扰影响，必要时连接走线平行接近接地平板。

（4）设备分离：把灵敏的设备（带有脉冲和/或低电平信号工作单元）同一些开关设备（电磁继电器、接触器等）分离、屏蔽或分离加屏蔽。低电平信号布线与控制电缆和动力电缆分离。

3 数控化改造抗干扰措施

通常机床数控化改造厂家和数控机床生产厂家均采用下列方法避免干扰：

3.1 减少供电线路干扰

数控机床的安置要远离中频、高频的电气设备；要避免大功率起动、停止频繁的设备，电火花设备同数控机床位于同一供电干线上，最好是采用独立的动力线供电。

3.2 减少机床控制中的干扰

数控机床的机床电柜控制线路中要求尽可能将机床强电控制线路和弱电控制线路及信号反馈线路分开布线，并且强调相关信号线路使用屏蔽电缆线。

3.3 屏蔽

屏蔽技术利用金属材料制成容器，将需要防护的电路或线路包在其中，可以防止电场或磁场的耦合干扰。

3.4 保证“接地”良好

“接地”是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施。电网的许多干扰都是通过“接地”这条途径对机床起作用的。

［1］刘战术，窦凯.数控机床及其维护[M].北京：人民邮电出版社，2010.

［2］陈子银，屈海军.数控机床电气控制[M].北京理工大学出版社，2008.

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