电磁干扰对数控机床的影响及解决方案

王丹娜

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔161005）

0 引言

在实际的工作环境中，数控机床干扰总是客观存在的，内部干扰大多与数控系统制造有关，它可以通过精心设计，尽可能地消除和抑制。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 数控机床干扰的产生与抑制

数控机床的电气部分可分为两部分，一部分为核心部分的计算机系统，另一部分为强电执行系统。计算机系统直接安装在生产现场，大多处于强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，因此若没有足够的抗干扰措施，对设备的正常运行也会产生不良影响，所以安装、调试、维修数控机床必须考虑以下几个方面：抗干扰的良好电源系统；合理的接地方式；科学的配线；符合抗干扰要求的现场环境；高效的软件抗干扰措施。下面以我公司产品生产过程中遇到的数控机床干扰问题进行分析。

我公司制造的两台卧车在用户安装时，由于用电多，变压器容量较小，造成在用电低谷和高峰时电压波动较大。这也是一种持续干扰。采用西门子公司的802dsl系统，在调试时就发现该设备在用电高峰时经常出现掉电现象，后经检查发现是由于电压过低造成SINAMICS S120无准备信号掉电,经常重新起动,原因是此两台机床没有进行电源隔离,是与其他机加工设备共用一条电源母线排,对此决定对NC系统进行稳压供电，其余仍用原供电回路。增加了一台4.5 kW自动稳压器，就将问题解决了。

其中一台卧车使用一年多，运行良好，但在其旁边2 m之处新安装了一台磁力探伤机和一台退磁机后，该机床经常出现换刀、原点不能复位，经常需要重新对刀等故障，且加工工件出现波纹等现象。经过一段时间的观察，发现当探伤机停止工作后，一切正常，显然是探伤机的干扰所致。探伤机与退磁机是一类大的感性负载设备，由于该类设备简单，所以造成谐滤成分很多，干扰也多，尤其在断电时需要把贮存的磁能释放，会在电网中产生高频，高幅值干扰脉冲，因此它是一个严重电磁干扰源，这些干扰主要又通过电源线进入加工中心的电源部分，造成故障。经示波器简易观测高压瞬变电压波形，对此，我们设计制作了电源滤波吸收系统。安装NC电源输入端，彻底净化了NC输入电源，经过测量脉冲幅度大为降低。

其中隔离变压器能很好地完成低频耦合，但对高频响应较差，它能使差模和共模干扰电压衰减20%以上，同时切断与电源零线的连接，因此能很好地隔离设备同高频串扰。一、二次侧再设置屏蔽层，消除一、二次侧间分布电容带来的耦合干扰。通过上述改进将故障全部消除，设备正常运行。

凸轮磨床在一次动迁后，将其安置于距车间电焊间相距不到10 m处，并且共用同一母排电源线。调试阶段经常使ECU死机，步进电动机误动作（数控系统为西门子公司的802S）。究其原因，也是由于焊接设备这些大的感性负载设备释放出干扰所致。又在NC电源侧增加了一套电源滤波器，并将电源线脱离原电源母排，单独从电源总排上引线，并且与焊接间不在同一变压器上，故障也彻底消除了。

2 数控系统的接地干扰

对数控设备来说，接地是提高其抗干扰能力的重要手段之一，正确的接地既能抑制干扰影响，又能抑制设备向外发生干扰，而错误的接地反而会通过多种途径（如交流电源中性线、公共接地线阻抗、接地环路、接地导线的容性耦合等）引入强烈干扰。

在数控设备上采用较多的是下述三种接地子系统：保护接地线；系统接地线；屏蔽接地线。在数控设备中，一般都将这三个接地子系统接到一起，集中接地。

在实际中，如果系统地线不与保护地大地相连的话，即浮地状态，会有许多危害，我们知道，电子线路中任何导线和元器件都有对地分布电容。当装置内部产生干扰，系统对大地的电位发生变化时便通过这些分布电容出现位移电流并流过各支路，产生干扰。也可能由外部干扰源引起系统地对机壳电位的变动。我单位工作人员在调试中也遇到过此类故障：一台卧式加工中心（为西门子公司的840d系统）有一段时间NCU板至床体的接地线由于振动而脱落，接地系统有时开路，结果造成工作状态不稳定，主要表现在OP画面显示抖动，加工件尺寸有时发生突然变化，将地线导体连接紧固好，故障便消除了。

我公司改造的凸轮磨床，采用西门子公司的802C数控系统，由于地线连接错误，降低了设备抗干扰能力。由于变频调速器为大功率单元，易在变频调速器上产生干扰信号，这种连接会使干扰在CNC控制柜上产生干扰电压，使其干扰叠加到CNC控制柜上，使CNC控制柜产生串模干扰；许多屏蔽线，屏蔽层未剥开接地，这些屏蔽线中包含有许多信号及控制线。原系统要求大面积接地方式。若屏蔽层不接地，由于分布电容的作用，噪声线路会在屏蔽层上感应出噪声电动势。因此，信号线还将受到噪声的影响，将失去屏蔽的意义，而且更容易捡拾干扰信号。

所以在安装或维修设备的过程中，要仔细地配线、接线，以免给日后的使用埋下许多隐患，降低设备的可靠性。

3 解决措施

由于数控机床自动化程度高，因此很多情况下都是无人监控、自动运行的，所以提高运行抗干扰能力就是提高它的可靠性，提高机床的利用率。

要想消除干扰，需要从以下几方面入手：

1）对数控机床的制造厂家，要有严格的质量控制：（1）对数控机床的布线要严格遵守工艺要求，不得随意接线。（2）对电源的输入端，要有良好的防干扰措施，如浪涌吸收、滤波等等，尤其是NC部分电源。（3）对感性器件要采取良好的吸收措施。（4）对大功率开关触点要增加灭弧装置。

2）对现场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NC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。

采取以上措施能大大提高机床抗干扰的能力，保证数控机床在恶劣的环境中正常发挥作用。