数控机床EMC控制
5页1、来源于 :注塑财富网 http:/数控机床EMC控制目前的高档数控机床设备功能强大、控制信号数量庞杂,加工过程中控制信号的准确性成为决定整个设备加工质量的关键因素,而电磁干扰(包括工频电磁场和 谐波的干扰)对数控设备控制信号的影响显得尤为突出,从而使EMC(Electromagnetic Compatible) 电磁兼容问题在如今高档数控机床的电气设计和安装过程中变得愈加重要。数控机床的控制系统主要由PLC、数控系统、变频器及仪表等组成,如果在系统设计和 安装时,没有充分考虑EMC电磁兼容问题,控制信号的干扰、失真或混乱现象会导致机床控制过程中精度降低、采集数据不准确甚至机床误动作,严重影响到数控 设备的加工精度、生产效率和操作安全性。这些干扰将造成设备不能够稳定运行,甚至造成设备的损坏。因此,在设备的设计制造和用户使用过程中,EMC已成为 电气系统设计时必须重视的问题。规范数控设备电气控制中EMC控制体系的设计,坚持EMC电磁兼容性设计,提高贯彻EMC 标准的意识性,把它变成一个可控的设计技术,这样不仅降低了设备运行的生产成本,还大大提高了数控设备的整体控制精度和加工制造质量。EMC
2、技术不仅可以 广泛地应用于数控设备的设计制造过程中,对其他电子控制领域也有借鉴作用。数控机床的EMC电磁兼容1 电磁干扰信号的耦合 数控设备控制柜内部有大量的电磁干扰信号的耦合,耦合是干扰系统工作的原因之一。按其耦合方式可分为电路性(直接传导、共阻抗)耦合、电容性( 电路间电场) 耦合和电感性(电路间磁场) 耦合。通过电磁辐射途径产生的干扰称为辐射耦合,干扰能量以电磁波形式通过媒质传输到敏感设备产生电磁干扰。辐射耦合大多通过天线(常规天线和信号线、控 制线、输入输出引线等等效天线)、电缆线(信号线、供电线、地线)、机壳等接收或感应进入敏感设备产生电磁干扰。这种耦合可以分为同一电路间的耦合、板间耦合、信号间的耦合、电源线与系统的耦合。从性质上看,这种耦合是电场耦合或磁场耦合。当信号电路与电源线并行时,会引入某种电流,有可能导致一个继电器或者交流接触器触点吸合误动作,引起控制混乱。由此必须进行干扰抑制。 当两个或多个相互独立的电路公用电源线、返回线,或者两者都公用,一个电路在电源线中产生的压降有可能影响另外一个电路。补救措施为,可以在电源线和返 回线上使用隔离电路,电源线使用双绞线来减小耦
3、合,如果多条电源线公用一根公共返回线,返回线应该包在电源线周围。尖峰电压U1(例如开关一个电容器时) 发生在一根线上时导致一个电流i2出现在另外一根线上(图1)。 由于i2是直接叠加在正常信号上的,在这种情况下,使用电压接口代替电流接口会好一些。当信号电路与电源线并行时,会引入50Hz的电流。这有可能导致一个继电器或者交流接触器一直吸合。如图2所示,当存在并行布线的结构(例如PEN或者PE电缆回路),此时PEN电缆回路就形成了变压器的次级绕组,初级线圈中的电流变化,使次级线圈中产生电压,由于多次接地形成了电流回路,从而产生结构电流。为了避免这一影响,应该使用屏蔽电缆。 2 非线性负载的影响非线性负载会在电源系统中产生非正弦的电流,电流通过电源系统的阻抗使电压失真。脉冲控制系统中的脉冲信号通常也会导致短暂的电压失真。当负载容量被额外的谐波电流占据一部分时,会导致过热,脉冲控制系统中的信号会受到影响。当把多个不同的谐波分量叠加在一起时,谐波电压会减小。傅立叶分析表明,由于非线性负载,谐波会产生不同的相位偏移,结果会使谐波消失或减小。低次谐波分量有线性增加的趋势,而高次谐波分量则以平方趋势增
4、长,EMC会越来越严重。 受到EMC影响的电源系统会在电机上产生额外的磁场,从而造成损耗、过热、降低寿命、颤动、交流噪声、效率降低等现象,会造成接地漏电流检测系统和隔离 传感器的故障并且无法使用。电缆上会有更高的电流负载(尤其是PEN线),接线端子会过热,双端接地的屏蔽层会过载,通过电缆中的耦合电阻会有长线压降, 导致信号错误。3 天线效应任一载流导体周围都产生感应电磁场并向外辐射一定强度的电磁波,相当于一段发射天线,处于电磁场中的任一导体则相当一段接收天线,会感生一定电势,导体的这种天线效应是导致电子、电气设备相互产生电磁辐射干扰的根本原因1。经计算离开关设备的抗干扰距离需大于15cm,一般距离大于20cm。当同时给多台电动机上电时,由于较大的启动电流,会产生很强的磁场。 一个杆式天线, 通常是在底端带有阻抗的线性物体。电控柜内的导体就像杆式天线在电控柜内不希望有天线效应,所有柜内的导体要尽可能地短。导体与地平行比有夹角要好。所有 金属部分都应可靠连接以避免天线效应,组件间要有较大的接触面积,而不要仅在拐角处连接,这样可以避免槽式天线效应。4 伺服控制系统的干扰抑制以及本身的控制抗干
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