機(jī)械加工中數(shù)控機(jī)床的抗干擾途徑有哪些?
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發(fā)表時間:2019-10-24 16:22:53
1、采用抗干擾的優(yōu)質(zhì)電源
經(jīng)驗表明由電源引入的干擾是系統(tǒng)干擾的主要來源,抗干擾性能好的優(yōu)質(zhì)電源是提高系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。
2、阻斷噪聲干擾傳遞路徑
數(shù)控系統(tǒng)使用現(xiàn)場的電磁環(huán)境一般較為惡劣,特別是附近大型電氣設(shè)備起動及停止時會在公用交流電網(wǎng)和控制回路上產(chǎn)生高頻瞬變噪聲。這些噪聲會通過數(shù)控系統(tǒng)的輸入電源竄入系統(tǒng)內(nèi)部,因此必須采取濾波、隔離、屏蔽和保護(hù)等措施將噪聲阻斷在系統(tǒng)外部。
1)使用電源濾波器抑制輸入電源噪聲
電源濾波器是抑制電源干擾的有力措施,目前市場上有各種型號規(guī)格的濾波器可供選擇。從抗干擾的角度出發(fā),應(yīng)驗證其插入衰減量是否達(dá)到要求。另外,濾波器對噪聲的實際抑制效果還取決于使用方法,應(yīng)注意以下三點:
a、濾波器要盡量靠近電源輸入插座安裝,進(jìn)線和出線使用雙絞線并靠近地電位布線,二者一定要分開走線,不能平行走線,更不能捆扎在一起。
b、濾波器的接地電阻應(yīng)越小越好,最好直接安裝在系統(tǒng)機(jī)殼上離系統(tǒng)接地端子最近的位置,這樣能更好的抑制高頻共模噪聲。
c、數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的伺服電動機(jī)驅(qū)動器、外圍接口電路和計算機(jī)電路的電源可分別用3個濾波器供電,這樣不僅能抑制外部電源干擾,還能抑制各部分之間的相互干擾。
2)采用變比為11的隔離變壓器進(jìn)行隔離
隔離變壓器是在它的初級繞組和次級繞組之間加了一層屏蔽層,并將它和鐵芯一起接地,防止干擾信號通過初次級之間的電路進(jìn)人直流供電系統(tǒng)。它能有效地抑制由電網(wǎng)侵入的瞬態(tài)強(qiáng)脈沖干擾,使得直流或低頻干擾信號不容易通過傳導(dǎo)的方式形成感應(yīng)噪聲。
3)將電源裝在金屬屏蔽盒內(nèi),并與系統(tǒng)內(nèi)其它部分盡量隔開安裝,可減少噪聲在系統(tǒng)內(nèi)部的輻射干擾。
4)建立掉電保護(hù)功能
工業(yè)電網(wǎng)的供電不穩(wěn)定或者系統(tǒng)電源的偶然故障,突然掉電的事故是難免的。這就要求系統(tǒng)在發(fā)生掉電時保護(hù)好現(xiàn)場的數(shù)據(jù),待電壓恢復(fù)正常時,便可從掉電處繼續(xù)執(zhí)行程序。系統(tǒng)的掉電保護(hù)方案可用帶掉電保護(hù)的RAM(如FLASH)或可讀寫EEPROM等來保存系統(tǒng)掉電時的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及標(biāo)志字。
3、抑制電源工作產(chǎn)生的噪音
1)抑制直流穩(wěn)壓電源噪聲
一部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)的電源(+5V)是由三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的。電路中有TTL器件時,其開關(guān)動作時間為5~10ns,在瞬變電流和公共阻抗的作用下,直流電源線上產(chǎn)生開關(guān)噪聲。使電路的噪聲容限降低,導(dǎo)致邏輯電路和微處理器誤動作。減小開關(guān)噪聲的有效方法是在每個集成電路的電源端與接地端之間接入一個0.01~0.1μF的限噪鉭電容或高頻無感濾波電容,在設(shè)計電路板時應(yīng)將此電容安裝在該集成電路的電源輸入側(cè)并盡量縮短電容的配線。
2)抑制開關(guān)電源的噪聲
目前,開關(guān)電源在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛使用。但是開關(guān)電源的噪聲大、噪聲頻譜寬及高頻輻射干擾嚴(yán)重。這些固有的缺點不能從根本上予以消除,只能使用隔離、濾波和屏蔽等措施來阻斷噪聲的傳輸。具體方法如下:
a.減小開關(guān)級晶體管與電源屏蔽殼之間的耦合電容,以減少噪聲的產(chǎn)生;
b.用電感線圈將開關(guān)電源機(jī)殼與數(shù)控系統(tǒng)外殼相連,以減小共模噪聲;
c.在交流電源輸入端接入線路濾波器,不但能抑制共模噪聲和串模噪聲的產(chǎn)生,并且對外部電源噪聲也同樣有效。
d.開關(guān)電源有多個負(fù)載時,應(yīng)采取將各負(fù)載電路在電源處就分開的布線方法,而不采用在離開開關(guān)電源一段距離后再接負(fù)載的方法。按后者布線時,分布電容使各負(fù)載的線路不平衡,導(dǎo)致形成較大的串模噪聲。另外,電源外殼與負(fù)載電路一點接地并且接地阻抗要盡可能小。開關(guān)電源到各個負(fù)載電路采用雙絞線相連;
e.開關(guān)電源需要同時給大功率負(fù)載與小信號負(fù)載供電,盡管它們的電壓一致,也要分別用兩組獨立的開關(guān)電源來供電,這兩組電源的地線要有公共連接點,這樣不會形成公共阻抗,防止兩路負(fù)載之間相互影響。
4、合理接地與布線
經(jīng)驗表明由電源引入的干擾是系統(tǒng)干擾的主要來源,抗干擾性能好的優(yōu)質(zhì)電源是提高系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。
2、阻斷噪聲干擾傳遞路徑
數(shù)控系統(tǒng)使用現(xiàn)場的電磁環(huán)境一般較為惡劣,特別是附近大型電氣設(shè)備起動及停止時會在公用交流電網(wǎng)和控制回路上產(chǎn)生高頻瞬變噪聲。這些噪聲會通過數(shù)控系統(tǒng)的輸入電源竄入系統(tǒng)內(nèi)部,因此必須采取濾波、隔離、屏蔽和保護(hù)等措施將噪聲阻斷在系統(tǒng)外部。
1)使用電源濾波器抑制輸入電源噪聲
電源濾波器是抑制電源干擾的有力措施,目前市場上有各種型號規(guī)格的濾波器可供選擇。從抗干擾的角度出發(fā),應(yīng)驗證其插入衰減量是否達(dá)到要求。另外,濾波器對噪聲的實際抑制效果還取決于使用方法,應(yīng)注意以下三點:
a、濾波器要盡量靠近電源輸入插座安裝,進(jìn)線和出線使用雙絞線并靠近地電位布線,二者一定要分開走線,不能平行走線,更不能捆扎在一起。
b、濾波器的接地電阻應(yīng)越小越好,最好直接安裝在系統(tǒng)機(jī)殼上離系統(tǒng)接地端子最近的位置,這樣能更好的抑制高頻共模噪聲。
c、數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的伺服電動機(jī)驅(qū)動器、外圍接口電路和計算機(jī)電路的電源可分別用3個濾波器供電,這樣不僅能抑制外部電源干擾,還能抑制各部分之間的相互干擾。
2)采用變比為11的隔離變壓器進(jìn)行隔離
隔離變壓器是在它的初級繞組和次級繞組之間加了一層屏蔽層,并將它和鐵芯一起接地,防止干擾信號通過初次級之間的電路進(jìn)人直流供電系統(tǒng)。它能有效地抑制由電網(wǎng)侵入的瞬態(tài)強(qiáng)脈沖干擾,使得直流或低頻干擾信號不容易通過傳導(dǎo)的方式形成感應(yīng)噪聲。
3)將電源裝在金屬屏蔽盒內(nèi),并與系統(tǒng)內(nèi)其它部分盡量隔開安裝,可減少噪聲在系統(tǒng)內(nèi)部的輻射干擾。
4)建立掉電保護(hù)功能
工業(yè)電網(wǎng)的供電不穩(wěn)定或者系統(tǒng)電源的偶然故障,突然掉電的事故是難免的。這就要求系統(tǒng)在發(fā)生掉電時保護(hù)好現(xiàn)場的數(shù)據(jù),待電壓恢復(fù)正常時,便可從掉電處繼續(xù)執(zhí)行程序。系統(tǒng)的掉電保護(hù)方案可用帶掉電保護(hù)的RAM(如FLASH)或可讀寫EEPROM等來保存系統(tǒng)掉電時的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及標(biāo)志字。
3、抑制電源工作產(chǎn)生的噪音
1)抑制直流穩(wěn)壓電源噪聲
一部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)的電源(+5V)是由三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的。電路中有TTL器件時,其開關(guān)動作時間為5~10ns,在瞬變電流和公共阻抗的作用下,直流電源線上產(chǎn)生開關(guān)噪聲。使電路的噪聲容限降低,導(dǎo)致邏輯電路和微處理器誤動作。減小開關(guān)噪聲的有效方法是在每個集成電路的電源端與接地端之間接入一個0.01~0.1μF的限噪鉭電容或高頻無感濾波電容,在設(shè)計電路板時應(yīng)將此電容安裝在該集成電路的電源輸入側(cè)并盡量縮短電容的配線。
2)抑制開關(guān)電源的噪聲
目前,開關(guān)電源在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛使用。但是開關(guān)電源的噪聲大、噪聲頻譜寬及高頻輻射干擾嚴(yán)重。這些固有的缺點不能從根本上予以消除,只能使用隔離、濾波和屏蔽等措施來阻斷噪聲的傳輸。具體方法如下:
a.減小開關(guān)級晶體管與電源屏蔽殼之間的耦合電容,以減少噪聲的產(chǎn)生;
b.用電感線圈將開關(guān)電源機(jī)殼與數(shù)控系統(tǒng)外殼相連,以減小共模噪聲;
c.在交流電源輸入端接入線路濾波器,不但能抑制共模噪聲和串模噪聲的產(chǎn)生,并且對外部電源噪聲也同樣有效。
d.開關(guān)電源有多個負(fù)載時,應(yīng)采取將各負(fù)載電路在電源處就分開的布線方法,而不采用在離開開關(guān)電源一段距離后再接負(fù)載的方法。按后者布線時,分布電容使各負(fù)載的線路不平衡,導(dǎo)致形成較大的串模噪聲。另外,電源外殼與負(fù)載電路一點接地并且接地阻抗要盡可能小。開關(guān)電源到各個負(fù)載電路采用雙絞線相連;
e.開關(guān)電源需要同時給大功率負(fù)載與小信號負(fù)載供電,盡管它們的電壓一致,也要分別用兩組獨立的開關(guān)電源來供電,這兩組電源的地線要有公共連接點,這樣不會形成公共阻抗,防止兩路負(fù)載之間相互影響。
4、合理接地與布線
系統(tǒng)中直流電源的工作地應(yīng)與系統(tǒng)中繼電器、電磁閥及其驅(qū)動電源所構(gòu)成的功率地分開,兩者不可混接。另外、接地電纜應(yīng)足夠粗,并且電阻要小。布電源線時,應(yīng)使強(qiáng)電和弱電分開,輸入線與輸出線分開。要根據(jù)電流的大小,盡量加粗導(dǎo)線的寬度,使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛞恢?。采取以上方法對?shù)控系統(tǒng)電源部分進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計,有效地消除了干擾的影響,增加了整個數(shù)控系統(tǒng)的可靠性。
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