干扰对定位精度影响的分析

哈尔滨电机厂有限责任公司 （黑龙江 150040） 杨永智

1.生产中常见的干扰源

车间现场中，各种干扰对数控系统的影响是一个不容回避的问题。经验表明，由电网电源引入的干扰是系统干扰的主要来源。由于城市动力电网质量不好，车间内各种大型重型机床、设备彼此之间相互影响，机床本身接地、屏蔽不好或电缆布线不合理等都会影响数控系统的可靠性，使系统产生误操作，如在速度指令等信号中渗入噪声干扰和偏移，导致定位精度不准。综合各方面研究，常见的电网电源干扰有如下一些：

（1）电磁波干扰 工厂中由于电火花、高频电源、振荡电路等因素影响往往产生强烈的电磁波，这种高频辐射能量通过空间的传播，被临近的数控机床所接收，如果能量足够，它们会窜入数控系统而引起机床故障。

（2）动力电网电压波动的干扰 超压或欠压：数控机床对输入电压有明确的输入范围，如使用24V直流供电的系统电源要求输入电源电压范围为320!470V。超压或欠压都会引起系统电源板中电压监控报警，从而停止工作电压，所以数控机箱上没有任何信号灯显示。

电网电压波动：当电网电压不稳定时，如最大值超出输入电压峰值允许限度也会发生电源监控报警。

（3）大电感的干扰 较大的电感器在断电时要将存储器的磁能释放出来，就在电网中形成高频峰值脉冲，它是随机产生的。由于工厂中变压器、电动机使用很普遍，因此它产生的这种干扰脉冲也是最常见的。

从故障现象分析，由于这种干扰脉冲频域宽，尤其高频窄脉冲，峰值高，能量大，干扰严重，但变化快速，不会引起电源监控板反映，如果通过供电线路串入数控系统，引起错误信息会导致数据中央处理器或可编程控制器停止运行。

2.抗干扰措施

上述干扰源的存在，无不影响着数控系统的安全、稳定运行，因此在进行系统总体结构设计时就应当采取硬件及软件等多方面的抗干扰措施，同时还要对电网电源系统进行抑制。

（1）物理隔离 加大受扰电路(或装置）与干扰源间的距离，因为干扰强度与距离平方成反比，尽可能增大干扰源与受扰电路间的距离，将大大降低干扰的传播，减少系统故障率，尤其在电源恶劣的情况下，采用稳压设备对电源波动和瞬间停电是有效的。为了抑制电源噪声及电源、大地电缆之间的干扰，可以在电源与数控装置之间设立一个隔离变压器，如图1所示。

图1 隔离抗干扰示意图

（2）滤波 滤波器可以抑制电源线上输入的干扰和信号传输线路上感应的各种干扰。常用的有低通滤波器和直流滤波器，一般将其安装在电源与数控装置之间。

（3）屏蔽 为使设备和元器件不受外部电磁场影响，通常采用隔离屏蔽措施。

电场屏蔽：当噪声源是高电压、小电流时，其辐射场主要表现为电场，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。良好接地是金属板产生电场屏蔽的先决条件,如不接地或接地不良，则可能产生比没有金属板时更严重的干扰。

磁场屏蔽：当噪声源具有低电压和大电流时,其辐射场主要表现为磁场，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。

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。

（4）接地 通常数控系统都具有一个公共参考电位,将各参考电位连接起来即构成系统基准电位线，一般称为系统地线，它有时与公共底板相连，有时与设备外壳柜体框架相连。若设备将其外壳等与大地连接，为系统接地。通过保护接地，或系统接地等形式，也能达到抗干扰目的。

3.实际应用中的解决方案

因车间内大型机床、设备多使得电网负荷加重，电网电压波动干扰成为最大的干扰因子。根据以上分析，辅以经济因素考虑，我们采 用滤波手段对TK6920数控落地镗床干扰加以抑制，在电网电源接入系统前增加滤波器，其原理如图2所示。同时对于机床的接地我们尽可能地缩短地线长度，并加粗地线。

图2 滤波原理图

电网改造完成之后，针对该加工中心加工出的零件进行检测和统计分析，批次产品的误差较改造前有明显减小的趋势，证明电网干扰确实对机床定位精度存在影响。