浅谈数控机床电气控制系统中的电气隔离技术

马军

摘 要：在抗干扰技术中应用效果较好的就是电气隔离技术，在电路中电气隔离技术可以很好的分离干扰与被干扰信号，最终获得隔离现场的目的，本文主要分析了数控机床电气控制系统概述，数控机床电气控制系统中存在的干扰因素，数控机床电气控制系统中的电气隔离技术。

关键词：数控机床；电气控制；隔离技术

一、数控机床电气控制系统概述

1.数据输入装置是将信息指令和各类应用数据输入数控系统的重要装置。它可以是穿孔带阅读机、软盘驱动器、键盘、存储卡和计算机等。

2.数控系统是数控机床的中枢体系，它将收到的数控指令程序实行译码、处理刀补、预处理速度、处理插补与位控，随后有顺序的发出沿着各个坐标轴运动的指令，直到结束程序。

3.可编程逻辑控制器，假如将数控系统作为人的大脑，PLC就是人的小脑，它将会帮助大脑完成一些控制机床的操作，例如旋转的刀库、打开与关闭切削液、夹紧与放松的卡盘。数控系统与PLC包含了两种关系，一是将PLC作为组成数控系统的一部分，这种形式就是内装形式的PLC；另一种关系就是将PLC独立控制在数控系统以外，也称之为外装形式的PLC。

4.主轴驱动系统主要接受驱动指令，经过调节速度和转矩能够及时输出驱动信号对主电动机实行驱动转动，同时进行及时反馈并且有效控制电气闭环速度。利用PLC将轴具表现的各种工作状况通告给CNC以便能够对各项主轴功能实行控制。主轴具有两种驱动形式分别是主轴驱动系统与主轴串行驱动系统，主轴驱动系统的模拟一般应用变频器。

5.电器硬件电路伴随着PLC的功能而逐渐强大，电器硬件电路的首要任务就是控制电路生成的电源、隔离部分继电器以及执行各种类型的电气装置，很好会出现继电器具有的逻辑电路。可是外国进口的一些机床柜还会使用含有一定逻辑的专门组合型的继电器。

6.机床包含全部的电动机、制动器、各种开关等。它们是实现各种机床操作的执行者和各种机床状态的报告者。电动机按照用途可以分为主轴与伺服电动机。主轴电动机是主轴驱动的动力源，主轴电动机可以使用一般的异步三相电动机和专门数控机床厂生产的电动机；伺服电动机是工作台和刀架的动力源，伺服电动机具有的调速功能要比主轴电动机要求高，一般异步三相电动机无法胜任。

7.通常需要由集装主轴与电动机的脉冲编码器来完成速度测量。它将电动机实际具有的转速匹配电压数值输送给伺服驱动系统成为反馈速度信号，与电压数值具有的速度指令进行比较，进而对速度实现精确控制。常见的脉冲编码器故障是内脏、电压不足与断线。

8.测量位置通常使用光栅尺。它们主要是对运行中的机床坐标轴具有的实际位置组织直接或者间接的测量，将测量数值提供给CNC并且使指令位移坐标轴到达指定的位置，进而精确控制位置。常见的光栅尺故障包含脏与断线。

二、数控机床电气控制系统中存在的干扰因素

数控机床电气控制系统所处的工作环境，产生一些由于各种因素引发的电磁干扰信号，利用特定的途径将这些信号输入电气控制系统。能够凭借各种传播干扰源的重要途径，见那个数控机床电气控制系统具有的干扰划分为两种，一种是控制系统内部产生的各种干扰，另一种是控制系统外部产生的各种干扰。电气控制系统中具有的控制模块之间产生的各种干扰一般是通过继电器、开关等装置引起的。可以通过控制系统中的通道进行干扰，利用空间与供电系统产生的干扰形式迅速接入数控机床内部的控制系统模块之中。对接触器实行的操作可以产生两种干扰信号，一种是在母线上存在的接触器通过开、合触点引起的各种频率分量的振荡波，母线相当于天线，在附近空间中辐射暂态电磁场产生的能量，在控制系统模块中出现了干扰。该种形式的干扰等同于开关产生的干扰及其所携带的负载模式的大小功率，一般状况下，变压器出现的较大功率将会造成更大的强度；另一种是在接触器上的圆通制线、线圈两端产生的过电压，通过继电器发生的输出以及电源线进入电气控制系统。除此之外，存在于电气控制系统中的其他信号，可以经过电源线的传输与耦合电磁空间等模式干扰电气控制系统。最后是电气控制系统的外部环境，比如电流与电弧产生的强大电磁场和交变的电磁场，以及较大功率的雷电与变频器等，传播这些干扰的主要途径是电磁空间耦合。

三、数控机床电气控制系统中的电气隔离技术

1.干扰信号控制的电气隔离

（1）光电耦合的隔离技术。光电隔离电路通常是指利用光传送信号，分别隔离输入和输出电路。充分发挥抑制干扰信号的功能，合理消除在接地回路中产生的干扰，并且极快做出响应动作、较长的寿命和较小的体积等特点，经常在强弱电接口电路中应用。光电隔离主要是通过光电耦合器件实施完成。将发光源配置在输入端，在输出端则安置受光器，在电气输入与输出是完全隔离的。光电耦合器主要隔离内部电路和输入信号，或者将外部电路和内部输出信号进行隔离。连接开关输入电路与光电耦合装置以后，由于光电耦合装置发挥的隔离功能，致使其拥有的脉冲各类干扰完全被阻截在一侧的输入回路上。光电耦合装置不能对输入和输出位置的电信号直接实行耦合，二是以光作为介质进行耦合，具有较强的电气干扰隔离控制能力。在数控机床电气控制系统中，由于被测控系统与设备之间会遭遇一定的干扰，致使信号在传输过程中产生畸变或者失真。此外，应用远距离设备传输电缆信号，常常由于设备之间产生的地线电位差，出现电流地环路现象，引起干扰差模电压。为了能够强化传输中具有的可靠性，可以应用光电耦合技术实施隔离，将电路中存在的连接电气分别实行隔开，保证他们之间的独立性，切断有可能产生的环路，提高电路中存在的抗干扰性。

（2）脉冲变压器具有的隔离技术。脉冲变压器具有比较少的匝数，同时分别在两侧铁氧体磁心绕一次绕组与二次绕组，这样的工艺促使它具有比较小的电容分布，因此能够作为脉冲信号的隔离部件。通过脉冲变压器输出与输入脉冲信号时，不能够传输直流分量，应用的PLC进行控制输入输出数字量信号的有关设备，此时并不需要传递直流分量，所以能够在数控系统中大量应用。

2.供电系统中的电气隔离

（1） 应用交流电源隔离技术。交流电网中产生了大量高频干扰与谐波等，针对电源交流供电控制设备和电气电子装置，都可以使用相应的抑制手段。应用变压器具有的隔离电源作用，能够迅速抑制进入交流电源之中的干扰噪声。可是，一般变压器并不能充分发挥抗干扰功能，主要原因是，即使是一次与二次绕组之间存在着绝缘数据，也能够更好的防止一次侧产生的电压噪声以及直接将电流传送到二次侧，充分发挥隔离作用。但是，因为存在的电容分布，交流電网之中的噪声必须经过分布的电容在二次侧实行耦合。为了能够有效抑制噪声干扰，必须在绕组之间设置屏蔽层，这样处理能够有效抑制噪声，尽量消除干扰，对设备自身的抗干扰性能发挥了提升作用。

（2） 应用直流电源隔离技术。当控制装置与电气电子设备内部的子系统之间需要进行隔离时，它们各自的直流电源供电之间应需要进行隔离，其隔离方式：一是在交流侧应用隔离变压器；二是利用直流电压隔离器。

四、结语

数控机床电气控制非常容易受到周围干扰源的干扰进而引发控制系统出现误动作。为了能够确保控制系统的稳定性，在设计与安装系统时应当采取合理的抗干扰措施。

参考文献：

[1]孙传森.变频器技术[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]王爱玲.数控原理及数控系统[M].北京：机械工业出版社，2010.