基于开放式体系结构的数控机床可靠性及抗干扰设计

2020-04-10胡江平

湖北农机化 2020年1期

关键词：看门狗数控机床屏蔽

胡江平

(湖北工程职业学院，湖北黄石 435000)

1 内部可靠性、抗干扰优化设计

1.1 可靠性优化设计

1.1.1 设计容错、冗余

通过增设容错元件、冗余阵列，可以增强体系的可靠性。其中的冷备份冗余系统，有11个工作单元，其余相同功能的单元并不会工作，仅当作后备单元。若工作单元出现失效问题，则后备系统便启动，以维持系统正常作业，但冷备份单元却并不可靠。而在热备份体系中，各备份单元一直都是待机态，能及时切换故障，具有很好的可靠性。

1.1.2 建立监视程序运行的体系

为了监视程序运行，需增设看门狗电路。正常作业时，定期给看门狗输送1个信号。若有段时间没有输送给看门狗信号，则看门狗会发出复位信号，把系统挂起来。

1.2 抗干扰优化设计

1.2.1 调整、保护内部电源

在计算机数控系统中，计算机电源一般通过多级滤波结合电压集成调整器来调整，以快速适应交流电压波动，能很好地保护过、欠电压。同时，还就控制轴、相应模块，单独予以供电，以免影响它们间的电压波动。

1.2.2 有效隔离

在计算机数控(CNC)系统、I/O回路中，除了滤波外还要进行隔离，以隔断输入/输出联系，抵御干扰信号。连接CNC的I/O端采用光电隔离，以分开I/O电路与地线，分别使用电源，并单向输送信息，以防干扰信号馈入输入端。连接电磁铁、电磁阀的地方采用继电器隔离，实现机械接触。

1.2.3 直流滤波

目前，在直流电路中，改变负载会导致电源噪声。例如，在数字电路的状态转变时，便会产生巨大的尖峰电流，瞬时发出噪声。通过电容、电感等，能有效抑制这种噪声。通常在电源入口，具体的跨接范围，设置电感不大的电解、陶瓷等电容，以用作直流电源的滤波器。在大规模芯片电源中，往往会在引角设计滤波电容，而在中小规模电源中，则可数片共用一个适合的滤波电容。

2 外部抗干扰优化设计

2.1 电源抗干扰

当外部电网电压出现波动时，会干扰数控机床，允许变化：380V、220V±15%。同时，电网负载电感也会干扰数控机床。据调查，100MHz以上的干扰会微弱影响数控机床，且通过压敏、低通滤波，能控制20kHz～100MHz干扰明显衰减；通过隔离变压器，可以彻底消除低于20kHz的干扰；通过交流稳压电源，可以彻底消除交流电压的慢变，详见图1。

图1 交流供电图

2.2 屏蔽

就辐射式干扰而言，一般通过屏蔽来克服。①屏蔽干扰源，达到屏蔽静电、磁的效果；②用双层金属柜屏蔽控制系统，这2层分别是电导性能优异、导磁性优异的铝板、铁板，以屏蔽设备、雷电、高压线的干扰。

2.3 接地、布线

在数控机床中，地线有多种形式。有小信号电路、逻辑回路及其直流电源一起形成的工作地，也有电磁阀、继电器及其运行驱动电源一起形成的功率地，但不可混接以上两者。此外，系统中一切金属构件的安全地必须接到大地上，且接地电缆的宜A>10mm2，且控制地电阻在1Ω以下。而布线时必须分开强、弱电，输入、输出线，脉冲、电平线。输入信号，通过金属屏蔽线，分开后再通过金属管走线等就。外置PLC，既应单独供电，也应专门安装地线，便能串联其他设备再接地。