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数控等离子切割系统的抗干扰措施

       数控等离子弧切割系统,相对一般的计算机控制系统来说,最重要的一点,就是要有很

高的抗干扰能力,即能抵抗等离子引弧的干扰,以及其他设备对它的干扰冲击,否则系统就

不能正常工作,甚至对数控系统造成损害,影响系统的使用寿命。因此,在系统设计时,综

合考虑各种可能的干扰,采取相应的措施,以消除或减少干扰,保证机器正常使用和性能的

充分发挥。

       本研究侧重数控装置(CNC)外围的可靠性措施,不包括 CNC 和伺服单元本身的软件

和电路抗干扰方法。从干扰源、传播途径、被干扰设备各个环节着手,采取多种硬件措施来

抑制等离子弧切割系统的干扰,确保了数控等离子弧切割系统的正常工作。

       1 等离子发生电源部分的抑制措施

       等离子数控系统的最主要的干扰源是电源部分。它一般采取高频引弧器来引燃电弧,高

频变压器二次侧电压高达 3000-6000V, 脉冲频率上百千赫兹,辐射干扰和对电网的污染

(干扰)都是很强的;还有大电流的交直流接触器和各种继电器关断对电网也会造成浪涌冲

击。通常的等离子切割机一起弧就引起计算机内部混乱,无法正常切割,最早的数控切割机

甚至要求用户先起弧然后再启动计算机,运行数控系统程序。这不仅使操作繁琐,计算机得

不到充分利用,而且对计算机的寿命产生严重影响,所以抑制等离子发生电源的干扰,减少

对电网污染是首要问题,具体措施:

    a. 对高频引弧器增加屏蔽罩,减少高频辐射;

    b. 改造等离子电源的控制线路。

        原 KLG-260 等离子切割机的控制电源 220V 直接引自电网电压,起/灭弧控制线直接

从切割机内引出至数控电柜,其间和数控 CNC 的电源系统一起跨越 10 多米的线缆架,这

样等离子起/灭弧引起的高频干扰,大电流引起的电磁干扰直接串入电网。措施是把 220v

的强电控制线增加隔离变压器,同时起/灭弧的控制信号通过继电器隔离为交流 24v 的相对

弱电控制线进入数控电柜。

    c. 其他抗干扰措施

       主变压器的一次侧、二次侧增加 RC 吸收电路和压敏电阻,打电流接触器和继电器线圈

两端并联阻容电路,直流部分设置高频旁路电容,所有这些措施的目的是抑制干扰源,减少

对电网电压的污染。

    2 数控装置(CNC)和伺服单元的抗干扰措施

       数控等离子弧切割系统的 CNC 装置和伺服单元是系统工作的核心部分,其供电电源是

干扰进入的主要途径。电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生,各种大功率用电设备

是主要的干扰源。

    2.1 电源进线采用屏蔽线

       数控等离子弧切割系统的电源线。割具的阴极线和等离子起/灭弧控制线一起悬挂在滑

动支架上,相当于平行走线 20 多 m,而起/灭弧控制线、割具的阴极线来自等离子电源,

割具的阴极线上直流电流上百安培,它产生的电磁场及高频引弧器的高频信号通过耦合会对

数控装置(CNC)和伺服单元的电源引起电磁干扰。

       以铜和铝为屏蔽层的屏蔽电缆能有效抑制高频电磁干扰,屏蔽层接地后还能抑制变化电

场对芯线的静电感应。

    2.2 电源滤波器的使用

       电源滤波器是不可缺少的抗干扰元件,在高频和低频段都有有益的干扰抑制性能。使用

时应注意事项有:

    a.滤波器应安装在导电金属表面上,或通过编织接地带与接地点相连;

    b.滤波器的安装位置应尽量接近电源线入口处;

    c.滤波器的输入和输出最好采用屏蔽线或双绞线;

    d.要避免属于和输出线互相耦合,绝对禁止输入和输出线捆扎在一起使用屏蔽线。

       2.3 电源变压器的使用

       使用带屏蔽的电源变压器,屏蔽层要与一次侧绕组的交流零线相连,可阻止干扰进入电

源变压器的二次侧,   数控装置和伺服单元所用带屏蔽的电源变压器分开还可防止相互干扰。

其中数控装置可改用净化交流稳定器,或增加用频谱均衡法原理制成的干扰抑制器,会起到

增强其抗电网干扰的能力的作用。

    2.4 柜内强弱电严格分开走线

       强电线中的电压、电流的变化率大,产生激烈的电场变化,形成电磁波干扰,对附近的

信号线、弱电控制线形成严重影响。使信号线远离强电线,并合理选用屏蔽线、双绞线,能

避免信号传输当中的干扰信号。

    2.5 柜与柜之间信号线采用屏蔽电缆

       选用屏蔽电缆可抑制由杂散电浮空磁场通过电磁感应和静电感应进入传输线的干扰。而

且屏蔽层的接地使用正确的单端接地方式。

    2.6 可靠的接地系统

       对数控等离子弧切割系统的接地工艺,应该引起足够重视,因为它的 CNC 部分和伺服

单元都使在轨道上的运动部分,干扰强弱与系统的接地方式有很大的关系。

    a.交流地和直流地的分开

       避免由于地电阻把交流电力线引进的干扰传输到控制装置,既保证控制系统装置内部器

件的安全性,又能提高系统的可靠性和稳定性,减少强电流设备的地电流干扰。

    b.将逻辑地浮空并和模拟地分开

       浮空是指将控制装置的逻辑地、模拟地与大地之间无导体连接,以浮空的“地”作系统

的参考电平。这使等离子弧等外部辐射干扰和静电干扰等都可以在很大程度上得到抑制。由

于逻辑地浮空势必增加模拟电路的干扰感应,一种好的方法使将模拟地和逻辑地分开接在各

自的汇流排,然后再将模拟地的汇流排通过一个电容在一点街道打底的接地点。对模拟量来

说,形成直流浮地,交流共地的系统。

    c 机柜良好接大地

       数控等离子弧切割机床的占地面积较大,最好单独铺设接大地装置;而且接地装置应和

机床的导轨、机柜甚至线缆滑动支架可靠连接。这样使机壳上的感应的高频干扰电压有一个

低阻抗的泄漏通道,使之不存在蓄积电荷而使机壳电压升高的可能,对人员则更安全,而且

有利于抑制干扰冲击。

    2.7 其他的辅助性措施

       条件许可的情况下,数控装置的电源使用照明电,因为照明电相对干净;直流继电器线

圈并续流二级管,交流继电器线圈并 RC 阻容电路,抑制瞬变干扰。

    3 结论

       通过对系统进行综合的抗干扰设计后,数控等离子弧切割系统的可靠性得到极大的改善,

并且在实现自动起弧/灭弧控制,系统研究成功后,故障率大大减少,系统达到了等离子弧切

割系统所要求的很强的抗干扰性能。


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