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數控等離子切割系統的抗干擾措施

       數控等離子弧切割系統,相對一般的計算機控制系統來說,最重要的一點,就是要有很

高的抗干擾能力,即能抵抗等離子引弧的干擾,以及其他設備對它的干擾沖擊,否則系統就

不能正常工作,甚至對數控系統造成損害,影響系統的使用壽命。因此,在系統設計時,綜

合考慮各種可能的干擾,采取相應的措施,以消除或減少干擾,保證機器正常使用和性能的

充分發揮。

       本研究側重數控裝置(CNC)外圍的可靠性措施,不包括 CNC 和伺服單元本身的軟件

和電路抗干擾方法。從干擾源、傳播途徑、被干擾設備各個環節著手,采取多種硬件措施來

抑制等離子弧切割系統的干擾,確保了數控等離子弧切割系統的正常工作。

       1 等離子發生電源部分的抑制措施

       等離子數控系統的最主要的干擾源是電源部分。它一般采取高頻引弧器來引燃電弧,高

頻變壓器二次側電壓高達 3000-6000V, 脈沖頻率上百千赫茲,輻射干擾和對電網的污染

(干擾)都是很強的;還有大電流的交直流接觸器和各種繼電器關斷對電網也會造成浪涌沖

擊。通常的等離子切割機一起弧就引起計算機內部混亂,無法正常切割,最早的數控切割機

甚至要求用戶先起弧然后再啟動計算機,運行數控系統程序。這不僅使操作繁瑣,計算機得

不到充分利用,而且對計算機的壽命產生嚴重影響,所以抑制等離子發生電源的干擾,減少

對電網污染是首要問題,具體措施:

    a. 對高頻引弧器增加屏蔽罩,減少高頻輻射;

    b. 改造等離子電源的控制線路。

        原 KLG-260 等離子切割機的控制電源 220V 直接引自電網電壓,起/滅弧控制線直接

從切割機內引出至數控電柜,其間和數控 CNC 的電源系統一起跨越 10 多米的線纜架,這

樣等離子起/滅弧引起的高頻干擾,大電流引起的電磁干擾直接串入電網。措施是把 220v

的強電控制線增加隔離變壓器,同時起/滅弧的控制信號通過繼電器隔離為交流 24v 的相對

弱電控制線進入數控電柜。

    c. 其他抗干擾措施

       主變壓器的一次側、二次側增加 RC 吸收電路和壓敏電阻,打電流接觸器和繼電器線圈

兩端并聯阻容電路,直流部分設置高頻旁路電容,所有這些措施的目的是抑制干擾源,減少

對電網電壓的污染。

    2 數控裝置(CNC)和伺服單元的抗干擾措施

       數控等離子弧切割系統的 CNC 裝置和伺服單元是系統工作的核心部分,其供電電源是

干擾進入的主要途徑。電源干擾主要是通過供電線路的阻抗耦合產生,各種大功率用電設備

是主要的干擾源。

    2.1 電源進線采用屏蔽線

       數控等離子弧切割系統的電源線。割具的陰極線和等離子起/滅弧控制線一起懸掛在滑

動支架上,相當于平行走線 20 多 m,而起/滅弧控制線、割具的陰極線來自等離子電源,

割具的陰極線上直流電流上百安培,它產生的電磁場及高頻引弧器的高頻信號通過耦合會對

數控裝置(CNC)和伺服單元的電源引起電磁干擾。

       以銅和鋁為屏蔽層的屏蔽電纜能有效抑制高頻電磁干擾,屏蔽層接地后還能抑制變化電

場對芯線的靜電感應。

    2.2 電源濾波器的使用

       電源濾波器是不可缺少的抗干擾元件,在高頻和低頻段都有有益的干擾抑制性能。使用

時應注意事項有:

    a.濾波器應安裝在導電金屬表面上,或通過編織接地帶與接地點相連;

    b.濾波器的安裝位置應盡量接近電源線入口處;

    c.濾波器的輸入和輸出最好采用屏蔽線或雙絞線;

    d.要避免屬于和輸出線互相耦合,絕對禁止輸入和輸出線捆扎在一起使用屏蔽線。

       2.3 電源變壓器的使用

       使用帶屏蔽的電源變壓器,屏蔽層要與一次側繞組的交流零線相連,可阻止干擾進入電

源變壓器的二次側,   數控裝置和伺服單元所用帶屏蔽的電源變壓器分開還可防止相互干擾。

其中數控裝置可改用凈化交流穩定器,或增加用頻譜均衡法原理制成的干擾抑制器,會起到

增強其抗電網干擾的能力的作用。

    2.4 柜內強弱電嚴格分開走線

       強電線中的電壓、電流的變化率大,產生激烈的電場變化,形成電磁波干擾,對附近的

信號線、弱電控制線形成嚴重影響。使信號線遠離強電線,并合理選用屏蔽線、雙絞線,能

避免信號傳輸當中的干擾信號。

    2.5 柜與柜之間信號線采用屏蔽電纜

       選用屏蔽電纜可抑制由雜散電浮空磁場通過電磁感應和靜電感應進入傳輸線的干擾。而

且屏蔽層的接地使用正確的單端接地方式。

    2.6 可靠的接地系統

       對數控等離子弧切割系統的接地工藝,應該引起足夠重視,因為它的 CNC 部分和伺服

單元都使在軌道上的運動部分,干擾強弱與系統的接地方式有很大的關系。

    a.交流地和直流地的分開

       避免由于地電阻把交流電力線引進的干擾傳輸到控制裝置,既保證控制系統裝置內部器

件的安全性,又能提高系統的可靠性和穩定性,減少強電流設備的地電流干擾。

    b.將邏輯地浮空并和模擬地分開

       浮空是指將控制裝置的邏輯地、模擬地與大地之間無導體連接,以浮空的“地”作系統

的參考電平。這使等離子弧等外部輻射干擾和靜電干擾等都可以在很大程度上得到抑制。由

于邏輯地浮空勢必增加模擬電路的干擾感應,一種好的方法使將模擬地和邏輯地分開接在各

自的匯流排,然后再將模擬地的匯流排通過一個電容在一點街道打底的接地點。對模擬量來

說,形成直流浮地,交流共地的系統。

    c 機柜良好接大地

       數控等離子弧切割機床的占地面積較大,最好單獨鋪設接大地裝置;而且接地裝置應和

機床的導軌、機柜甚至線纜滑動支架可靠連接。這樣使機殼上的感應的高頻干擾電壓有一個

低阻抗的泄漏通道,使之不存在蓄積電荷而使機殼電壓升高的可能,對人員則更安全,而且

有利于抑制干擾沖擊。

    2.7 其他的輔助性措施

       條件許可的情況下,數控裝置的電源使用照明電,因為照明電相對干凈;直流繼電器線

圈并續流二級管,交流繼電器線圈并 RC 阻容電路,抑制瞬變干擾。

    3 結論

       通過對系統進行綜合的抗干擾設計后,數控等離子弧切割系統的可靠性得到極大的改善,

并且在實現自動起弧/滅弧控制,系統研究成功后,故障率大大減少,系統達到了等離子弧切

割系統所要求的很強的抗干擾性能。


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