电柜抗干扰措施VIP

1 CNC 电气柜的抗干扰措施 王玉琪 机械加工厂在使用 CNC 机床时经常遇到各种类型的报警 有的报警经检查并不符合 CNC 系统 生产厂家出版的维修说明书中解释的原因 实际上是乱报警 报警号不固定或出现多个报警号 或 是有的时候有报警 有的时候无报警 但机床运行行为奇怪 乱动 因此说不清引起报警的原因 还有时候机床低速移动 回零或是用手摇盘移动几个微米时机床定位不准 等等 注 FANUC 系 统出现的乱报警有 930 910 920 926 400 410 417 420 436 3XX 750 出现这些故障后 机床厂家要求系统生产厂家处理 认为是系统不可靠造成的 这些情况并不 只出现于国产机床 根据本人的经验 同样也出现于进口机床 如国内进口较多的日本机床 德国 机床 韩国机床等 这些情况是系统生产厂商的维修人员最头疼的事 处理起来相当棘手 多个报 警不知道究竟哪一个是其根本 特别是时有时无的报警 需要较长时间的等待与观察 有时候可能 去处理几次 系统生产厂的多年经验 多年的处理结果发现 90 以上的这类问题是机床制造时对电气柜的 处理不当造成的 具体地讲是电柜设计不良 制造时接地 布线不合理使系统接受外界干扰造成的 本文就自己的经验和 FANUC 提供的资料阐述一些抗干扰的措施 这些措施很容易实施 只要认真 去做 就可以使生产的机床连续可靠地运行 提高机床的性价比 对于电气柜的设计有专门的资料论述 请参阅相关资料仔细研究 本文只简述几个要点 1 噪音及干扰 在电网上对电子设备造成干扰的噪音有以下几种 1 传导噪音 Conductive noise 例如 由伺服放大器产生的噪音 经由电缆传导可对连在同一电源上的电子设备造成干扰 如 下图所示 图 1 传导噪音 2 辐射 无线电 噪音 Radiation noise 例如 由伺服放大器产生的噪音 经由电网的辐射可对周围的电子设备造成干扰 电网的电线 就像发射天线一样向四周发射噪音信号 如下图所示 电源 伺服放大器 电子器件 电机 流经公共地线的噪音 2 3 诱导 感应 噪音 Induced noise 当设备的电缆靠的太近时经感应或电容的偶合造成的干扰 如下面图中所示 图 3 诱导噪音 2 抗干扰措施 上述这些噪音 如果在机床制造时对电气柜和接线与布线处理不当就会因干扰使系统运行不可 靠 根据经验和实践 下面介绍一些机床厂应采取的抗干扰基本措施 1 控制系统包括伺服放大器和主轴驱动单元应装在密封的金属电柜内 2 注意走线与布线 信号线与功率线分开走线 电缆走线要靠近电柜的金属壁 3 信号线要屏蔽 指令信号和反馈信号线 如编码器信号 必须屏蔽 屏蔽线要就地 4 控制器 放大器和导体器件 及材料 都要接地 5 电网进线要加滤波器 加浪涌吸收器 电源 伺服放大器 电机 电子器件 传感器 电源 伺服放大器 电机 电子器件 传感器 信号线 电机 电子器件 传感器 伺服放大器 电源 信号线 图 2 辐射噪音 3 6 接触器 继电器或其它电器的电磁线圈的驱动器要加火化吸收器 下面分别叙述有关内容 3 CNC 控制器的电源 为了兼容 现在的 FANUC CNC 控制器的电源一率为直流 24V 一般用市场上购来的 24V 稳压 电源 选择该电源时要注意 1 容量 容量要足够 要考虑到 MDI 键盘用的容量和 LCD 或 CRT 的容量 电源容量应为控制器中各 印刷版耗容 MDI 键盘耗容 LCD 或 CRT 的耗容之和 且留有一定的余量 约 20 如果容量不 够 系统可能不工作 或工作出错 2 从空载到满载的变化率 带负载时 电源电压要下降 要求变化率不能大于 2 3 输出电压变形 输出电压不能有断续 CNC 控制器中的元 器件是高速运行的 电压的瞬间波动会造成其工作 出错 要求输入电压的瞬间断续不要超过允许值 见 连接说明书 硬件 中第 4 节的叙述 使用时电源时要注意 1 不要将 I O 点接于该电源 机床强电控制部分的 I O 点须用另外的电源 2 使用时要注意其通电和断电的顺序 特别是机床有重力轴的控制器 一定要保证重力轴的 驱动电动机充分地能耗制动 并用机械卡紧后才能断开伺服的电源 具体的时序请见 连接说明书 硬件 中第 4 节的叙述 4 机床的功率进线电路 如下图所示 图 4 电源电路框图 浪涌吸收器 线对地 浪涌吸收器 线间 至CNC 至其它设备 AC 输入 噪音 滤波器 断路 器3 变压 器 断路 器1 断路 器2 AC 电 抗 器 伺服电源模块 PSM MCC 输入 变压器 单相 三相 4 变压器 当使用 200V 型式的伺服电动机和主轴电动机时 如上图所示 电源的进线需要使用 变压器 由于变压器的隔离 在一定程度上提高了抗干扰能力 在我们国内 根据电网的情况 建 议使用这种型式 变压器容量的确定请见 伺服放大器的规格说明书 电网滤波器 即图中的噪音滤波器 下图是实际使用的一种滤波器的线路图 使用滤波器可以 图 5 电网滤波器 滤除 1 来自电缆的辐射噪音 2 由于杂散 寄生 电容引起的传导噪音 不同容量的放大器 PSM 使用不同的滤波器 请见 伺服放大器的规格说明书 浪涌吸收器 为了避免由于闪电或附近其它用电设备引起的浪涌电流造成干扰 应在进线处接 浪涌吸收器 如图所示 浪涌吸收器有两路 电网的各线之间和各线对地之间 浪涌吸收器的接线要尽量短 导线的截面积要足够 约为 2mm2 AC 电抗器 在主接触器 MCC 后面应接交流电抗器 如上图 断路器 图中位置使用的断路器应具有漏电保护功能 当使用 400V 的伺服电动机和主轴电动机时 可以不用变压器 但使用变压器会提高运行的可 靠性 不用变压器时 一定要在电路中加电网滤波器 5 接地 图 6 接地系统 L1 L2 R R CX2 CX3 CX1 CY CY 5 如上图 6 所示 CNC 机床的接地系统可分为 信号地 机壳地和系统地 1 信号地 SG 这是提供给控制信号的基准电平 0V 2 机壳地 FG 是为了运行可靠 抵抗干扰而提供的将内部和外部噪音隔离的屏蔽层 各单 元的机壳 外罩 安装板和接口电缆的屏蔽均应接在一起 3 系统地 SG 是保护地 将各装置的机壳地与大地相连 以保护人员和设备当有漏电或短 路时免遭电击 还可使干扰噪音流入大地 图 7 和图 8 绘出了 CNC 控制器和放大器的接地图 图 7 CNC 单元的接地 M4 接地螺钉 2mm2接地电缆 与 LCD 一体式 CNC 的接地 分离式 CNC 的接地 6 图 8 放大器的接地 接地时要注意 1 一个单元上的信号地 0V 与机壳地 FG 只在一点连接 2 信号系统的机壳地与功率部分的机壳地应该分开 以避免功率部分的噪音对信号的干扰 3 如上图 电源模块的 CAX1 的接地点要接到机壳地 4 接地线要足够粗 至少要与供电电源线一样粗 5 接地电阻 系统地 要小于 100 6 接线 走线与屏蔽 电缆可分为强电 功率 信号线和弱电信号线 强电信号线包括 放大器的输入线 电动机的 功率线 机床电柜中的接触器线圈 继电器线圈或其它功率信号线 这些信号为 24V 或以上 直 流或交流 弱电信号包括 NC 与放大器之间的控制信号线和响应信号线 反馈线 各种传感器的 信号线等 这些信号为 5V 或以下 走线时若两种线靠的太近 如上所述 强电信号就会对弱电信号造成干扰 因此要求 1 必须分开走线 要求分开绑扎 隔开一定距离 2 弱电信号线必须屏蔽 屏蔽层必须接地 电柜中应有接地板 各单元的屏蔽线经接地板接 地 如下图 另外 如图中所示 强电 功率 的接地板应与弱电的接地板分开 并离开一定距离 不要与其它系统 例如 PLC 控制器 物料设备 外部检测设备等 共用一块接地板 7 图 9 功率线与信号线的接地 3 同一放大器的信号线应接于同一块接地板上 如下图 图 10 同一组信号线的接地 4 电缆线要尽量短 以避免功率损耗并减少干扰 5 走线要靠近电柜的金属壁 走线不要碰地 不要磨损 6 线一定要接紧 否则会因接触电阻大造成 电压下降 信号功率变弱 接受干扰 7 屏蔽线的金属外皮必须用电缆卡子卡紧并接在接地板上 7 火花吸收器 电路中使用电感性元器件 如接触器 继电器等的线圈 时 必须使用消除噪音的器件如火花 iSV iPS 功率线 信号线 接地板 保持距离 分开 iPS 信号线组 iSV iSV iSV iPS 信号线组 iSV iSV iSV 错误 正确 8 吸收器 电阻 电容电路 或二极管 反接 以消除电路工作时对外界造成干扰 下图是使用电阻 电容的接线 这种电路用于交流电路 二极管用于直流电路 图 11 火花吸收器电路 8 电气柜的设计 1 电柜必须使用金属材料 电柜必须密封 因为密封的金属电柜可以隔离电磁辐射 防护柜 内的装置免受干扰 当然也可以隔离其内部的设备工作时产生的电磁波 避免对外界设备造成干扰 接地的电柜还可使漏电流导入大地 静电场接地 从而保证柜体为零电位 保护了人身和设备的安 全 免遭电击 电柜的制造最重要的是保持其良好的传导性 导电 导磁 和电磁场屏蔽性能 因此要求 2 接缝要焊接 没有缝隙 3 切口或开孔越小越好 盖和门要贴紧