數(shù)控等離子切割系統(tǒng)的抗干擾措施

（以國(guó)產(chǎn)KLG-260等離子電源為例）

數(shù)控等離子弧切割系統(tǒng)，相對(duì)一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最重要的一點(diǎn)，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(shè)備對(duì)它的干擾沖擊，否則系統(tǒng)就不能正常工作，甚至對(duì)數(shù)控系統(tǒng)造成損害，影響系統(tǒng)的使用壽命。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮各種可能的干擾，采取相應(yīng)的措施，以消除或減少干擾，保證機(jī)器正常使用和性能的充分發(fā)揮。

本研究側(cè)重?cái)?shù)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(shè)備各個(gè)環(huán)節(jié)著手，采取多種硬件措施來(lái)抑制等離子弧切割系統(tǒng)的干擾，確保了數(shù)控等離子弧切割系統(tǒng)的正常工作。

1 等離子發(fā)生電源部分的抑制措施

等離子數(shù)控系統(tǒng)的最主要的干擾源是電源部分。它一般采取高頻引弧器來(lái)引燃電弧，高頻變壓器二次側(cè)電壓高達(dá)3000－6000V，脈沖頻率上百千赫茲，輻射干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染（干擾）都是很強(qiáng)的；還有大電流的交直流接觸器和各種繼電器關(guān)斷對(duì)電網(wǎng)也會(huì)造成浪涌沖擊。通常的等離子切割機(jī)一起弧就引起計(jì)算機(jī)內(nèi)部混亂，無(wú)法正常切割，最早的數(shù)控切割機(jī)甚至要求用戶先起弧然后再啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行數(shù)控系統(tǒng)程序。這不僅使操作繁瑣，計(jì)算機(jī)得不到充分利用，而且對(duì)計(jì)算機(jī)的壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響，所以抑制等離子發(fā)生電源的干擾，減少對(duì)電網(wǎng)污染是首要問(wèn)題，具體措施：

a. 對(duì)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(jī)的控制電源220V直接引自電網(wǎng)電壓，起/滅弧控制線直接從切割機(jī)內(nèi)引出至數(shù)控電柜，其間和數(shù)控CNC的電源系統(tǒng)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(wǎng)。措施是把220v的強(qiáng)電控制線增加隔離變壓器，同時(shí)起/滅弧的控制信號(hào)通過(guò)繼電器隔離為交流24v的相對(duì)弱電控制線進(jìn)入數(shù)控電柜。

c. 其他抗干擾措施

主變壓器的一次側(cè)、二次側(cè)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(lián)阻容電路，直流部分設(shè)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(duì)電網(wǎng)電壓的污染。

2 數(shù)控裝置（CNC）和伺服單元的抗干擾措施

數(shù)控等離子弧切割系統(tǒng)的CNC裝置和伺服單元是系統(tǒng)工作的核心部分，其供電電源是干擾進(jìn)入的主要途徑。電源干擾主要是通過(guò)供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生，各種大功率用電設(shè)備是主要的干擾源。

  2.1 電源進(jìn)線采用屏蔽線

數(shù)控等離子弧切割系統(tǒng)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(dòng)支架上，相當(dāng)于平行走線20多m，而起/滅弧控制線、割具的陰極線來(lái)自等離子電源，割具的陰極線上直流電流上百安培，它產(chǎn)生的電磁場(chǎng)及高頻引弧器的高頻信號(hào)通過(guò)耦合會(huì)對(duì)數(shù)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(chǎng)對(duì)芯線的靜電感應(yīng)。

 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(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)有：

a.濾波器應(yīng)安裝在導(dǎo)電金屬表面上，或通過(guò)編織接地帶與接地點(diǎn)相連；

b.濾波器的安裝位置應(yīng)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(duì)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(cè)繞組的交流零線相連，可阻止干擾進(jìn)入電源變壓器的二次側(cè)，數(shù)控裝置和伺服單元所用帶屏蔽的電源變壓器分開(kāi)還可防止相互干擾。其中數(shù)控裝置可改用凈化交流穩(wěn)定器，或增加用頻譜均衡法原理制成的干擾抑制器，會(huì)起到增強(qiáng)其抗電網(wǎng)干擾的能力的作用。

2.4 柜內(nèi)強(qiáng)弱電嚴(yán)格分開(kāi)走線

強(qiáng)電線中的電壓、電流的變化率大，產(chǎn)生激烈的電場(chǎng)變化，形成電磁波干擾，對(duì)附近的信號(hào)線、弱電控制線形成嚴(yán)重影響。使信號(hào)線遠(yuǎn)離強(qiáng)電線，并合理選用屏蔽線、雙絞線，能避免信號(hào)傳輸當(dāng)中的干擾信號(hào)。

2.5 柜與柜之間信號(hào)線采用屏蔽電纜 

     選用屏蔽電纜可抑制由雜散電浮空磁場(chǎng)通過(guò)電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)進(jìn)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(tǒng)

對(duì)數(shù)控等離子弧切割系統(tǒng)的接地工藝，應(yīng)該引起足夠重視，因?yàn)樗腃NC部分和伺服單元都使在軌道上的運(yùn)動(dòng)部分，干擾強(qiáng)弱與系統(tǒng)的接地方式有很大的關(guān)系。

a.交流地和直流地的分開(kāi)

避免由于地電阻把交流電力線引進(jìn)的干擾傳輸?shù)娇刂蒲b置，既保證控制系統(tǒng)裝置內(nèi)部器件的安全性，又能提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，減少?gòu)?qiáng)電流設(shè)備的地電流干擾。

b.將邏輯地浮空并和模擬地分開(kāi)

浮空是指將控制裝置的邏輯地、模擬地與大地之間無(wú)導(dǎo)體連接，以浮空的“地”作系統(tǒng)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(shì)必增加模擬電路的干擾感應(yīng)，一種好的方法使將模擬地和邏輯地分開(kāi)接在各自的匯流排，然后再將模擬地的匯流排通過(guò)一個(gè)電容在一點(diǎn)街道打底的接地點(diǎn)。對(duì)模擬量來(lái)說(shuō)，形成直流浮地，交流共地的系統(tǒng)。

c 機(jī)柜良好接大地

數(shù)控等離子弧切割機(jī)床的占地面積較大，最好單獨(dú)鋪設(shè)接大地裝置；而且接地裝置應(yīng)和機(jī)床的導(dǎo)軌、機(jī)柜甚至線纜滑動(dòng)支架可靠連接。這樣使機(jī)殼上的感應(yīng)的高頻干擾電壓有一個(gè)低阻抗的泄漏通道，使之不存在蓄積電荷而使機(jī)殼電壓升高的可能，對(duì)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(shù)控裝置的電源使用照明電，因?yàn)檎彰麟娤鄬?duì)干凈；直流繼電器線圈并續(xù)流二級(jí)管，交流繼電器線圈并RC阻容電路，抑制瞬變干擾。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合的抗干擾設(shè)計(jì)后，數(shù)控等離子弧切割系統(tǒng)的可靠性得到極大的改善，并且在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起弧/滅弧控制，系統(tǒng)研究成功后，故障率大大減少，系統(tǒng)達(dá)到了等離子弧切割系統(tǒng)所要求的很強(qiáng)的抗干擾性能。