机床数控系统在电气设计方面接地保护论文

浅析机床数控系统在电气设计方面的接地保护【摘要】针对由于接地保护处理不好导致机床系统故障问题造成的外部故障，数控系统接地保护工作至关重要，针对由于接地与屏蔽保护导致的频发外部故障，制定专项措施进行控制。

【关键词】数控机床；接地保护；屏蔽保护

随着简易型数控车床的普及，由于数控系统及伺服单元接地与屏蔽工作处理不好造成的外部故障较多，因此通过在研制过程中对系统接地与屏蔽进行合理化设计，对于降低外部故障率，提高机床整体可靠性存在积极意义。在机床产品电气设计过程中，对接地与屏蔽保护进行妥善处理，才能有效地对该类故障发生率降低，切实提高产品的抗干扰能力。

1 故障分类：

由于数控单元的接地与屏蔽处理不好导致的机床产品故障根据其成因可分为以下两类：

1.1 接地不良导致的电气故障；一台数控车床频繁出现屏幕重启但机床仍能运行的问题，经排查故障发现系统操作板处接地虚连导致，将操作面板接地线重新连接后故障排除。

1.2 信号传输过程中因屏蔽不好受到干扰导致的电气故障。如一台立式加工中心主轴不能正常运转，屏幕显示档位错误，经排查故障发现，由于主轴档位信号电缆缺少屏蔽措施，造成信号传输过程中受到干扰，更换屏蔽电缆问题得到解决。

普及型数控机床产品涉及的地线可大致分为以下几种：

1.2.1 数字地：也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。

1.2.2 模拟地：是各种模拟量信号的零电位。

1.2.3 信号地：通常为传感器的地。

1.2.4 交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。

1.2.5 直流地：直流供电电源的地。

1.2.6 屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。

2设计改进：

根据gb5226.1-2008《机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件》的要求，在产品设计过程中一般采用黄绿双色导线做为保护导线，端子处安装要求标识。在电箱内部不允许中线与地线连接,也不允许共用一个pe端子。同时数控机床中电气设备的外壳、底座要与保护接地端子实现良好的搭接,各电气设备的外壳、底座等应保持电气上连续,保护接地电路的连续性应符合标准

gb5226. 1 - 2008的要求;数控机床电箱内应设计安装有接地排,

接地排引出地线与大地相连接,根据机械电气设备通用技术条件要求，接地电阻应小于4ω;同时保护接地不要构成环路。

对于数控机床产品多发的接地不良导致的电气故障，在机床电气设计过程中通过以下环节进行优化改进：

2.1 对机床数控系统各部件地线的处理。对数控单位各部件不同类接地不能简单地、任意地连接在一起，否则容易对数控系统信

号传输产生干扰，根据系统各部件功能及接地要求进行分类，将整台数控机床电气系统要分成若干独立的模块，每个模块设计共同的接地点或接地干线，最后将不同的模块接地干线汇集一起，形成整台数控机床的总接地。

2.2 对机床数控单元信号传输的屏蔽保护。在电气系统中为了减少电箱中伺服驱动器、变频器、直流分线器、变压器等主要元器件产生的噪声，对信号电缆、变频器、变压器的屏蔽层均需要接地。在低阻抗网络中,利用低电阻导体可以降低干扰作用,故低阻抗网

络常用作电气设备内部高频信号的基准电平(如机壳或接地板) ,这种端接点应标明接地符号。公共基准电位的连接应使用单独点,尽可能靠近pe端子,直接接地或连接它自己的外部(无噪声)大地导体端子。对于低频电路( f 1mhz) ,电路通常是双端接地,屏蔽电缆的屏蔽层也应双端接地,双端接地能对电场和高频磁场产生屏蔽作用。机床供电电源用电缆的屏蔽层应在两端接地。当电缆的长度l > 0. 15λ(λ= c / f)时,则采用多点接地。一般屏蔽层按0. 05λ或0. 1λ的间隔接地,至少应该在屏蔽层两端接地,以降低地线阻抗,减少低电位引起的干扰电压。数控系统中数控装置与伺服驱动器、变频器间的信号传输线一般推荐采用屏蔽双绞线,且屏蔽层采用双端接地方式

3 实施举例：

电柜的接地实例

伺服信号线的屏蔽处理

4 结束语

对于机床电气系统信号传输的干扰屏蔽问题在整台机床的电气设计过程中至关重要，前期的设计工作考虑不周，就可能对增加后期产品电气故障的服务维修，同时降低了整台机床可靠性。由于机床工作现场往往干扰源较多，因此在抗干扰设计中应整台机床电气系统进行模块分类,合理地对不同模块增加抑制干扰的设计,才能够使整台机床的抗干扰性能达到标准要求,同时降低整台机床工作过程中故障率。

参考文献：

[1]gb5226.1-2008《机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件》;

[2]郑小年. 数控机床电气[m ]. 武汉:华中科技大学出版社, 2004, 12.