基于屏蔽技術的華中數控系統EMC設計
摘要： 目前，穩定性、可靠性是數控機床的首要條件，而數控系統的穩定性、可靠性則是保證數控機床穩定、可靠運行的重要條件。在經濟全球化和中國是制造大國的格局下，數控機床一般在電磁環境較惡劣的工業現場，長時間、高強度、連續性使用。因此，為了保證數控系統及數控機床能正常工作，特別是在我國電網質量波動比較大的情況下，數控系統的電磁兼容性（EMC）設計更為重要。電磁兼容性（EMC）是指：數控系統在其電磁環境中能正常運行且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。現就結合華中數控系統，來談一下數控系統的電磁兼容性（EMC）設計。
Abstract：
Key words :
目前，穩定性、可靠性是數控機床的首要條件，而數控系統的穩定性、可靠性則是保證數控機床穩定、可靠運行的重要條件。在經濟全球化和中國是制造大國的格局下，數控機床一般在電磁環境較惡劣的工業現場，長時間、高強度、連續性使用。因此，為了保證數控系統及數控機床能正常工作，特別是在我國電網質量波動比較大的情況下，數控系統的電磁兼容性（EMC）設計更為重要。電磁兼容性（EMC）是指：數控系統在其電磁環境中能正常運行且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力?，F就結合華中數控系統，來談一下數控系統的電磁兼容性（EMC）設計。
1 數控系統電磁兼容性設計要求
為了保證數控系統在電磁環境較惡劣的工業現場，長時間、連續性正常使用，系統必須達到JB/T 8832-2001“機床數控系統通用技術條件”中的電磁兼容性要求。
1.1 靜電放電抗擾度試驗
數控系統運行時，按照GB/T 17626.2 的規定，對操作人員經常觸及的所有部位與保護接地端子（PE）間進行靜電放電試驗，接觸放電電壓為6kV，空氣放電電壓為8kV，試驗中數控系統能正常運行。
1.2 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗
數控系統運行時，按照GB/T 17626.4 的規定，分別在交流供電電源端和保護接地端（PE）之間加入峰值2kV、重復頻率 5kHz 脈沖群，時間1min；在I/O 信號、數據和控制端口電纜上用耦合夾加入峰值1kV，重復頻率5kHz 脈沖群，時間1min。試驗時，數控系統能正常運行。
1.3 浪涌（沖擊）抗擾度試驗
數控系統運行時，按照GB/T 17626.5 的規定，分別在交流輸入電源相線之間疊加峰值為1kV 的浪涌（沖擊）電壓；在交流輸入電源相線與保護接地端（PE）間疊加峰值為2kV 的浪涌（沖擊）電壓。浪涌（沖擊）重復率為1 次/min，極性為正/負極。試驗時正/負各進行5次，數控系統應能正常運行。
1.4 電壓暫降和短時中斷抗擾度試驗
數控系統運行時，按照GB/T 17626.11 的規定，在交流輸入電源任意時間電壓幅值降為額定值的70%，持續時間500ms，相繼降落間隔時間為10s；按照GB/T 5226.1—1996 中4.3 的規定在交流輸入電源任意時間電壓短時中斷3ms，相繼中斷間隔時間為10s。電壓暫降和短時中斷各進行3 次，數控系統應能正常運行。
2 數控系統電磁EMC設計中屏蔽技術
在數控機床系統中，既有高電壓、大電流的強電設備，又有低電壓、小電流的控制與信號處理設備和傳感器等弱電設備。強電設備工作過程中產生的強烈電磁干擾對弱電設備的正常工作構成極大的威脅。除此之外，生產現場的電磁環境較惡劣，系統外各種動力負載、供電系統、大氣中騷擾等都會對控制弱電設備造成干擾，使其不能正常工作，從而造成整個系統癱瘓。為了保證數控系統能正常工作，屏蔽技術是數控系統電磁兼容性設計中通常采用的三種技術措施之一。
屏蔽技術用來抑制電磁噪聲沿著空間的傳播，即切斷輻射電磁噪聲的傳輸途徑。通常用金屬材料或磁性材料把所需屏蔽的區域包圍起來，使屏蔽體內外的“場”相互隔離。屏蔽按其機理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。
2.1 電場屏蔽
當噪聲源是高電壓、小電流時，其輻射場主要表現為電場，電場屏蔽是抑制噪聲源和敏感設備之間由于存在電場耦合而產生的干擾。
2.1.1 電場屏蔽的機理
2.1.2 電場屏蔽設計要點
電場屏蔽設計時應考慮：一、系統中的強電設備（伺服驅動器、變頻器、步進驅動器、開關電源、電機）金屬外殼可靠接地，實現主動屏蔽；二、敏感設備（如數控裝置等）外殼應可靠接地，實現被動屏蔽；三、強電設備與敏感設備之間距離盡可能遠，一般在電柜內，強、弱電設備盡量保持30cm以上的距離，最小距離為10cm；四、高電壓、大電流動力線與信號線應分開走線，例如各自使用各自獨立的線槽等，距離盡可能保持在30cm以上，最小距離為 5～7.5cm，同時盡量避免平行走線，不能將強電線與信號線捆扎在一起；五、信號線應盡量靠近地線（或接地平板）或者用地線包圍它； 六、屏蔽電纜既能對電場起到被動屏蔽作用，也能起到主動屏蔽作用，條件是屏蔽層接地。
2.2 磁場屏蔽
當噪聲源具有低電壓和大電流性能時，其輻射場主要表現為磁場，磁場屏蔽是抑制噪聲源和敏感設備之間由于磁場耦合所產生的干擾。
2.2.1 磁場屏蔽的機理
磁場屏蔽主要是依賴高導磁材料所具有的低磁阻對磁通起到分路的作用，使得屏蔽體內部的磁場大大減弱，圖3說明了這一原理。
2.2.2 磁場屏蔽的設計要點
磁場屏蔽的設計時應考慮：一、選用高導磁率的材料，如玻莫合金等，并適當增加屏蔽體的壁厚；二、被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上，以盡量減少通過被屏蔽物體體內的磁通；三、注意磁屏蔽體的結構設計，對于強磁場的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體結構；四、減少干擾源和敏感電路的環路面積。最好的辦法是使用雙絞線和屏蔽線，讓信號線與接地線（或載流回線）扭絞在一起，以便使信號與接地（或載流回線）之間的距離最近；五、增大線間的距離，使得干擾源與受感應的線路之間的互感盡可能地??；六、如有可能，使干擾源的線路與受感應線的線路呈直角（或接近直角）布線，這樣可大大降低兩線路間的磁場耦合；七、敏感設備應遠離干擾源（強電設備、變壓器等）布置，距離應保持30cm以上。
2.3 電磁場屏蔽
電磁場屏蔽用于抑制噪聲源和敏感設備距離較遠時通過電磁場耦合產生的干擾。電磁場屏蔽必須同時屏蔽電場和磁場，通常采用電阻率小的良導體材料。空間電磁波在入射到金屬體表面時會產生反射和吸收，電磁能量被大大衰減。從而起到屏蔽作用。
3 結束語
在經濟全球化和中國是制造大國的格局下，在我國電網質量波動比較大及為保證數控機床在電磁環境較惡劣的工業現場長時間、高強度、連續性使用情況下，本文結合華中數控系統，敘述了數控系統電磁兼容性設計要求及如何采用屏蔽技術來實現數控系統電磁兼容性。
1 數控系統電磁兼容性設計要求
為了保證數控系統在電磁環境較惡劣的工業現場，長時間、連續性正常使用，系統必須達到JB/T 8832-2001“機床數控系統通用技術條件”中的電磁兼容性要求。
1.1 靜電放電抗擾度試驗
數控系統運行時，按照GB/T 17626.2 的規定，對操作人員經常觸及的所有部位與保護接地端子（PE）間進行靜電放電試驗，接觸放電電壓為6kV，空氣放電電壓為8kV，試驗中數控系統能正常運行。
1.2 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗
數控系統運行時，按照GB/T 17626.4 的規定，分別在交流供電電源端和保護接地端（PE）之間加入峰值2kV、重復頻率 5kHz 脈沖群，時間1min；在I/O 信號、數據和控制端口電纜上用耦合夾加入峰值1kV，重復頻率5kHz 脈沖群，時間1min。試驗時，數控系統能正常運行。
1.3 浪涌（沖擊）抗擾度試驗
數控系統運行時，按照GB/T 17626.5 的規定，分別在交流輸入電源相線之間疊加峰值為1kV 的浪涌（沖擊）電壓；在交流輸入電源相線與保護接地端（PE）間疊加峰值為2kV 的浪涌（沖擊）電壓。浪涌（沖擊）重復率為1 次/min，極性為正/負極。試驗時正/負各進行5次，數控系統應能正常運行。
1.4 電壓暫降和短時中斷抗擾度試驗
數控系統運行時，按照GB/T 17626.11 的規定，在交流輸入電源任意時間電壓幅值降為額定值的70%，持續時間500ms，相繼降落間隔時間為10s；按照GB/T 5226.1—1996 中4.3 的規定在交流輸入電源任意時間電壓短時中斷3ms，相繼中斷間隔時間為10s。電壓暫降和短時中斷各進行3 次，數控系統應能正常運行。
2 數控系統電磁EMC設計中屏蔽技術
在數控機床系統中，既有高電壓、大電流的強電設備，又有低電壓、小電流的控制與信號處理設備和傳感器等弱電設備。強電設備工作過程中產生的強烈電磁干擾對弱電設備的正常工作構成極大的威脅。除此之外，生產現場的電磁環境較惡劣，系統外各種動力負載、供電系統、大氣中騷擾等都會對控制弱電設備造成干擾，使其不能正常工作，從而造成整個系統癱瘓。為了保證數控系統能正常工作，屏蔽技術是數控系統電磁兼容性設計中通常采用的三種技術措施之一。
屏蔽技術用來抑制電磁噪聲沿著空間的傳播，即切斷輻射電磁噪聲的傳輸途徑。通常用金屬材料或磁性材料把所需屏蔽的區域包圍起來，使屏蔽體內外的“場”相互隔離。屏蔽按其機理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。
2.1 電場屏蔽
當噪聲源是高電壓、小電流時，其輻射場主要表現為電場，電場屏蔽是抑制噪聲源和敏感設備之間由于存在電場耦合而產生的干擾。
2.1.1 電場屏蔽的機理
2.1.2 電場屏蔽設計要點
電場屏蔽設計時應考慮：一、系統中的強電設備（伺服驅動器、變頻器、步進驅動器、開關電源、電機）金屬外殼可靠接地，實現主動屏蔽；二、敏感設備（如數控裝置等）外殼應可靠接地，實現被動屏蔽；三、強電設備與敏感設備之間距離盡可能遠，一般在電柜內，強、弱電設備盡量保持30cm以上的距離，最小距離為10cm；四、高電壓、大電流動力線與信號線應分開走線，例如各自使用各自獨立的線槽等，距離盡可能保持在30cm以上，最小距離為 5～7.5cm，同時盡量避免平行走線，不能將強電線與信號線捆扎在一起；五、信號線應盡量靠近地線（或接地平板）或者用地線包圍它； 六、屏蔽電纜既能對電場起到被動屏蔽作用，也能起到主動屏蔽作用，條件是屏蔽層接地。
2.2 磁場屏蔽
當噪聲源具有低電壓和大電流性能時，其輻射場主要表現為磁場，磁場屏蔽是抑制噪聲源和敏感設備之間由于磁場耦合所產生的干擾。
2.2.1 磁場屏蔽的機理
磁場屏蔽主要是依賴高導磁材料所具有的低磁阻對磁通起到分路的作用，使得屏蔽體內部的磁場大大減弱，圖3說明了這一原理。
2.2.2 磁場屏蔽的設計要點
磁場屏蔽的設計時應考慮：一、選用高導磁率的材料，如玻莫合金等，并適當增加屏蔽體的壁厚；二、被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上，以盡量減少通過被屏蔽物體體內的磁通；三、注意磁屏蔽體的結構設計，對于強磁場的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體結構；四、減少干擾源和敏感電路的環路面積。最好的辦法是使用雙絞線和屏蔽線，讓信號線與接地線（或載流回線）扭絞在一起，以便使信號與接地（或載流回線）之間的距離最近；五、增大線間的距離，使得干擾源與受感應的線路之間的互感盡可能地??；六、如有可能，使干擾源的線路與受感應線的線路呈直角（或接近直角）布線，這樣可大大降低兩線路間的磁場耦合；七、敏感設備應遠離干擾源（強電設備、變壓器等）布置，距離應保持30cm以上。
2.3 電磁場屏蔽
電磁場屏蔽用于抑制噪聲源和敏感設備距離較遠時通過電磁場耦合產生的干擾。電磁場屏蔽必須同時屏蔽電場和磁場，通常采用電阻率小的良導體材料。空間電磁波在入射到金屬體表面時會產生反射和吸收，電磁能量被大大衰減。從而起到屏蔽作用。
3 結束語
在經濟全球化和中國是制造大國的格局下，在我國電網質量波動比較大及為保證數控機床在電磁環境較惡劣的工業現場長時間、高強度、連續性使用情況下，本文結合華中數控系統，敘述了數控系統電磁兼容性設計要求及如何采用屏蔽技術來實現數控系統電磁兼容性。
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