第七章数控系统的电磁兼容设计 7.1电磁兼容性概述 电磁兼容性(EMC)是指:电气设备产生的电磁骚扰不应超过其预期使用场 合允许的水平;设备对电磁骚扰应有足够的抗扰度水平,以保证电气设备在预期 使用环境中可以正确运行。 电磁兼容的主要内容是围绕造成干扰的三要素进行的,即电磁骚扰源、传输 途径和敏感设备。 数控系统一般在电磁环境较恶劣的工业现场使用,为了保证系统在此环境中 能够正常工作,系统必须达到JB/T8832-2001“数控系统通用技术条件”中 的电磁兼容性要求。 数控系统电磁兼容性要求 数控系统一般在电磁环境较恶劣的工业现场使用,为了保证系统在此环境中 能够正常工作,系统必须达到JB/T8832--201“机床数控系统通用技术条件ˆ 中的电磁兼容性要求。 1.电压暂降和短时中断抗扰度 数控系统运行时,在交流输入电源任意时间电压幅值降为额定值的70%,持 续时间500ms,相继降落间隔时间为10s;在交流输入电源任意时间电压短时中 断3ms,相继中断间隔时间为10s。电压暂降和短时中断各进行3次,数控系统 应能正常工作。 2.浪涌(冲击)抗扰度 数控系统运行时,分别在交流输入电源相线之间叠加峰值为1KV的浪涌(冲 击)电压;在交流输入电源相线与保护接地端(PE)间叠加峰值为2KV浪涌(冲 击)电压。浪涌(冲击)重复率为1次/min,极性为正/负极。试验时正/负各进 行5次,数控系统应能正常工作。 电快速瞬变脉冲群抗扰度 (1)数控系统运行时,分别在交流供电电源端和保护地端(PE)之间,加入 峰值2Kγ、重复频率5KHz脉冲群,时间1πin。试验时,数控系统能正常工作。 (2)数控系统运行时,在1/0信号、数据和控制端口电缆上用耦合夹加入峰 值1KV,重复频率5KHz脉冲群,时间min。试验时,数控系统能正常工作
第七章 数控系统的电磁兼容设计 7．1 电磁兼容性概述 电磁兼容性（EMC）是指：电气设备产生的电磁骚扰不应超过其预期使用场 合允许的水平；设备对电磁骚扰应有足够的抗扰度水平，以保证电气设备在预期 使用环境中可以正确运行。 电磁兼容的主要内容是围绕造成干扰的三要素进行的，即电磁骚扰源、传输 途径和敏感设备。 数控系统一般在电磁环境较恶劣的工业现场使用，为了保证系统在此环境中 能够正常工作，系统必须达到 JB/T 8832—2001 “数控系统通用技术条件”中 的电磁兼容性要求。 一、 数控系统电磁兼容性要求 数控系统一般在电磁环境较恶劣的工业现场使用，为了保证系统在此环境中 能够正常工作，系统必须达到 JB/T 8832—2001“机床数控系统 通用技术条件” 中的电磁兼容性要求。 1. 电压暂降和短时中断抗扰度 数控系统运行时，在交流输入电源任意时间电压幅值降为额定值的 70%，持 续时间 500ms，相继降落间隔时间为 10s；在交流输入电源任意时间电压短时中 断 3ms，相继中断间隔时间为 10s。电压暂降和短时中断各进行 3 次，数控系统 应能正常工作。 ２. 浪涌（冲击）抗扰度 数控系统运行时，分别在交流输入电源相线之间叠加峰值为 1KV 的浪涌（冲 击）电压；在交流输入电源相线与保护接地端（PE）间叠加峰值为 2KV 浪涌（冲 击）电压。浪涌（冲击）重复率为 1 次/min，极性为正/负极。试验时正/负各进 行 5 次，数控系统应能正常工作。 ３. 电快速瞬变脉冲群抗扰度 (1) 数控系统运行时，分别在交流供电电源端和保护地端（PE）之间，加入 峰值 2KV、重复频率 5KHz 脉冲群，时间 1min。试验时，数控系统能正常工作。 (2) 数控系统运行时，在 I/O 信号、数据和控制端口电缆上用耦合夹加入峰 值 1KV，重复频率 5KHz 脉冲群，时间 1min。试验时，数控系统能正常工作
4.静电放电抗扰度 数控系统运行时,对操作人员经常触及的所有部位和保护地端(PE)之间进 行静电放电试验,接触放电电压6KV,空气放电电压8KV,试验中数控系统能正 常运行。 、机床数控系统抗干扰措施 机械本体 执行机构 大信号 驱动部件 小信号控 (电动、气动、液动) (电力、电子器件) 装 传感器 小信号 置 (开关) 图7-1机床数控系统组成 机床数控系统组成如图7-1所示,系统中既包含高电压、大电流的强电设备, 又包含低电压、小电流的控制与信号处理设备和传感器,即弱电设备。强电设备 产生的强烈电磁骚扰对弱电设备的正常工作构成极大的威胁。此外,系统所在的 生产现场的电磁环境较恶劣,系统外各种动力负载的骚扰、供电系统的骚扰、大 气中的骚扰等都会对系统内的弱电设备产生严重影响,由于弱电设备是控制强电 设备的,所以,一旦弱电设备受到干扰,最终将导致整个系统的瘫痪。 抑制骚扰的发射,切断骚扰的传输途径,提高敏感设备的抗干扰能力是系统 达到电磁兼容的主要手段,最常采用的是屏蔽、滤波、接地三大技术。 7.2接地技术 接地的含义是提供一个等电位点或电位面,为了防止共地线阻抗干扰,在每 个设备中可能有多种接地线,但概括起来可以分为三类,即保护地线(安全接地)、 工作地线(工作接地)、屏蔽地线(屏蔽接地)。 、安全接地 为了保护人身和设备的安全,免遭雷击、漏电、静电等危害,设备的机壳 底盘所接地线称保护地线,应与真正大地连接。保护地线的基本要求参见
4. 静电放电抗扰度 数控系统运行时，对操作人员经常触及的所有部位和保护地端（PE）之间进 行静电放电试验，接触放电电压 6KV，空气放电电压 8KV，试验中数控系统能正 常运行。 二、 机床数控系统抗干扰措施 图 7-1 机床数控系统组成 机床数控系统组成如图 7-1 所示，系统中既包含高电压、大电流的强电设备， 又包含低电压、小电流的控制与信号处理设备和传感器，即弱电设备。强电设备 产生的强烈电磁骚扰对弱电设备的正常工作构成极大的威胁。此外，系统所在的 生产现场的电磁环境较恶劣，系统外各种动力负载的骚扰、供电系统的骚扰、大 气中的骚扰等都会对系统内的弱电设备产生严重影响，由于弱电设备是控制强电 设备的，所以，一旦弱电设备受到干扰，最终将导致整个系统的瘫痪。 抑制骚扰的发射，切断骚扰的传输途径，提高敏感设备的抗干扰能力是系统 达到电磁兼容的主要手段，最常采用的是屏蔽、滤波、接地三大技术。 7．2 接地技术 接地的含义是提供一个等电位点或电位面,为了防止共地线阻抗干扰,在每 个设备中可能有多种接地线，但概括起来可以分为三类，即保护地线（安全接地）、 工作地线（工作接地）、屏蔽地线（屏蔽接地）。 一、安全接地 为了保护人身和设备的安全，免遭雷击、漏电、静电等危害，设备的机壳、 底盘所接地线称保护地线，应与真正大地连接。保护地线的基本要求参见 机械本体 执行机构 （电动、气动、液动） 传感器 （开关） 数 控 装 置 驱动部件 （电力、电子器件） 大信号 小信号 小信号
“GB5226.1-2002”有关章节的内容。 1、安全接地型式 机床数控系统电源采用“TT”或“TN-S”接地型式,不允许采用“TNC”接 地型式,如图7-2、图7-3、图7-4所示 LI 555 电气装置 接地点 中的设备 外露可导电 1用户的电气装冒 1用户的电气装置 部分(机壳等) 电气装置的接地极 电气装置的接地极 电气装置外露可导电部分直接接地,此接地点在电 气上独立于电源端的接地点 电源端有一点直接接地 图7-2TT系统 电源端 7一电 用户的电气装置 外露可导电 用户的电气装置 部分(机壳等) 「中性导体和保护导体是分开的 电气装置外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接 电源端有一点直接接地 图7-3TN-S系统
“GB5226.1-2002”有关章节的内容。 1、安全接地型式 机床数控系统电源采用“TT”或“TN-S”接地型式，不允许采用“TN-C”接 地型式，如图 7-2、图 7-3、图 7-4 所示。 T T 电源端有一点直接接地 图 7-2 TT 系统 中性导体和保护导体是分开的 T N — S 电源端有一点直接接地 图 7-3 TN-S 系统 电气装置的接地极 电气装置的接地极 电源端 接地点 用户的电气装置 用户的电气装置 L1 L2 L3 N 电气装置 中的设备 外露可导电 部分(机壳等) 电气装置外露可导电部分直接接地，此接地点在电 气上独立于电源端的接地点 电气装置外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接 电源端 接地点 用户的电气装置 用户的电气装置 L1 L2 L3 N PE 电气装置 中的设备 外露可导电 部分(机壳等)
L2B阳 EN 电气装置 中的设备 重复接地 接地点 外露可导电 用户的电气装置 部分(机壳等 用户的电气装置 中性导体和保护导体是合一的 TN一C 电气装置外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接 电源端有一点直接接地 图7-4TNC系统 注1:电气控制柜中最好不要引入中线,如果使用中线,必须在安装图、 电路图及接线端子上予以明确的N标识; 注2:在电气控制柜内部不允许中线与地线联接,也不允许共用一个端子 PEN(PE与N短接的端子称PEN端子)。 2、接地极的制作方法及接地电阻。 习惯上人们常把地下的金属管道作为接地地极,特别是自来水管,由于它们 和土壤之间有大面积的接触,这种方法的接地电阻一般小于39。但要指出的是 用水管做接地电极的安全性。例如:在对建筑物进行维修或对水管系统进行改装 时,通入管道的故障电流或杂散电流就可能对工作人员造成伤害。此外,还要注 意水管金属间的连续性,任何非导体的联接件都可以使水管的接地有效性受到妨 碍 正规的做法是借助埋入地下的金属棒、金属板来实现对大地的电气接触,简 易做法有以下二种。 方法一:采用直径为1.2、1.6或1.9cm,长度为1.8/2.4/3.0/3.6或4.8m 的铜包钢棒(选择地势低、较潮湿的地方)将棒打入或埋入地下,由一根接地棒组 成的单一电极,它的对地电阻往往大于20Ω,一般采用多个金属棒并联构成接
中性导体和保护导体是合一的 T N — C 电气装置外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接 电源端有一点直接接地 图 7-4 TN—C 系统 注 1：电气控制柜中最好不要引入中线，如果使用中线，必须在安装图、 电路图及接线端子上予以明确的 N 标识； 注 2：在电气控制柜内部不允许中线与地线联接，也不允许共用一个端子 PEN（PE 与 N 短接的端子称 PEN 端子）。 2、接地极的制作方法及接地电阻。 习惯上人们常把地下的金属管道作为接地地极，特别是自来水管，由于它们 和土壤之间有大面积的接触，这种方法的接地电阻一般小于 3Ω。但要指出的是 用水管做接地电极的安全性。例如：在对建筑物进行维修或对水管系统进行改装 时，通入管道的故障电流或杂散电流就可能对工作人员造成伤害。此外，还要注 意水管金属间的连续性，任何非导体的联接件都可以使水管的接地有效性受到妨 碍。 正规的做法是借助埋入地下的金属棒、金属板来实现对大地的电气接触，简 易做法有以下二种。 方法一：采用直径为 1.2、1.6 或 1.9cm,长度为 1.8/2.4/3.0/3.6 或 4.8m 的铜包钢棒(选择地势低、较潮湿的地方)将棒打入或埋入地下，由一根接地棒组 成的单一电极，它的对地电阻往往大于 20Ω，一般采用多个金属棒并联构成接 电源端 接地点 用户的电气装置 L1 L2 L3 PEN 电气装置 中的设备 外露可导电 部分(机壳等) 用户的电气装置 重复接地
地电阻小于4Q的接地极,如图7-5所示。 接地极 埋入金属棒后应填实9接地极 1.5~2m ≥3m ≥18m a)将金属棒直接打入或埋入地下(b)挖抗并将金属棒打入或埋入地下 图7-5金属棒埋入地下作接地极 方法二:采用厚度≥5m,面积≥0.5m的金属板(铜板为佳)埋入地底,如 图7-6所示。 埋入金属板后应填实 接地极 加入2~5Kg盐 金属板 图7-6金属板埋入地下作接地极 3、保护接地设计要点 (1〕电气设备都应设计专门的保护导线接线端子(保护接地端子),并且采 用⑤符号标记,也可用黄绿双色标记。不允许用螺丝在外壳、底盘等代替保 护接地端子。 保护接地端子与电气设备的机壳、底盘等应实现良好的搭接,设备的机壳(机 箱)、底盘等应保持电气上连续,保护接地电路的连续性应符合B/T5226.1-19%6 的要求。 (2〕数控系统控制柜内应安装有接地排(可采用厚度≥3m铜板),接地排 接入大地,接地电阻应小于4Q
地电阻小于 4Ω的接地极，如图 7-5 所示。 （a） 将金属棒直接打入或埋入地下 （b）挖抗并将金属棒打入或埋入地下 图 7-5 金属棒埋入地下作接地极 方法二：采用厚度≥5mm，面积≥0.5m 2的金属板(铜板为佳)埋入地底，如 图 7-6 所示。 图 7-6 金属板埋入地下作接地极 3、保护接地设计要点 （1）电气设备都应设计专门的保护导线接线端子（保护接地端子），并且采 用 符号标记 ，也可用黄绿双色标记。不允许用螺丝在外壳、底盘等代替保 护接地端子。 保护接地端子与电气设备的机壳、底盘等应实现良好的搭接，设备的机壳（机 箱）、底盘等应保持电气上连续，保护接地电路的连续性应符合 GB/T5226.1-1996 的要求。 （2）数控系统控制柜内应安装有接地排（可采用厚度≥3mm 铜板），接地排 接入大地，接地电阻应小于 4Ω。 接地极 埋入金属棒后应填实 ≥3m 接地极 ≥1.8m 1.5~2m ≥2.5m 金属板 埋入金属板后应填实 接地极 加入2~5Kg盐