1、新技術(shù)應(yīng)用（數(shù)控） 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,使各行各業(yè)的產(chǎn)品更新?lián)Q代日趨頻繁,特別是微電子、計算 機技術(shù)的發(fā)展,使電氣技術(shù)更是日新月異。作為高級電氣維護人員,應(yīng)及時熟悉和掌握電氣 技術(shù)領(lǐng)域中的新技術(shù)、新工藝、新動態(tài),來指導(dǎo)自己的工作,以便使工作能更加得心應(yīng)手。 本章從簡單的基礎(chǔ)知識入手,介紹了數(shù)控技術(shù)、計算機網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、自動化設(shè)備及生產(chǎn)線技術(shù)、電氣抗干擾技術(shù)等,作為入門引導(dǎo),希望能起到拋磚引玉的作用,能為今后的學(xué)習(xí)起到一個良好的開端。一、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)概述1、數(shù)據(jù)輸入裝置 數(shù)據(jù)輸入裝置是將指令信息和各種應(yīng)用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機(已很少使用)、3.5i

2、n軟盤驅(qū)動器、CNC鍵盤(一般輸入操作)、數(shù)控系統(tǒng)配備的硬盤及驅(qū)動裝置(用于大量數(shù)據(jù)的存儲保護)、磁帶機(較少使用)、計算機等等。 2、數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)據(jù)系統(tǒng)是數(shù)控機床的中樞,它將接到的全部功能指令進行解碼、運算,然后有序地發(fā)出各種需要的運動指令和各種機床功能的控制指令,直至運動和功能結(jié)束。發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)西門子數(shù)控系統(tǒng)3、可編程序控制器 它是機床各項功能的邏輯控制中心?？梢詫碜訡NC的各種運動及功能指令進行邏輯 排序,使它們能夠準(zhǔn)確地、協(xié)調(diào)有序地安全運行;同時將來自機床的各種信息及工作狀態(tài)傳 送給CNC,使CNC能及時準(zhǔn)確地發(fā)出進一步的控制指令,以實現(xiàn)對整個機床的控制。分類：獨立式和內(nèi)裝型，如圖

3、所示三菱獨立式PLCFANUC內(nèi)裝式PLC4、主軸驅(qū)動系統(tǒng) 主軸驅(qū)動系統(tǒng)接收來自CNC的驅(qū)動指令,經(jīng)速度與轉(zhuǎn)矩(功率)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號驅(qū) 動主軸電動機轉(zhuǎn)動,同時接收速度反饋信號,以實施速度閉環(huán)控制。它還通過PLC將主軸 的各種現(xiàn)實工作狀態(tài)通告CNC用以完成對主軸的各項功能控制。 5、進給伺服系統(tǒng) 進給伺服系統(tǒng)接收來自CNC對每個運動坐標(biāo)軸分別提供的速度指令,經(jīng)速度與電流 (轉(zhuǎn)矩)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號驅(qū)動伺服電動機轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)機床坐標(biāo)軸運動,同時接收速度反饋信號,以實施速度閉環(huán)控制。它也通過PLC與CNC通信,通報現(xiàn)時工作狀態(tài)并接受CNC的控制。 6、電器硬件電路 隨著PLC功能的不斷強大,電器硬件電

4、路的主要任務(wù)是電源的生成與控制電路、隔離繼電器部分及各類執(zhí)行電器(繼電器、接觸器),很少還有繼電器邏輯電路的存在。7、機床電器部分 它包括所有的電動機、電磁閥、制動器、各種開關(guān)等。它們是實現(xiàn)機床各種動作的執(zhí)行者和機床各種現(xiàn)實狀態(tài)的報告員。這里可能的主要故障多數(shù)屬于電器自身的損壞和連接導(dǎo)線、電纜的脫開或斷裂。8、速度測量 速度測量通常由集裝于主軸和進給電動機中的測速發(fā)電機來完成。它將電動機實際轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓值并送回伺服驅(qū)動系統(tǒng)作為速度反饋信號,與指令速度電壓值進行比較,從而實現(xiàn)速度的精確控制。應(yīng)注意測速反饋電壓的匹配連接,并且不要拆卸測速發(fā)電機。由此引起的速度失控多是 由于測速反饋線接反或者斷線

5、所致。9、位置測量 較早期的機床使用直線或圓形同步感應(yīng)器或者旋轉(zhuǎn)變壓器（現(xiàn)在很少用）進行位置測量,而現(xiàn)代機床多采用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測量元件。它們對機床坐標(biāo)軸在運行中的實際位置進行直接或間接的測量,將測量值反饋到CNC并與指令位移相比較直至坐標(biāo)軸到達指令位置, 從而實現(xiàn)對位置的精確控制。10、外部設(shè)備 一般指計算機、打印機等輸出設(shè)備,多數(shù)不屬于機床的基本配置。使用中的主要問題與輸入裝置一樣,是匹配問題。光柵尺光電編碼器二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝1、數(shù)控裝置安裝環(huán)境要求 數(shù)控裝置在以下環(huán)境中能正常工作:(1)環(huán)境溫度。0450C。(2)相對濕度。通常75%,短時一個月內(nèi) 95 %。(3)振動

6、運行時。0.5G。(4)大氣壓強。 86106kPa。2、數(shù)控電氣控制柜的要求1)在數(shù)控裝置的背面與電氣柜壁之間應(yīng)留有不少于l00mm的間隙,以便于連接與數(shù)控裝置相連的電纜,利于電氣柜內(nèi)空氣的流通和散熱。 2)電氣柜的結(jié)構(gòu)必須達到IP54防護等級以上。3)在電氣柜門等接縫處,應(yīng)貼密封條,密封所有縫隙。4)電纜入口處應(yīng)密封,在現(xiàn)場應(yīng)容易打開。5)采用風(fēng)扇或熱交換器等對電氣柜散熱,使空氣對流,如采用風(fēng)扇散熱,在進風(fēng)、出風(fēng)口必須使用空氣過濾網(wǎng)。6)電氣柜應(yīng)安裝在易于調(diào)試、維修的地方。3、數(shù)控系統(tǒng)接地技術(shù)在工業(yè)環(huán)境下工作的數(shù)控機床系統(tǒng)接地一般分為保護接地、工作接地、屏蔽接地。（1）保護接地 1)接地排

7、的使用。數(shù)控系統(tǒng)控制柜內(nèi)應(yīng)安裝有接地排(可采用厚度不小于3mm 的銅板),將其與大地相接,接地電阻應(yīng)小于4。系統(tǒng)內(nèi)各電氣設(shè)備的保護接地端子用盡量粗和短的黃綠雙色線連接到接地排上。2)保護接地線不要構(gòu)成環(huán)路。3)設(shè)備金屬外殼(或機箱)良好接地(大地),是抑制靜電放電干擾的最主要措施。 一旦發(fā)生靜電放電,放電電流可以由機箱外層流入大地,不會影響內(nèi)部電路的正常工作。 4)設(shè)備外殼接大地,起到屏蔽作用,減少與其他設(shè)備的相互電磁干擾。(2)工作接地 為了保證設(shè)備的正常工作,如直流電源常需要有一極接地,作為參考零電位,其他極與之比較,例如15V、5V、24V等。信號傳輸也常需要有一根接地線,作為基準(zhǔn)電位,

8、傳輸信號的大小與該基準(zhǔn)電位相比較。 這類地線稱為工作地線,在系統(tǒng)中一定要注意工作地線的正確接法,否則非但起不到保護作用反而可能產(chǎn)生干擾,如共地線阻抗干擾、地環(huán)路干擾、共模電流輻射等等。工作接地方式有浮地、單點接地和多點接地。1)浮地。工作地線與金屬機箱絕緣, 工作地線是浮置的,其目的是防止外來共模噪聲對內(nèi)部電子電路產(chǎn)生干擾, 2)單點接地。單點接地是指一個電路或設(shè)備中,只有一個物理點被定義為接地參考點,而其他凡是需要接地的點都被接到這 一點上。如果一個系統(tǒng)包含許多設(shè)備,則每個設(shè)備的“地”都是獨立的,設(shè)備內(nèi)電路采 用自己的單點接地,然后整個系統(tǒng)的各個設(shè)備的“地”都連到系統(tǒng)唯一指定的參考點上。3)

9、多點接地。多點接地是指設(shè)備(或系統(tǒng))中的各個接地點都直接接 到距它最近的接地平面上,以便使接地線的長度為最短,接地平面可以是設(shè)備的底板、專用接地線,甚至是設(shè)備的框架。(3)屏蔽接地 為了抑制噪聲, 電纜、變壓器等的屏蔽層需要接地,相 應(yīng)的地線稱為屏蔽地線。屏蔽電纜的種類很多,一般可分為普通屏蔽線、雙絞屏蔽線、同軸電纜等幾種。普通帶編織層的多芯電纜具有電場屏蔽作用,屏蔽雙絞線其總屏蔽層可以抑制電場干擾,雙絞線可以抑制磁場干擾。1)普通屏蔽線。 它適用于工作頻率30KHz以下,特殊情況可用到幾百千赫。普通屏蔽線用于輸入/輸出信號線、模擬信號線、脈沖式接口驅(qū)動器控制信號線(線長2m)、計算 機串行通

10、信線(線長 2m)、電源線、電機電源線。2)雙絞線和屏蔽雙絞線 適用于工作頻率100KHz以下,特殊情況可用到幾百千赫。 雙絞線具有較好的磁場屏蔽性能,主要用于直流電源線、小功率交流電源線( 2m),計算機串行通信線(線長2m)。3)同軸電纜。適用于工作頻率1000MHz以下。4)雙重屏蔽電纜。在系統(tǒng)中,如果采用一根電纜同時傳輸模擬信號和高頻數(shù)字信號, 時必須采用各自屏蔽線外再包一層總屏蔽的雙重屏蔽電纜,這種電纜能防止電纜內(nèi)部信號線間的干擾。5)屏蔽層的接法:低頻電路屏蔽層的接地方法高頻電路屏蔽層的接地方法。 電路通常是雙端接地,屏蔽電纜的屏蔽層也應(yīng)雙端接 地,雙端接地能對電場產(chǎn)生屏蔽,對高頻

11、磁場也能產(chǎn)生屏蔽作用。 4、信號線的干擾抑制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)中,各種信號線最容易受到干擾,而引起設(shè)備工作不正常。通常采用絕緣隔 離、阻抗匹配、平衡傳輸、屏蔽與接地、合理布線等措施來抑制干擾,而信號線采取濾波是 抗干擾的另一重要措施。 (1)模擬信號線干擾抑制1)模擬信號線特別容易受到外部干擾的影響,因此,所用配線應(yīng)盡可能短,并應(yīng)使用屏蔽線, 2)伺服驅(qū)動器或變頻器連接模擬信號輸出設(shè)備(數(shù)控裝置)時,有時會由于模擬信號輸出設(shè)備或由伺服驅(qū)動器或變頻器產(chǎn)生的干擾引起誤動作,發(fā)生這種情況時,可在外部模擬 信號輸出設(shè)備連接電容器鐵氧體磁環(huán)。 3)對變化緩慢的模擬信號可以采用RC低通濾波。 4)用電流傳輸代

12、替電壓在傳輸線上傳輸,然后通過長線終端的并聯(lián)電阻,再變成電壓信號,此時傳輸線一定要屏蔽并“單端接地”。 (2)數(shù)字信號線干擾抑制 1)由于布線不當(dāng),信號環(huán)路面積較大引起數(shù)字信號波形振蕩,可采取串聯(lián)阻尼電阻或插入低通濾波器來抑制。 2)輸入/輸出傳輸線在連接器端口處應(yīng)加高頻去藕電容。通常輸入/輸出信號的頻率要低于時鐘頻率,高頻去藕電容的選擇應(yīng)能保證輸入/輸出信號正常傳輸,而濾除高頻時鐘頻 率及其諧波。高頻去藕電容應(yīng)接在輸入/輸出線和地線之歸。 3)在信號線上,安裝數(shù)據(jù)線濾這器,有效抑制高頻共模干擾,數(shù)據(jù)線濾波器由鐵氧體磁環(huán)或穿心電容構(gòu)成,例如:將鐵氧體磁環(huán)在靠近邊處套住輸入電纜,最好的辦法是直接

13、帶濾波器的連接器,這種連接器的插座上每個引腳帶有鐵氧體磁珠和穿心電容組成的濾波器。 4)光電編碼器、手搖脈沖發(fā)生器、光柵尺等輸出信號在接收端并聯(lián)電容可以有效抑制 高頻干擾。 5)降低敏感線路的輸入阻抗,如在CMOS電路的入口端對地并聯(lián)一個電容或一個阻值較低的電阻,可以降低因靜電容而引入的干擾;對差動傳輸?shù)臄?shù)字信號,在信號輸入端并接 電阻和電容,提高干擾抑制能力。三、數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試1、調(diào)試前的檢查1)檢查所有的電纜連接,檢查繼電器、電磁閥等器件的續(xù)流二極管的極性。2)檢查電動機強電電纜的連接相序。3)交流伺服進給裝置的位置控制電纜、碼盤反饋電纜、電動機電源電纜的一一對應(yīng)關(guān)系。4)確認(rèn)主軸單元接收

14、的模擬電壓指令的類型。5)確認(rèn)所有地線都可靠連接。6)確認(rèn)急停按鈕與急?；芈返挠行浴Ｄ鼙ＷC急停按鈕按下或急?；芈窋嚅_后,能夠斷開進給驅(qū)動裝置、主軸驅(qū)動裝置等運動部件的動力電源。7)確保電路中各部分電源的規(guī)格電壓正確,極性是否連接正確。8)確保電路中各部分變壓器的規(guī)格和進出方向正確。確保電路中各斷路器等器件的電源進出線方向正確。2.系統(tǒng)通電1)按下急停按鈕,確保系統(tǒng)中所有斷路器已斷開。2)合上電氣柜主電源斷路器。3)接通控制直流24V的斷路器或熔斷器,檢查DC 24V電源是否正常。4)檢查其他部分電源是否正常。5)給數(shù)控裝置通電。3.系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定根據(jù)系統(tǒng)使用手冊,進行控制參數(shù)、速度參數(shù)和驅(qū)動器

15、參數(shù)等的設(shè)定。4.PLC 調(diào)試有的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置了PLC,可根據(jù)機床電氣原理圖進在調(diào)試。1)操作數(shù)控裝置,進入輸入、輸出開關(guān)量顯示狀態(tài),檢查PLC輸入、輸出點的連接和 邏輯關(guān)系是否正確。2)在PLC狀態(tài)中檢查所需的輸入、輸出開關(guān)量是否正確,若沒有則檢查外部電路的連 線或PLC源程序編寫是否正確。3)檢查由繼電器控制的接觸器、電磁閥等開關(guān)是否動作,若動作不正?；驔]有動作, 則檢查外部電路的連線是否正確。5.機床調(diào)試數(shù)控裝置與機床正確連接安裝后,可按以下步驟進行調(diào)試: 1)確認(rèn)機床超程限位開關(guān)有效后,才可以連接機床調(diào)試。2)在急停情況下,按動機床上的超程限位開關(guān),檢查所對應(yīng)的開關(guān)量輸入狀態(tài)的變 并檢查超程限位開關(guān)是否接線正確。3)在于動或手輪方式情況下,控制電動機慢速轉(zhuǎn)動,然后控制電動機快速轉(zhuǎn)動。 4)根據(jù)具體情況調(diào)整快移加減速時間常數(shù)等相關(guān)的伺服參數(shù)。5)檢查機床移動方向和移動距離是否與數(shù)控裝置所發(fā)出的位移方向和位移指令相 致,否則修改系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)。6)手動或手搖狀態(tài)下,慢速移動各坐標(biāo)軸,檢查各軸的超程限位開關(guān)的有效性及報 顯示