摘要：随着接地保护技术广泛的应用，数控设备的使用对其要求越来越高，针对由于接地保护处理不好导致数控设备故障问题造成的外部故障，数控设备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，本文笔者结合自身工作实践制定专项措施进行控制，以期为提高电气设备安全性能提供理论依据。
关键词：电气设备；接地保护；屏蔽保护
很多数控机床的用户对三相动力电源的中线和保扩接地的区别认识模糊。数控机床在生产现场的保护接地是影响数控机床可靠性的重要因素之一。我国的动力电源为三相380vAc，采用三相四线制的供电方式。数控机床属于敏感电气设备，在通用电气安装标准中规定，数控机床必须连接保护接地，目前数控设备比较普及，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，提高设备整体可靠性存在积极意义。在设备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设备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：
A数字地：也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。
B模拟地：是各种模拟量信号的零电位。
C信号地：通常为传感器的地。
D交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地
E直流地：直流供电电源的地。
F屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。
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。
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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。对数控系统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），电路通常是单端接地，信号电缆的屏蔽层也应单端接地，单端接地对电场起到主动屏蔽的作用，也能起到被动屏蔽作用，但对磁场没有屏蔽作用。当电缆的长度l<0。15λ（λ=c/f）时，则要求单点接地。无论是单芯或是多芯屏蔽电缆，在电源和负载电路中，一端为接地点，另一端与地绝缘，其中接地点就是屏蔽层的接地。一般均在输出端接地，不存在接地环路，屏蔽效果好，这是电缆层屏蔽最佳接地形式，也可在输人端接地。对于高频电路（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等于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：
3.1电柜的接地实例：挖一条长15米以上深70公分的沟，用镀锌1.5米三角铁在沟中每米打下三角铁一根，然后用镀锌圆铁全部焊接连接在一起。检测安装地线是否合格应在距离安装地线50米以外另用镀锌铁打下70Cm后，与安装地线用欧母表测得电阻值在4Ω以下为合格，此地线方可作为配电箱的接地用。
3.2 PLC系统的接地实例：当频率低于1MHz时，可用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在1"10MHz间采用哪种接地视实际情况而定。PLC组成的控制系统常用一点接地，接地线截面积不能小于2mm²，接地电阻不能大于100Ω，接地线最好是专用地线。若达不到这种要求，也可采用公共接地方式，禁止采用与其它设备串联接地的方式。
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，它可以减少设备的停机时间，为企业产生更高的经济效益。
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；
[3]蒋昌虎 .《锻压装备与制造技术》中国机床工具工业协会，2016，51（3）：11-13
论文作者:杨海杰1,田瑞瑞2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第10期
论文发表时间:2017/8/8
标签：屏蔽论文; 地线论文; 数控机床论文; 机床论文; 故障论文; 信号论文; 电气论文; 《电力设备》2017年第10期论文;