1 曲轴磨床数控系统的组成

　　曲轴磨床采用PLC数控系统，其主机为欧姆龙型可编程控制器，所有加工动作均由PLC程序控制。系统的软、硬件均采用积木式结构，针对不同的要求配置相应的软、硬件。在PLC的底板上配有位控模块、高速计数模块、动态输出模块等特殊模块和若干输入、输出模块。外围电路包括两台步进电动机、一台光电编码器、数码管、继电器、变频器、驱动电源等电器元件。在加工过程中，位控模块按照拨码开关设定参数，在PLC主机的控制下，自动完成加速、保持、减速、定位及间隙补偿等一系列复杂操作。由于外围设备较易受到干扰，从而影响整个系统的可靠性。

2 干扰源的分析

　　2.1 交变磁场干扰

　　在大功率电动机、变压器及有大电流通过的电线，周围都有较强的交变磁场。交变磁场可在场内的导体中产生感应电动势。在曲轴数控磨床工作时，其主电动机工作所产生的干扰，有可能使现场控制器所用位控模块中的CPU运行出错，存储器内数据改变，导致步进电动机工作失常。

　　2.2 电源系统引入的干扰

　　大功率的设备会造成电网的严重污染，使电网电压大幅度的涨落、浪涌。由于我国采用高压(220 V)高内阻电网，电网污染严重。尽管系统采用了稳压措施，但电网噪声仍会窜人系统。据统计，电源的瞬时短路、欠压、过压；电网窜入的噪声引起CPU误动作及数据丢失占各种干扰的90％以上，因此在抗干扰设计中，应重点考虑电源干扰。

　　2.3 导线相互耦合干扰

　　PLC数控系统内部有大量的导线，导线之间的相互耦合是干扰系统工作的原因之一。这种耦合可以分为：同一电路间的耦合、板间耦合、I／O信号间的耦合、电源线与系统的耦合。从性质上看，这种耦合是电场耦合或磁场耦合。

　　2.4 空间干扰

　　空间干扰是指大气层发生的自然现象所引起的干扰以及来自宇宙的电磁波辐射干扰。如雷电、大气低层电场的变化、电离层变化、太阳黑子的电磁波幅射。其中雷电干扰最为严重。雷电不仅会造成回路的强干扰，还会烧毁防爆栅或输入模块。

3 硬件抗干扰措施

　消除各种干扰对数控系统的影响，可采取两方面的措施：一方面要积极设法采取各种措施消除干扰的来源，或者把干扰减弱到控制系统能够忍受的范围之内；另一方面在干扰进入的情况下，积极地削弱干扰的影响，使控制在有突发性干扰的情况下也能正常地工作。措施如下：

　　3.1 屏蔽干扰源

　　为保证PLC数控系统稳定工作，系统要求其安装空间中磁场强度小于200 A／m(2.5 Qe)，电场强度小于0.5 V／m。系统为此采取的措施是屏蔽干扰。数控系统安装在金属外壳的机箱中，活动部分之间保持良好的电气连接。曲轴数控磨床安装到采取屏蔽的房间中，房内墙安装一层金属网。
 

　　3.2 供电系统中的抗干扰措施

　　(1)采用滤波和屏蔽

　　如图1所示，使用隔离变压器，必须注意两点：一是屏蔽层要良好接地；二是次级连接要使用双绞线(双绞线能减少电源线间干扰)，隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初、次级间再加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线；次级的屏蔽层和初、次级间屏蔽层接至直流地端。

 
图1交流电源滤波和屏蔽示意图

　　(2)采用交流稳压

　　为了抑制电网大容量设备起、停引起的电网电压波动，保持交流供电电压的稳定，对交流电源，在滤波前一般还采用稳压(图2)。

 
图2交流稳压

　　3.3 抑制外部配线干扰的措施

　　为了防止或减少外部配线的干扰，可采取以下措施：(1)交流输入输出信号与直流输入输出信号分别使用各自的电缆；(2)集成电路或晶体管设备的输入输出信号线，必须使用屏蔽电缆，屏蔽电缆输入／输出侧悬空，而在控制器侧则接地；(3)控制器的接地线与电源线或动力线分开。

　　3.4 空间干扰的抑制

　　防止空间干扰的主要方法是屏蔽和接地，要做到良好的屏蔽和正确接地，应采取以下措施：(1)采用屏蔽层的信号线，并将屏蔽层单端接地；(2)信号传输采用光电耦合器；(3)尽量使控制器与其它设备分别接地；(4)接地线应尽量避开强电回路和主回路电线，不能避开时，应垂直相交。

4 软件抗干扰措施

　　软件采取的抗干扰措施就是把输入到PLC中的干扰信号采取数字滤波和容错来消除干扰信号。由于数字滤波和容错是通过程序实现的，不需要任何硬件设备，故经济、有效。既确保了系统不会因干扰而停止工作，又能满足加工所要求的精度。

　　4.1 数字滤波

　　对于较低信噪比模拟信号，常因现场瞬时干扰而产生较大波动，若仅用瞬时采样值进行控制计算，会产生较大误差。为此，可把现场模拟量信号经A／D转换后变为离散的数字量信号，然后将形成的数据按时间序列存入PLC内存，再利用数字滤波程序进行处理，滤去噪声部分获得单纯信号。其在控制系统中的位置如图3所示。

 
图3数字滤波示意图

　　方法进行预处理。对输入信号用10次采样值的平均值来代替当前值，但并不是通常的每采样10次求一次平均值，而是每采样一次就与最近的9次历史采样值相加，即：

　　4.2 软件容错

　　为提高系统运行可靠性，使PLC在信号出错的情况下能及时发现错误，并能排除错误的影响继续工作，在程序编制中还应用了软件容错技术。

　　(1)在机床工作时，对于非严重影响设备运行的故障信号，在程序中采取不同时间的判断，以防止输入接点的抖动而产生“伪报警”。若延时后信号仍不消失，再执行相应动作；

　　(2)充分利用信号间的组合逻辑关系构成条件判断，使个别信号出现错误时，系统不会因错误判断而影正常的逻辑功能。

　　根据实际情况采用不同的数字滤波和容错技术使用方便、灵活，可做为硬件抗干扰的补充，进一步提高数控系统的抗干扰能力。