6. Научно-исследовательская работа
Исследование помех в системе устройство ЧПУ – станок
Быстрый рост энерговооруженности промышленных предприятий и интенсификация технологических процессов приводят к сильному «загрязнению» сети питания электрическими помехами, к которым устройства ЧПУ (УЧПУ), работающие на быстродействующих логических элементах, имеют высокую чувствительность. В связи повышение помехоустойчивости станков с УЧПУ является весьма актуальной проблемой.
При исследовании статических характеристик помех в сети питания, создаваемые электрооборудованием станка, определили, что эти помехи могут значительно превышать напряжение сети питания и имеют широкую полосу частот. На этой основе разработаны рекомендации по рациональному монтажу УЧПУ и станка, выбрана оптимальная топология сети питания цеха, дана оценка эффективности применяемых мер защиты.
Помехи, создаваемые в сети питания электрооборудованием станка, измеряли на станке мод. 6Р13РФ3 при включении-выключении сетевого автомата и при коммутациях привода главного движения. Анализатор помех подключали в точке подсоединения станка к общей сети питания цеха.
В процессе измерений сначала с помощью анализатора помех устанавливали необходимый уровень (порог) Uп измерения по амплитуде.
а) б)
Рисунок 6.1- Зависимости числа N помех (а) и средней их длительности
τ (б) от порога Uп измерений: 1, 2и 3 — для привода главного
движения станков № 4, 30 при n = 90 об/мин и станка № 4 при
n = 22,4 об/мин; 4 — для двух сетевых автоматов
После этого включали и выключали то или иное электрооборудование и регистрировали число N помех, превысивших установленный порог измерения, а также их среднюю длительность τ на этом пороге. Зависимости N = f (Uп) и τ = φ (Uп) приведены на рис. 1.
Измерения проводили только тогда, когда в сети питания не было никаких помех от других источников. Каждую точку графика усредняли по 50—100 включениям.
Результаты измерений показывают, что наибольшие помехи возникают при включении сетевого автомата (и связанного с ним магнитного пускателя). Включение привода главного движения создает помехи, не превышающие 100 В. Их уровень мало зависит от частоты вращения шпинделя, а больше от состояния контактных поверхностей пусковых контакторов и коллектора. Помехи имеют широкие пределы длительности — от 0,2 икс до 3 мс.
Измерения показали, что у аналогичных станков, в которых питание главного привода и привода подач осуществляется через дроссели, питание на привод подач поступает через Z-трансформатор (380 В : 380 В) с заземленным экраном между обмотками, а питание на УЧПУ — через проходные конденсаторы емкостью С = 0,05 мкФ, уровень помех, вносимых электрооборудованием, ниже, чем у станка мод. 6Р13РФ3.
В последнем из-за отсутствия гальванической развязки между цепями питания станка и УЧПУ помехи, создаваемые при коммутации станка, и помехи из общей сети питания попадают на вход УЧПУ. В соответствии с РТМ 25213—75 можно рекомендовать шунтировать обмотки реле постоянного тока диодами, обмотки реле переменного тока — последовательно включенными резистором и конденсатором (R = 100 ÷ 300Ом, С = 0,22 ÷ 0,47 мкФ), обмотки электродвигателя — аналогичной RС-цепочкой с R = 200 ÷ 500 Ом, С = 0,2 ÷ 0,5 мкФ.
Для уменьшения влияния любых помех на входе УЧПУ включают сетевой фильтр. Эффективность его применения определяли путем измерения уровня помех, возникающих при включении привода главного движения (на станке мод. 6Р13РФ3). При этом использовали два анализатора помех, один из которых присоединяли ко входу, а другой — к выходу сетевого фильтра. Ниже приведены результаты измерений.
Порог измерений Uп, В: 1,1; 2,1; 2,9; 3,9; 4,9.
Число включений привода на входе/выходе фильтра: 3/3, 3/10, 4/10, 10/—, 1С/— .
Число помех на входе/выходе фильтра: 75/58, 46/0, 9/0, О/—, О/—.
Таким образом, применение сетевого фильтра существенно снижает уровень помех, попадающих на вход УЧПУ по цепи питания.
Влияние топологии сети питания на уровень помех исследовали в двух цехах. В первом цехе станки получали питание от общего фидера, к которому было присоединено и другое электрооборудование цеха; при этом применяли магистральную схему питания станков.
Во втором цехе от электроподстанции был отведен специальный фидер, от которого питание подавалось к станкам по радиальной схеме. Анализатор помех подключали в точке присоединения станка к общей сети питания цеха. Длительность одного измерения соответствовала длительности программы, включающей основные операции станка.
а)
б)
Рисунок 6.2 – Распределение мгновенных амплитуд импульсных
помех (б) и их длительностей τ (а) при магистральной (1)
и радиальной (2) схемах питания станков
По результатам измерений подсчитаны значения функций распределения мгновенных амплитуд импульсных помех и их длительностей и построены соответствующие графики (рис. 2). Из рисунка 2 видно, что адекватной моделью для распределения амплитуд импульсных помех может служить логнормальная функция
,
а для распределения длительности помех — экспоненциальная функция
.
Результаты измерений проверяли также по специально составленным программам на ЭВМ по критериям Колмогорова и χ2. Подсчитаны параметры распределений: µ = 0,22 и 1,04; σ = 1,15 и 1,34; λ = 0,378 и 0,23 соответственно для первого и второго цехов.
По этим данным можно оценить работоспособность УЧПУ при воздействии на них помех. Подсчитаем вероятность Рсб сбоя системы в обоих цехах: Рсб = Р (U > Uо.п)Р (τ > τо.п).
Следовательно, радиальная схема питания станков с точки зрения помехоустойчивости значительно эффективнее.
На основе проведенных исследований можно дать следующие рекомендации, обеспечивающие работу системы УЧПУ — станок без сбоев и позволяющие принять меры ее защиты от помех.
1. Подключение УЧПУ и станка к сети питания должно быть раздельным.
2. Наиболее целесообразной для подключения УЧПУ к сети питания и заземление отдельных частей станка является радиальная схема.
3. При использовании станка с ЧПУ для выполнения особо ответственных работ (после проведения технико-экономического анализа в каждом конкретном случае) для питания УЧПУ следует применять мотор-генератор или стабилизатор напряжения.
4. Сечение питающих проводов должно быть на 50% больше по сравнению с расчетным.
5. Необходимо установить помехоподавляющие устройства на отдельные источники помех.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.