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摘要：电磁干扰是一种普遍存在的现象，对数控系统的正常工作有负面影响，抗干扰措施是数控系统设计中必须考虑的问题。电路设计和工艺设计的优化可以有效消除或者部分抵消电磁干扰的破坏作用。
关键词：电磁干扰；抗干扰；设计优化
数控系统的设计要求系统动作准确无误，每个控制动作都要达到它想要的目的。造成数控系统工作不正常的原因除了系统故障外大部分是受到外界电磁干扰。
电磁干扰源可以分为两大类：自然干扰源与和人为干扰源。自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。人为干扰源是人工装置工作过程中产生的电磁能量干扰，其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置，如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备，称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射，如电火花线切割机床，电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等。因此这部分又成为无意发射干扰源。
1.本文只针对人为干扰源中的无意发射干扰源的抗干扰措施进行一些探讨。
常见的抗干扰措施一般有以下几种：
1.1.利用接地技术消除电磁干扰
要确保数控系统中的所有设备接地良好，需要根据数控系统工作电流按照相关国家标准选用符合要求线径的接地线（黄绿线）连接到电源进线接地点（PE）的接地母排上。接地线（黄绿线）应该尽可能的短以保证接地电阻值符合相关国家标准要求。尤其要注意包括变频器、开关电源，电机驱动器等工作时有高频开关脉冲以及变压器、供电设备等产生工频干扰的设备的可靠接地。
1.2.使用滤波电路降低干扰
数控系统电源增加滤波线路措施可以有：数控系统电源的交流输入线路中串接一电抗器，它可以降低谐波成分，增加电源阻抗，并帮助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的尖峰电压，确保电源不受电网供电电压波动影响；数控系统电源的直流输出线路中使用低通滤波器，采用低通滤波器后可以有效滤除高频干扰产生的毛刺脉冲，稳定的直流输出电压可以确保数控系统电路的工作可靠。
1.3.优化印制板布局设计
优化印制板布局设计主要要考虑印制板上元器件的布局、元器件连接铜皮的走向布局、滤波电容的位置布局和不同类型电路的位置布局。一般来说印制板布局设计要做到以下几点：
1.3.1.器件之间的传输连接线尽可能短；
1.3.2.走强电信号的元器件和走弱电信号的元器件尽可能放置在不同区域；
1.3.3.模拟电路和数字电路应尽可能分区域放置；
1.3.4.电源滤波电容应靠近用电器件。
1.3.5.地线的设计应做到小电流向大电流会聚，如果构成了回路，应尽可能缩小回路面积；
1.4.优化弱电信号线路设计
在数控系统中控制信号通常是弱电信号，供电电压一般是5V-24V，电流也是mA级的，这样的信号很容易被外界的强干扰（如电火花线切割机床大电流放电时产生的高频脉冲干扰）影响，造成数控系统误动作或者不动作。针对这些干扰在电路设计上采取一些补救措施就成为设计中必须考虑的问题。
1.5.利用屏蔽技术减少电磁干扰
如果数控系统抗干扰措施不力会出现下列现象：看到液晶显示屏幕上出现很多白色斑点，有时候斑点多到让用户无法忍受；屏幕上出现一些误报信息；键盘或者触摸屏按下没有反应；主控计算机死机或者自动重新启动等等。
出现上述现象的原因是：数控系统附近存在一个强电磁场，强电磁场的辐射使得在数控系统工作环境充满电磁干扰噪声，数控系统的控制电路在这样的环境里会耦合电磁波，干扰系统的正常工作；数控系统内部导线也暴露在这个电磁场里，感应电磁干扰噪声，感应噪声经过导线传递到电路的其余部分从而破坏电路的正常工作；另外由于部分强电流信号线路和弱电流信号线路共用一个地线，通过公共负载电磁干扰也被耦合到弱电流信号线路中，对于弱电流信号这样的耦合会改变信号电平，引发错误信号，造成系统出错，甚至系统直接崩溃。
要解决这些问题除了前文提到的一些措施外还可以利用屏蔽技术减少电磁干扰。
1.6.数控系统内部连线的处理
数控系统内部连线有时候会很长，容易受到干扰，为提高控制信号在传输过程中的抗干扰能力可以采取以下一些措施：
1.6.1.传输电缆上套磁环
传输电缆上套磁环有两种方式：一种是选一磁环内径略大于电缆外径的磁环，将磁环直接套在电缆上后再做电缆和连接件的连接；另一种是选用磁环内径足够大的磁环，将电缆做8字绕法，穿过磁环后再做电缆和连接件的连接。两种方式中8字绕法抗干扰效果更好一些。不同磁环材料的性能有所差异，因此根据需要磁环工作频率选择不同的材料。普通磁环材料有镍锌铁氧体或锰锌铁氧体，它们的差异主要在磁导率：锰锌铁氧体的磁导率在几千到上万，镍锌铁氧体在几百到上千。铁氧体的磁导率越高，其低频时的阻抗越大，高频时的阻抗越小。所以，在抑制高频干扰时，宜选用镍锌铁氧体；反之则用锰锌铁氧体。或在同一束电缆上同时套上锰锌和镍锌铁氧体，这样可以抑制的干扰频段较宽。
1.6.2.供电电缆和控制信号电缆分开走线，并且要有保持一定距离。如果可能经不同的金属走线槽走线来保证隔离效果。
1.7.软件抗干扰
高频干扰通常是脉宽不宽的随机脉冲，利用这个特点数控系统可以在控制软件中进行一些处理。具体地说就是对于控制系统发出的输出信号如果是维持一种状态的信号可以隔一段时间就重复发一次信号，确保状态信号不会因为受干扰而改变；如果发出输出信号仅仅是实现一个动作，那么为保证实现这个动作可以连续发几个相同信号来避免输出信号被干扰信号掩盖；控制系统对输入信号的处理可以连续读输入端口的数据几次确保读入的数据正确。
2.结束语
在工业高度发展的今天，各种电气设备的使用已是普遍现象，其中不少设备会产生强烈的电磁干扰，造成数控系统不受干扰几乎是不可能的，因此如何设计数控系统来保证数控功能可靠稳定的实现需要认真考虑。抗干扰措施多种多样，前文提到的那些措施也不是很完全，设计人员应根据不同数控系统具体的工作方式、工作环境采用适合的抗干扰措施。
参考文献：
[1] 郑晓峰. 《数控原理与系统》.北京：机械工业出版社
[2] 刘国通，李传伟. 《屏蔽和接地在数控系统抗干扰中的应用》
[3] 王宏颖. 《抗干扰在数控系统中的设计》[J].机床电器
关键词：电磁干扰；抗干扰；设计优化
数控系统的设计要求系统动作准确无误，每个控制动作都要达到它想要的目的。造成数控系统工作不正常的原因除了系统故障外大部分是受到外界电磁干扰。
电磁干扰源可以分为两大类：自然干扰源与和人为干扰源。自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。人为干扰源是人工装置工作过程中产生的电磁能量干扰，其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置，如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备，称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射，如电火花线切割机床，电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等。因此这部分又成为无意发射干扰源。
1.本文只针对人为干扰源中的无意发射干扰源的抗干扰措施进行一些探讨。
常见的抗干扰措施一般有以下几种：
1.1.利用接地技术消除电磁干扰
要确保数控系统中的所有设备接地良好，需要根据数控系统工作电流按照相关国家标准选用符合要求线径的接地线（黄绿线）连接到电源进线接地点（PE）的接地母排上。接地线（黄绿线）应该尽可能的短以保证接地电阻值符合相关国家标准要求。尤其要注意包括变频器、开关电源，电机驱动器等工作时有高频开关脉冲以及变压器、供电设备等产生工频干扰的设备的可靠接地。
1.2.使用滤波电路降低干扰
数控系统电源增加滤波线路措施可以有：数控系统电源的交流输入线路中串接一电抗器，它可以降低谐波成分，增加电源阻抗，并帮助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的尖峰电压，确保电源不受电网供电电压波动影响；数控系统电源的直流输出线路中使用低通滤波器，采用低通滤波器后可以有效滤除高频干扰产生的毛刺脉冲，稳定的直流输出电压可以确保数控系统电路的工作可靠。
1.3.优化印制板布局设计
优化印制板布局设计主要要考虑印制板上元器件的布局、元器件连接铜皮的走向布局、滤波电容的位置布局和不同类型电路的位置布局。一般来说印制板布局设计要做到以下几点：
1.3.1.器件之间的传输连接线尽可能短；
1.3.2.走强电信号的元器件和走弱电信号的元器件尽可能放置在不同区域；
1.3.3.模拟电路和数字电路应尽可能分区域放置；
1.3.4.电源滤波电容应靠近用电器件。
1.3.5.地线的设计应做到小电流向大电流会聚，如果构成了回路，应尽可能缩小回路面积；
1.4.优化弱电信号线路设计
在数控系统中控制信号通常是弱电信号，供电电压一般是5V-24V，电流也是mA级的，这样的信号很容易被外界的强干扰（如电火花线切割机床大电流放电时产生的高频脉冲干扰）影响，造成数控系统误动作或者不动作。针对这些干扰在电路设计上采取一些补救措施就成为设计中必须考虑的问题。
1.5.利用屏蔽技术减少电磁干扰
如果数控系统抗干扰措施不力会出现下列现象：看到液晶显示屏幕上出现很多白色斑点，有时候斑点多到让用户无法忍受；屏幕上出现一些误报信息；键盘或者触摸屏按下没有反应；主控计算机死机或者自动重新启动等等。
出现上述现象的原因是：数控系统附近存在一个强电磁场，强电磁场的辐射使得在数控系统工作环境充满电磁干扰噪声，数控系统的控制电路在这样的环境里会耦合电磁波，干扰系统的正常工作；数控系统内部导线也暴露在这个电磁场里，感应电磁干扰噪声，感应噪声经过导线传递到电路的其余部分从而破坏电路的正常工作；另外由于部分强电流信号线路和弱电流信号线路共用一个地线，通过公共负载电磁干扰也被耦合到弱电流信号线路中，对于弱电流信号这样的耦合会改变信号电平，引发错误信号，造成系统出错，甚至系统直接崩溃。
要解决这些问题除了前文提到的一些措施外还可以利用屏蔽技术减少电磁干扰。
1.6.数控系统内部连线的处理
数控系统内部连线有时候会很长，容易受到干扰，为提高控制信号在传输过程中的抗干扰能力可以采取以下一些措施：
1.6.1.传输电缆上套磁环
传输电缆上套磁环有两种方式：一种是选一磁环内径略大于电缆外径的磁环，将磁环直接套在电缆上后再做电缆和连接件的连接；另一种是选用磁环内径足够大的磁环，将电缆做8字绕法，穿过磁环后再做电缆和连接件的连接。两种方式中8字绕法抗干扰效果更好一些。不同磁环材料的性能有所差异，因此根据需要磁环工作频率选择不同的材料。普通磁环材料有镍锌铁氧体或锰锌铁氧体，它们的差异主要在磁导率：锰锌铁氧体的磁导率在几千到上万，镍锌铁氧体在几百到上千。铁氧体的磁导率越高，其低频时的阻抗越大，高频时的阻抗越小。所以，在抑制高频干扰时，宜选用镍锌铁氧体；反之则用锰锌铁氧体。或在同一束电缆上同时套上锰锌和镍锌铁氧体，这样可以抑制的干扰频段较宽。
1.6.2.供电电缆和控制信号电缆分开走线，并且要有保持一定距离。如果可能经不同的金属走线槽走线来保证隔离效果。
1.7.软件抗干扰
高频干扰通常是脉宽不宽的随机脉冲，利用这个特点数控系统可以在控制软件中进行一些处理。具体地说就是对于控制系统发出的输出信号如果是维持一种状态的信号可以隔一段时间就重复发一次信号，确保状态信号不会因为受干扰而改变；如果发出输出信号仅仅是实现一个动作，那么为保证实现这个动作可以连续发几个相同信号来避免输出信号被干扰信号掩盖；控制系统对输入信号的处理可以连续读输入端口的数据几次确保读入的数据正确。
2.结束语
在工业高度发展的今天，各种电气设备的使用已是普遍现象，其中不少设备会产生强烈的电磁干扰，造成数控系统不受干扰几乎是不可能的，因此如何设计数控系统来保证数控功能可靠稳定的实现需要认真考虑。抗干扰措施多种多样，前文提到的那些措施也不是很完全，设计人员应根据不同数控系统具体的工作方式、工作环境采用适合的抗干扰措施。
参考文献：
[1] 郑晓峰. 《数控原理与系统》.北京：机械工业出版社
[2] 刘国通，李传伟. 《屏蔽和接地在数控系统抗干扰中的应用》
[3] 王宏颖. 《抗干扰在数控系统中的设计》[J].机床电器