德國機床電氣設計分析

李家齊

（希斯機床（沈陽）有限責任公司 遼寧 沈陽 110142）

1 引言

本人在工作中接觸到在德國設計制造的機床，并在德國機床國產化的過程中對德國電氣設計有了進一步的了解和認識。德國在設計低壓電箱時，根據機床配電系統形式、負荷容量及分布特點，對電箱規格進行了標準化，還簡化設計，方便了維護，且備品備件簡單[1]。

下面是以德國希斯泰克公司設計的VertiTurn2020iM型號的倒立式車削中心為例進行分析論證。

2 電氣設計發展趨勢

現代電氣工程技術的發展受到了越來越多的關注，其發展前景十分廣闊[2]。首先，利用其它相關領域的技術創新，將其與電氣自動化技術相結合，將多領域知識進行交叉融合，促使最新的科研成果轉化，創造出性能更優的電氣自動化產品，應用于社會生活的各個領域至關重要；其次，在我國工業智能制造向前推進的大趨勢下，有必要將先進的人工智能技術融入到電氣工程技術發展中去，工業大數據為電氣工程技術的發展提供了基礎；再次，已有的電氣自動化裝置及系統的優化問題不容忽視。隨著工業的發展，企業對系統的自動化水平提出了更高的要求，原有的基礎自動化已無法滿足企業的發展需求。技術升級，結構調整，勢在必行[3]。因此，有必要將原有的相對獨立的電氣自動化設備進行聯合控制，實現整體優化，統一標準，提高通用性及利用率，對于不再符合時代發展需要的技術進行優化調整；最后，電氣工程技術的創新產品，急需市場化，這樣有利于電氣工程技術擴大應用范圍，推進各個領域共同進步

3 德國機床電氣硬件設計

倒立車VertiTurn2020iM的電箱如圖1所示，根據電箱實例對德國機床硬件電氣設計涉及的幾個方面進行逐個分析。

圖1 倒立車VertiTurn2020iM的電箱圖

3.1 400V交流母線系統

機床所有400V供電電路都是采用母線系統，既所有空開都是通過母線系統接入電路。有效避免空開輸入端互聯時，負載過大產生發熱情況，并且可以避免某一段空開電路損壞是影響后面空開的使用。

3.2 熔斷器保護伺服電機模塊

機床在伺服電機驅動模塊的前端設計熔斷器。熔斷器可以在電流超過伺服模塊最大電流時熔斷進而保護伺服模塊。熔斷器的響應時間是微秒(μs)級的，遠小于空開短路器的是毫秒(ms)級，可以更好的保護伺服模塊。

3.3 24V電源采用小母排

機床24V控制回路采用快速可調節斷路器。斷路響應時間可以根據設計需求進行調節，短路電流也可根據功耗進行選擇。此外24V電源采用小母線排的形式，有效避免所有負載集中在第一個斷路器上產生發熱的情況。

3.4 電箱冷卻系統

機床電箱溫度控制采用頂裝式空調，并且配有風道系統。電箱內主要產熱元件直接安裝在空調的入風口處，可以保證模塊產生的熱量被第一時間帶走。而空調的出風口安裝在電箱底部，可以在電箱內形成熱循環，有效的保證電箱內溫度。

3.5 電箱密封保障

機床電箱內進線分為兩種形式：（1）動力電纜和編碼器電纜通過電箱中部開口進入電箱，采用穿線板進線固定密封。（2）控制電纜從電箱底部進入，通過電箱底部海綿壓板進行密封固定。這兩種方式保證了電箱的密封等級為IP5/4。

3.6 接地方式

機床采用共地接地方式，所有地線接在同一矩形銅母線上，再與外部地線和電箱電盤連接保證安全。同時電箱內所有接地線與接地端子排直接連接。這種接地方式在保障安全以外還可以提升設備抗干擾能力。

3.7 外接傳感器執行模塊

電氣控制采用外接式I/O模塊通過一根PROFINET總線與系統連接，可以有效的節省電箱內空間，方便電氣調試人員對機床狀態進行監督診斷。同時外接式I/O方便接線控制，當增加控制點時可直接接線，通過PLC控制接收信號。

3.8 滅弧器的使用

在使用接觸器控制電機電路中，滅弧器需直接安裝在接觸器上方。滅弧器的使用可以有效的避免當接觸器頻繁使用時產生電弧使得觸點融化、燒毀，進而避免更換接觸器觸點是產生的費用和安全問題

3.9 雙回路監控原則

機床功能部件的監控都采用雙回路監控。既電源供給端空開的狀態監控、機床功能部件（液壓站、潤滑站、水冷機等）工作狀態的監控、機床終端（液壓點壓力、潤滑點壓力）的狀態監控。雙回路監控保證機床在發生故障時第一時間發現和處理。

3.10 機床功率監控

機床通過在主供電回路中安裝互感器來實時監控機床電壓、電流、功率。監控數據PROFINET總線傳輸到系統當中進行分析優化起到節能的效果。

3.11 電纜接入安全

機床在外部電源接入端子出加裝保護蓋板，同時增加外部電纜接入電箱時的固定件。通過在電箱進線處加裝C型卡軌，將電纜通過線卡固定在卡軌上。

3.12 分斷接線端子

電箱內安裝分斷接線端子，當分斷滑塊關閉、開關位置為“on”時，黃燈意味著已接地的正常運行;當分斷滑塊打開至“off”位置時，紅燈表示控制電路中是否有接地錯誤。

4 結論

通過對德國生產的電箱進行分析論證，我們在以后的電氣設計低壓標準電箱時，應重點考慮以下因素：電箱的電流額定數據；電箱安全接地；電箱的防護等級及冷卻；上下級保護元件的選擇性；接觸器的保護；電箱總功率節能。同時在設計計劃成本容許范圍內，選用知名品牌的元器件、增加保護和監控部件會有效延長機床使用壽命并且保證加工穩定性。

[1]孫文華.低壓標準配電柜設計及應用[J].建筑電氣（電氣工程師合作組織專欄），2016.04.005.

[2]佟闖，王金海.論電氣工程自動化技術在電氣工程中的應用[J].城市建設理論研究(電子版)，2017(1)，127-128.