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(shè)計制造的機床，并在德國機床國產(chǎn)化的過程中對德國電氣設(shè)計有了進一步的了解和認識。德國在設(shè)計低壓電箱時，根據(jù)機床配電系統(tǒng)形式、負荷容量及分布特點，對電箱規(guī)格進行了標準化，還簡化設(shè)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(shè)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(shè)計發(fā)展趨勢

現(xiàn)代電氣工程技術(shù)的發(fā)展受到了越來越多的關(guān)注，其發(fā)展前景十分廣闊[2]。首先，利用其它相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，將其與電氣自動化技術(shù)相結(jié)合，將多領(lǐng)域知識進行交叉融合，促使最新的科研成果轉(zhuǎn)化，創(chuàng)造出性能更優(yōu)的電氣自動化產(chǎn)品，應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域至關(guān)重要；其次，在我國工業(yè)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(shù)融入到電氣工程技術(shù)發(fā)展中去，工業(yè)大數(shù)據(jù)為電氣工程技術(shù)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)；再次，已有的電氣自動化裝置及系統(tǒng)的優(yōu)化問題不容忽視。隨著工業(yè)的發(fā)展，企業(yè)對系統(tǒng)的自動化水平提出了更高的要求，原有的基礎(chǔ)自動化已無法滿足企業(yè)的發(fā)展需求。技術(shù)升級，結(jié)構(gòu)調(diào)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(shè)備進行聯(lián)合控制，實現(xiàn)整體優(yōu)化，統(tǒng)一標準，提高通用性及利用率，對于不再符合時代發(fā)展需要的技術(shù)進行優(yōu)化調(diào)整；最后，電氣工程技術(shù)的創(chuàng)新產(chǎn)品，急需市場化，這樣有利于電氣工程技術(shù)擴大應(yīng)用范圍，推進各個領(lǐng)域共同進步

3 德國機床電氣硬件設(shè)計

倒立車VertiTurn2020iM的電箱如圖1所示，根據(jù)電箱實例對德國機床硬件電氣設(shè)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(tǒng)

機床所有400V供電電路都是采用母線系統(tǒng)，既所有空開都是通過母線系統(tǒng)接入電路。有效避免空開輸入端互聯(lián)時，負載過大產(chǎn)生發(fā)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(qū)動模塊的前端設(shè)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(yīng)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(diào)節(jié)斷路器。斷路響應(yīng)時間可以根據(jù)設(shè)計需求進行調(diào)節(jié)，短路電流也可根據(jù)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(chǎn)生發(fā)熱的情況。

3.4 電箱冷卻系統(tǒng)

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

3.5 電箱密封保障

機床電箱內(nèi)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(nèi)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(shè)備抗干擾能力。

3.7 外接傳感器執(zhí)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(tǒng)連接，可以有效的節(jié)省電箱內(nèi)空間，方便電氣調(diào)試人員對機床狀態(tài)進行監(jiān)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(chǎn)生電弧使得觸點融化、燒毀，進而避免更換接觸器觸點是產(chǎn)生的費用和安全問題

3.9 雙回路監(jiān)控原則

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

3.10 機床功率監(jiān)控

機床通過在主供電回路中安裝互感器來實時監(jiān)控機床電壓、電流、功率。監(jiān)控數(shù)據(jù)PROFINET總線傳輸?shù)较到y(tǒng)當中進行分析優(yōu)化起到節(jié)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(nèi)安裝分斷接線端子，當分斷滑塊關(guān)閉、開關(guān)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(jié)論

通過對德國生產(chǎn)的電箱進行分析論證，我們在以后的電氣設(shè)計低壓標準電箱時，應(yīng)重點考慮以下因素：電箱的電流額定數(shù)據(jù)；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(jié)能。同時在設(shè)計計劃成本容許范圍內(nèi)，選用知名品牌的元器件、增加保護和監(jiān)控部件會有效延長機床使用壽命并且保證加工穩(wěn)定性。

[1]孫文華.低壓標準配電柜設(shè)計及應(yīng)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(shù)在電氣工程中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版)，2017(1)，127-128.