李家齊

（希斯機(jī)床（沈陽）有限責(zé)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(jì)制造的機(jī)床，并在德國機(jī)床國產(chǎn)化的過程中對(duì)德國電氣設(shè)計(jì)有了進(jìn)一步的了解和認(rèn)識(shí)。德國在設(shè)計(jì)低壓電箱時(shí)，根據(jù)機(jī)床配電系統(tǒng)形式、負(fù)荷容量及分布特點(diǎn)，對(duì)電箱規(guī)格進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，還簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，方便了維護(hù)，且備品備件簡(jiǎn)單[1]。

下面是以德國希斯泰克公司設(shè)計(jì)的VertiTurn2020iM型號(hào)的倒立式車削中心為例進(jìn)行分析論證。

2 電氣設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

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(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，將多領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)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(dòng)化產(chǎn)品，應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域至關(guān)重要；其次，在我國工業(yè)智能制造向前推進(jìn)的大趨勢(shì)下，有必要將先進(jìn)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(dòng)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(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平提出了更高的要求，原有的基礎(chǔ)自動(dòng)化已無法滿足企業(yè)的發(fā)展需求。技術(shù)升級(jí)，結(jié)構(gòu)調(diào)整，勢(shì)在必行[3]。因此，有必要將原有的相對(duì)獨(dú)立的電氣自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，提高通用性及利用率，對(duì)于不再符合時(shí)代發(fā)展需要的技術(shù)進(jìn)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(chǎng)化，這樣有利于電氣工程技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用范圍，推進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域共同進(jìn)步

3 德國機(jī)床電氣硬件設(shè)計(jì)

倒立車VertiTurn2020iM的電箱如圖1所示，根據(jù)電箱實(shí)例對(duì)德國機(jī)床硬件電氣設(shè)計(jì)涉及的幾個(gè)方面進(jìn)行逐個(gè)分析。

圖1 倒立車VertiTurn2020iM的電箱圖

3.1 400V交流母線系統(tǒng)

機(jī)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(shí)，負(fù)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(hù)伺服電機(jī)模塊

機(jī)床在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的前端設(shè)計(jì)熔斷器。熔斷器可以在電流超過伺服模塊最大電流時(shí)熔斷進(jìn)而保護(hù)伺服模塊。熔斷器的響應(yīng)時(shí)間是微秒(μs)級(jí)的，遠(yuǎn)小于空開短路器的是毫秒(ms)級(jí)，可以更好的保護(hù)伺服模塊。

3.3 24V電源采用小母排

機(jī)床24V控制回路采用快速可調(diào)節(jié)斷路器。斷路響應(yīng)時(shí)間可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，短路電流也可根據(jù)功耗進(jìn)行選擇。此外24V電源采用小母線排的形式，有效避免所有負(fù)載集中在第一個(gè)斷路器上產(chǎn)生發(fā)熱的情況。

3.4 電箱冷卻系統(tǒng)

機(jī)床電箱溫度控制采用頂裝式空調(diào)，并且配有風(fēng)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(fēng)口處，可以保證模塊產(chǎn)生的熱量被第一時(shí)間帶走。而空調(diào)的出風(fēng)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(jī)床電箱內(nèi)進(jìn)線分為兩種形式：（1）動(dòng)力電纜和編碼器電纜通過電箱中部開口進(jìn)入電箱，采用穿線板進(jìn)線固定密封。（2）控制電纜從電箱底部進(jìn)入，通過電箱底部海綿壓板進(jìn)行密封固定。這兩種方式保證了電箱的密封等級(jí)為IP5/4。

3.6 接地方式

機(jī)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(shí)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(duì)機(jī)床狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督診斷。同時(shí)外接式I/O方便接線控制，當(dāng)增加控制點(diǎn)時(shí)可直接接線，通過PLC控制接收信號(hào)。

3.8 滅弧器的使用

在使用接觸器控制電機(jī)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(dāng)接觸器頻繁使用時(shí)產(chǎn)生電弧使得觸點(diǎn)融化、燒毀，進(jìn)而避免更換接觸器觸點(diǎn)是產(chǎn)生的費(fèi)用和安全問題

3.9 雙回路監(jiān)控原則

機(jī)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(jī)床功能部件（液壓站、潤滑站、水冷機(jī)等）工作狀態(tài)的監(jiān)控、機(jī)床終端（液壓點(diǎn)壓力、潤滑點(diǎn)壓力）的狀態(tài)監(jiān)控。雙回路監(jiān)控保證機(jī)床在發(fā)生故障時(shí)第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)和處理。

3.10 機(jī)床功率監(jiān)控

機(jī)床通過在主供電回路中安裝互感器來實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)床電壓、電流、功率。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)PROFINET總線傳輸?shù)较到y(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行分析優(yōu)化起到節(jié)能的效果。

3.11 電纜接入安全

機(jī)床在外部電源接入端子出加裝保護(hù)蓋板，同時(shí)增加外部電纜接入電箱時(shí)的固定件。通過在電箱進(jìn)線處加裝C型卡軌，將電纜通過線卡固定在卡軌上。

3.12 分?jǐn)嘟泳€端子

電箱內(nèi)安裝分?jǐn)嘟泳€端子，當(dāng)分?jǐn)嗷瑝K關(guān)閉、開關(guān)位置為“on”時(shí)，黃燈意味著已接地的正常運(yùn)行;當(dāng)分?jǐn)嗷瑝K打開至“off”位置時(shí)，紅燈表示控制電路中是否有接地錯(cuò)誤。

4 結(jié)論

通過對(duì)德國生產(chǎn)的電箱進(jìn)行分析論證，我們?cè)谝院蟮碾姎庠O(shè)計(jì)低壓標(biāo)準(zhǔn)電箱時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)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(hù)等級(jí)及冷卻；上下級(jí)保護(hù)元件的選擇性；接觸器的保護(hù)；電箱總功率節(jié)能。同時(shí)在設(shè)計(jì)計(jì)劃成本容許范圍內(nèi)，選用知名品牌的元器件、增加保護(hù)和監(jiān)控部件會(huì)有效延長機(jī)床使用壽命并且保證加工穩(wěn)定性。

[1]孫文華.低壓標(biāo)準(zhǔn)配電柜設(shè)計(jì)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(dòng)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.