德国机床电气设计分析

李家齐

（希斯机床（沈阳）有限责任公司 辽宁 沈阳 110142）

1 引言

本人在工作中接触到在德国设计制造的机床，并在德国机床国产化的过程中对德国电气设计有了进一步的了解和认识。德国在设计低压电箱时，根据机床配电系统形式、负荷容量及分布特点，对电箱规格进行了标准化，还简化设计，方便了维护，且备品备件简单[1]。

下面是以德国希斯泰克公司设计的VertiTurn2020iM型号的倒立式车削中心为例进行分析论证。

2 电气设计发展趋势

现代电气工程技术的发展受到了越来越多的关注，其发展前景十分广阔[2]。首先，利用其它相关领域的技术创新，将其与电气自动化技术相结合，将多领域知识进行交叉融合，促使最新的科研成果转化，创造出性能更优的电气自动化产品，应用于社会生活的各个领域至关重要；其次，在我国工业智能制造向前推进的大趋势下，有必要将先进的人工智能技术融入到电气工程技术发展中去，工业大数据为电气工程技术的发展提供了基础；再次，已有的电气自动化装置及系统的优化问题不容忽视。随着工业的发展，企业对系统的自动化水平提出了更高的要求，原有的基础自动化已无法满足企业的发展需求。技术升级，结构调整，势在必行[3]。因此，有必要将原有的相对独立的电气自动化设备进行联合控制，实现整体优化，统一标准，提高通用性及利用率，对于不再符合时代发展需要的技术进行优化调整；最后，电气工程技术的创新产品，急需市场化，这样有利于电气工程技术扩大应用范围，推进各个领域共同进步

3 德国机床电气硬件设计

倒立车VertiTurn2020iM的电箱如图1所示，根据电箱实例对德国机床硬件电气设计涉及的几个方面进行逐个分析。

图1 倒立车VertiTurn2020iM的电箱图

3.1 400V交流母线系统

机床所有400V供电电路都是采用母线系统，既所有空开都是通过母线系统接入电路。有效避免空开输入端互联时，负载过大产生发热情况，并且可以避免某一段空开电路损坏是影响后面空开的使用。

3.2 熔断器保护伺服电机模块

机床在伺服电机驱动模块的前端设计熔断器。熔断器可以在电流超过伺服模块最大电流时熔断进而保护伺服模块。熔断器的响应时间是微秒(μs)级的，远小于空开短路器的是毫秒(ms)级，可以更好的保护伺服模块。

3.3 24V电源采用小母排

机床24V控制回路采用快速可调节断路器。断路响应时间可以根据设计需求进行调节，短路电流也可根据功耗进行选择。此外24V电源采用小母线排的形式，有效避免所有负载集中在第一个断路器上产生发热的情况。

3.4 电箱冷却系统

机床电箱温度控制采用顶装式空调，并且配有风道系统。电箱内主要产热元件直接安装在空调的入风口处，可以保证模块产生的热量被第一时间带走。而空调的出风口安装在电箱底部，可以在电箱内形成热循环，有效的保证电箱内温度。

3.5 电箱密封保障

机床电箱内进线分为两种形式：（1）动力电缆和编码器电缆通过电箱中部开口进入电箱，采用穿线板进线固定密封。（2）控制电缆从电箱底部进入，通过电箱底部海绵压板进行密封固定。这两种方式保证了电箱的密封等级为IP5/4。

3.6 接地方式

机床采用共地接地方式，所有地线接在同一矩形铜母线上，再与外部地线和电箱电盘连接保证安全。同时电箱内所有接地线与接地端子排直接连接。这种接地方式在保障安全以外还可以提升设备抗干扰能力。

3.7 外接传感器执行模块

电气控制采用外接式I/O模块通过一根PROFINET总线与系统连接，可以有效的节省电箱内空间，方便电气调试人员对机床状态进行监督诊断。同时外接式I/O方便接线控制，当增加控制点时可直接接线，通过PLC控制接收信号。

3.8 灭弧器的使用

在使用接触器控制电机电路中，灭弧器需直接安装在接触器上方。灭弧器的使用可以有效的避免当接触器频繁使用时产生电弧使得触点融化、烧毁，进而避免更换接触器触点是产生的费用和安全问题

3.9 双回路监控原则

机床功能部件的监控都采用双回路监控。既电源供给端空开的状态监控、机床功能部件（液压站、润滑站、水冷机等）工作状态的监控、机床终端（液压点压力、润滑点压力）的状态监控。双回路监控保证机床在发生故障时第一时间发现和处理。

3.10 机床功率监控

机床通过在主供电回路中安装互感器来实时监控机床电压、电流、功率。监控数据PROFINET总线传输到系统当中进行分析优化起到节能的效果。

3.11 电缆接入安全

机床在外部电源接入端子出加装保护盖板，同时增加外部电缆接入电箱时的固定件。通过在电箱进线处加装C型卡轨，将电缆通过线卡固定在卡轨上。

3.12 分断接线端子

电箱内安装分断接线端子，当分断滑块关闭、开关位置为“on”时，黄灯意味着已接地的正常运行;当分断滑块打开至“off”位置时，红灯表示控制电路中是否有接地错误。

4 结论

通过对德国生产的电箱进行分析论证，我们在以后的电气设计低压标准电箱时，应重点考虑以下因素：电箱的电流额定数据；电箱安全接地；电箱的防护等级及冷却；上下级保护元件的选择性；接触器的保护；电箱总功率节能。同时在设计计划成本容许范围内，选用知名品牌的元器件、增加保护和监控部件会有效延长机床使用寿命并且保证加工稳定性。

[1]孙文华.低压标准配电柜设计及应用[J].建筑电气（电气工程师合作组织专栏），2016.04.005.

[2]佟闯，王金海.论电气工程自动化技术在电气工程中的应用[J].城市建设理论研究(电子版)，2017(1)，127-128.