1.2.4 电气控制柜的设计与制作

设计电气原理图、连接图，重新配置电气控制柜。注意数控系统与电气控制元件接口信号的匹配，简化电气控制元件与线路，改由PLC分布连接控制，为避免电磁干扰，强弱电线路尽量分开布置。

电气控制柜设计安装符合GB 5226.1—2008《机械安全 机械电气设备第1部分：通用技术条件》的要求，这是指导电气设计与制造的基本原则。应特别注意装置的散热、线路交叉干扰、屏蔽线连接、接地系统。

1.为提高电气控制柜的抗电磁干扰以及屏蔽辐射的能力采用的措施

1）控制柜内的所有金属部件都必须相互连接导通到一块大的金属台面上。

2）控制柜的盖板以及中间隔板相互导通并保持足够的间隔。

3）盖板以及安装附件必须通过一个柜式框架组装到一块大的金属台面上。

4）各支承托架都必须是金属连接形式，通过柜式框架连接到一块大的金属台面上。

5）对于在已喷漆和电镀过的金属件上进行螺钉连接，可用一种特殊的连接垫圈进行连接，也可以在安装之前，去掉需要连接部位的表面保护涂层，然后再进行连接。

6）如果为了获得一个良好的金属到金属的连接而必须去掉一块大面积的保护涂层，为避免长期使用时出现锈蚀的情况，必须考虑附加的防护措施，例如在涂层上增加油脂。

7）各个被连接的部件，包括连接件，例如螺钉、带锯齿状的连接垫片，它们的电化学成分都必须接近一致。

8）当安装各类模块、插件等部件时，必须检查这些部件无误地安装到支承导轨上，从而能使它们正常工作，另外，还要检查紧固螺钉所用的力矩是否得到保证。

9）装有显示器的操作面板不能安装在靠近电缆和带有线圈的设备旁边。

10）功率和控制元件必须分开安装，但是，所有元件的金属外壳，特别是变频器和相关的滤波器的金属外壳都应该用低电阻与电气柜连接，以减少高频瞬间电流的冲击。

11）滤波器是用于伺服驱动的干扰抑制器，必须安装在靠近主电源供电的输入线。

2.电缆的安装规则

信号电缆和电源电缆在并排时，尽可能排得距离远一些，如果不可能使电缆保持适当的距离，则必须使用屏蔽电缆和接地良好的金属制电缆管道。

1）在控制柜内的所有电缆都应该尽量安排在距离金属外壳部件近一些的位置，例如控制面板、安装板、横梁金属导轨等。

2）信号电缆与电源电缆可以交叉，但绝对不能相互并行布局安装。

3）信号电缆与功率电缆和电源电缆必须分开排列，以避免耦合路径，在电控柜中的最小距离为20mm，如有必要可以采用接地的隔离部件。

4）相同电路未被屏蔽的电缆应该采用双绞线或将发送线和接收线之间的距离安排得尽量靠近一些。

5）信号电缆和与之相连的等电位连接导体尽量安排为最短距离。

6）信号电缆必须远离磁场干扰源设备，例如电动机、变压器等。

7）所有的信号电缆尽量在同一水平高度进入电控柜，例如都从电控柜的底部进入。

8）避免使用多余长度的电缆，包括备用部分。

9）信号电缆，尤其是设定值和实际值电缆，安装时不能被中断。

10）具有大电流、高电压的脉动负载线都应无一例外地分别安装。

11）必须用金属电缆支架托住，电缆支架连接处必须导通相连并接地。

12）必须采用闪电雷击保护和接地措施。

13）必须使用制造商推荐的原配的预装配电缆，不要超过规定的最大电缆长度。

14）必须保护电缆和插座免遭机械损坏，在实际使用中遇有拖拽电缆的情况时，一定使用特殊电缆。

15）必须采用保护措施以避免油污、切削液、加工切削碎片从插座或外壳渗透进入。

3.电磁兼容的安装规范

对数控设备而言，其稳定性、可靠性是首要的条件，数控系统必须达到JB/T 8832—2001《机床数控系统通用技术条件》中的电磁兼容性要求。EMC已成为电气系统设计时必须注意的问题。

（1）电压暂降和短时中断的抗扰度 数控系统运行时，在交流输入电源任意时间电压幅值降为额定值的70%，持续时间500ms，相继降落间隔时间为10s；在交流输入电源任意时间电压短时中断3ms，相继中断时间为10s。电压暂降和短时中断各进行3次，数控系统应能正常工作。

（2）浪涌冲击的抗扰度 数控系统运行时，分别在交流输入电源相线之间叠加峰值为1kV的浪涌冲击电压；在交流输入电源相线与保护接地端（PE）之间叠加峰值为2kV的浪涌冲击电压。浪涌冲击重复率为1次/min，阳极为正/负极。实验时正/负极各进行5次，数控系统应能正常工作。

（3）快速瞬变电脉冲的抗扰度 数控系统运行时，分别在交流输入电源端与保护接地端（PE）之间，加入峰值为2kV、重复频率5kHz脉冲串，时间1min，实验时，数控系统应能正常工作。

（4）静电放电的抗扰度 数控系统运行时，对操作人员经常触及的设备部件和保护接地端（PE）之间进行静电放电实验，接触放电电压6kV，空气放电电压8kV，实验中数控系统能正常工作。

4.抗干扰技术

数控机床中既包含强电，又包含弱电，强电设备产生的强烈电磁干扰对弱电设备的正常工作构成极大的威胁。抑制干扰源，提高设备的抗干扰能力是系统达到电磁兼容的主要手段。最常用的是屏蔽、滤波、接地三种技术。

接地的含义是提供一个等电位点或电位面，为防止地线阻抗的干扰，接地线可以分为以下三类，即保护接地、工作接地、屏蔽接地。

（1）保护接地技术 它是将故障情况下可能呈现危险电压的电气设备的金属外壳、配电装置的金属构架等外露导体与接地装置相连，达到防止电击的目的。

保护接地的应用范围：保护接地适用于不接地电网，在此电网中，凡因绝缘破坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分，均应接地。

（2）工作接地技术 变压器低压中性点的接地即工作接地，接地后的中性点为零点，从零点引出的导线称为零线。

1）保护接零：把电气设备在正常情况下不带电的金属部分与电网的零线进行可靠的电气连接，称保护接零。

2）保护接零适用范围：中性点直接接地、电压为380/220V的三相四线制电网。

3）工作原理：当某相碰壳形成单相短路时，短路电流使熔断器或空气开关动作，切断电源，从而消除触电危险。

（3）屏蔽接地技术 屏蔽接地以提高信号抗干扰能力，提高系统的可靠性。