高保护等级的电动机起动器优化加工方案

在一台新的飞机纵梁钻孔机床中，人们使用了分散式配置的电动机起动器。其采用了分散式配置的设备制造技术、能源动力供应和数据总线技术之后，机床设备的体积明显减小了。

要想使用更多的铆钉，就必须钻更多的孔。在飞机制造的过程中，如空中客车类飞机制造过程中的铆接工艺就是这样。飞机的纵梁是弯成一定角度的铝合金半成品，用于平衡飞机结构，通常制造者会采用强有力的铆钉与飞机的其他部件连接在一起。而当大型客机如A 380型空中客车生产时，为了加固，就需要使用更多的铆钉，这就需要在飞机的纵梁上钻许许多多的孔。为了提高企业的生产能力，Peters技术公司向空客公司的Vareler厂订购了一台新型的纵梁钻床。

在生产A 380空中客车飞机时，必须制造一台新的纵
梁钻床。为了完成紧凑的结构设计，Claudius Peters技
术公司采用了安全防护等级为IP 65的分散式配置的电动
机起动器。这样一来，纵梁钻床就可省略电气控制柜了

由于钻削加工机床通常都带有电气控制柜，因此在该纵梁钻削机床的第一个设计方案中电气控制柜与纵梁钻床之间的间距较大。在钻床的设计过程中，电气设计人员选择了RESA系统，一种通常采用的分散式电动机起动控制系统。这样一来，电气控制柜的体积明显减小，可以直接安装配置在机床旁边。这种设计的一个附带优点是：短时间内400V的电动机起动功率对设备电磁性能带来的不利影响很小。

RESA的项目负责人Udo Kipp先生说：“西门子Simatic ET 200pro分散式外设的安全防护等级很高，达到了IP 65/67，从而有可能实现电动机起动装置的集成化，也使我们可以在设备附近，甚至将电气控制柜直接配置在加工设备旁边。”
　　
带制动控制的电动机起动器

电气控制柜的体积减小之后，使它可以在距纵梁钻孔机床2～3m的距离处放置。借助于模块化结构设计的机床电气外设，使得电气工程技术人员可以充分利用每一个电路板支架。在最上方的接口模块中，可以一字排开在1m的长度上布置8个电动机起动器。结合输入/输出模块、气动控制模块和Mody-RFID识别控制模块的使用，构筑成一个个的子系统，能够可靠地完成数据处理任务。为了使各个工位能够准确无误地设计和编辑，还专门使用了配置器。

由于飞机纵梁的要求很多，纵梁钻床也必须具有很高的
使用灵活性。钻孔试验结果显示：孔的公差在1/10mm之内

在这台新设计的纵梁钻削机床中，共有两组三相交流异步电动机工位：两台电动机用于去除毛刺，两台电动机用于切割下料，两台电动机用于工作台高度的调整以及五台钻孔驱动电机。ET 200pro型电动机起动器可用于最大5.5kW功率电动机的起动控制。只需两个规格的电机起动器即可满足所有电动机起动控制的需求，一种规格为2A，另一种为12A。RESA公司的Udo Kipp先生说：“这极大方便了低压电气的选择，而最终用户也可因产品种类精简而减少配件库的费用。”nextpage

在出现故障之前就发出报警信号

分散配置的外设具有这样的优点：不论是元器件的安装还是元器件相互间的连接、通信都非常灵活，而且还几乎可以为各种需求提供最佳的解决方案。例如：钻削主轴和锯割主轴使用的是直接起动器，去毛刺钢丝刷和工作台升降调节控制的电动机使用的则是间接起动器。在逆向摆动行程中所需的机械制动器可直接由起动器进行控制。电动机起动器以400V的输出电压直接控制着机械制动器。制动控制还可以附带通过参数赋值功能完成对起动时间和停止制动时间的控制。

低压开关设备未来的安全性是空中客车公司Varel厂选择使用ET 200pro系统的一个重要标准。其背景资料是：这种电动机起动器采用了西门子著明的Ecofast解决方案，具有很高的安全防护等级。Ecofast表示的是Energy and Communication Field Installation System——利用电缆连接的分散式配置电力能源供应和数据总线系统。这一系统中的仪器设备有着与驱动控制、故障制动相同的控制位，这就大大方便了通信联系、程序编制和参数赋值。

RESA公司的程序员David Geib先生解释说：“原则上，ET 200pro的电动机起动器可以快速地完成赋值操作。”因为所谓的参数赋值只剩下防止过载必须输入的电动机额定电流一项了。Udo Kipp先生说：“与以前的情况相比较，电动机必须有原始的参数赋值，或者在预设阶段完成防过载防护参数赋值。而在这些电动机起动器中，这些都已经被设置为最小的下限值了。”

由于具有很高的安全防护等级和紧凑的结构，电动机起动
器也可以安装配置在钻床附近，从而可以省略电气控制柜

在电动机起动器中当然也集成了一些非常重要的功能，例如：电动机发热的百分数。这一功能是这样发挥作用的：根据设置的电动机热力学模型、电动机电流数据及计算电动机的温度。这一最佳保护方式的前提条件是：周围环境没有异常变化，例如由于污垢的影响而使电动机冷却变差。这种高技术电动机起动器的优点还在于三相电网的缺相运行和超负荷报警功能。这种电动机起动器的其他特性也是生产要求高的机床设备和工业企业所需要的。例如：利用钥匙开关可以开起因“紧急停”而断开的控制电路，保证机床正常运转。因为在某种使用情况下，损坏一台电动机比排除生产过程中的故障或者停产更加经济核算。在这种情况下，ET 200pro的电动机起动器实现了在电动机发热超过预先设定的极限温度（电动机发热的预警温度值）和/或者在电动机保险熔断之前（时间性的保险熔断预警极限值）报警时继续工作的可能性，首次实现了在生产设备事故之前发出报警而停机。

还有令人感兴趣的一点是，这种电动机起动器的维修保养记录一共可以记录60次维护保养的条目，人们可以清清楚楚地知道它的维护保养历史，在遇到故障时可以通过这些记录找出问题的原因。
　　
系统的畅通无阻使得参数赋值更加简单

CNC数字控制的西门子Sinumerik 840 D Powerline控制系统控制着整个纵梁钻削机床的工作。它内部集成了S7的使用环境，从而可以利用STEP 7语言对所有的硬件进行赋值。David Geib先生说：“通过STEP 7的Simatic管理菜单进行硬件参数的赋值使得硬件配置工作变得非常简单。”

连续不断的系统通用性改进，就像西门子TIA（Totally Intergrated Automation）一样，使得参数赋值工作越来越简单。正如电子技术设备的专业厂商RESA公司的Udo Kipp先生所证实的那样：“在对硬件进行GDS数据设置、利用控制系统复制仪器设备原始数据时，可以通过互联网络的硬件升级快速在STEP 7中对新型仪器的硬件进行设置。从而使新仪器和软件新版本的集成变得非常简单。我把它称之为全新的TIA，数据通信的自由选择。”

简单的参数赋值：人们只需要调整设置电动机的
电流数据就可以了。这种设置可以利用STEP 7
进行硬件配置，可以通过Profibus总线系统，
可以通过局部接口或者利用远程访问来完成

新型纵梁钻床的操作者可以利用不同的方式对纵梁钻床进行控制、参数赋值和故障诊断。控制系统利用Profibus-DP现场总线系统与各个工位保持联系。当进行在线故障诊断和赋值时，操作者可以在Profibus现场总线的任意节点通过手持式编程器中的DPV1功能在设备运行的状况下对直到电动机起动器这一层次的仪器设备进行控制，而且使用的是IM 154标准连接接口。在生产现场进行参数赋值或者故障诊断，只需把IR接口与电动机起动器连接起来即可。为此，有一条专用电缆，它可把IR信号转换成COM1的接口信号。第三种方法是利用具有远程访问功能的网络。从一台中央控制计算机经机床的控制系统可以直达电动机的起动器。这样一来就可以在中央控制室或维修中心里了解电动机起动器的工作状况，阅读它的工作数据了。这就为出现故障报警时的集中诊断和准确的派遣维修人员提供了方便。作为替代备选，ET 200pro系统也可用相应的接口模块或者未来的Profinet模块来替代。

空中客车公司在Varel市的生产厂利用Claudius Peters技术公司生产的、配备了西门子ET 200pro控制系统的新型纵梁钻床再次证明：高安全防护性能和多重驱动、控制和故障诊断可能性的机械加工设备有着很高的使用灵活性。