基本电路设计优化方案

1.基本说明

CNC控制系统的电路图（Circuit Diagram）又称电气原理图，它是系统软件设计、安装与连接设计、系统调试与维修的基础。

一般而言，数控机床的CNC控制系统电路图由主电路、控制电路、安全电路、PMC输入/输出回路等部分组成，它完整地反映了控制系统的设计思想与要求，系统的全部电器元件及连接要求、主要参数等均需要在电路图上标明，因此，它是CNC控制系统最为重要的技术资料。

电路图设计应遵循国际、国家或行业的标准与规范，涉及安全性、可靠性的准则不可违背。电路图中所使用的图形符号、元器件代号等有一定的要求，而且世界各国的标准有所不同，其中，德国的DIN40900标准是IEC、ANSI、BS标准的范本，与此相比，我国的标准目前尚存在一定的差距，因此，在设计时应可能优先选用。此外，国外对产品的安全性、可靠性要求远高于我国标准，但是对具体细节，如图形符号、元器件代号的使用通常较灵活，因此，在阅读进口设备图纸（包括本书）时应注意。有关电路图的绘制要求、图形符号、元器件代号等内容，本书不再进行具体介绍。

在CNC控制系统电路图中，PMC输入/输出连接相对较简单，它只需要根据I/O单元的规格，按要求连接即可。因此，主电路、安全电路、控制电路的设计是影响系统安全、可靠运行的关键，必须引起设计者的重视。在保证安全、可靠的前提下，电路图的设计应尽可能简洁、明了，方便操作与维修。元器件的选择尽可能统一、规范，生产厂家不宜过多。设备的控制电压种类不宜过多。CNC生产厂家提供的连接手册是硬件设计的主要参考资料，设计时应认真阅读。

2.主电路设计

在电气控制系统中，直接向负载提供电能的电路称为主电路。CNC控制系统的主电路通常包括如下部分。

1）电动机主电路。电动机主电路一般包括机床辅助电机的通断控制、电动机保护电路，主轴电动机、伺服电动机的控制需要通过驱动器、变频器实现，它们一般不包括在电动机主电路中。

2）各种控制装置器的动力电路。如CNC、驱动器、变频器的电源输入、通断控制和保护电路，驱动器的直流母线控制电路（如制动电阻、直流电抗器连接）、伺服电动机和主轴电动机的电枢电路等。

3）变压器的一次输入电路及向直接向负载提供能量的二次电路。如一次的电源输入通断控制和保护电路，制动器、照明灯、风机、空调器的连接电路等。

主电路一般以交流为主，但也有直流，例如，驱动器的直流母线控制电路、伺服电动机的直流制动器等。CNC控制系统的主电路设计与其他类型的电气控制系统无原则性区别，但需要注意以下几点。

1）电源总开关安装。根据EN60204-1（VDE0113第1部分）标准规定，为了使控制系统能够与电网隔离，所有机械设备的电气控制装置都必须安装电源总开关；总开关必须具有足够的分断能力，其分断电流必须大于系统中最大的电动机处于“堵转”状态的电流与其他所有用电设备额定电流的总和。(www.xing528.com)

总开关原则上应断开设备中的所有用电设备电源，例外的是：如果设备安装有需要在总电源切断情况下使用的安全保护装置，如维修用电源和照明、设备安全防护联锁装置等器件时，这些器件的电源允许直接连接到设备进线上，并安装独立的保护器件。

2）保护装置安装。为了对主电路进行可靠保护，设备中的每一独立部件都必须安装用于短路、过电流保护的保护器件，如断路器等，保护器件必须具有足够的分断能力，必须能够可靠分断被保护的用电设备或电动机。

出于调试、维修的需要，原则上应对不同类型的主电路，如电动机主电路、驱动主电路等都应安装该类主电路总的保护断路器。对于输入/输出点数和种类较多、构成复杂、控制要求较高的PMC输入/输出电路，如果输入/输出公用电源，应采用分组供电，每组安装独立的保护断路器。

3）接地与抗干扰。控制系统必须安装接地母线与接地，与主电路连接的各种电气控制装置应有专门的接地线与接地母线连接。系统中容易产生干扰或受干扰的控制装置，如驱动器、变频器及CNC、I/O单元等，应安装隔离变压器、滤波电抗器、浪涌吸收器等器件，以抑制干扰。

4）辅助控制电源。用于系统安全保护和急停控制的装置，如制动器、安全保护门等，应确保其电源不会因急停操作而分断。对可靠性要求较高的CNC电源、驱动器控制电源等，原则上应采用独立的稳压电源（直流）或安装独立的隔离变压器（交流）供电，尽可能不要与其他控制电路共用电源。

3.控制电路设计

CNC控制系统的控制电路一般由继电器、接触器等低压电器构成，它通常包括AC220V（或AC200V、AC230V）、DC24V两类。

1）AC220V控制电路。AC220V（或AC230V）CNC控制系统的控制电路通常包括紧急分断电路、安全门控制电路、“双手控制”等安全电路；控制装置和电动机的起动/停止控制电路；驱动器、变频器的辅助控制电路等。

2）DC24V控制电路。DC24V控制电路，一般包括DC24V继电器、接触器控制电路，DC24V紧急分断电路和安全电路，防护门连锁控制电路等。

设计控制电路时，不仅要考虑设备正常运行的情况，而且需要特别重视设备中的机械、电器元件发生故障及出现误操作等情况下的可靠动作，无论出现何种情况，控制电路必须能保证设备的安全、可靠停机，且不会造成对操作、维修者人身与设备的伤害。