浅析电气控制柜设计与施工

浅析电气控制柜设计与施工

徐红叶

南京天普电气系统工程有限公司

引言

电气控制柜是实现电气自动控制的主要部分，是电气自动控制系统的主要装置。电气控制柜的设计与施工是在最大限度地满足设备功能要求的基础上，达到结构简单、运行可靠、造价经济以及操作安全。

1电气控制柜设计

1.1电气设计

电气控制柜的电气设计部分主要包括电气原理图设计和工艺设计。电气原理图设计就是为了满足机械或者其他生产设备的工艺要求而进行的电气控制系统设计。电气原理图的设计质量决定了被控设备的可用性、先进性以及设备的自动化程度，它是实现电气控制系统合理有效运行的核心部分。

设计电气原理图时，首先需要非常清楚系统要实现的功能和控制逻辑。简单的系统控制，能用控制器控制实现功能的，我们可以不选用PLC进行控制，以节省成本，省去编程的麻烦。

再者，对于包含PLC、变频器、继电器和接触器配合控制的系统，主电路设计的重难点是所控制的设备既能实现变频又能实现工频，信号输入输出关系的正确分析是非常重要的，这也是PLC的i/0容量及模块选择、PLC及变频器i/0容量及模块选择、PLC及变频器i/0地址分配（不能超过主机所允许的最大扩展量）和PLC控制程序编写的关键。此外，对于包含PLC的电气控制柜还需要正确处理好CPU工作电源、模拟量模块工作电源、输出负载的供电电源以及输入有源开关量信号的接法问题。

最后，电气件在选型时，要弄清楚交直流电路，选择相应的交直流电气件。比如，负载是280V的三相感应电动机，则应选用380V的交流接触器控制电机。电气件在选型时还要考虑安装方式和环境条件，比如当接触器安装在箱柜内是，由于冷却条件差，电流要降低10～20%使用，一般在选型时，我们选择额定电流的1.2倍的接触器以保证正常使用；当接触器敞开安装时，电流允许提高10～25%。断路器在选择时，要考虑断路器的保护特性与被保护对象的过载特性相匹配，比如对电动机的控制我们一般选择既有短路保护，又有过载保护，还有断相和欠压保护功能的电动机起动器。

在设计原理图是，要搞清楚电源的线制，是三相五线制或者是单向三线制。工业和民用设备一般都采用三相五线制（比如三相电机控制电源），家用电器或者照明系统一般是单相三线制。原理图在设计时，应按照所规定的图形符号、文字符号和回路标号进行绘制。通常将主电路放在线路图的左边，电源线路绘制成水平线，主电路应垂直电源线路，控制电路应垂直地绘制在两条水平电源线之间，耗能元件直接连接在接地的水平电源线上，触电连接在上方水平线与耗能元件之间。为了看图方便，电路应按照动作顺序和信号流自左向右的原则绘制。

1.2工艺设计

在完成电气原理图的设计之后，为了达到电气控制柜制造和使用的要求，必须对电气控制柜进行合理的工艺设计。工艺设计的主要目的是方便组织和实现电气控制柜的制造，实现电气原理图设计要求中的各项指标，并为电气控制柜的安装、调试、验收、维护、使用和维修提供技术资料。一般来说，动力盘、继电器保护控制盘和自动装置盘要分开布置。强、弱电宜分开布置，进行隔离；当有困难时，应有明显标志并设空端子隔开或设加强绝缘的隔板。潮湿环境宜采用防潮端子。接线端子应与导线截面匹配，不应使用小端子配大截面导线，并且一个端子上最多压2根导线。

由于各种元件安装位置不同，在构成一个完整的控制系统时，必须划分组件，安排组件的安装位置，还要解决组件之间、电气箱之间以及电气箱与被控制对象之间的连线问题。体积大和较重的电器元件应布置在安装板下方，发热元件应安装在上方，特别对于PLC要加装风扇，加强空气流通，降低PLC的温升。需要经常维护、检修和调整的元器件安装位置不宜过高或过低。电器元件安装不宜过密，若采用板前装线槽的配线方式，应适当加大各排电器件的间距，以利于布线和维护。

电气控制柜总体配置设计时根据电气原理图的工作原理和控制要求，先将控制系统合理的划分为若干个组合组成部分，再将各组成部分的安装位置、走线方式、导线互连的关系和使用管线等要求，以电气系统的总装配图与总接线图的形式表达出来，作为实现分部设计和协调各部分正确组成完整系统的依据。在完成总体配置设计、元器件布置图设计之后，根据各自的使用要求，合理的选择柜内所用的连接导线（种类、规格、截面积、外观颜色等等）；确定连接导线的走线方式，进行布线设计；绘制电气接线图。

按照国家标准GB5226-5中的规定：尽可能把电气设备组装在一起，使其成为一台或几台控制装置；大型设备的各个部分可以有其独立的控制装置。

电气控制柜的箱体工艺在设计时，要考虑防护等级要求和材质要求，至少为IP20，一般为IP65，食品行业要求材质为不锈钢，相应的配线管和桥架至少为热浸锌材质的。此外还要考虑仪表的安装，指示灯以及操作按钮等的安装位置，符合基本操作规范。总电源一般设紧急停止控制，且放在明显和方便操作的位置。总体配置设计要使整个系统集中紧凑。

2电气控制柜的施工调试

在安装电气控制柜过程中，若安装在震动场所，应按设计要求采取防震动措施。施工过程中电气控制柜中的所有设备要求接地良好，使用短和粗的接地线连接到公共接地点或接地母排上（PLC的接地要采用第三种接地方式，最好是专用接地，也可以共用接地，但是绝对不能公共接地）。电气闭锁动作应准确、可靠。二次回路辅助开关的切换接点应动作准确，接触可靠。电机电缆应与其它控制电缆分开走线，其最小距离为500mm。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90度交叉。

同时，在施工过程中要根据电气控制柜的特点和要求，先分别进行调试，最后再做联机统调，使电气控制柜整个系统的功能、性能都达到设计和使用要求。电气控制柜安装与接线要按图施工，图纸包括电气原理图、安装布置图和电气接线图。施工工艺要符合技术要求，讲究认真、细致、规范，以保证电气控制柜的质量。

电气控制柜的系统调试，要依照有简单到复杂、由局部到整体的原则，分阶段依次进行空操作（主电路不通电）、空载试验（电动机不带机械负载）和负载调试逐步完成系统调试任务。

例如，恒压供水电气控制柜上装有PLC、变频器和传统低压电器，分别组成PLC控制系统、变频器控制系统和继电器接触器控制三个分系统，要根据它们各自的特点和要求，先分别进行调试，最后再做联机统调，使电气控制柜整个系统的功能、性能都达到设计和使用要求，让用户满意。

3结束语

综上所述，本文主要介绍了电气控制柜的电气和工艺设计以及施工调试问题。对电气控制柜进行设计及施工时，必须严格遵守国家相关标准和技术规范所要求的指标。电气控制柜是电气自动控制的重要设备，因此，加强电气控制柜的设计及施工管理对于实现电气自动控制具有重要的实际价值。

参考文献：

[1]冯玲.电气控制柜设计与施工探讨[J].城市建设理论研究，2012.

[2]张维.阐述电气控制柜设计[J].山东工业技术，2014.