电气硬件设计注意事项样本.doc

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电气硬件设计注意事项
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1 简介:
本文介绍常规设备的电气设计, 内容包括硬件选型介绍, 解释以及注意事项等, 包括:
· 控制系统选型以及设计, 包括PLC, 触摸屏, 上位机等;
· 低压电气选型以及设计, 包括低压配电部分, 控制部分;
· 外围传感器设备选型, 包括各种传感器, 阀岛等;
· 加热系统的选型以及设计, 包括调功器, 变压器, SSR等;
· 其它。

2 控制系统选型以及设计:

2.1 控制系统选型以及设计:
包括PLC, 触摸屏, 上位机等;
· PLC选型依据:
§ 系统复杂程度: 一般来说, 点数在100个之内的选择S7 1200比较合适, 如果再复杂一点, 建议选择S7 300系列或者新款1500系列。
§ 设备的价格: 如果设备卖价高, 那就用贵点的。
· 触摸屏: 工艺简单, 无需经常屏幕手动操作的, 能够选择触摸屏+PLC的方式;
· 基于电脑的人机界面:
可是对于工艺稍微复复杂的, 建议选择基于电脑的人机界面, 比如西门子的WinCC, 或者Intouch等。

2.2 模块的选型
· 根据机械的原理图, 计算IO点数, 根据点数的不同, 分配模块, 一般采用24VDC的数字量模块;
· 模拟量的IO根据现场的传感器, 模块的数量和电压, 电流输入进行选择。
· 注意模拟量信号的负极连在一起接地;
· 尽量采用屏蔽线, 单端接地。

3 低压电气选型以及设计
包括低压配电部分, 控制部分, 分为:
3.1 系统主开关
系统主开关的选型设计, 一般分为:
•       熔断器+隔离开关, 如下图右侧。
•       熔断器+断路器
•       断路器, 如下图左侧。
我们采用仅断路器的方式, 选择穆勒的断路器。
ü  产品选型的时候注意有些断路器分为load侧和Line侧, 这种明确标出的必须Line侧进线, Load侧出线, 否则过热分断会有问题; 进口产品一般上下进出线不区分。如下图中间照片。
ü  断路器的分断能力, 一般选择常规即可, 分断能力的意思是多大的电压情况下短路此断路器依然能够正常断开, 不被烧坏。
ü  如果需要柜门操作单元, 选型的时候向供应商咨询提出;
ü  如果开关太大, 比如1200A以上, 建议选择电动合闸功能, 包括电气合闸, 自动储能+手动储能, 机械分闸按钮+分闸指示, 欠压脱扣选项等, 否则开关太重, 不容易推得动。
ü  选型应该适当留有余量, 比如最大工作电流的1.2倍-1.5倍; 主开关主要是过热和过流保护, 首次使用注意电流整定的旋钮位置, 比如0.8倍的额定值还是0.9倍的额定值。

图3 开关类型以及布置

3.2 系统内部220VAC供电
处于安全和设备可靠性方面的考虑, 不直接采用系统的火线+零线的方式来为220VAC的设备供电, 而是采用隔离变压器供电, 原因如下:
1, 南方地区的电网质量很差, 高次谐波经常烧坏设备, 比如广东, 设备的Sitop电源有一次一个月烧坏2次, 她们自己的软启动器和变频器也经常出问题;
2, 加装隔离变压器之后, 有安全保护作用;
3, 对于没有N线的系统, 采用隔离变压器的方式不受系统主进线的影响。

注意事项:
· 隔离变压器之前选择1P+N型空气开关; 空气开关的脱扣类型为D级; 所有120V以上的单相控制或配电回路空气开关必须选用双极空开( 1P+N) 。空气开关耐压一般最大为三相400V或单相230V, 超过该电压的回路必须选用耐压等级高的空气开关。
· 合理选择隔离变压器的大小, 根据系统容量计算得出, 一般1000VA左右即可;
· 合理计算进线和出线的空气开关的容量, 一般负载额定电流在空开容量( 或额定值) 的85%左右。
· 隔离变压器的一端( n) 不能接地, 否则失去了保护的作用。

3.3 系统内部24VDC供电
24VDC电源设计的注意事项:
· 开关电源之前选择1P+N型空气开关; 空气开关的脱扣类型为D级;
· 开关电源取电来自隔离变压器, 这样电网的波动以及谐波信号不会对开关电源产生影响, 至少不会烧坏电源;
· 开关电源之后的空开容量选型根据一般负载额定电流在空开容量( 或额定值) 的85%左右选择, 可是有些位置的输出设备需要适当选大点, 考虑所有电磁阀等都打开的情况, 否则工作时空气开关跳开, 影响工艺。
· 对于输出类设备, 需要再输出的空开之后增加一个控制点, 以便根据现场的情况关掉此路供电。
· 24VDC的出线根据电流选择, 20A建议选择2.5mm2以上;
· 选择空气开关的时候注意有些空开是直流交流区分的 建议统一选择交流的, 因为交流的能够分断直流的, 反之则不可。注意: 空气开关耐压一般最大为三相400V或单相230V, 超过该电压的回路必须选用耐压等级高的空气开关。

3.4 小系统以及照明回路配电
    对于试验台性质的小系统以及照片回路, 采用漏电保护开关进行保护。

3.5 直接启动的电机和泵的控制回路设计
  对于没有特殊要求的电机和泵, 有以下的控制方式:
· 采用空气开关( 过流保护) +热继电器( 过热保护) ;
· 采用马达保护开关( 过热+过流保护) ;
  我们选择马达保护开关的方式, 比较简单, 接线少。
   对于控制接触器, 我们选择交流接触器, 成本比较经济。
   同时接收马达保护开关和接触器的触点信号判断是否启动。
注意事项:
· 对于单相或者两相的系统系列, 选择的空气开关可能没有单极和双极结构, 因此在做单极或双极使用时, 必须使电流经过所有的主触点极。
· 接线的时候必须选择合适的线鼻子, 而且接紧, 特别对于10-25mm2粗细的电缆, 特别注意。

3.6 需要软启动的电机和泵的控制回路设计
    对于大于35KW的风机泵类或者需要调速以及定位的电机, 此时考虑采用软启动器或者变频器进行控制。
· 软启动器: 启动类型选择电压斜坡+电流限幅, 启动电流选小点, 启动的时间选长点即可
· 变频器: 对于端子排控制的, 需要如下信号:
§ 系统正传, 反转;
§ 频率给定, 根据几档速度选择几个DO给定;
§ 故障复位;
§ 报警信号输出
§ 抱闸信号输出( 如果电机带抱闸)
· 变频器: 对于总线控制的, 需要如下信号:
§ 抱闸信号输出( 如果电机带抱闸)
§ 其余信号均可经过总线给定
§ 注意事项: 1, 如果有编码器, 电缆选择屏蔽双绞线; 2, DP插头选择拧螺丝的那种, 不是穿刺压紧的, 穿刺压紧有时候柜内震动大会出问题。
· 注意事项:
§ 一定选择快熔作为保护设备, 不能选择空开, 否则出问题的时候没法起保护作用;
§ 快熔的大小严格按照手册推荐来选。
§ 变频器的出线不能加接触器, 据说操作不当会烧变频器;
§ 如果是变频提升或者有快速停车的场合, 则推荐增加制动电阻, 否则系统会报错, 当然如果选择带电源反馈的变频器除外( 会贵一点) ;

4 外围传感器设备选型
外围传感器设备选型, 包括各种传感器, 阀门, 阀岛等。
信号直接进模块, 如果需要硬件连锁, 则进继电器, 后到模块。
    柱灯喇叭按钮指示灯等
· 柱灯接线的时候注意下, 设备上建议选择粗一点的, 远远看过去不会太单薄;
· 喇叭根据客户现场, 一般小空间选择24V的安装到柱灯上, 大的选择电铃或者高音喇叭, 电铃太容易坏, 高音喇叭太贵。
· 程序上即使有新的报警, 也不能让喇叭一直响, 而是响几秒, 停几秒, 否则出故障时没有即使复位, 可能喇叭就烧了。

5 加热系统的选型以及设计
    加热系统的选型以及设计, 包括调功器, 变压器, SSR等;
5.1 变压器的选型以及控制
    对于石墨加热系统, 需要采用降压变压器对其进行控制。先明确几个概念:
· 变压器铭牌的输出电压, 比如0-50VAC, 指的是线电压, 就是两个相线之间的电压;
· 变压器的调功器一般采用的是恒流控制, 这个很重要, 因为恒流不会烧坏设备, 短路的情况下顶多最大电流一直输出;  

5.2 调功器的选型以及控制
    对于电阻丝加热系统, 一般直接采用调功器对其进行控制。
· 模拟量控制4-20ma;
· 调功器的余量一般取20%;
· 三相的最好带电流不平衡报警。

5.3 固态继电器的选型以及控制
    对于单相或者三相加热系统, 能够采用SSR固态继电器对其进行控制。
· 固态继电器能够采用温控器直接输出控制, 或者PLC输出控制;
· 固态继电器安装时需要考虑散热, 散热不好的情况下容易烧坏; 能够采用固态继电器底部涂抹硅胶的方式;
· 余量选大点, 一般额定电流的2倍左右。 

6其它
根据设备的不同以及客户特殊要求, 设计做相应更改。

6.1母线系统
根据系统的电流以及空间情况, 能够考虑采用母排系统, 所有的熔断器和马达保护开关以及接触器均可挂在母排上。
空间紧张的情况下, 主开关亦可挂在主母线上。
6.2现场IO箱
   注意事项: 箱子一定要够大, 300x300或者300x400.否则线会乱成一团糟。

6.3 端子
          连接16mm2 以下导线的端子尽量选择弹簧端子, 连接35mm2 以上导线的端子必须选择螺钉压接型端子或铜排端子; 大功率设备, 若出线在电柜下方, 可不选端子, 而将外部电缆直接与设备出线端子相连。当连接导线为单股线( 或芯数很少的硬线) 必须使用螺钉压接端子。当端子上连接的设备是直流电磁阀时, 要考虑使用二极管端子, 以防止电磁阀自感电压损坏柜内控制器件。用于接地的端子, 必须使用黄绿端子。
电流互感器必须经过特殊的试验端子连接到显示仪表或控制设备上。
所有对外接线的端子设计必须是一个端子接一根线!