电气硬件设计注意事项

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；
•其他。

2 控制系统选型以及设计：
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，可以选择触摸屏+PLC的方式；•基于电脑的人机界面：
但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。

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：
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。

✓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。

✓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
况下短路此断路器仍然可以正常断开，不被烧坏。

✓如果需要柜门操作单元，选型的时候向供应商咨询提出；
✓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。

✓选型应该适当留有余量，比如最大工作电流的倍倍；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，比如倍的额定值还是倍的额定值。

图3 开关类型以及布置
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，他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。

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，但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，因为交流的可以分断直流的，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。

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。

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，必须使电流通过所有的主触点极。

•接线的时候必须选择合适的线鼻子，并且接紧，尤其对于10-25mm2粗细的电缆，尤其注意。

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）
▪其余信号均可通过总线给定
▪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；
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；
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。

固态继电器的选型以及控制
对于单相或者三相加热系统，可以采用SSR固态继电器对其进行控制。

•固态继电器可以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；可以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其他
根据设备的不同以及客户特殊要求，设计做相应更改。

母线系统
根据系统的电流以及空间情况，可以考虑采用母排系统，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。

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。

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。

电流互感器必须通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！。