1.設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料

在通用變頻器與PLC控制柜設(shè)計(jì)前，首先要了解系統(tǒng)概況，如通用變頻器與PLC的供電質(zhì)量、工作方式、應(yīng)用環(huán)境、是新增加的系統(tǒng)還是設(shè)備改造、控制方式及其他具體要求，如手動(dòng)／自動(dòng)、本地／遠(yuǎn)程、是否需要通信連網(wǎng)。對(duì)舊設(shè)備改造，應(yīng)該確切知道如下技術(shù)參數(shù)及要求：電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)，包括額定功率、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓、額定電流等；電動(dòng)機(jī)的負(fù)載特性、工作制、運(yùn)行方式等，最好能取得以往的運(yùn)行數(shù)據(jù)：工作環(huán)境，如現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行環(huán)境溫度、防護(hù)等級(jí)、EMC等級(jí)、防爆等級(jí)；通用變頻器與PLC控制柜的安裝位置及與電動(dòng)機(jī)間的實(shí)際距離；通用變頻器與PLC控制柜與原有電氣系統(tǒng)的關(guān)系；需要引人的傳感器信號(hào)參數(shù)及采樣地點(diǎn)；另外還要考慮實(shí)現(xiàn)符合EMC要求需采取的措施的可能性，如接地、電磁干擾、浪涌抑制、電磁輻射、防雷等措施。對(duì)新增加的通用變頻器與PLC控制系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載特性有深入了解，根據(jù)負(fù)載特性、電動(dòng)機(jī)容量，選用通用變頻器與PLC的品牌、類型、容量及應(yīng)具備的功能等，另外也同樣要考慮如上所述的內(nèi)容。

2.通用變頻器與PLC控制柜的設(shè)計(jì)內(nèi)容

對(duì)通用變頻器與PLC控制柜的電氣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按如下幾個(gè)方面進(jìn)行。

(1）電氣系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)

通用變頻器與PLC控制系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)包括電氣原理圖設(shè)計(jì)、主電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)。控制電路設(shè)計(jì)包括繼電邏輯控制電路、PLC控制接口電路、通信連網(wǎng)系統(tǒng)圖等。其中，主電路設(shè)計(jì)按如下順序選擇主回路電器元件。根據(jù)確定的負(fù)載特性和電動(dòng)機(jī)參數(shù)選擇通用變頻器；根據(jù)技術(shù)條件和實(shí)際需要，選擇低壓斷路器、交流接觸器、制動(dòng)電阻等，低壓斷路器及交流接觸器等開關(guān)器件一般按通用變頻器的額定電流的1.2倍選擇。

(2）電氣工藝設(shè)計(jì)

通用變頻器與PLC控制系統(tǒng)的電氣工藝設(shè)計(jì)包括變頻控制柜包括飯金工藝設(shè)計(jì)、電氣配線工藝設(shè)計(jì)、電氣安裝工藝設(shè)計(jì)等。其中，電氣配線工藝設(shè)計(jì)包括電線電纜類型、線徑、走向、線色、編號(hào)、進(jìn)出線電纜管接頭配置、接地配線、抗干擾布線措施等，除要進(jìn)行必要的導(dǎo)線截面計(jì)算與選擇外，還應(yīng)進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，并應(yīng)按照有關(guān)外殼防護(hù)等級(jí)、顏色規(guī)定等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)配置導(dǎo)線、指示燈和按鈕等。對(duì)于控制回路設(shè)計(jì)，應(yīng)注意將輸入／輸出的弱電信號(hào)如PLC、儀表、傳感器等采取隔離措施，必要時(shí)應(yīng)加裝濾波器、浪涌吸收器、電抗器等；控制回路電源易采用隔離變壓器進(jìn)行電氣隔離。控制電纜應(yīng)采用屏蔽電纜，強(qiáng)電電纜最好也采用帶屏蔽電纜，電纜及屏蔽層用金屬卡固定安裝在屏蔽總排上。

1）飯金工藝設(shè)計(jì)

銀金工藝設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)電氣系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮工作環(huán)境、溫度、濕度、振動(dòng)、有無(wú)爆炸、有無(wú)腐蝕性氣體、柜體承載重量等，柜體上一定要考慮設(shè)置合適的通風(fēng)散熱通道，柜下部進(jìn)風(fēng)處應(yīng)設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)，防止灰塵和油霧等雜質(zhì)進(jìn)入柜內(nèi)。通用變頻器與PLC的環(huán)境濕度允許為90%以下，濕度過(guò)高，會(huì)使電氣絕緣降低、金屬部分腐蝕，如果受安裝場(chǎng)所的限制，變頻器不得不安裝在濕度高的場(chǎng)所，變頻器的柜體應(yīng)采取密封措施或采用密封結(jié)構(gòu)。另外，若地處沿海具有鹽霧、潮濕和腐蝕氣體等環(huán)境，還應(yīng)有防潮防腐措施。為了防止變頻器結(jié)露，需加對(duì)流加熱器，在柜內(nèi)設(shè)置加熱器，如電熱板加熱、遠(yuǎn)紅外電加熱裝置等，并能根據(jù)環(huán)境情況自動(dòng)地將電加熱器投入運(yùn)行，去濕和干燥。另外要考慮柜體上所需要的標(biāo)示牌及銘牌。為了運(yùn)輸安全和方便，一般要加裝吊裝掛鉤，保證搬運(yùn)安全。除上述外，應(yīng)根據(jù)抗電磁干擾和屏蔽輻射的能力進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)。

2）安裝底板設(shè)計(jì)

為了提高電氣控制柜的抗電磁干擾和屏蔽輻射的能力，控制柜內(nèi)應(yīng)有變頻器專用安裝底板，控制柜內(nèi)的所有金屬部件都必須相互金屬性連接在一起。其中，控制柜的蓋板，例如邊蓋板、后蓋板、上蓋板、中間隔板相互連通并保持足夠的問(wèn)距；邊蓋板、后蓋板、支撐托架、安裝附件和上蓋板必須通過(guò)柜的框架組裝并進(jìn)行金屬性連接；在噴漆和電鍍的金屬件上進(jìn)行螺釘連接，應(yīng)采用能保證金屬性連接的墊圈進(jìn)行連接，也可以在安裝前去掉連接部位的表面涂層后再連接，對(duì)于大面積去除涂層，為避免長(zhǎng)期使用時(shí)出現(xiàn)銹蝕，必須考慮附加措施，例如涂上油脂等；各個(gè)被連接的部件，包括螺釘、帶鋸齒連接墊片等的電化學(xué)成分必須接近一致。

3）屏蔽設(shè)計(jì)

電氣控制柜的屏蔽效果會(huì)受到諸如預(yù)開的通風(fēng)窗口、觀察窗口、操作單元等的影響，如果這些開窗達(dá)到干擾信號(hào)波長(zhǎng)的一半，控制柜將失去屏蔽效果。例如當(dāng)電磁干擾信號(hào)＝500MHz,1/2波長(zhǎng)＝30cm；當(dāng)電磁干擾信號(hào)＝1000MHz,1/2波長(zhǎng)＝15cm等。因此，電氣控制柜內(nèi)開的通風(fēng)窗口的形式為，交錯(cuò)排列的孔狀或密度高的網(wǎng)格狀比狹縫式的好，因?yàn)楠M縫會(huì)在柜中傳導(dǎo)高頻信號(hào)；操作面板安裝在控制柜門板上時(shí)，必須保證其金屬安裝框架的四面緊密安裝，緊固螺釘?shù)呐ぞ剡m當(dāng)。屏蔽電纜進(jìn)線口應(yīng)直接連接柜殼對(duì)地屏蔽，防止柜內(nèi)的干擾磁場(chǎng)通過(guò)已被屏蔽的電纜泄漏出去。在屏蔽電纜進(jìn)線口的位置，其外部屏蔽部分與柜內(nèi)嵌板都要進(jìn)行金屬性連接，若柜殼有涂層，必須去除圍繞滲漏干擾部位的隔離保護(hù)層，確保電纜進(jìn)線口接觸可靠。另外，選擇適當(dāng)?shù)慕饘俨牧弦员ＷC以上接觸部位不被銹蝕。電源濾波器外殼必須與柜殼有大面積的接觸安裝面。柜內(nèi)應(yīng)設(shè)置屏蔽總線，用于各個(gè)電纜的可靠屏蔽連接，橫梁式接地排和等電位排都可以作為屏蔽總線使用。接地排作為保護(hù)地，而等電位排作為功能地使用。接地排還要通過(guò)另外的電纜與保護(hù)接地電極連接，只有這樣才能安全的釋放和旁路電磁干擾電流。

4）走線設(shè)計(jì)

安裝好電氣控制柜內(nèi)包括通用變頻器與PLC在內(nèi)的元件即正確處理各種走線是最基本的工作，但往往由于安裝不當(dāng)，引起通用變頻器與PLC及設(shè)備運(yùn)行異常或損壞，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意安裝工藝設(shè)計(jì)。通用變頻器與PLC除非必要和允許，必須垂直向上安裝，并留足安裝空間，一般上下空間應(yīng)大于120mm，左右空間應(yīng)大于50mm，還必須可靠接地。在當(dāng)安裝柜內(nèi)電氣元件時(shí)，必須可靠地將這些部件準(zhǔn)確無(wú)誤的安裝在支撐托架或?qū)к壣希瑥亩苁顾鼈冋５墓ぷ鳎硗膺€要檢查緊固螺釘所用的扭矩是否得到保證。不能將操作面板安裝在靠電纜和帶有線圈設(shè)備很近的地方，例如電游、電纜、接觸器、繼電器、螺線管閥、變壓器等，因?yàn)樗鼈兛梢援a(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)。功率部件（變壓器、驅(qū)動(dòng)部件、負(fù)載功率電源等）與控制部件（繼電器控制部分、PLC等）必須分開安裝。但是，變頻器和相關(guān)的濾波器的金屬外殼必須與柜體進(jìn)行金屬性連接，理想的情況是將它們安裝到導(dǎo)電良好的金屬板上，并將金屬板安裝到柜體框架上，盡量避免將它們安裝在噴過(guò)漆的安裝板、DIN導(dǎo)軌或其他支撐表面很小的安裝件上，這些都不符合EMC要求。

5）抗干擾設(shè)計(jì)

用于通用變頻器與PLC的抗干擾抑制器，不能用于其他產(chǎn)品，電源濾波器必須安裝在靠近主電源供電饋人線端。電纜安裝的基本原則是：

信號(hào)電纜線和電源電纜線最大可能地遠(yuǎn)離，如果不可能使電纜保持適當(dāng)?shù)木嚯x，則必須使用屏蔽良好的屏蔽電纜和接地良好的金屬電纜管道走線。所有電纜都應(yīng)盡量安排在離金屬外殼部件近一些的位置，如控制柜面板、安裝板、橫梁、金屬導(dǎo)軌等。

信號(hào)電纜與電源電纜可以交叉，但絕對(duì)不要相互并行走線。信號(hào)電纜、數(shù)據(jù)電纜、動(dòng)力電纜和電源電纜要分別排線，在柜中的最小距離為20mm，如有必要應(yīng)采用接地的隔離部件。

相同電路的未被屏蔽的電纜應(yīng)采用雙絞線或?qū)l(fā)送線和接收線之間的距離安排得盡量靠近一些。信號(hào)電纜和與之相連的等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體盡量安排為最短距離。信號(hào)電纜必須遠(yuǎn)離那些能產(chǎn)生嚴(yán)重的磁場(chǎng)干擾信號(hào)的設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、變壓器等。只要有可能，所有的信號(hào)電纜、數(shù)據(jù)電纜都應(yīng)該在同一水平高度進(jìn)入柜中，如都安排在由柜底部進(jìn)入。避免使用多余長(zhǎng)度的電纜，走線多余的部分應(yīng)剪掉。信號(hào)電纜，尤其是設(shè)定值和實(shí)際值電纜，安裝時(shí)不能被中斷。在遇到屏蔽電纜的芯線斷開時(shí)，必須確保屏蔽連接的延續(xù)性，延續(xù)屏蔽的正確方法應(yīng)是通過(guò)具有良好屏蔽接觸和抗高頻干擾的插頭（座）來(lái)保證，在有些情況下，需要中斷屏蔽連接，應(yīng)從電纜插頭分線上中斷，并在插頭（接線端子）之前和之后將電纜的屏蔽層用螺釘連接的形式固定到屏蔽總線排上。

具有大電流、高電壓的脈動(dòng)負(fù)載線都應(yīng)分別安裝。必須用金屬電纜支架托住電纜。各個(gè)電纜支架連接處必須保證金屬性連接并接地。特殊部位應(yīng)采取措施保護(hù)電纜免遭機(jī)械損傷，如利用電纜護(hù)管或護(hù)套，在實(shí)際使用中遇有拖拽電纜的情況時(shí)，一定要使用特殊電纜。如果不能將電纜直接連接到等屏蔽總接線排上，也可以通過(guò)將電纜屏蔽層與夾持型導(dǎo)軌連接到一起，從而實(shí)現(xiàn)良好的屏蔽。

對(duì)于五金件的安裝，應(yīng)考慮不同部位的扭力規(guī)定，不要將接線端子的連接螺釘擰得太緊，從而擠壞電纜。

6）通用變頻器與PLC的安裝方法

以下簡(jiǎn)單介紹幾種通用變頻器與PLC的安裝方法，供參考。

①壁掛式安裝。目前大多數(shù)通用變頻器與PLC都為壁掛式安裝方式，只要利用通用變頻器與PLC的固定掛孔用螺栓固定即可。這種安裝方式只適用于無(wú)塵、無(wú)滴、防潮、以及溫度適宜的室內(nèi)環(huán)境中使用。

②掛箱式安裝。將通用變頻器與PLC安裝在電氣箱內(nèi)或者安裝在機(jī)械設(shè)備的內(nèi)腔內(nèi)。在箱內(nèi)變頻器垂直向上安裝，并留足散熱空間。通用變頻器與PLC的使用環(huán)境溫度與元件的使用溫度有關(guān)，通常應(yīng)該在5-40℃的范圍內(nèi)。柜內(nèi)下方要有進(jìn)氣通道，上方要有排氣通道，進(jìn)排氣通道應(yīng)有避免異物掉入和避免液體滴入的防護(hù)。這種安裝方式適用于一般工業(yè)場(chǎng)合。

③柜內(nèi)安裝。將通用變頻器與PLC安裝在電氣柜內(nèi)。在柜內(nèi)，變頻器與PLC應(yīng)垂直向上安裝在柜體的中下部，柜體上部一般安裝電器元件，千萬(wàn)不能將變頻器與PLC設(shè)置在柜內(nèi)熱空氣聚集的最上部。為確保通風(fēng)空間，變頻器與PLC上下部要和其他的設(shè)備、配線管等之間應(yīng)維持充分的間隔距離。柜內(nèi)下方要有進(jìn)氣通道，上方要有排氣通道，并加裝排氣扇，使排氣暢通；進(jìn)排氣通道要裝金屬絲網(wǎng)以避免灰塵、液體和異物進(jìn)入柜內(nèi)。這種安裝方式適用于一般工業(yè)設(shè)備就地控制的場(chǎng)合。

④封閉性安裝。將通用變頻器與PLC安裝在封閉的電氣柜內(nèi)，柜內(nèi)通用變頻器與PLC垂直向上安裝，并留足空間。電氣柜內(nèi)下方要有進(jìn)氣通道，上方要有排氣通道。電氣柜內(nèi)裝一臺(tái)空調(diào)器，讓空調(diào)器的排氣孔通過(guò)風(fēng)道進(jìn)入電氣柜內(nèi)的下方進(jìn)氣通道：電氣柜內(nèi)的上方排氣通道通過(guò)風(fēng)道進(jìn)入空調(diào)器的進(jìn)氣孔，使空調(diào)器運(yùn)行時(shí)的冷空氣能進(jìn)入電氣柜內(nèi)下方；電氣柜內(nèi)上方的熱空氣進(jìn)入空調(diào)器進(jìn)行熱交換，使空氣變冷后再進(jìn)入新的循環(huán)。空調(diào)器的熱交換散熱器將電氣柜內(nèi)的熱量排出柜外。電氣柜內(nèi)由于密封，所以具有除塵、防j朝、防滴、防水、降溫、散熱等優(yōu)點(diǎn)，使通用變頻器與PLC在良好的封閉低溫空間中安全運(yùn)行。這種安裝方式適用于紡織廠、化學(xué)工廠、皮革制造廠、食品加工廠、礦山等運(yùn)行環(huán)境惡劣的場(chǎng)所。

⑤與機(jī)械設(shè)備配套安裝。在有些機(jī)械成套設(shè)備中，由于結(jié)構(gòu)原因不能將通用變頻器與PLC安裝在設(shè)備外部，而要求安裝在設(shè)備內(nèi)腔內(nèi)，將操作面板或者調(diào)速旋鈕與設(shè)備的操作面板統(tǒng)一布置安裝。通常采取三種方法。

a）目前多數(shù)通用變頻器的操作面板可與主體分離，這樣只需將操作面板用專用電纜和接插件與設(shè)備的操作面板統(tǒng)一設(shè)計(jì)連接即可。

b）從通用變頻器與PLC的外部控制端子上引出控制按鈕、調(diào)速電位器或模擬信號(hào)、顯示信號(hào)和報(bào)警信號(hào)等，并將它直接設(shè)計(jì)并安裝在設(shè)備操作面板上，這種方法既方便又實(shí)用。

c）目前已有生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備專用的一體化變頻器，變頻器主體上無(wú)任何操作部件，操作部件提供給用戶，通過(guò)電纜線接入變頻器。

審核編輯 黃昊宇