1.設(shè)計的基礎(chǔ)資料

在通用變頻器與PLC控制柜設(shè)計前，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／自動、本地／遠程、是否需要通信連網(wǎng)。對舊設(shè)備改造，應(yīng)該確切知道如下技術(shù)參數(shù)及要求：電動機的具體參數(shù)，包括額定功率、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓、額定電流等；電動機的負載特性、工作制、運行方式等，最好能取得以往的運行數(shù)據(jù)：工作環(huán)境，如現(xiàn)場的運行環(huán)境溫度、防護等級、EMC等級、防爆等級；通用變頻器與PLC控制柜的安裝位置及與電動機間的實際距離；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參數(shù)及采樣地點；另外還要考慮實現(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。對新增加的通用變頻器與PLC控制系統(tǒng)，應(yīng)對傳動系統(tǒng)負載特性有深入了解，根據(jù)負載特性、電動機容量，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)計內(nèi)容

對通用變頻器與PLC控制柜的電氣設(shè)計時應(yīng)按如下幾個方面進行。

(1）電氣系統(tǒng)圖設(shè)計

通用變頻器與PLC控制系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)圖設(shè)計包括電氣原理圖設(shè)計、主電路設(shè)計、控制電路設(shè)計。控制電路設(shè)計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)計按如下順序選擇主回路電器元件。根據(jù)確定的負載特性和電動機參數(shù)選擇通用變頻器；根據(jù)技術(shù)條件和實際需要，選擇低壓斷路器、交流接觸器、制動電阻等，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

通用變頻器與PLC控制系統(tǒng)的電氣工藝設(shè)計包括變頻控制柜包括飯金工藝設(shè)計、電氣配線工藝設(shè)計、電氣安裝工藝設(shè)計等。其中，電氣配線工藝設(shè)計包括電線電纜類型、線徑、走向、線色、編號、進出線電纜管接頭配置、接地配線、抗干擾布線措施等，除要進行必要的導(dǎo)線截面計算與選擇外，還應(yīng)進行EMC設(shè)計，并應(yīng)按照有關(guān)外殼防護等級、顏色規(guī)定等國家標準配置導(dǎo)線、指示燈和按鈕等。對于控制回路設(shè)計，應(yīng)注意將輸入／輸出的弱電信號如PLC、儀表、傳感器等采取隔離措施，必要時應(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行電氣隔離。控制電纜應(yīng)采用屏蔽電纜，強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

銀金工藝設(shè)計應(yīng)根據(jù)電氣系統(tǒng)圖設(shè)計，應(yīng)充分考慮工作環(huán)境、溫度、濕度、振動、有無爆炸、有無腐蝕性氣體、柜體承載重量等，柜體上一定要考慮設(shè)置合適的通風散熱通道，柜下部進風處應(yīng)設(shè)置過濾網(wǎng)，防止灰塵和油霧等雜質(zhì)進入柜內(nèi)。通用變頻器與PLC的環(huán)境濕度允許為90%以下，濕度過高，會使電氣絕緣降低、金屬部分腐蝕，如果受安裝場所的限制，變頻器不得不安裝在濕度高的場所，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，需加對流加熱器，在柜內(nèi)設(shè)置加熱器，如電熱板加熱、遠紅外電加熱裝置等，并能根據(jù)環(huán)境情況自動地將電加熱器投入運行，去濕和干燥。另外要考慮柜體上所需要的標示牌及銘牌。為了運輸安全和方便，一般要加裝吊裝掛鉤，保證搬運安全。除上述外，應(yīng)根據(jù)抗電磁干擾和屏蔽輻射的能力進行必要的設(shè)計。

2）安裝底板設(shè)計

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距；邊蓋板、后蓋板、支撐托架、安裝附件和上蓋板必須通過柜的框架組裝并進行金屬性連接；在噴漆和電鍍的金屬件上進行螺釘連接，應(yīng)采用能保證金屬性連接的墊圈進行連接，也可以在安裝前去掉連接部位的表面涂層后再連接，對于大面積去除涂層，為避免長期使用時出現(xiàn)銹蝕，必須考慮附加措施，例如涂上油脂等；各個被連接的部件，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

電氣控制柜的屏蔽效果會受到諸如預(yù)開的通風窗口、觀察窗口、操作單元等的影響，如果這些開窗達到干擾信號波長的一半，控制柜將失去屏蔽效果。例如當電磁干擾信號＝500MHz,1/2波長＝30cm；當電磁干擾信號＝1000MHz,1/2波長＝15cm等。因此，電氣控制柜內(nèi)開的通風窗口的形式為，交錯排列的孔狀或密度高的網(wǎng)格狀比狹縫式的好，因為狹縫會在柜中傳導(dǎo)高頻信號；操作面板安裝在控制柜門板上時，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。屏蔽電纜進線口應(yīng)直接連接柜殼對地屏蔽，防止柜內(nèi)的干擾磁場通過已被屏蔽的電纜泄漏出去。在屏蔽電纜進線口的位置，其外部屏蔽部分與柜內(nèi)嵌板都要進行金屬性連接，若柜殼有涂層，必須去除圍繞滲漏干擾部位的隔離保護層，確保電纜進線口接觸可靠。另外，選擇適當?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。接地排作為保護地，而等電位排作為功能地使用。接地排還要通過另外的電纜與保護接地電極連接，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

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，引起通用變頻器與PLC及設(shè)備運行異常或損壞，設(shè)計時應(yīng)注意安裝工藝設(shè)計。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。在當安裝柜內(nèi)電氣元件時，必須可靠地將這些部件準確無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，因為它們可以產(chǎn)生很強的磁場。功率部件（變壓器、驅(qū)動部件、負載功率電源等）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

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：

信號電纜線和電源電纜線最大可能地遠離，如果不可能使電纜保持適當?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。

信號電纜與電源電纜可以交叉，但絕對不要相互并行走線。信號電纜、數(shù)據(jù)電纜、動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。信號電纜必須遠離那些能產(chǎn)生嚴重的磁場干擾信號的設(shè)備，如電動機、變壓器等。只要有可能，所有的信號電纜、數(shù)據(jù)電纜都應(yīng)該在同一水平高度進入柜中，如都安排在由柜底部進入。避免使用多余長度的電纜，走線多余的部分應(yīng)剪掉。信號電纜，尤其是設(shè)定值和實際值電纜，安裝時不能被中斷。在遇到屏蔽電纜的芯線斷開時，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)是通過具有良好屏蔽接觸和抗高頻干擾的插頭（座）來保證，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、高電壓的脈動負載線都應(yīng)分別安裝。必須用金屬電纜支架托住電纜。各個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)采取措施保護電纜免遭機械損傷，如利用電纜護管或護套，在實際使用中遇有拖拽電纜的情況時，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，也可以通過將電纜屏蔽層與夾持型導(dǎo)軌連接到一起，從而實現(xiàn)良好的屏蔽。

對于五金件的安裝，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塵、無滴、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)下方要有進氣通道，上方要有排氣通道，進排氣通道應(yīng)有避免異物掉入和避免液體滴入的防護。這種安裝方式適用于一般工業(yè)場合。

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)下方要有進氣通道，上方要有排氣通道，并加裝排氣扇，使排氣暢通；進排氣通道要裝金屬絲網(wǎng)以避免灰塵、液體和異物進入柜內(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)下方要有進氣通道，上方要有排氣通道。電氣柜內(nèi)裝一臺空調(diào)器，讓空調(diào)器的排氣孔通過風道進入電氣柜內(nèi)的下方進氣通道：電氣柜內(nèi)的上方排氣通道通過風道進入空調(diào)器的進氣孔，使空調(diào)器運行時的冷空氣能進入電氣柜內(nèi)下方；電氣柜內(nèi)上方的熱空氣進入空調(diào)器進行熱交換，使空氣變冷后再進入新的循環(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，使通用變頻器與PLC在良好的封閉低溫空間中安全運行。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、礦山等運行環(huán)境惡劣的場所。

⑤與機械設(shè)備配套安裝。在有些機械成套設(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、顯示信號和報警信號等，并將它直接設(shè)計并安裝在設(shè)備操作面板上，這種方法既方便又實用。

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

審核編輯 黃昊宇