在非标自动化设备集成中控制电路中的PLC一般而言是24DV24伏直流电。而这个24V DC一般不是工厂直接给到设备的外部电源而是非标设备自身控制柜内部生成和分配的控制电源。在中国大陆常见工厂现场客户通常给设备提供的是以下一种或几种交流电源三相380V AC单相220V AC保护接地PE有时还会提供压缩空气、工业网络等公共条件。控制柜常见主回路电压包括三相380V、单相220V而控制回路常使用24V DC。具体给380V还是220V必须在项目开始时和客户确认不能默认。作为自动化设备开发人员不一定需要亲自处理工厂配电柜但至少要能看懂并确认本设备需要 AC 220VL、N、PE 三根线接到控制柜 X0 进线端子总功率 2kW额定电流约 ×A客户接完以后还应核对电压是否符合要求L、N、PE是否齐全PE是否可靠上级断路器容量是否合适进线是否接到了正确端子相序是否符合要求若是三相设备现场电源与电气图是否一致。所以最简单、实用的认识是工厂怎么从总配电柜把电送过来通常不用设备开发人员亲自设计但设备需要什么电、接到哪里、容量多大以及接入后是否正确设备方必须负责说明和确认。现场常见的责任边界可以把控制柜上的总进线端子看成双方边界工厂配电系统 ↓ 客户提供的电缆 ↓ 【控制柜总进线端子】 ↓ 设备内部总开关、断路器、开关电源、PLC总进线端子之前一般由客户厂务或电工负责。总进线端子之后一般由设备电气工程师负责。但具体项目也可能规定客户只把电缆拉到设备旁设备方负责最后接线设备方提供带插头的电源线客户只提供插座设备方负责全部接线客户电工只负责停送电客户规定所有厂内接线必须由客户电工完成。所以开工前应明确一句客户负责把电源接到控制柜总进线端还是只负责把电缆预留到设备旁例如设备只需要单相220V设备方只要明确告诉客户设备总电源要求 单相 AC 220V50Hz L N PE 最大功率×× kW 建议上级断路器×× A 接入位置控制柜进线端客户的厂务人员或电工通常负责从工厂配电柜拉电缆选择供电回路配置上级断路器把电缆敷设到设备旁将电源接到控制柜指定的总进线端子或总开关进线侧。设备方主要负责控制柜内部控制柜总进线 → 总开关 → 分支断路器 → 24V开关电源 → PLC、传感器、继电器等但不能理解成“工厂供电完全与设备方无关”设备方虽然通常不负责改造工厂配电但必须告诉客户准确的接口条件。至少要提供需要220V还是380V单相还是三相是否需要N线必须有PE保护地设备总功率额定电流和可能的启动电流建议上级断路器容量进线电缆规格要求电缆从控制柜哪个位置进入接到哪个端子是否需要独立回路。否则客户电工不知道应该拉什么线、配多大的断路器。然后以上需要告知工厂的信息需要如何确认呢有如下资料参考这些问题可以统一为一条工程链路先确定所有用电设备及其供电要求再决定控制柜需要什么总进线不是先随便选220V或380V再想办法把所有负载迁就进去。一、总进线选220V还是380V不是看“额定电压最大的设备”不是简单按照设备中最高电压是380V → 总进线就选380V而是先建立完整的负载清单设备数量输入电压相数输入功率/电流备注伺服驱动器2AC 380V三相按手册动力负载工控机1AC 220V单相500W控制负载24V开关电源1AC 220V单相480W输出24V工业风扇2AC 220V单相200W交流负载然后根据主要负载决定供电方案。情况一所有负载都只需要220V例如220V伺服220V风扇220V工控机220V转24V开关电源没有任何380V负载。那么最自然的方案是客户提供 单相 AC 220V L N PE或者设备总功率较大、内部单相负载较多时也可能要求客户提供三相五线380V再把不同220V负载分配到不同相上。但小型设备通常没有必要复杂化。情况二设备中确实存在380V动力负载例如380V伺服驱动器380V变频器三相380V电机大功率加热器。这时通常直接要求客户提供三相 AC 380V L1 L2 L3 N PE然后L1/L2/L3 → 给380V三相负载 某一相L N → 得到220V → 给220V负载 220V → 24V开关电源 → 得到24V DC汇川的伺服产品本身就区分220V等级和380V等级220V系列通常接受约200240V输入而380V系列接受约380480V输入必须按具体驱动器型号选择供电。(portal-file.inovance.com)这通常比客户提供220V → 控制柜内升压到380V更合理。二、一般不建议用220V升压得到380V理论上可以使用升压变压器或其他电源变换设备把220V转换成380V但这通常不是非标设备的首选方案。因为会增加变压器体积重量成本发热控制柜空间保护器件转换损耗故障点启动冲击电气设计复杂度。特别是380V负载是伺服、变频器或较大电机时不应该默认采用“220V升380V”的方式。例如一个380V伺服系统需要5kW功率即使不考虑损耗从220V侧取电也需要更大的输入电流。升压只改变电压、电流关系并不会凭空增加功率。所以通常遵循有明显的380V动力负载就直接向客户申请三相380V进线。只有在现场确实无法提供380V、设备功率较小、变换器经过正式选型并且技术和经济上都合理时才考虑升压方案。三、如果有380V和220V负载是否一定需要变压器不一定。如果客户提供的是常见的三相五线系统L1 L2 L3 N PE那么通常L1—L2 ≈ 380V L2—L3 ≈ 380V L1—L3 ≈ 380V 任意一相—N ≈ 220V因此380V负载接三相220V负载接某一相与N24V开关电源接220V再输出24V DC。这种情况下通常不需要380V转220V变压器。不过要考虑客户是否提供N线单相负载如何在三相之间平衡220V负载是否允许直接使用该供电系统客户技术规范是否要求控制变压器是否需要电气隔离电压波动与谐波某些特殊行业的规范要求。四、N线是不是必选项N线不是所有设备都必需。是否需要N取决于设备内部有没有需要“相线对零线供电”的负载。不需要N线的情况假设整台设备只有三相380V变频器三相380V伺服三相380V电机一个输入支持三相380V、输出24V DC的开关电源没有任何220V单相负载。那么总进线可能只需要L1 L2 L3 PE也就是三相四线其中三根相线加保护地不包含N。需要N线的情况设备内部存在220V工控机220V显示器220V风扇220V插座220V光源控制器220V输入的24V开关电源。而这些220V负载计划从三相电的“相线N”取得220V那么就必须要求L1 L2 L3 N PE因此N线是一个由负载决定的设计选项。不是所有设备都必须有N但为了方便使用220V负载很多非标设备最终会采用三相五线进线。五、PE是不是必选项对于常见金属机架、金属控制柜、伺服驱动器、电机、工控机等工业设备PE保护地应当看成必需项而不是普通可选项。控制柜应设置PE端子或接地排设备的外露可导电部分按设计接入保护接地系统。西门子的工业控制柜技术资料也明确要求外部保护导体端子标识为PE并将柜体设备接到保护接地系统。(西门子资产)汇川伺服手册同样强调保护接地必须符合相应技术标准和当地安全规定。(portal-file.inovance.com)因此设备方提交供电要求时通常应明确写保护地PE必须提供需要区分N工作零线正常运行时可能有电流PE保护地主要用于故障保护24V的0V直流控制电源参考点。这三者不是同一个东西不能随意混接。六、如何确定总进线类型可以按照下面的决策流程。第一步列出所有交流负载包括伺服驱动器变频器电机加热器风扇工控机显示器相机控制器光源控制器24V开关电源机柜空调维修插座其他外接设备。第二步查看每台设备铭牌或手册记录额定输入电压允许输入范围单相或三相额定输入电流最大输入电流输入功率启动电流推荐断路器推荐熔断器推荐线径是否要求漏电保护器类型接地要求。特别是伺服、变频器不能只看电机铭牌要看驱动器输入端的要求。例如电机由伺服驱动器供电 工厂电源接到伺服驱动器 所以总进线设计重点看驱动器输入规格第三步判断最高等级的主要动力电压全部都是220V优先考虑220V进线有较大380V负载优先考虑三相380V进线同时有380V和220V通常采用三相五线380V进线只有三相380V负载而没有220V需求可能采用三相四线特殊设备根据客户标准和具体产品重新设计。这里不是“看最大电压”而是看是否存在值得让整机采用该电压等级的主要负载。假设设备里只有一个功率20W的小型特殊380V元件而其他设备全部是220V就不一定值得让整机改成380V进线可能更适合更换这个元件型号。所以设计时还要问能否直接选用与整机电源体系相匹配的设备型号七、设备总功率怎么评估最基本的方法是建立负载功率表。1. 纯电阻或一般电子负载如果产品手册直接给出输入功率P 设备输入功率直接使用手册值。例如设备数量单台输入功率合计工控机1500W500W显示器180W80W光源控制器2150W300W24V开关电源1600W输入600W风扇2200W400W合计500 80 300 600 400 1880W但还不能直接宣布总功率就是1.88kW因为还要加入电机、伺服、加热器等动力负载并考虑同时运行和工程余量。2. 单相负载只有电流值粗略估算视在功率 S ≈ U × I例如220V × 5A 1100VA有功功率则与功率因数有关P U × I × cosφ但在做进线、变压器、断路器和电缆初步设计时不能只看有功功率还要关注电流和视在功率。3. 三相负载平衡三相负载常用P √3 × U × I × cosφ × η其中U是线电压例如380VI是线电流cosφ是功率因数η是效率。但实际选型时最可靠的方法仍然是优先采用设备厂家手册给出的额定输入电流、最大输入电流和推荐保护器件。不要仅凭电机输出功率反推全部输入参数。八、24V负载怎么计入总功率先统计24V侧负载24V负载数量单个电流合计电流PLC10.8A0.8AIO模块20.2A0.4A传感器100.03A0.3A继电器80.04A0.32A电磁阀40.25A1.0AHMI10.8A0.8A合计3.62A24V输出功率24V × 3.62A ≈ 86.9W考虑余量后可能选择24V、5A开关电源24V × 5A 120W但计算整机交流输入时不能只把86.9W直接写进去还要考虑开关电源效率。假设效率90%交流侧输入功率约为86.9W ÷ 0.90 ≈ 96.6W更简单的方法是直接查看所选开关电源手册中的输入电流输入功率效率浪涌电流。九、设备总功率不能只做“全部额定功率相加”需要区分三个概念。1. 装机功率所有设备额定功率相加P安装 Σ各负载额定功率这是理论最大基础值。2. 正常运行功率考虑哪些负载实际会同时运行。例如两个气缸电磁阀永远不会同时动作加热器可能周期通断伺服并非长期满载风扇持续运行工控机持续运行。因此正常运行功率可能小于装机功率。3. 最大需求功率用于进线设计时应考虑最不利的合理工作状态哪些负载可能同时启动哪些负载可能同时满载是否有加热器是否有多个伺服同时加速是否有瞬时冲击是否存在未来扩展。不能为了减小电缆和断路器随意假设设备永远不会同时运行。十、额定电流怎么确定总进线额定电流不是把所有设备的输出电流直接相加而是统计它们在总进线侧的输入电流。单相220V设备将所有接在同一相上的设备输入电流相加I总 ≈ I工控机 I开关电源 I风扇 I光源 …还要考虑同时运行启动电流电源浪涌工程余量。三相380V设备优先查看每台驱动器或负载手册中的额定输入电流。如果设备同时包含单相负载应分别统计每一相相别所接负载合计电流L1-N工控机、显示器6AL2-N24V电源、光源7AL3-N风扇、插座5A三相伺服驱动器每相10A最终每相总电流大致变成L110A 6A L210A 7A L310A 5A因此应尽量平衡单相负载而不是全部挂在L1上。十一、启动电流怎么评估启动电流不能统一按一个倍数估算必须分设备类型。普通直接启动电机可能出现较大的启动电流具体看电机型号启动方式直接启动、星三角启动或软启动负载机械特性厂家数据。变频器和伺服驱动器输入端可能存在整流直流母线电容充电上电浪涌多轴同时上电。应查看驱动器手册的最大输入电流推荐断路器推荐熔断器预充电要求多驱动器组合规则。汇川伺服手册也明确要求安装者根据相关规定处理线路保护、熔断器、接地和隔离装置而不能只凭经验选择。(portal-file.inovance.com)开关电源、工控机和光源控制器这些设备即使运行功率不大上电时也可能有电容充电浪涌。所以可能出现正常运行只有5A 但合闸瞬间远高于5A这会影响断路器脱扣曲线和分批上电设计。十二、上级断路器容量怎么评估不能采用简单规则总电流10A → 随便选16A断路器断路器选择需要同时满足能承受设备正常工作电流不因正常启动或浪涌误跳闸能保护下游电缆分断能力满足现场预期短路电流极数适合供电系统脱扣曲线适合负载与下级保护器件有合理配合满足客户标准兼顾漏电保护要求符合具体设备厂家的推荐。最基本的关系可以理解为设备设计电流 ≤ 断路器额定电流 ≤ 电缆允许载流量但这只是入门关系不能代替完整设计。伺服、变频器等负载应优先查看厂家给出的推荐断路器、熔断器和接触器型号或参数。设备方最终可以给客户的是建议客户上级提供 三相五线 AC 380V 推荐上级断路器3P/4P额定××A 最低分断能力按客户现场短路容量确定其中短路容量通常需要客户厂务提供设备方不能只靠设备负载计算出来。十三、进线电缆规格怎么确定电缆不是只根据功率查一张固定表。需要考虑设计电流电缆材质铜线或铝线芯数敷设方式穿管、桥架还是拖链环境温度多根电缆成束线路长度电压降短路耐受机械强度是否移动阻燃要求客户规范PE线截面积要求。例如同样是20A单独敷设密闭线槽高温控制柜多根线缆成束允许使用的线径可能不同。因此初步设计可以根据设备电流查厂家载流量表但最终必须由电气设计人员根据适用标准、敷设条件和现场条件确认。设备方向客户提供时可写设备进线接口容量32A 建议使用五芯铜电缆 最终截面积由客户根据敷设距离、敷设方式、环境温度和当地规范确定或者由设备方在已知现场条件后直接指定完整电缆型号。十四、电缆从控制柜哪个位置进入怎么决定这主要属于控制柜机械布局和现场安装设计。常见选择是控制柜底部进线控制柜顶部进线控制柜侧面进线插头插座接入。通常优先底部进线因为厂房电缆经常从地沟地面线槽下方桥架进入设备。但如果现场桥架在顶部则可能顶部进线。设备方需要提前确认客户电源从上方来还是下方来 控制柜靠墙还是独立放置 柜门能否正常开启 电缆弯曲空间够不够 强电和通信线是否分开 是否需要防水、防尘格兰头然后在控制柜图纸上标注主电源进线位置柜体底部右后侧 进线孔尺寸×× 电缆固定方式格兰头不是到了现场再临时钻孔。十五、接到哪个端子怎么确定这是设备方控制柜设计的一部分。例如设计总进线端子X0-1L1 X0-2L2 X0-3L3 X0-4N X0-5PE或者单相设备X0-1L X0-2N X0-3PE客户电工只需要按照你提供的图纸接入。也可能设计成客户电缆直接接到主隔离开关进线侧QF0/L1 QF0/L2 QF0/L3 N端子排 PE接地排具体采用端子还是直接接总开关要根据总电流导线截面积柜内空间维修便利性产品设计规范客户要求。PE通常进入专用PE排或接地端而不是普通端子随意转接。工业控制柜资料明确要求外部保护接地端进行标识并可靠连接。(西门子资产)十六、是否需要独立回路怎么判断这里所说的独立回路是让客户不要把设备和其他大负载共用同一个末端回路。通常下列设备更适合要求独立供电自动化生产设备带伺服、变频器的设备有较大启动电流的设备对电压波动敏感的视觉设备需要独立停送电和检修的设备设备故障跳闸不能影响其他产线客户明确要求独立配电。大多数正式生产设备都应有明确的专用上级断路器和隔离点。客户侧可表述为请为设备提供独立供电回路 不得与焊机、大功率电机等冲击性负载共用末端回路。是否需要更高级别的隔离变压器、UPS、稳压器或电能质量治理则根据客户现场电源质量设备敏感性停电后果视觉和工控机数据保存要求大功率干扰源进一步判断。十七、用一个完整例子串起来假设设备包含设备供电两台380V伺服驱动器三相380V工控机单相220V显示器单相220V工业风扇单相220V24V开关电源单相220VPLC、传感器、电磁阀24V DC那么设计结论通常是1. 总进线三相五线 AC 380V L1 L2 L3 N PE原因伺服需要三相380V其他设备需要220V因此需要N金属控制柜和相关设备需要PE。2. 内部分配L1/L2/L3 → 伺服驱动器 L1/N → 工控机和显示器 L2/N → 24V开关电源 L3/N → 风扇和光源控制器 24V开关电源 → PLC、IO、传感器、继电器、电磁阀这样还能尽量平衡三相单相负载。3. 总功率与电流查两台伺服驱动器手册中的输入电流查工控机、显示器、开关电源和风扇输入电流计算每一相的最大合理电流考虑伺服同时加速和设备上电浪涌根据最大相电流确定设计电流再选择主开关、进线端子和电缆。4. 向客户提供最终不是只说“给我380V”而是给出类似设备电源要求 三相五线 AC 380V50Hz L1/L2/L3/N/PE 设备装机功率约××kW 最大工作电流约××A 建议独立供电回路 建议上级断路器××A 客户电缆接至控制柜X0总进线端子 电源从控制柜底部进入 PE必须可靠连接十八、这些内容是否都要由自己独立完成作为刚进入非标自动化的人最初不应独立拍板主断路器电缆线径短路分断能力保护接地漏电保护器类型伺服主回路保护安全回路380V配电。但必须学会做第一版负载表并能向电气工程师提供准确的信息。现阶段最需要掌握的是1. 列出所有用电设备 2. 查每台设备的输入规格 3. 区分220V、380V、24V 4. 区分单相、三相 5. 判断是否需要N 6. 明确PE必须存在 7. 汇总功率和各相电流 8. 找出启动、浪涌和同时运行条件 9. 根据厂家手册整理推荐保护器件 10. 交给有经验的电气工程师复核也就是说先具备负载分析能力再逐渐学习完整的电气选型。最核心的判断可以压缩成总进线电压由主要动力负载和整体供电架构决定N线由是否存在相线对零线负载决定PE由电气安全决定通常必须提供功率、电流、断路器和电缆必须从完整负载清单、同时运行工况、启动特性和厂家手册逐级计算不能只看功率最大的一个设备。总结就是了解工厂供电情况了解如何跟客户电工如何沟通需要多观察与学习需要积累一定经验。