CN102595860B - 抽屉式电气控制柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抽屉式电气控制柜，它包括柜体（1）和多个层叠设置的抽屉（2），后板（4）上部设有排气口（5），排气口（5）上设有排气扇（6），排气扇（6）通过排气管基座（7）安装在排气口（5）上；后板（4）下部设有进气口（8），进气口（8）上设有多组吸气装置（9），吸气装置（9）分别通过进气管基座（10）安装在进气口（8）上，进气口（8）与吸气装置（9）之间设有空气滤清装置（11），吸气装置（9）的数量与抽屉（2）的数量对应，吸气装置（9）分别通过柔性导引管（12）与相应的抽屉（2）连接。本发明具有空间利用率高、热排放效率高、系统工作稳定性强、抗电磁干扰能力强和操作及维修方便等特点。

Description

抽屉式电气控制柜

技术领域

本发明涉及一种抽屉式电气控制柜。

背景技术

在常规电气控制柜制造领域，由于控制柜空间制约及国家标准验收规范要求，所使用的设备通常为各分系统集成于一体的紧凑型整机设备形式，紧凑型的电气控制柜存在着空间利用率低的缺点。由于电气控制柜内部需要集成很多发热元件，这就导致电气控制柜内部温度较高，现有的电气控制柜的热排放效率低，对于外部环境较差的工作场地散热问题更是严峻；传统的紧凑型电气控制柜在维修时就必须要带齐工具（例如：改刀，扳手等工具），每次维修都必须把电器设备卸下，费时费力，在操作上有时候还必须蹲下身体，转入机箱里面，操作很不方便，里面线路多，操作者进入很易造成触电，影响人身安全；造成故障排查的不便及绝缘部位的累计损伤，可能导致短路事故的发生。

传统一体化的紧凑型电气控制柜内电磁干扰现象严重，容易造成各分系统控制的不稳定。电磁骚扰是常见的电磁现象，它可能会引起装置、设备或系统性能的降级，但不一定会形成后果，即电磁干扰。常规的电气控制柜对于EMI（干扰）和 EMS(敏感度、抗干扰）重视度不足，造成工控系统不稳定，电磁干扰（EMI：Electro Magnetic Interference ）是由电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。电磁干扰的三要素为电磁干扰源、耦合路径（传输通道）和敏感设备，主要表现在以下4个成因：（1）不同的外部环境条件对工控系统干扰；（2）不同的元器件对于噪声干扰和射频干扰的反应各不相同；（3）现场安装人员缺乏经验；（4）电气控制柜中设备功能的开发者应遵从EMC要求，但是国内设备开发过程中未对其足够重视。  

另外，本发明主要应用于工业机床电气控制部分的收纳及管理，工业现场环境存在外环境的干扰，会通过工控机电源对工控系统造成危害，主要体现在以下几个方面：（1）常规的电气控制柜由于简约设计，造成故障排查的不便及绝缘部位的累计损伤，可能导致短路事故的发生；（2）由于外部环境条件或要求，电气控制柜的散热或热排放方式欠合理；（3）工业现场存在外环境通过工控机电源对工控系统造成的干扰影响；（4）电气控制柜内部存在的电磁骚扰，是一种客观存在的物理现象，可能会引起装置、设备或系统性能降级，常规的电气控制柜在设计时（或设备安装过程）对于EMI（干扰）和 EMS（敏感度、抗干扰）的重视度不足，造成的工控系统不稳定；（5）由于设备在使用过程中频繁启停或突发性断电，造成工控系统的数据丢失，导致软件故障性停机。

发明内容

本发明的目的在于解决现有电气控制柜的不足，提供一种新型的抽屉式电气控制柜，克服传统电气控制柜空间利用率低、热排放效率低、系统工作稳定性差、抗电磁干扰能力差、操作和维修不方便和绝缘部位累计损伤易造成短路现象等缺点。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：抽屉式电气控制柜，用于放置电气控制系统设备，它包括柜体和多个独立抽屉单元，每个独立抽屉单元包括至少一个层叠设置的抽屉，柜体的前板上设有与抽屉相配合的开口，柜体的后板上部设有排气口，排气口上设有排气扇，排气扇通过排气管基座安装在排气口上；柜体的后板下部设有进气口，进气口上设有多组吸气装置，吸气装置分别通过进气管基座安装在进气口上，进气口与吸气装置之间设有空气滤清装置，吸气装置的数量与抽屉的数量对应，吸气装置分别通过柔性导引管与相应的抽屉连接。

本发明所述的排气口通过通风管与场地排风管道或排风口连接。

本发明所述的进气口通过管道与新风管道或场地外部连接。

本发明所述的空气滤清装置为侧面抽插式平板结构

本发明的有益效果是：

（1）进气和排气系统对抽屉内的高发热部件进行降温，热排放效率高，空气滤清装置有效抑制了粉尘的浸入，延长了电器元件的使用寿命，节省了因故障停机等因素造成的维修成本，提高了设备的工作效率，确保了控制柜内微电脑的准确度，进而保证了产品的加工精度；

（2）抽屉式结构设计紧凑，空气利用率高，能以较小的空间容纳较多的功能单元，且使设备的分配和回路的布线更加合理；

（3）只需拉开抽屉，电路及其电器元件就全部呈现，不需要使用复杂的工具就能完成普通的常规性排查，抽屉式结构能够更加方便、快捷地完成常规性故障排查，维护及调试起来很方便；

（4）抽屉式结构每层抽屉单独成立一个屏蔽空间，在一定程度上取得和屏蔽盒相同的效果，能有效地避免电磁的相互干扰，利用抽屉式结构对系统组件进行分配，降低了EMI干扰发生率，提高了系统运行的稳定性和可靠性；

（5）外部设备失电时不影响工控系统的供电，避免失电带来的损失；

（6）支持多工控系统（PLC\DCS\FCS\DSP\PIC单片机等）与UPS功能的融合应用。 

附图说明

图1为本发明的侧视图；

图2为本发明的后视图；

图中，1-柜体，2-抽屉，3-前板，4-后板，5-排气口，6-排气扇，7-排气管基座，8-进气口，9-吸气装置，10-进气管基座，11-空气滤清装置，12-柔性导引管。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案：如图1、图2所示，抽屉式电气控制柜，用于放置电气控制系统设备，它包括柜体1和多个独立抽屉单元，每个独立抽屉单元包括至少一个层叠设置的抽屉2，柜体1的前板3上设有与抽屉2相配合的开口，柜体1的后板4上部设有排气口5，排气口5的开口直径大于150mm，排气口5上设有排气扇6，排气扇6通过排气管基座7安装在排气口5上；柜体1的后板4下部设有进气口8，进气口8的开口直径大于350mm，进气口8上设有多组吸气装置9，吸气装置9的孔径大于100mm，吸气装置9分别通过进气管基座10安装在进气口8上，进气口8与吸气装置9之间设有空气滤清装置11，空气滤清装置11为侧面抽插式平板结构，吸气装置9的数量与抽屉2的数量对应，吸气装置9分别通过柔性导引管12与相应的抽屉2连接，吸气装置9由预装电路分步到抽屉面板的开关进行控制。针对环境温度需求较高的工作场地，排气口5通过通风管与场地排风管道或排风口连接，提高排气的效率；针对粉尘较为严重的环境，进气口8可加设粉尘滤清装置，粉尘滤清装置也设计为侧面抽插式平板结构，可方便拆除清洗或更换；针对恶劣的环境，进气口8通过管道与新风管道或场地外部连接。

每个独立抽屉单元分别用于放置电气控制系统的设备，其中第一个独立抽屉单元用于放置电源接入、稳压、DC调压、熔断、保护和测量显示装置等；第二个独立抽屉单元用于放置控制系统，它包括可编程逻辑控制器PLC、分布式控制系统DCS、现场总线控制系统FCS、数字信号处理器DSP和PIC单片机等，放置不下时，可采用两个或更多层叠设置的抽屉2组成独立抽屉单元；第三个独立抽屉单元用于放置动力汇流排、低压控制汇流排和相应的显示监测设备；第四个独立抽屉单元用于放置USP不间断电源及触摸屏控制显示装置等。

电磁兼容（EMC，Electro Magnetic Compatibility ）一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，正常工作而互不干扰而达到“兼容”的状态。主要采用预装（一次）回路布线方式（连接了XMX-LCD多回路巡检仪表实现温度、湿度、压力、液位、流量等8路、16路或32路物理量的测量、显示和公共报警控制；可通过串行通信口将数据上传到计算机中；双4位高亮度LED数字显示窗，切换显示各路输入信号。结构紧凑，允许各路选择不同的输入传感器，并且每路有独立的零点、增益修正功能，并有独立的报警限值设定功能），预留（二次）回路系统布线的空间。除此之外，电气控制柜内的所有金属部件都要通过大面积接触连接在一起（避免非金属与非金属连接），如果需要，可以使用接触垫片。使用接地条将控制柜门（顶部、中部、底部）连接在控制柜柜体1上，接地条应尽可能短。为交流接触器、继电器、电磁阀、机电操作时间计数器等感性负载提供熄火器件，熄火器件应该直接连接在相应的线圈上。经常开关的感性负载应该距离过程控制模块至少20cm。如果有可能的话，只让信号电缆的一端进入控制柜。将备用电缆双端接地，避免使用不必要的长电缆。对于同一信号的电路，尽可能使用双绞线，或者使供电线与返回线之间的距离最小。将信号线接近接地金属板会减小相互串扰。

工业现场环境对于应用的工控系统存在干扰，工控系统在设计供电系统时需考虑下列因素：供电与接地系统的合理设计；电源系统的抗干扰性；外部设备失电时对工控系统供电的影响，控制系统不允许断电场合供电电源的冗余等。

针对控制设备在使用过程中频繁启停或突发性断电，造成数据丢失导致的软件故障性停机，采用的模块化UPS结构包括：UPS功率模块、静态开关模块、显示通信模块以及电池组，支持多工控系统（PLC\DCS\FCS\DSP\PIC单片机等）与UPS功能的融合应用。

UPS电源工作原理：（a）AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路；AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。（b）DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性；由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠的工作。（c）控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈，极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。 

模块化UPS采用被动PFC（工控系统功率大于400w采用主动PFC）的结构设计，每套系统由功率模块、监控模块和静态开关组成。其中，功率模块可并联，平均分担负载。如遇故障自动退出系统，由其它功率模块来承担负载，既能水平扩展，又能垂直扩展。冗余并机技术使设备无单点故障，以确保电源的最高可用性。所有的模块可以实现热拔插，可以实现在线更换，维修是最安全的电源保护方案。模块化UPS主机控制模块采用工业CAN总线控制结构，由两块冗余的可热插拔的控制模块来完成对系统的控制管理，一个控制模块故障不会影响到系统的正常工作，功率模块的并联也由控制模块集中管理，按照统一的并机参数运行，一个功率模块故障触发并联系统自动退出，不会对整个并联系统造成影响。模块化UPS系统采用独立的静态旁路模块代替多个静态旁路结构，避免转旁路时的多个旁路不均流而造成的过载损坏，模块并联输出电压精度为±1%，并机环流＜1%。

Claims (3)

1.抽屉式电气控制柜，用于放置电气控制系统设备，它包括柜体（1）和多个独立抽屉单元，所述多个独立抽屉单元的数量为四个，每个独立抽屉单元包括至少一个层叠设置的抽屉（2），每个独立抽屉单元分别用于放置电气控制系统的设备，其中，第一个独立抽屉单元用于放置电源接入、稳压、DC调压、熔断、保护和测量显示装置；第二个独立抽屉单元用于放置控制系统，包括可编程逻辑控制器PLC、分布式控制系统DCS、现场总线控制系统FCS、数字信号处理器DSP和PIC单片机，放置不下时，可采用两个或更多层叠设置的抽屉（2）组成独立抽屉单元；第三个独立抽屉单元用于放置动力汇流排、低压控制汇流排和相应的显示监测设备；第四个独立抽屉单元用于放置USP不间断电源及触摸屏控制显示装置，柜体（1）的前板（3）上设有与抽屉（2）相配合的开口，柜体（1）的后板（4）上部设有排气口（5），针对环境温度需求较高的工作场地，排气口（5）通过通风管与场地排风管道或排风口连接，排气口（5）上设有排气扇（6），排气扇（6）通过排气管基座（7）安装在排气口（5）上；柜体（1）的后板（4）下部设有进气口（8），针对恶劣的环境，进气口8通过管道与新风管道或场地外部连接，进气口（8）上设有多组吸气装置（9），吸气装置（9）分别通过进气管基座（10）安装在进气口（8）上，吸气装置（9）的数量与抽屉（2）的数量对应，吸气装置（9）分别通过柔性导引管（12）与相应的抽屉（2）连接，其特征在于：进气口（8）与吸气装置（9）之间设有空气滤清装置（11），所述的空气滤清装置（11）为侧面抽插式平板结构，便于拆除清洗或更换。

2.根据权利要求1所述的抽屉式电气控制柜，其特征在于：所述的排气口（5）通过通风管与场地排风管道或排风口连接。

3.根据权利要求1所述的抽屉式电气控制柜，其特征在于：所述的进气口（8）通过管道与新风管道或场地外部连接。

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