某企业动力和控制电气系统的实现与调试开题报告

（1）关键问题

此次设计主要研究控制柜从而本次课题中关键问题主要包括了六大部分。

第一部分是控制柜的环境：不同环境所选择的电柜箱子的种类和规格也会不同。第二部分是控制柜的功用，根据图纸系统，原理系统图选主要部件，然后根据需要添加的功能，使用方法和制造标准来设计排布主要的元器件。第三部分是控制柜的规格尺寸的设计计算，根据元器件的排布结果来选择箱柜尺寸，而且还要尽量选择通用尺寸，然后校验器件的排布结果。第四部分是完成控制柜的整体拼装然后校验，实验按产品的生产标准要求项目进行。第五部分是根据现场的环境选择安装的位置，然后布置地基基础和桥架。第六部分就是放线和接线，然后在进行实验和调试控制柜的功用是否齐全是否达到了预期要求。

（2）难点

首先，确定此次课题的相关数据是一难点，对于论文开始准备阶段查找相关资料有一定难度，所以要广泛搜索文献、科研报告、期刊等来获取所需的相关数据；其次对生产厂房控制柜的定位的图纸也是难点之一，一般定位需要考虑几个问题，生产环境是否会对电柜及其进线出现电缆产生磨损和破坏；控制柜是否边上充足的空间来检修和调试：后期生产生活中是否有水或者其它液体漏进控制柜中对控制柜回路造成影响：后期生产生活中电柜位置是否会对后期的生产进料，维修等产生影响，根据所述要求选择基本定位然后根据现场的实际情况对定位调整。

三、文献综述（或调研报告）

1、研究对象简介（配图说明：可多张、可彩图、可外形图、工作状态图、机电产品图...）

1）随着生活生产的发展，控制柜的种类也随之增加和进步，不仅有挂墙式还有落地式，按功能的分类又分为高压控制柜，低压控制柜，消防控制柜等对我们的生产和生活有很大的帮助

2）当控制柜控制器投入生产中时，作为电气控制作用的电柜。电气控制柜分为传统的继电器控制柜和PLC综合控制柜。比较简单的控制用继电器来控制，复杂的控制一般采用PLC控制(PLC指的是可编程序逻辑控制)。控制柜是按电气接线要求将开关设备、测量仪表、保护电器和辅助设备组装在封闭或半封闭金属柜中或屏幅上，其布置应满足电力系统正常运行的要求，便于检修，不危及人身及周围设备的安全。正常运行时可借助手动或自动开关接通或分断电路。故障或不正常运行时借助保护电器切断电路或报警。借测量仪表可显示运行中的各种参数，还可对某些电气参数进行调整，对偏离正常工作状态进行提示或发出信号。常用于各发、配、变电所中。

如图就是基本的一个控制柜的工作原理图，有分电子版和纸质版的。每个控制柜又在出厂时都配有文件档案袋等每条回路都控制着一个电器柜的一个电器元件或者是下一个电柜

图1

3）基本的配电柜由机柜、保护地组、工作地、智能监控装置、总路熔断器组、分路断路器组、走线槽组合等部件组成。

图1.1

机柜就是简单的一个封闭式的可以开门的长方形的铁箱子，外面刷上一层油漆，在柜子的上端开了几个圆孔方便进出控制线。最后每个柜子都在柜子底端配有底座，底座一般都涂有黑色的一层以便区分，底座主要作用是加固，接地，放静电等，且机柜的底座下面定位又需要地基基础定位起到定位，更加加固和防水防潮的作用。且每个机柜都按能满足设计要求的通用尺寸来选取，使其能够在多个场合下设计和安装，能起到规范使

用的作用。

图2

图3

铜牌又是每个控制柜都必备的重要组成部分，它主要作用就是从上端或者前端引出三相电压到下一级然后还有套上对应相序的颜色的皮套分方便操作人员分辨，还有就是每个控制柜的底端都还配有一个接地铜牌，保障控制柜的安全，避免事故的发生。

图4

图1.5

还有剩下一些就是简单的配件，电线线槽，扎带等方便固定和整理电线的排布，能够使电线回路更加清晰和美观

2、国内外研究现状

近年来，配电箱在国内外的发展速度都十分迅猛。但与国外相比，国内在配电箱领域和国外之间还存在着一定差距，而且在配电箱智能化的发展过程当中还存在很多不足。低压智能化配电箱目前正处于发展阶段，尚无统一的模式遵循。许多研究部门和厂家都在自主研究开发，但大多系统功能单一，缺少综合性多功能设计。因此，我们应当不断完善和积累经验在传统技术的基础上提高自主创新能力，才能让智能配电箱在未来有更好的发展。我国的配电箱行业在近年来也得到了大力的发展，配电箱技术也在不断的提高中。传统配电箱虽然可以短暂满足当代社会的发展需要，但是仍然存在很大问题:配电箱不稳定;寿命短，功能不齐全，性价比不高，缺乏创新等问题，对配电箱的长远发展带来了重重阻碍。国内的配电箱过于依靠传统技术，缺乏创新思维，功能设计单一。^[2]部分老旧技术已经被国际淘汰多年，但在国内仍然沿用至今，总有一天这种滞后性会给配电箱行业带来一种致命的打击。另一方面，配电箱专业的人才短缺，中国在配电箱的人才培养上存在严重的问题。由于配电箱研发、实践性很强，这势必会导致我国在配电箱行业的人才空缺，配电箱的发展也就举步维艰，难以在国际上进行竞争。配电箱技术的落后性会给企业的发展，不仅仅是成本的提高，也是遏制其创新研发的根源，只有脱离了落后技术的束缜，不断创新，才能追赶上国际的步伐，配电箱才能有个美好的未来。^[6]

3、发展趋势

随着经济的发展，技术的不断进步，元器件从早期性能低下，体积较大逐渐转变为体积小，高性能，智能化。控制电柜也随之发生着改变

1、低压控制电柜发展的第一阶段：依靠从外国进口配电柜。 我国在配电技术方面起步较晚，最初变压器国内相关生产企业均不具备足够的生产研发能力，电器元件大多也无法自行生产，配电柜及变压器的需求更多依靠于国外进口。我国于20世纪50年代首次引进配电柜，元器件也大量引进技术。初期国内配电柜采用纯粹进口；或是直接元器件将固定安装形式，并没有成型的配电柜品类。 2、低压控制电柜发展的第二阶段：固定式配电柜。改革开放以后，中国引进市场经济体制，大大激发了企业的创新和发展的激情，随着引进技术的增加，同时对以往技术的吸收和再创造，变压器及元器件生产进入了新的历史阶段。PGL作为国内较早的自行可以生产的一种低压配电柜体，为早期国内配电柜发展作出了贡献。但由于其柜架组成需要大量焊接，且安装配孔不便，没有太多标准化的方案，随着元器件技术的发展，到后期该柜型显得越来越不适应于时代^[1]。进入20世纪90年代，国内已广泛学习了电子绘图技术，采用CAD技术进行配电柜的设计及生产均已具备条件。同时，含有模数孔位的型材来制作配电柜体骨架这一方法也渐渐突显优势。在一九九一年能源部以促进我国低压配电行业的技术进步，加速低压配电成套开关设备的更新换代为宗旨，下达由能源部低压成套开关设备联合设计研制组（简称NLS）研发GGD 系列低压交流固定式开关柜这一技术进步开发项目。GGD柜型成功完成设计和研制，于一九九二年十月通过了由能源部主持的部级鉴定。GGD柜的主GGD柜的主电路设计了129个方案，共298个规格。主电路方案征求了广大设计、使用部门的意见选编的，方便各个不同场所情形选用。GGD采用通用柜地形式，构架用8MF冷弯型钢局焊接组装而成，构架零件及专用配套零件由型钢定点生产厂配套供货。通用柜的零部件按模块原理设计，并由20模的安装孔，通用系数高，可以工厂预生产。这样既缩短了生产制造周期，也提高了工作效率。随着GGD柜的大量推广应用，极大促进了低压配电柜行业的发展，在当时出现数家专业生产配电柜壳体的厂家。由于专业的分工制造，使得人们对配电柜结构方面有了更多的关注和思考。^[4]

3、低压控制电柜发展的第三阶段：间隔式及抽屉式开关柜。 在当时我国电力系统快速发展的需求下，GGD迅速推广使用，元器件技术性能大大提升。一系列引进的新技术促进了国产配电柜技术的研究与发展；GCK系列低压抽屉式配电柜应运而生。^[6] 在90年代初期，由天津电气传动研究所研制的GCK配电柜产品开启了国内低压配电抽屉柜的自产之路。 GCK是组装式的抽屉柜类型，采用FA28型钢组装而成，结构灵活，组装效率高；适用于交流50-60Hz，额定工作电压为660V及以下，额定电流为4000A及以下的发、供电系统中配电、电动机集中控制，无功补偿。由于GCK在当时拥有电气性能高于同类产品，外型美观，防护等级高，安全可靠，维护方便等特点，被国家列为两网改造推荐产品^[6]。GCK柜出现了抽屉柜形式，每个用电单元可以用单独的抽屉分隔。GCK抽屉柜采用拨把杠杆省力操作机构，抽屉柜的门板与内部抽屉是分开的两部分结构，当抽屉单元在打开抽屉门后，可以从抽屉柜本体中抽离，极大地方便了检修和用电单元的更换工作，提前了效率和配电可靠性。90年代中期，为了更好引导和促进电力发展，电力部和机械部委托森源电气公司组织行业力量联合设计开发新产品GCS。于1996年7月通过了两部联合组的鉴定，1997年1月两部联合发文对GCS型开关柜推广应用。GCS型开关柜由进线柜，配电柜（PC柜）和电动机控制柜（MCC柜）三种基本柜型组成，主断路器最大额定电流为4000A，主断路器和母排的短路强度最大可达到80/170KA,MCC柜最多可配置22个功能单元。GCS型开关柜吸收了国外低压开关柜先进的设计思想，采用独特的CJG推进机构，实现抽屉的推进与开关分合闸为一体；同时，GCS柜使用后置母排和各功能区域绝缘间隔。电器元件、专用配套件和结构件立足于国内生产制造的产品，性价比高；且极大推动了配电柜行业的发展。GCS在后续两部联合持续推使用中，迅速被广大用户接受，成为了我国低压配电柜的主流产品。GCS，GCK柜在市场上广泛应用的同时，国外瑞士ABB集团的MNS低压抽出式成套开关柜在引进多年后，国内很多开关柜厂也进行仿制生产，逐渐形成一种低压开关的标准，MNS柜型。 MNS柜采用25MM模数孔的C型钢拼装而成，抽屉柜采用了与MNS独有的大联锁操作机构，在抽屉推入到合闸位置时，先采用大联锁机构进行锁定抽屉的位置，再采用开关合闸机构进行分合闸，两种机构分开，避免可能了出现的误操作。MNS操作结构与GCS机构的不同，也吸引了客户的注意力和关注。

进入21世纪后,随着中国加入世贸组织，为兑现加入世界贸易组织的承诺，于2001年12月3日开始了强制性产品认证制度；从2002年5月1日起，国家认监委开始受理第一批列入强制性产品目录的19大类132种产品的认证申请。低压成套开关设备即低压配电柜便成为了第一批第三大类（低压电器类）里面的一种产品。GCK，GCS，MNS这三种柜型在3C认证的推动下，在国内通过不断的改良和演变，逐渐成为了最广泛应用和最基础的三大类低压配电柜产品。当然，期间市场中也出现其他不同结构形式配电柜，如：引进LK-NES技术的多米诺组合式开关柜等。多米诺开关柜采用模数组合设计的方式，采用抽屉形式利用水平及垂直母线来分配不同使用单元的电能。还有采用插入式开关技术的一些固定间隔配电柜型等等。4、低压控制柜发展的第四阶段：智能型或多功能配电开关柜。加入WTO后，中国对接国外先进技术，带来了开关元器件飞速进步和发展，材料学的突破、空气流体学等各类学术的进步，使得国内各类框架式断路器、塑壳断路器、交流接触器、热继电器等等，都实现了小型化，低能耗，同时设计也均考虑到了额定工作电压和减少了飞弧距离的问题。元器件的标准化、模块化、智能化、多样化发展趋势越来越明显。新型低压二代抽屉柜质量也越来越与外国品牌比肩，国内有一些厂商开发的产品甚至在某些技术参数等方面超过外国品牌配电柜。由于国外配电柜技术比中国发展早，在现阶段各类国外柜型在市场中还是占有着显著的位置，瑞士ABB公司的授权柜MDmax柜、原厂柜MNS 3.0 ; 法国施耐德的Blockset柜、原厂柜Okken柜;德国西门子的8PT柜、原厂柜S8柜；美国罗克韦尔CENTERLINE原厂柜等等。这些国外产品一方面不断开发更新技术，一方面不断将产品中国化，使得他们也得到了广泛的认可和应用^[4]。随着网络和智能化技术的成熟和扩展，配电柜结构技术的改进和创新，国内外厂商配电柜都开始发力于新产品。在现场总线技术发展的前提下，低压配电成套装置也向新的方向发展，并逐渐体现出紧凑化、智能化、可通信、高防护、高可靠性、模块化、环保等新技术特征。低压智能配电柜相关技术的研发已经成为了未来科技的流行趋势。因崇尚个性化以及新一代技术创新多，新的智能配电柜出现了多元化的发展，但是综合起来都有如下特点：趋向于易操作、可靠性高；模块化、易维护；应用总线技术实现网络化、智能化；外观美观、现代；突显人机交互技术，采用手机APP管理；智慧能耗管理等等。5、控制柜发展的期望随着全球一体化的加强，市场竞争日益加强，国内技术不断突破，中国配电行业在创新和发展的路上越走越远。把握时代发展的契机，利用优势技术如：5G，网络大数据，大基建等，电柜必将最终走出一条独特而强大之路。

参考文献

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[6] 黄海健.电气控制柜设计与施工探讨[J].居舍,2017(32):132.

[7] 郭效龙.机电控制技术的现状和发展趋势[J].建筑实践,2019,38(20):

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2022,107:1317-1322.

1、设计控制柜的安装定位（自己课题研究对象）的步骤

(1) 选取设计对应需要的电器元件的种类，数量。合理的排列和整理空间，选最合适的通用尺寸。

(2) 对应控制柜的控制的元器件的功率，电压，电流来调整元器件的规格，使其能更经济化，更安全。

(3) 对照生活中常见的模板来选取和设计电柜的参数，达到数据的普遍性和通用性，起到能够节省材料和人工的设计。

(4) 根据现有图纸，模板，来排布配电房控制柜，和电缆排布。

(5) 根据需求，设计院设计调整控制柜的整体布局，按需求调整控制柜具体位置。

(6) 根据设计要求槽钢将槽钢调直，然后按图纸要求预制加工基础槽钢，除锈并刷好防，绣漆

(7) 在混凝士墙或砖墙上固定明装配电箱时采用明配管及暗分线盒两种方式。如有分线盒，先将盒内杂物清理干净，然后将导线理顺分清支路和相序，按支路绑扎成束。待配电箱找准位置后，将导线端头引至箱内，逐个剥削导线端头，再逐个压接在器具上，同时将保护地线压在明显的地方，并将配电箱调整平直后进行固定

(8) 在配电柜安装好后进行配电柜的基本功能调试，达到电柜能够起到控制的作用，能够方便操作员的控制开闭，能更快速更便捷的匹配对应的电器设备。

2、研究方法

（一）数据分析法

这种数据方法是通过对日常生活中常见控制电柜的安装实时进行深入分析，论文在创作过程中分析了大量的数据，文章的数据真实可靠。

（二）文献分析法

文章的创作必须以大量的阅读与研究论文主题相关的文献为分析的立足点。通过查阅与垂直式垃圾转运车相关文献资料，从而获得与论文主题相关的数据，能够掌握最新的学术动态。

（三）比较分析法

比较分析法是能够突出新型控制柜的相关特征，本论文是将新型的控制柜与传统的垃圾车作为两个主要比较对象，并对传统控制柜进行改善，研发出一种新型的智能的控制柜

3、结论

在平时生活中，配电柜哪随处可见，但是不同地方的电柜种类和型号会有不同，在不同的环境下需求的东西我们也需要参考进去，能够尽量达到一次成功，达到方便操作的设计，能够起到预期需求的设计，电柜的防水，防潮，牢固性都需要考虑进去，在不同的环境下又需要电柜具有别的功用，能够在平时正常生产中具有足够的空间来进行开柜门来维修和维护，在后期可能又需要挪位等，都需要设计到位，能够在平时工作中方便生产车间员工来进行操作。

毕业设计是在机械制造与自动化专业理论教学之后进行的实践性教学环节。是对所学知识的一次总检验，是走向工作岗位前的一次实战演习。其目的是:

1、综合运用本专业所学课程的理论和实践知识，通过对实习的岗位需求来使用制图软件，来培养和提高学生独立工作的能力。

2、巩固和扩充机械制造与自动化专业课程所学内容，掌握机械制造的基本知识，学会

对机电设备维护控制。

3、训练熟练查阅相关技术资料如《加工材料手册》、《机械加工设计手册》等。

4、掌握机械制造与自动化专业的基本技能如零件工艺性分析、工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料，绘图及编写设计技术文件等。

第一周找相应资料准备阶段

在网上和图书馆进一步查询各种相关的资料，包括国内外目前在该技术方面的研究状况，对比了解国内外一些不同点的产生原因，以及其深层次国内外中小企业本身所存在的可能的差异。查询有关此类课题的外文文献资料。

第二周文献整理和比对阶段

在日常生活中在看得到和看不见的电柜都具有相同的特性，但是在不同的环境和不同的地点都需要用到特定的电柜，不能做到直接就是一概而论，也不能够直接笼统的选择一种常用的来代表，在许多文献中也有比较多的种类的电柜，而我们讨论的主要是起到控制电路通断，保护下端用电设备的控制柜。所以在后面我们主要是参考所选的配电柜资料然后选择合适的进行比对和借鉴。

第三周，根据指导老师建议选取研究方向

根据导师的指导选择合适的研究方向，选择合适的发展时间段来研究讨论，根据前面几周的研究成果完成开题报告。

搜索与本课题有关的外国文献，并根据所搜集到的资料，整合完成外文文献的翻译工作。根据指导老师的安排下一周的研究工作。

第四周，完成系统的分析工作

根据导师的指导︰完善上周所做的分析工作，对每种配电柜功用，最深入的分析和完善。对每种环境下的设计的不同选取不同的方案

第五到第六周，选取合适电器元件组合和安装

根据不同的环境的特性选择，在不同的配电柜中设计合理的元器件排布。在平时的生产中对应所需的元器件，调整合适的空间，选择合适的位置安装，在能够达到生产需求的情况下选择更加合理的利用电柜的空间和材料。

第六到第七周，选合适的位置定位和安装

在各式各样的环境中，我们选取了合适的电柜，然后在现场环境中找到最合适，不妨碍后期生产改造的位置

第八周，电柜接线和调试

控制柜在定位安装后需要与上下端电子器件连线，起到控制电器开合的作用，然后找到相对应的的控制柜的控制的器件进行调试，然后看效果进行改进和调整，起到能随时能进行控制，达到要求的作用。

第九周，撰写论文整理进行答辩