电气控制柜设计制作(结构与工艺篇)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：任清晨

出版社：电子工业出版社

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电气控制柜设计制作(结构与工艺篇)试读：

前言

电是一种绿色环保型二次能源，电的使用使科学技术得到了飞速的发展，同时使人类的生产力和生活品质得到了极大的提高。现今的世界上如果没有电，人类的生产、生活将会一团糟，情况将难以想象。为了更好地利用电能，人类一天也没有停止过对其特性及其应用技术的研究，全世界所有的全科大学、工科院校和职业技能培训机构几乎毫无例外地都开设了电气专业的课程。虽然电可以造福人类，但是在使用电能的同时，电能也给使用者带来了极大的危害和潜在的风险。利用机柜作为电气控制装置的外壳进行安全防护，就构成了电气控制柜。

电气控制设备是人类利用电能为自身服务的工具和桥梁。人类从利用电能的第一天起就从未停止过对电气控制设备的研究，电气控制设备及其性能日臻完善。电气控制设备遍及我们生产、生活的各个角落和各行各业。电气控制柜的设计和制作工艺技术水平直接影响人类利用电能为自身服务的水平和质量。因此，提高电气控制柜的设计制作人员及欲加入电气控制设备制造、使用行业人员的技术工艺水平，具有十分重要的意义。“电气控制柜设计·制作·维修技能丛书”以很自然的方式，将前人的电气控制柜制作经验及相关国家标准和工艺规范的具体内容融入各章节中，拥有本书可以省去查阅相关国家标准和各种手册的大量时间，一书在手即可解决电气控制柜制作中的几乎全部问题。本丛书以国家标准为主线，避开行业问题及与生产无关的纯理论问题，重点介绍各行各业均适用的电气控制柜设计制作的实用生产技术和职业技能。对于电气控制设备生产企业的从业人员和电气控制设备使用企业的维护修理人员，本丛书是一套工具书；对于大专院校和职业技术院校电气专业的在校学生，本丛书是一套教辅参考书，可以有效地提高毕业生的工作能力和就业竞争力；对于职业技术培训机构和自学成才者，本丛书是不可多得的教材。“电气控制柜设计·制作·维修技能丛书”由三个分册组成：第一分册《电气控制柜设计制作——电路篇》，第二分册《电气控制柜设计制作——结构与工艺篇》，第三分册《电气控制柜设计制作——调试与维修篇》，三个分册构成一个比较完整的体系。本书是丛书的第二分册，首先介绍电气结构设计规范、电气布置图绘制；接着讲解机柜设计的要求、影响机柜结构设计的因素、机柜的结构设计、工艺设计和加工工艺；然后讲解机柜的装配与安装、零部件的安装、印制板上元器件的安装；最后讲解接线图、导线和电缆选择、配线工艺设计、导线加工及连接工艺。学习本丛书前，最好先学习一些机械基础知识、电工电子技术基础知识和液压基础知识，这样会收到事半功倍的学习效果。

本书由任清晨主编，魏俊萍、王维征、刘胜军、任江鹏、李宏宇、曹广平、赵丽也参与了部分书稿的编写工作。在编写过程中，编者查阅了大量的相关国家标准和出版物，并且阅读了互联网上的相关文章，这些出版物和文章为本书的编写提供了大量的素材，在此向这些文章的作者表示衷心的感谢。本书内容经过中国科学院电工所科诺伟业公司武鑫博士、天威保变风电公司鲁志平总工程师审阅，在此向二位专家表示衷心的感谢。编者

第1章 电气布置图

1.1 电气元件布置图设计

电气控制设备结构设计如果能保证电气安全并满足生产工艺的要求，就可以说是一种好的设计；但为了满足电气控制设备的制造和使用要求，还必须进行合理的电气控制工艺设计。这些设计包括电气控制柜的结构设计、电气控制柜总体配置图、总接线图设计及各部分的电气装配图与接线图设计，同时还要有元件目录、接线表及主要材料清单等技术资料。

1.1.1 控制柜总体配置设计的方法

电气元件布置图又称为电气装配图。电气元件布置图绘制的实质是电气控制系统的电气结构设计，属于电气工艺设计。工艺是劳动者利用生产工具对各种原料、半成品进行加工或处理，使之成为产品的方法，是人类在劳动中积累并总结得到的操作技术经验。

绘制电气元件布置图，是为制造、使用、运行、维修电气控制装置所进行的生产施工设计。电气元件布置图可根据电气设备的复杂程度集中绘制或分别绘制，一般必须有控制柜总体布置图、二次系统安装板布置图和印制电路板布置图。因为电气元件布置图清楚地表达出各个电气元件之间的装配关系，所以又称为控制柜总体装配图、二次系统安装板装配图和印制电路板装配图。

一般控制柜的总体电气元件布置图和一次电路接线图（母线接线图）是绘制在一起的，所以又称为电气控制柜总装配图，是进行分部设计和协调各部分组成为一个完整系统的依据。但是，由于图面限制，总体电气元件布置图无法将二次系统安装板上的电气元件布置情况表达清楚，一般需要单独绘制二次（控制）系统安装板装配图和印制电路板装配图。1.1.1.1 确定电气控制装置的结构形式

电气控制装置的结构形式要根据电气原理总图、电气设备与电气元件明细表，以及装置的使用场合、条件来确定。

1．根据设备要求的安装位置选择结构形式1）安装在设备机身内的控制设备

安装在生产机械壁龛中是较简单的电气设备，应采用控制板结构，即把电气元件安装在一块底板上，通过端子板（或插座）引入和引出电源。2）与生产机械分开放置的小容量电气控制设备

与生产机械分开放置的小容量电气控制设备可采用电气箱结构，面板可安装电压表、电流表、指示灯、按钮、开关及调节旋钮等，其他电气元件则安装在箱内底盘上。3）对于复杂、容量较大的系统

对于复杂、容量较大的系统，因电气设备和电气元件数量多，系统体积大，应采用电气柜的结构形式。一般应将主电路和控制电路分开放置，对抗干扰要求高的部件，还应加装屏蔽罩。

2．根据使用要求选择结构形式1）需要时刻监视并随时可能操作

对于需要时刻监视并随时可能操作的使用要求，应采用操作台的结构形式。

操作台的结构形式可以使操作人员以坐姿进行工作，可以有效地减轻操作人员的劳动强度，有利于操作人员全身心地投入到不间断的监视及操作工作中。这种以人为本的人性化配置设计，能够为电气控制设备及被控制设备的安全可靠运行提供最佳保证。2）需要定时监视但不经常操作

对于需要定时监视但不经常操作的使用要求，应采用操作柜的结构形式。控制仪表或显示屏及控制按钮或操纵杆布置在柜门上，构成控制面板。3）不需要监视且不需要操作

对不需要监视且不需要操作的使用要求，应采用封闭柜或封闭箱的结构形式。

3．其他要求

在确定电气装置的结构形式时，还应考虑装置外形美观、结构尺寸合理、布局得当、不相互干扰、便于安装和维修等细节。在满足用户要求的前提下，还应尽量降低成本。1.1.1.2 机柜尺寸的初步确定

1．根据用户的使用环境1）根据用户的使用环境确定控制柜的防护等级

如果用户的使用环境中存在雨、雪、风、沙、腐蚀性气体、微生物、小动物等影响电气控制设备安装及可靠工作的因素，就必须根据用户的使用环境确定控制柜的防护等级，然后根据确定的控制柜的防护等级进行机柜的结构设计，最后确定机柜的尺寸。2）温度

温度是影响电气控制设备安装及可靠工作的决定性因素。电气元件的工作温度每超过额定工作温度10℃，其工作寿命将减少一半；当温度过高时电气元件会在瞬间烧毁。控制电气控制设备的工作温度通常采用控制大气环境温度和控制电气控制设备内部工作温度两种方法。

控制大气环境温度需要付出比较高的成本，例如采用空调设备，因此，在采取其他技术措施能够解决的情况下一般不推荐使用。采用降低电气控制设备内部工作温度的方法比较普遍，降低电气控制设备内部工作温度的方法有以下几种：● 降低机柜内的功率密度

降低机柜内的功率密度就是说，在绘制电气元件布置图时，各个电气元件不能为了节省空间而紧凑安装，而应布置得尽可能松散一些，尤其是那些发热量比较大的器件。● 降低机柜内的温度

使用风机加快机柜内空气的流速来降低机柜内的温度，简单可靠，是比较普遍的方法。当风机降温无法满足要求时，可以采用水冷降温的方法。水冷降温结构比较复杂，运行成本稍高。不论哪种降温方式，在绘制电气元件布置图时都必须满足相关技术标准的要求，并且对机柜结构尺寸都会产生不同程度的影响。3）海拔高度

海拔高度对机柜尺寸的影响：海拔高度增加时，空气变得稀薄使电气控制设备的散热条件变差，导致电气控制设备的温度升高。所以，海拔高度对电气元件布置图的影响与温度相同。

2．电气零部件的外形尺寸

电气零部件的外形尺寸大小直接影响机柜尺寸的大小和结构。影响电气零部件的外形尺寸大小的主要因素有两个：1）一次电路的电压等级

一次电路的电压等级越高，对电气元件的绝缘耐压等级要求越高；为保证控制电气安全可靠地工作及工作寿命，必须保证各个电极之间有足够的电气间隙和爬电距离，其结果是造成控制电器形体增大。控制电器形体的增大，一方面使其外形尺寸增大，另一方面控制电器的自身重量大幅度增加。2）一次电路的电流大小

一次电路的电流越大，工作时产生的电动力就越大；为保证控制电器安全可靠地工作及工作寿命，要求电气元件的导电部件尺寸足够大，因而造成控制电器形体增大。

控制电器外形尺寸的增大，要求机柜的尺寸必须足够大，这样才能够在保证足够的电气间隙和爬电距离的前提下进行安装。控制电器自身重量的增加，要求机柜必须有足够的机械强度和结构刚度，这样才能够安全可靠地支撑它们。这些都是在进行电气元件布置图设计和机柜结构设计时必须考虑的问题。

3．安装尺寸

安装尺寸对电气元件布置图设计的影响表现在以下几个方面：1）电气安装规范的影响

电气元件布置图设计时，必须在保证足够的电气间隙和飞弧距离的前提下进行安装，因此必须考虑电气元件之间、电气元件与导线之间以及电气元件与机柜之间的电气间隙和飞弧距离。2）安装工艺的影响

安装工艺中绝缘方式的设计影响电气元件布置图设计时各个元件的布置。

一次电路的母线非常粗大，在短距离内进行弯曲加工很困难，因此一次电路中的控制电器布置时距离不能太近，且中相必须在一条直线上。

4．根据国家标准初步选定拟采用的控制柜体尺寸

采用标准化的控制柜体尺寸，能够有效地减少电气控制设备的设计工作量，便于进行大规模的工业化生产，在保证质量的条件下可以大幅度降低生产成本。

对于小批量生产，可以很方便地购买到各种标准机柜。如果自制机柜，也可以方便地购买到机柜专用型材及各种机柜配件。1.1.1.3 电气元件布置图的绘制原则

电气元件布置图是某些电气元件按一定原则的组合。电气元件布置图的设计依据是电气原理图、部件图、组件的划分情况等。总体配置设计得合理与否关系到电气控制系统的制造、装配质量，更将影响到电气控制系统性能的实现及其工作的可靠性和操作、调试、维护等工作的方便及质量。电气元件布置图设计时应遵循以下原则：

1．必须遵循相关国家标准（1）总体设计要在满足电气控制柜设计标准和规范的前提下，使整个电气控制系统集中、紧凑。（2）要把整体结构画清楚，把各单元与主体的连接画出来，在表示清楚结构的情况下，各单元部件可采用示意画出，但应按实物比例投影画出。一般应画出正视图、侧视图、俯视图，复杂装置还应画出后视图。总之，以看清结构为原则。画时应把箱体剖开画，外形图应单画。（3）总体配置设计是以电气系统的总装配图与总接线图形式来表达的，图中应以示意形式反映出各部分主要组件的位置及各部分接线关系、走线方式及使用的行线槽、管线等。电气控制柜总装配图、接线图，根据需要可以分开，简单一些的也可并在一起。电气控制柜总装配图是进行分部设计和协调各部分组成一个完整系统的依据。（4）电气元件布置图主要用于表明电气设备上所有电气元件的实际位置，为电气设备的安装及维修提供必要的资料。图中应标注相关的安装尺寸，各电气元件代号应与电原理图和电器清单上所有的元器件代号相同，在图中需要留有10％以上的备用面积及导线管（槽）的位置，以供改进设计时用。

2．电气元件位置的确定（1）在空间允许条件下，把发热元件和噪声振动大的电气部件，尽量放在离其他元件较远的地方或隔离开来。一般较重、体积大的设备放在下层，主电路电气元件和安装板安装在柜内的框架上，控制电路的电气元件安装在安装板上。当元器件数量较多时，电气元件和安装板可分层布置。

同一组件中电气元件的布置应注意将体积大和较重的电气元件安装在电气板的下面或柜体的框架上，而发热元件应安装在电气箱（柜）的上部或后部。负荷开关应安装在隔离开关的下面，并要求两个开关的中心线必须在一条直线上，以便于母线的连接。一般热继电器的出线端直接与电动机相连，而其进线端与接触器直接相连，便于接线并使走线最短，且宜于散热。（2）需要经常维护、检修、调整的电气元件安装位置不宜过高或过低，人力操作开关及需经常监视的仪表的安装位置应符合人体工程学原理，其安装位置应高低适宜，以便工作人员操作。（3）强电、弱电应该分开走线，注意屏蔽层的连接，防止外界干扰的窜入。

为便于拆卸和维修，各层间的引线以及与箱外的连线均应通过端子板（或接插件）连接。（4）显示屏、仪表、指示灯、开关、调节旋钮等应安装在电气柜柜门的上方。对于多工位的大型设备，还应考虑多地操作的方便性；控制柜的总电源开关、紧急停止控制开关应安放在方便而明显的位置。（5）电气元件的布置应考虑安全间隙，各电气元件之间，上、下、左、右应保持一定的间距，并做到整齐、美观、对称；外形尺寸与结构类似的电器可安放在一起，以便进行加工、安装和配线。若采用线槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利于布线和维护，并且应考虑器件的发热和散热因素。

3．电气布置图的绘制要求（1）各电气元件的位置确定以后，便可绘制电气布置图。电气布置图是根据电气元件的外形轮廓绘制的，即以其轴线为准，标出各元件的间距尺寸。每个电气元件的安装尺寸及其公差范围，应按产品说明书的标准标注，以保证安装板的加工质量和各电器的顺利安装。（2）电气柜中的大型电气元件，宜安装在两个安装横梁之间，这样可以减轻柜体重量，节约材料，也便于安装，所以设计时应计算纵向安装尺寸。（3）绘制电气元件布置图时，设备的轮廓线用细实线或点画线表示，电气元件均用粗实线绘制出简单的外形轮廓。（4）在电气布置图设计中，还要根据部件进出线的数量、采用导线规格及出线位置等，选择进出线方式及接线端子排、连接器或接插件，并按一定顺序标上进出线的接线号。（5）电气元件布局时必须满足导线电气连接的技术要求。如一次母线尽可能不出现交叉，连接导线应尽可能的短，不应存在舍近求远的问题等。（6）根据电气控制柜总装配图，最终确定控制柜体的外形尺寸，内部结构及结构件的位置、形状和尺寸，控制面板上的加工尺寸。1.1.1.4 总体配置设计方法

总体配置设计是以电气系统的总装配图与总接线图形式来表达的，图中应以示意形式反映出各部分主要组件的位置及各部分接线关系、走线方式及使用的行线槽、管线等。

1．电气控制柜组件的划分

电气控制柜总体配置设计任务是根据电气原理图的工作原理与控制要求，先将控制系统划分为几个组成部分（这些组成部分均称为部件），再根据电气控制柜的复杂程度，把每一部件划分成若干组件。

由于各种电气元件安装位置不同，在构成一个完整的电气控制系统时，就必须划分组件。

对于一些运用比较普遍的组件，现在已经形成了比较成熟的模块。这些模块结构合理，工作可靠，已经经过长时间的考验。在电气元件布置图设计中应优先采用这些成熟的模块，这样可以有效地提高设计工作效率，便于设计工作的标准化，能够大幅度降低生产制造成本，提高产品的可靠性。1）划分组件的原则（1）把功能及安装方式类似的元件组合在一起；（2）尽可能减少组件之间的连线数量，同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中；（3）让强、弱电控制器分离，以减少干扰；（4）为力求整齐美观，可把外形尺寸、重量相近的电器组合在一起；（5）为了使电气控制系统便于检查与调试，把需经常调节、维护和易损元件组合在一起。2）常用电气控制设备组件划分的方法

对于控制规模不是很大的电气控制系统，一次电路和主电路的电气元件体积和重量较大，一般采用框架式安装方式，通常把它们作为一部分。二次电路和控制电路的电气元件体积和重量较小，一般采用安装板安装方式，通常把它们作为一部分。抽屉式安装和插接的弱电安装板，一般把它们作为一部分。这种划分方法有利于达到接线的设计标准要求，且电气元器件的位置容易确定。

例如，在电气控制设备中一次电路（主电路）的主要作用多数是控制被控制对象电源的通断，这就需要使用开关电器。开关控制组件已经存在成熟的模块，对于大电流电路开关控制组件一般采用隔离开关加负荷开关的模块。再如，电动机控制的主电路已经形成由断路器→熔断器→交流接触器→热继电器的成熟的模块。其布置方式一般自上而下排列，要求中相在一条轴线上，以便于母线的加工和安装。

按照电气控制柜元器件安装和接线的标准及规范，首先要确定在框架上安装每个元器件的位置，再确定安装板上安装每个元器件的位置，以便确定安装板的尺寸及安装方法。然后再根据电气原理图的接线关系整理出各部分的进出线号，并调整它们之间的连接方式。这一设计工作是一个需要反复进行多次的过程，需要在CAD装配图上多次改变元器件的位置进行试装配，直至达到设计标准要求并令设计者满意为止。

2．接线方案对元器件布置图设计的影响（1）拟定控制设备一次侧（或高压侧）和二次侧的基本接线形式。（2）选择电源的引接方式。包括接入点、电压等级、供电方式等。（3）确定走线方式：

确定走线方式是采用母线连接、线槽走线、线束走线、板前走线还是板后走线。不同走线方式对布置图设计的影响很大。例如，一次电路若必须采用母线连接，而母线粗且硬，且弯曲加工难度较大，因此一次电路控制电器的布置就必须考虑母线加工安装的可行性。（4）对上述各部分方案进行综合整理，初步拟出若干种技术可行的接线方案，以不遗漏最优方案为原则。再结合控制设备的实际情况进行技术分析比较，从中选出2～3个较优方案。（5）根据控制设备的具体情况，按照接线的基本要求，选定一个技术合理的接线方案，相应地在电气元件布置图上表示出接入点、出线回路数和出线电压等级等。

3．接线方式应遵循的原则

电气控制柜各部分及组件之间的接线方式一般应遵循以下原则：（1）大电流的开关电器的进出线及大电流的控制柜与被控制设备之间，一般采用母线端头或接线鼻子连接，可按电流大小及进出线数选用不同规格的接线端头或接线鼻子。（2）控制柜、柜（台）之间以及它们与控制板之间控制电路的连接，一般采用接线端子排或工业连接器连接。（3）弱电控制组件、印制电路板组件之间应采用各种类型的标准接插件连接。（4）电气柜、控制柜、柜（台）内的元件之间的连接，也可以借用元件本身的接线端子直接连接，过渡连接线应采用端子排过渡连接，端头应采用相应规格的接线端子处理。

1.1.2 电子元件布置图

印制电路板既能将电子元件布置定位，又能实现电子元件之间的电气连接，所以印制电路板上的电子元器件布置图绘制，实际上就是进行印制电路板的设计。1.1.2.1 影响印制线路组件结构布局设计的因素

一块性能优良的印制线路板的组件布局和电气连接方式的结构设计是决定电气控制设备能否可靠工作的关键因素，对于组件和参数相同的电路，由于组件布局设计和电气连接方式的不同会产生不同的结果，其结果可能存在很大的差异。因而，必须把如何正确设计印制线路板组件布局的结构和正确选择布线方向及整体设备的工艺结构三方面联合起来考虑。合理的工艺结构，既可消除因布线不当而产生的噪声干扰，又便于生产中进行安装、调试与检修等。为了达到生产最大化，成本最小化，应考虑到某些限制条件。

1．印制线路板组件布局的结构

印制电路板装配时需要的焊接技术和设备，使电路板的设计和布局增加了许多局限性。例如，在波峰焊接中，凹槽的最大尺寸、边缘的距离和操作的空间都是重要的因素。同时，设计者要尽可能地意识到最终的成品究竟应是什么样子，并要尽力保护它的最敏感部分。例如，任何高压电路都应受到保护以防止和外部的接触；产品中的电路板以及电路板上的元器件都要小心放置，以便将由外部物体所带来的损坏减到最小。

2．正确选择布线方向

由于印制板放大器布线产生的极小噪声电压的存在，都会引起输出信号的严重失真，因此，必须正确选择布线方向。在数字电路中，TTL噪声容限为0.4～0.6V，CMOS噪声容限为Vcc的0.3～0.45倍，故数字电路具有较强的抗干扰能力。

合理地选择良好的电源和地总线方式，是设备可靠工作的重要保证，因为相当多的干扰源是通过电源和地总线产生的，其中地线引起的噪声干扰最大。

3．整体电气控制设备的工艺结构

多个电路板的装配方式通常可使现场维护如同将电路板拔出进行替换一样容易，当然，前提条件是每个独立的电路板都能行使其特有的功能，这样电路板的替换就不会有太多的拆卸，保证了最少的焊接/脱焊次数。因此，印制电路板的设计必须考虑到它的可维护性。

4．印制线路板加工工艺水平的影响（1）导线间距小于0.1mm将无法进行蚀刻过程，因为如果蚀刻液在狭小的空间内不能有效扩散，就会导致部分金属不能被蚀刻掉。（2）如果导线宽度小于0.1mm，在蚀刻过程中将会发生断裂和损坏。（3）焊盘尺寸至少应比孔的尺寸大0.6mm。（4）最小或最大的电路板操作尺寸。（5）蚀刻设备的精度。（6）钻孔精度。

5．印制线路板制版方法的影响（1）决定于产品原版胶片的翻拍照相机尺寸性能。（2）丝网印制工艺能达到的精度。

6．印制电路板装配的影响（1）孔的直径要根据最大材料条件（MMC）和最小材料条件（LMC）的情况来决定。一个无支撑元器件的孔的直径应当这样选取，即从孔的MMC中减去引脚的MMC，使所得的差值在0.15～0.5mm之间。而且对于带状引脚，引脚的标称对角线和无支撑孔的内径差应不超过0.5mm，并且不少于0.15mm。（2）合理放置较小元器件，以使其不会被较大的元器件遮盖。（3）阻焊剂的厚度应不大于0.05mm。（4）丝网印制标识不能和任何焊盘相交。（5）电路板的上半部应该与下半部一样，以达到结构对称，因为不对称的电路板可能会变形弯曲。

从电路板的装配角度来看，应该特别注意，在焊接前，由于插入的元器件与其理论位置发生倾斜而可能造成的短路问题。根据经验，元器件引脚允许的最大倾斜度应保持在与理论位置相差15°以内。当孔和引脚的直径差值较大时，倾斜度最多可达到20°。垂直安装的元器件，倾斜度可达到25°或30°，但这样会导致封装密度的降低。例如，TO-I8型晶体管安装位置距印制电路板厚度为2mm，如果孔径为1mm，则倾斜度可以达到20°，当然引脚本身没有任何的倾斜。1.1.2.2 印制电路板设计的基本原则要求

1．印制电路板的设计

印制电路板的设计，从确定板的尺寸大小开始。印制电路板的尺寸因受机箱外壳大小或安装位置大小限制，以能恰好安放入外壳内为宜。其次，应考虑印制电路板与外接元器件（主要是电位器、插口或另外印制电路板）的连接方式。印制电路板与外接组件一般通过塑料导线或金属隔离线进行连接，但有时也设计成插座形式，即在设备内安装一个插入式印制电路板插口的接触位置。

对于安装在印制电路板上的较大的组件，要加金属附件固定，以提高耐振、耐冲击性能。

2．布置图设计的基本方法

首先需要对所选用元器件及各种插座的规格、尺寸、面积等有完全的了解；对各部件的位置安排做合理的、仔细的考虑，主要是从电磁场兼容性及抗干扰的角度，走线短，交叉少，电源、地的路径及去耦等方面考虑。各部件位置定出后，就是各部件的连接，即按照电路图连接有关引脚。完成的方法有多种，印制线路图的设计有计算机辅助设计与手工设计两种方法。

最原始的是手工排列布图。这种方法比较费事，往往要反复几次，才能最后完成，在没有其他绘图设备时也可以采用。这种手工排列布图方法对刚学习印制板图设计的人来说也是很有帮助的。

计算机辅助制图，可通过多种绘图软件完成，这些软件功能各异，但总的说来，绘制、修改较方便，并且可以存盘和打印。

接着，确定印制电路板所需的尺寸，并按原理图，将各个元器件位置初步确定下来，然后经过不断调整使布局更加合理。印制电路板中各组件之间的接线安排方式如下：（1）印制电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决，即，让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去。在特殊情况下，如果电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接（跳线）或采用双面板，来解决电路交叉问题。（2）电阻、二极管、管状电容器等组件有“立式”、“卧式”两种安装方式。立式指的是组件体垂直于电路板安装、焊接，其优点是节省空间；卧式指的是组件体平行并紧贴于电路板安装、焊接，其优点是组件安装的机械强度较好。采用这两种不同的安装方式，印制电路板上的组件孔距是不一样的。（3）同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。特别是本级晶体管基极、发射极的接地点不能离得太远，否则两个接地点间的铜箔太长会引起干扰与自激。采用这种“一点接地法”的电路，工作较稳定，不易自激。（4）总地线必须严格按高频－中频－低频一级级地按弱电到强电的顺序排列，切不可随便乱接，级与级间宁可接线长点，也要遵守这一规定。变频头、再生头、调频头的接地线安排要求更为严格，如有不当就会产生自激以致无法工作。

调频头等高频电路常采用大面积包围式地线，以保证有良好的屏蔽效果。（5）强电流引线（公共地线，功放电源引线等）应尽可能宽些，以降低布线电阻及其电压降，可减小寄生耦合产生的自激。（6）阻抗高的走线尽量短，阻抗低的走线可长一些，因为阻抗高的走线容易啸叫和吸收信号，引起电路不稳定。电源线、地线、无反馈组件的基极走线、发射极引线等均属低阻抗走线。射极跟随器的基极走线、音频放大两个声道的地线必须分开，各自成一路，一直到功放末端再合起来，如两路地线连来连去，极易产生串音，使分离度下降。

3．电子元器件在印制电路板（PCB）上的布局基本规则

在进行PCB设计时元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容性都有很大的影响。为了设计质量好、造价低的PCB，使电子电路获得最佳性能，并符合抗干扰设计的要求，设计时必须遵守以下原则：1）布置方案的确定（1）根据结构图设置板框尺寸，按结构要素布置安装孔、接插件等需要定位的器件，并给这些器件赋予不可移动属性，同时按工艺设计规范的要求进行尺寸标注。（2）首先确定PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。电路板的最佳形状为矩形，长宽比为3∶2或4∶3。电路板面尺寸大于200mm×150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。（3）根据某些元件的特殊要求，设置禁止布线区。根据结构图和生产加工时所需的夹持边设置印制板的禁止布线区、禁止布局区域。应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。（4）综合考虑PCB性能和加工的效率选择加工流程。

加工工艺的优选顺序为：元件面单面贴装→元件面贴、插混装（元件面插装焊接面贴装一次波峰成型）→双面贴装→元件面贴插混装、焊接面贴装。2）布局操作的基本原则（1）遵循“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局。

实现同一功能的相关电路称为一个模块，应按电路模块进行布局。电路模块中的元件布局时应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路应分开。（2）布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件。（3）布局应尽量满足以下要求：

总的连线尽可能短，关键信号线最短；高电压、大电流信号与小电流、低电压的弱信号完全分开；模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的间隔要充分。（4）相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局。（5）按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局。各个元件排列、分布要合理和均匀，力求整齐、美观、结构严谨的工艺要求。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上。（6）器件布局栅格的设置，一般IC器件布局时，栅格应为50～100mil；小型表面安装器件，如表面贴装元件布局时，栅格应不少于25mil。（7）如有特殊布局要求，应供需双方沟通后确定。3）元件布置顺序

确定PCB尺寸后，再确定特殊元件的位置，最后根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。（1）先放置与结构有关的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类，这些器件放置好后用软件的LOCK功能将其锁定，使之以后不会被误移动。（2）再放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC等，最后放置小器件。（3）布局设计应按一定顺序和方向进行，例如可以按由左往右和由上而下的顺序进行。（4）按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。（5）以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它们来进行布局。尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。4）布置尺寸要求（1）电阻平放：在电路组件数量不多且电路板尺寸较大的情况下，一般采用平放方式较好；当1/4W以下的电阻平放时，两个焊盘间的距离一般取4/10英寸（1英寸＝2.54cm），1/2W的电阻平放时，两焊盘的间距一般取5/10英寸；二极管平放时，1N400X系列整流管，一般取3/10英寸；1N540X系列整流管，一般取4～5/10英寸。（2）电阻竖放：在电路组件数较多，且电路板尺寸不大的情况下，一般采用竖放的方式，竖放时两个焊盘的间距一般取0.1～0.2英寸。（3）定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm内不得贴装元器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件。（4）位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。（5）贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm。（6）金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其他元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其他方孔外侧距板边的尺寸大于3mm。（7）焊接面的贴装元件采用波峰焊接生产工艺时，阻、容件轴向要与波峰焊接传送方向垂直，阻排及SOP（PIN间距不小于1.27mm）元器件轴向要与传送方向平行；PIN间距小于1.27mm（50mil）的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件应避免用波峰焊接。（8）BGA与相邻元件的距离大于5mm。其他贴片元件相互间的距离大于0.7mm。贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm。有压接件的PCB，压接的接插件周围5mm内不能有插装元器件，焊接面周围5mm内也不能有贴装元器件。5）布置位置及方向要求（1）电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座和与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其他焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔。（2）对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

电位器在稳压器中用来调节输出电压，故设计电位器时应满足顺时针调节时输出电压升高，逆时针调节时输出电压降低；在可调恒流充电器中电位器用来调节充电电流的大小，设计电位器时应满足顺时针调节时，电流增大。

电位器安放位置应当满足整机结构安装及面板布局的要求，因此应尽可能放置在板的边缘，旋转柄朝外。（3）IC座：设计印制板图时，在使用IC座的场合下，一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确，并注意各个IC脚位是否正确，例如，第1脚只能位于IC座的右下角或者左上角，而且紧靠定位槽（从焊接面看）。

所有IC元件单边对齐，有极性元件时极性标示要明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向。出现两个方向时，两个方向互相垂直。（4）同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置。同一种类型的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上保持一致，便于生产和检验。有极性的器件在同一板上的极性标示方向要尽量保持一致。（5）元器件的排列要便于调试和维修，即小元件周围不能放置大元件，需调试的元器件周围要有足够的空间。（6）IC去耦电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚，并使其与电源和地之间形成的回路最短。（7）元件布局时，应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起，以便于将来的电源分隔。（8）贴片应单边对齐，字符方向一致，封装方向一致。6）元件布局应特别注意散热问题（1）对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散放置，便于热量散发；高热器件要均衡分布，不要集中在一个地方以利于单板和整机的散热。（2）不能让高热器件距离电解电容器太近以免使电解液过早老化。（3）发热元件不能紧邻导线和热敏元件。（4）温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。7）其他布置要求（1）卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路。（2）印制板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格边长大于8mil（或0.2mm）。（3）贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座引脚间穿过。（4）需用波峰焊工艺生产的单板，其紧固件安装孔和定位孔都应为非金属化孔。当安装孔需要接地时，应采用分布接地小孔的方式与地平面连接。（5）用于阻抗匹配的阻容器件的布局，要根据其属性合理布置。

串联匹配电阻的布局要靠近该信号的驱动端，距离一般不超过500mil。

匹配电阻、电容的布局一定要分清信号的源端与终端，对于多负载的终端一定要在信号的最远端匹配。（6）尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。（7）在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列，这样不但美观，而且容易装焊，易于批量生产。（8）某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引发意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。（9）重量超过15g的元器件应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。

4．印制电路板元件布线规则

布局完成后打印出装配图和原理图，由设计者检查器件封装的正确性，并确认单板、背板和接插件的信号对应关系，经确认无误后方可开始布线。1）布线原则（1）布线方向：从焊接面看，组件的排列方位尽可能与原理图保持一致，布线方向最好与电路图走线方向一致；生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，这样做便于生产中的检查、调试及检修（注：指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下）。（2）进出接线端布置。

①相关联的两引线端不要距离太大，一般为0.2～0.3in较合适。

②进出线端尽可能集中在1至2个侧面，不要太过离散。（3）设计布置图时要注意引线脚排列顺序，组件引脚间距要合理。（4）在保证电路性能要求的前提下，设计时应力求走线合理、直观，并按一定顺序要求走线，尽量少用过孔、跳线；必须考虑生产、调试、维修的方便性。（5）走线尽量走在焊接面，特别是通孔工艺的PCB。（6）尽量避免使用大面积铜箔，因其长时间受热时，易发生膨胀和脱落。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状，这样有利于排出铜箔与基板间黏合剂受热产生的挥发性气体。（7）设计布线图时走线尽量少拐弯，力求线条简单明了。

印制板导线弧上的线宽不要突变，导线不要突然拐角（不小于90°）。走线拐角尽可能大于90°，杜绝90°以下的拐角，也尽量少用90°拐角。2）布线的尺寸要求（1）画定布线区域距PCB边小于或等于1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线。（2）电源线尽可能的宽，不应小于18mil；信号线宽不应小于12mil；CPU入出线宽不应小于10mil（或8mil）；线间距不小于10mil。（3）正常过孔不小于30mil。（4）双列直插：焊盘60mil，孔径40mil。

0.25W电阻：51mil×55mil（0805表贴）；直插时焊盘62mil，孔径42mil。

无极性电容：51mil×55mil（0805表贴）；直插时焊盘50mil，孔径28mil。（5）专用零伏线，电源线的走线宽度大于或等于1mm。3）印制导线的最小宽度与间距（1）印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的黏附强度和流过它们的电流值决定。

当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1～1.5mm时，通过2A的电流，温升不会高于3℃，因此，一般导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.2～0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线。（2）布线条宽窄和线条间距要适中，特别要注意电流流通中的导线环路尺寸。（3）导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至5～8mil。（4）大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔离。

隔离距离与要承受的耐压有关，通常情况下在2kV时板上要距离2mm，在此基础上按比例加大，例如若要承受3kV的耐压测试，则高低压线路之间的距离应在3.5mm以上。许多情况下为避免爬电，还在印制线路板上的高低压之间开槽。4）焊盘（1）焊盘要比器件引线直径大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于（d＋1.2）mm，其中d为引线孔径。对于高密度的数字电路，焊盘最小直径可取（d＋1.0）mm。（2）单面板焊盘必须要大，焊盘相连的线一定要粗，能放泪滴就放泪滴。（3）每个电子元件的焊盘间距应尽可能与其引线脚的间距相符。5）抗干扰要求

印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，普遍采用的抗干扰布线设计如下所述。（1）电源线设计有以下两点：

①根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻，同时使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。

②电源线和地线尽可能靠近，整块印制板上的电源与地要呈“井”字形分布，以便使分布线电流达到均衡。（2）地线设计的原则如下：

①数字地与模拟地分开。

若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路应尽量采用单点并连接地，实际布线有困难时可部分串联后再并连接地。高频电路宜采用多点串连接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。

②接地线应尽量加粗。

若接地线用很细的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪声性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线宽度应为2～3mm。

③接地线构成封闭环路。

只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成封闭环路大多能提高抗噪声能力。（3）在印制板的各个关键部位配置适当的退耦电容。退耦电容的一般配置原则是：

①在控制线（于印制板上）的入口处加接R-C去耦，以便消除传输中可能出现的干扰因素。

②电源输入端跨接10～100μF的电解电容器。如有可能，接100μF以上的更好。

③原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容，如印制板空隙不够，可每4～8个芯片布置一个1～10pF的钽电容。

④对于抗噪声能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间接入退耦电容。

⑤电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。

⑥在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时，操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1～2kΩ，C取2.2～47μF。

⑦使用逻辑电路的建议：凡能不用高速逻辑电路的就不用；在电源与地之间加去耦电容。（4）CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时不用端要接地或接正电源。（5）双面板布线时，两面的导线应相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。（6）输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行，最好加线间地线，以免发生反馈耦合。（7）注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线。（8）为减少线间串扰，必要时可增加印制线条间距，或安插一些零伏线作为线间隔离；印制电路的插头也要多安排一些零伏线作为线间隔离。要为模拟电路专门提供一根零伏线。6）其他布线注意事项（1）高频数字电路走线细一些、短一些好。印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。（2）同是地址线或者数据线，走线长度差异不要太大，否则短线部分要人为走弯线作补偿。（3）大面积敷铜。

完成布线后，要做的就是对文字、个别元件、走线做调整及敷铜。

敷铜通常指以大面积的铜箔去填充布线后留下的空白区，可以铺GND的铜箔，也可以铺VCC的铜箔（但这样一旦短路容易烧毁器件，最好接地，除非不得已用来加大电源的导通面积，以承受较大的电流才接VCC）。

如果用敷铜代替地线一定要注意整个地是否连通，电流大小、流向有无特殊要求，以减少不必要的失误。大面积敷铜要用网格状的，以防止波焊时板子产生气泡或因为热应力作用而弯曲。

包地则通常指用两根地线包住一撮有特殊要求的信号线，防止它被其他线干扰或干扰其他线。1.1.2.3 插件机机插板设计要求

1．专用名词定义

横式元件：机插元件两脚的中心连线和定位孔和辅助定位孔的中心连线平行的元件称横式元件。

竖式元件：机插元件两脚的中心连线和定位孔和辅助定位孔的中心连线垂直的元件称竖式元件。

2．机插板绘图要求

3．机插板设计规范1）机插板平面面积范围

不同规格的插件机其插件工作面积不同，一般在90mm×60mm～310mm×230mm。

根据需要将单个PCB拼成两块或两块以上的拼板，也可不拼板。2）定位孔分基准孔和辅助定位孔（见图1.1.1）（1）基准孔（圆孔）大小：φ4mm。（2）辅助定位孔（椭圆孔）大小：4mm×5mm。（3）基准孔、辅助定位孔的中心到PCB的邻近边缘距离均为5mm。（4）基准孔的中心到辅助定位孔的中心连线与基边的平行度误差在±0.1mm内。3）工艺边（见图1.1.1）

在不影响自动插件机工作的情况下，绘图者根据PCB的空间范围来决定是否增加工艺边。（1）PCB有足够的空间放置基准孔和辅助定位孔时，以节约板材为主，可去掉工艺边①，但要注意它们放置的位置，不可打断低层走线和顶层元件标号丝印，影响其他器件的安装。（2）机插元器件的孔中心到板边缘的最小距离为5～10mm（具体内容参考第8条）。若机插元器件靠近PCB边缘比较近，可根据需要增加工艺边②，宽度3～5mm。（3）如图1.1.1所示，加阴影的部分禁止放机插元器件。图1.1.1 机插板绘图要求4）定位孔加在附边上

以节约板材成本为目的，将定位孔加在附边上。若附边的面积较小（有空间放置定位孔或辅助定位孔，具体尺寸范围未定），用邮票孔的形式连接时，要增加连接孔的数量，以防止在交换板的过程中出现附边折断的现象。

注：因不同板材的机械强度不同，增加连接孔时要考虑车间是否好拆板、分板。5）附边的增减

为满足机插设备的需求，要求板型尽量是规则的长方形或正方形。（1）根据需要可以设计四角缺口及中间缺口。（2）缺口位置可加附边，也可不加附边。6）机插点数要求

为了适应机插生产效率的要求，一块单板上至少有80个机插元件才可制作成机插板，或者由生产部提出，对产量较大的PCB进行调查分析，确认哪些板需要设计成机插板。7）定位孔/辅助定位孔的放置要求（1）尽量放在机插元件较少的一边。（2）不可打断低层走线。（3）不能影响其他定位孔的设计要求。（4）在条件允许的情况下，每块单板上都加定位孔／辅助定位孔，即单片板亦可机插。8）元器件的放置要求（1）图1.1.1阴影部分禁止放置机插元器件，可放置非机插元器件，但元器件到板边的距离必须满足波峰焊的要求。（2）两孔中心连线在一水平线上的平行卧式机插元器件，它们孔的中心间距最小为2.8mm。（3）两孔中心连线不在一水平线上的平行卧式机插元器件，或者两相互垂直卧式机插元器件，它们孔的中心的垂直或水平距离为3.3mm。（4）两立式元器件孔的中心间距最小为4mm，根据元件本体大小，需适当拉开两脚间距。（5）一卧式元器件与一立式元器件的孔的中心间距最小为3.5mm。（6）两立式元器件分别在不同线路上，元件剪脚方向相对时，两孔之间的连线最小距离为5mm。（7）横式元件到工艺边②的板边缘的最小距离为6mm。（8）竖式卧插元件到工艺边②的板边缘的最小距离为8mm。（9）竖式立插元件到工艺边②的板边缘的最小距离为13mm。（10）卧式元器件的孔中心到内侧最近走线的边缘的垂直距离不小于2.2mm。（11）立式元器件的孔中心到外侧最近走线的边缘的垂直距离不小于1.5mm。9）必须使用标准的元件库

卧式元件机插元器件：包括0.25W电阻、跳线、小封装二极管、稳压管等，要求两脚间距10mm。

立式元件：包括瓷片电容、小封装无极性电容、电解电容、晶振、三极管等，要求脚间距5mm。

注意：（1）晶振、三极管的脚间距指第1脚中心到第3脚中心的距离；（2）机插元器件的孔径均为1.2mm；（3）立式元器件两孔的中心距公差为±0.05mm；（4）绘图者尽量使用10mm脚间距的跳线。10）机插板加模冲号（1）模冲号加在不影响低层走线和顶层丝印标识的空位置上。（2）模冲号的表示方法：在顶层丝印上加φ3mm的圆圈，内有一个φ1.5mm的圆点，并在每个圆圈附近加数字序号。

4．对生产厂家工艺的要求（1）各种元器件两孔的中心距公差为±0.05mm；生产现场要求缩小到±0.03mm。（2）插入元件的孔径要求为喇叭孔。1.1.2.4 表面贴装印制板的设计要求

在确定表面贴装印制板的外形、焊盘图形以及布线方式时应充分考虑电路板组装的类型、贴装方式、贴片精度和焊接工艺等。只有这样，才能保证焊接质量，提高功能模块的可靠性。表面贴装技术（SMT）和通孔插装技术（THT）的印制板设计规范大不相同。

表面贴装印制板设计技术人员除了要熟悉电路设计方面的有关理论知识外，还必须了解表面贴装生产工艺流程，熟知经常用到的各个公司的元器件外形封装，许多焊接质量问题与设计不良有直接关系。按照生产全过程控制的观念，表面贴装印制板设计是保证表面贴装质量的关键环节。

1．表面贴装印制板外形及定位设计

印制板外形必须经过数控铣削加工。如按贴片机精度±0.02mm来计算，印制板四周垂直平行精度即形位公差应达到±0.02mm。

对于外形尺寸小于50mm×50mm的印制板，宜采用拼板形式，具体拼成多大尺寸合适，需根据贴片机、丝印机规格及具体要求确定。

印制板漏印过程中需要定位，必须设置定位孔。以英国产DEK丝印机为例，该机器配有一对D＝3mm的定位销，相应地在PCB上相对两边或对角线上应设置至少两个D＝3mm的定位孔，依靠机器的视觉系统和定位孔保证印制板的定位精度。

印制板的四周应设计宽度一般为（5±0.1）mm的工艺夹持边，在工艺夹持边内不应有任何焊盘图形和器件。若确实因板面尺寸受限制，不能满足以上要求，或采用的是拼板组装方式，可采取四周加边框的制作方法，留出工艺夹持边，待焊接完成后，手工掰开去除边框。

2．印制板的布线方式（1）尽量走短线，特别是小信号电路，线越短电阻越小，干扰越小。同时耦合线长度尽量减短。（2）同一层上的信号线改变方向时应该避免直角拐弯，尽可能走斜线，且曲率半径尽量大。（3）走线宽度和中心距。

印制板线条的宽度要尽量一致，这样有利于阻抗匹配。从印制板制作工艺来讲，宽度可以做到0.3mm、0.2mm甚至0.1mm，中心距也可以做到0.3mm、0.2mm、0.1mm，但是，随着线条变细，间距变小，在生产过程中质量将更加难以控制，废品率将上升，制造成本将提高。除非用户有特殊要求，选用0.3mm线宽和0.3mm线间距的布线原则是比较适宜的，这样能有效控制质量。（4）电源线、地线的设计。

对于电源线和地线而言，走线面积越大越好，这样利于减少干扰。高频信号线最好用地线屏蔽。（5）多层板走线方向。

多层板走线要按电源层、地线层和信号层分开，减少电源、地、信号之间的干扰。多层板走线要求相邻两层印制板的线条尽量相互垂直或走斜线、曲线，不能平行走线，以减少基板层间耦合和干扰。大面积的电源层和大面积的地线层要相邻，其作用是在电源和地之间形成一个电容，起到滤波作用。

3．焊盘设计控制

因目前表面贴装元器件还没有统一标准，不同的国家，不同的厂商所生产的元器件外形封装都有差异，所以在选择焊盘尺寸时，应与自己所选用的元器件的封装外形、引脚等和焊接相关的尺寸进行比较，确定焊盘长度、宽度。1）焊盘长度

焊盘长度在焊点可靠性中所起的作用比焊盘宽度更为重要，焊点可靠性主要取决于长度而不是宽度，如图1.1.2所示。图1.1.2 理想的优质焊点形状及其焊盘

焊盘的长度B等于焊端（或引脚）的长度T，加上焊端（或引脚）内侧（焊盘）的延伸长度b，再加上焊端（或引脚）外侧（焊盘）的1延伸长度b，即B＝T＋b＋b。其中b的长度（为0.05～0.6mm）不2121仅应有利于焊料熔融时能形成良好的弯月形轮廓，还要避免焊料产生桥接现象及兼顾元器件的贴装偏差为宜；b的长度（为0.25～21.5mm）主要以能形成最佳的弯月形轮廓的焊点为宜（对于SOIC、QFP等器件还应兼顾其焊盘抗剥离的能力）。2）焊盘宽度

对于0805以上的阻容元器件，或脚间距在1.27mm以上的SD、SOJ等IC芯片，焊盘宽度一般是在元器件引脚宽度的基础上加的一个数值，数值的范围在0.1～0.25mm之间。而对于引脚间距0.65mm以内的IC芯片，焊盘宽度应等于引脚的宽度。对于细间距的QFP，有的时候焊盘宽度相对引脚来说还要适当减小，如在两焊盘之间有引线穿过时。3）焊盘间线条的要求

应尽可能避免在细间距元器件焊盘之间穿越连线，确需在焊盘之间穿越连线的，应用阻焊膜对其加以可靠的遮蔽。4）焊盘对称性的要求

对于同一个元器件，凡是对称使用的焊盘，如方型扁平式封装技术QFP、小外形集成电路封装SOIC等，设计时应严格保证其全面对称，即焊盘图形的形状、尺寸完全一致，以保证焊料熔融时，作用于元器件上所有焊点的表面张力保护平衡，形成理想的优质焊点，保证不产生位移。

4．基准标志设计要求

在印制板上必须设置有基准标志，作为贴片机进行贴片操作时的参考基准点。不同类型的贴片机对基准点形状、尺寸要求不一样，一般是在印制板对角线上设置2～3个φ1.5mm的裸铜实心作为基准标志。

对于多引脚的元器件，尤其是引脚间距在0.65mm以下的细间距贴装IC，应在其焊盘图形附近增设基准标志，一般在焊盘图形对角线上设置两个对称基准点标志，用于贴片机光学定位和校准。

5．其他要求1）过渡孔处理

焊盘内不允许有过渡孔，且应避免过滤孔与焊盘相连，以避免因焊料流失所引起的焊接不良。如过渡孔确需与焊盘互连，则过渡孔与焊盘边缘之间的距离应大于1mm。2）字符、图形的要求

字符、图形等标志符号不得印在焊盘上，以避免引起焊接不良。

1.2 电气结构设计规范

1.2.1 开关器件和元件安装设计

所有控制设备的位置和安装应易于接近和维修，并能防御外界影响且不限制机构的操作，而且不妨碍机械及有关设备的操作和维修。1.2.1.2 位置和安装

1．安装场地（位置）的条件

选择控制设备内所用的开关器件和元件应以《电气控制柜设计制作——电路篇》第1章中规定的控制设备的正常工作条件为依据。

根据有关规定，必要时，应采取一些适当的措施（如加热、通风等）以保证维持正常工作所需要的使用条件，例如，继电器、仪表、电子元件等维持正常运行时所需要的最低温度。

2．可接近性

安装在同一支架（安装板、安装框架）上的电气元件、单元和外接导线的端子的布置应使其在安装、接线、维修和更换时易于接近。尤其是外部接线端子，建议设于地面安装控制设备的基础面上方至少0.2m处，并且端子的安装方法应使电缆易于与其连接。

必须在控制设备内进行调整和复位的元件应是易于接近的。

一般来讲，对于地面安装的控制设备，由操作人员观察的指示仪表不应安装在高于控制设备基础面2m处。操作器件，如手柄、按钮等，应安装在易于操作的高度上；这就是说，其中心线一般不应高于控制设备基础面2m。

紧急开关器件的操作机构应在高于地面0.8～1.6m的范围内，且是易于接近的。对于墙上安装和地面安装的控制设备，建议安装在可以满足上述关于可接近性和操作高度的要求的位置上。

3．易维修性（1）控制设备的所有元件的设置和排列应使得不用移动它们或其配线就能清楚识别。对于为了保证能正确运行而需要检验或需要易于更换的元件，应在不拆卸机械的其他设备或部件情况下就能进行维修（开门或卸罩盖、阻挡物除外）。不是控制设备组件或器件部分的端子也应符合这些要求。（2）所有控制设备的安装都应易于从正面操作和维修。当需要用专用工具调整、维修或拆卸器件时，应提供这些专用工具。为了常规维修或调整而需接近的有关器件，应安设于维修站台以上0.4～2m之间。建议端子至少在维修站台以上0.2m，且使导线和电缆能容易连接其上。（3）除操作、指示、测量、冷却器件外，在门上和通常可拆卸的外壳孔盖上不应安装控制器件。当控制器件是通过插接方式连接时，它们的插接应通过型号（形状）、标记或项目代号（单个或组合使用）清楚区分。（4）正常工作中需插拔的插头应具有非互换性，缺少这种特性会导致错误工作。（5）正常工作中需插拔的插头/插座连接器的安装应提供畅通无阻的通道。（6）当提供用于连接测试设备的测试点时应：● 在安装上提供畅通无阻的通道；● 有符合技术文件的醒目的标记；● 有足够的绝缘；● 有充分空间。

4．相互作用

控制设备内开关器件和元件的安装与接线应使其本身的功能不致由于正常工作中出现相互作用，如热、电弧、振动、能量场等而受到破坏。如果是电子控制设备，有必要把控制电路与电源电路进行隔离或屏蔽。

如果外壳的设计使其可安装熔断器，应特别考虑发热的影响。制造商应规定所使用的熔芯的类型和额定值。

5．挡板

手动开关电器的挡板的设计应使电弧对操作者不产生任何危险。

为了减少更换熔芯时的危险，应使用相间挡板，除非熔断器的设计与结构已考虑了这一点。

6．热效应

发热元件（如散热片、功率电阻等）的安装应使附近所有元件的温度保持在允许限值的范围内。

7．实际隔离或成组（1）与电气设备无直接联系的非电气部件和器件不应安装在装有控制器件的外壳中。如电磁阀那样的器件应与其他电气设备隔离开（如在单独隔间中）。（2）集聚安装并连有电源电压或连有电源与控制两种电压的控制器件，应与仅连有控制电压的控制器件分隔开独立成组。（3）下列接线端子应单独成组：● 动力电路；● 相关的控制电路；● 由外部电源馈电的控制电路（如联锁）。

但若能使各组容易识别（如标记用不同尺寸、使用遮栏、用颜色等），则各组可以邻近安装。（4）在布置器件位置时（包括互连），为它们规定的间隙和爬电距离应考虑实际环境条件或外部影响。（5）开关器件和元件应按照制造商说明书（使用条件、飞弧距离、隔弧板的移动距离等）进行安装。

8．电源切断开关的操作装置

电源切断开关的操作装置（如手柄）应容易接近，应安装在维修站台以上0.6～1.9m间。上限值建议为1.7m。1.2.1.3 介电性能设计

当制造商标明了控制设备一个电路或多个电路的额定冲击耐受电压时，该电路应满足本设计规范规定的介电强度试验和验证。

在其他情况下，控制设备的电路也应满足本设计规范规定的介电强度试验。在此情况下，宜考虑绝缘配合的要求能否得到验证。以额定冲击耐受电压值为基础进行绝缘配合是最优选的。

1．总则

下述要求以技术标准的原则为依据，并提供了在控制设备内部条件下绝缘配合的可能性。

控制设备的电路应能承受设计规范中给出的符合过电压类别的额定冲击耐受电压，或者如果适用的话，应能承受表1.2.1给出的相应的交流或直流电压。施加在隔离器件的隔离距离或抽出式部件的隔离距离上的耐受电压在表1.2.2中给出。表1.2.1 冲击工频和直流试验的介电耐受电压表1.2.2 适用于设备断开点之间隔离距离的试验电压

电源系统的标称电压与控制设备电路的冲击耐受电压之间的关系在《电气控制柜设计制作——电路篇》表3.1.1和表3.1.2中给出。对于给定的额定工作电压，额定冲击耐受电压不应低于设计规范中给出的与控制设备使用处的电路电源系统标称电压相应值和适用的过电压类别。

2．主电路的冲击耐受电压（1）带电部件与接地部件之间、极与极之间的电气间隙应能承受表1.2.1给出的对应于额定冲击耐电压的试验电压值。（2）对于处在隔离位置的抽出式部件，断开的触点之间的电气间隙应能承受表1.2.2给出的与额定冲击耐受电压相应的试验电压值。（3）与（1）及（2）项的电气间隙有关的控制设备的固态绝缘应承受（1）和（2）规定的冲击电压（如适用）。

3．辅助电路的冲击耐受电压（1）以主电路的额定工作电压（没有任何减少过电压的措施）直接操作的辅助电路应符合设计规范中的要求。（2）由主电路直接操作的辅助电路，可以有与主电路不同的过电压承受能力。这类交流或直流电路的电气间隙和相关的固态绝缘应能承受《电气控制柜设计制作——调试与维修篇》表3.1.4中给出的相应电压值。

4．电气间隙和爬电距离

控制设备内电器的间距应符合各自相关标准中的规定，而且，在正常使用条件下也应保持此距离。

在控制设备内部布置电气元件时，应符合规定的电气间隙和爬电距离或冲击耐受电压，同时要考虑相应的使用条件。

对于裸露的带电导体和端子（如母线、电气及控制设备之间的连接、电缆接头等），其电气间隙和爬电距离或冲击耐受电压至少应符合与其直接相连的电气元件的有关规定。

另外，异常情况（如短路）不应永久性地将母线之间、连接线之间、母线与连接线之间（电缆除外）的电气间隙或介电强度减小到小于与其直接相连的电气元件所规定的值。

对于按照试验标准进行试验的控制设备，表1.2.3和表1.2.4中给出了最小值，电气控制设备应按本部分要求进行电气间隙和爬电距离的测量，在试验规范中给出了试验电压值。表1.2.3 空气中最小电气间隙表1.2.4 最小爬电距离

电气及控制设备的介电性能要求在设计规范中列出。在其他情况下电气间隙和爬电距离的最小值也可由有关产品标准确定。1）电气间隙

电气间隙应使电路足以承受设计规范中给出的试验电压值。

对于情况B——均匀电场，电气间隙应至少与表1.1.3给出的值相同。

与额定冲击耐受电压及污染等级有关的电气间隙，如果大于表1.1.3给出的情况A——非均匀电场的值，则不要求进行冲击耐受电压试验。

测量电气间隙的方法在GB 7251.1—2005的附录F中给出。2）爬电距离（1）尺寸的选定。

对于污染等级1和污染等级2，爬电距离不应小于按照设计规范选择的相关的电气间隙。

对于污染等级3和污染等级4，即使电气间隙小于允许的情况A的值，爬电距离也应不小于情况A的电气间隙，以减少由于过电压引起击穿的危险性。

测量爬电距离的方法在GB 7251.1—2005的附录F中给出。

爬电距离应符合设计规范规定的污染等级和表1.1.4给出的在额定绝缘电压（或工作电压）下的相应的材料组别。

按照相比漏电起痕指数（CTI）的数值范围，材料组别分类如下：● 材料组别Ⅰ 600＜CTI● 材料组别Ⅱ 400＜CTI＜600● 材料组别Ⅲ 175＜CTI＜400● 材料组别Ⅳ 100＜CTI＜175

对于采用的绝缘材料，CTI的值参照了从IEC 60112方法A中获得的值。

对于无机绝缘材料，例如玻璃或陶瓷，不产生漏电起痕，其爬电距离不需要大于其相关的电气间隙，但建议考虑击穿放电危险。（2）加强筋的使用。

如果使用高度最小为2mm的加强筋，不考虑其数量，爬电距离可以减少至表1.1.4中的值的0.8倍。应根据机械要求来确定加强筋的最小底宽。（3）特殊用途。

对于打算在必须考虑绝缘故障的严重后果的场合下使用的电路，应改变表1.1.4中的一个或多个有影响的因素（距离、绝缘材料、微观环境中的污染等），以使绝缘电压高于表1.1.4给出的电路的额定绝缘电压。3）隔开的电路之间的间隙

确定隔开的电路之间的电气间隙、爬电距离和固态绝缘的尺寸时，应选用最大的电压额定值（用于电气间隙和相关的固态绝缘的额定冲击耐受电压及用于爬电距离的额定绝缘电压）。4）抽出式部件的隔离距离

如果功能单元安装在抽出式部件上，若设备处于新的条件下，隔离距离至少要符合设计规范中关于隔离器规定的要求，同时要考虑到制造公差和由于磨损而造成的尺寸变化。

5．提高介电性能结构措施举例（1）提高介电性能结构措施可考虑以下几个方面：● 所采用的材料老化；● 热应力和机械故障的危险性将影响电路间的绝缘；● 在电路的连接线偶然断开的情况下，不同电路间的电气接触的危

险性。

下面列举了几个必须考虑的结构上可能出现的危险情况。

结构措施在下列几种可能出现单一机械故障的情况下采用，例如，弯曲的焊接引脚、脱焊点或断开的线圈（绕组）、螺钉松脱和掉落；这些故障的产生不应影响控制设备与电器对基本绝缘的要求，绝缘的设计不考虑上述两种或多种故障同时出现。

采用结构措施的举例：足够的机械稳定性；机械挡板；采用拧紧螺钉；对元件进行灌装或注塑；在接头上套上绝缘套管；避免在相邻的导体处具有锐角。（2）筋的使用。

由于受污染物的影响小且干透效果较好，筋的使用大大地减少了泄漏电流的形成。假设筋的最小高度为2mm，爬电距离可以减少至规定值的0.8倍。1.2.1.4 固定式部件

就固定式部件而言，主电路只能在控制设备断电的情况下进行接线和断开。一般情况下，固定式部件的拆卸与安装要使用工具。

固定式部件的断开可以要求全部或部分断开控制设备。

为了防止未经许可的操作，开关器件可以带有机构，以保证把它锁在一个或多个位置上。在某些条件下，如果允许在带电情况下进行工作，必须采取有效的安全措施。1.2.1.5 可移式部件和抽出式部件

1．设计

可移式部件或抽出式部件的设计应使其电气设备能够安全地从带电的主电路上分断或连接。可移式部件和抽出式部件可以配备插入式联锁。在不同位置以及从一种位置转移到另一种位置时，应保持最小的电气间隙和爬电距离。

允许使用专用的工具，并保证在空载情况下进行这些操作是必要的。

可移式部件应具有连接位置和移出位置。抽出式部件还应具有一分离位置及试验位置，或试验状态。它们应能分别在这些位置上定位且这些位置应能清晰地识别。

抽出式部件在不同位置上的电气状态见表1.2.5。表1.2.5 抽出式部件在不同位置上的电气状态

2．抽出式部件的联锁和挂锁

除非另有规定，抽出式部件应配备一个器件，以保证在主电路被切断后，其电器才能抽出和重新插入。为了防止未经许可的操作，可以给抽出式部件提供一个锁或挂锁，以将它们固定在一个或几个位置上。

3．防护等级

为控制设备所规定的防护等级一般适用于可移式和/或抽出式部件的连接位置，制造商应指出在其他位置和在不同位置之间转移时所具有的防护等级。

带有抽出式部件的控制设备可设计成它在试验位置和分离位置以及由一个位置向另一个位置转换时仍保持如同连接位置时的防护等级。

如果在可移式部件或抽出式部件移出以后，控制设备不能保持原来的防护等级，应达成采用某种措施以保证适当防护的协议。制造商产品目录中给出的资料可以作为这种协议。

4．辅助电路的连接方式

辅助电路应设计成在使用工具或不使用工具的情况下都能断开。

如果是抽出式部件，辅助电路的连接应尽可能不使用工具。

5．开关位置的指示和操作方向

如果在元件或器件的安装方案中没有对操作机构的操作方向作出规定，而且在铭牌上也没有明确的标识，则建议采用IEC 60447中规定的操作方向。

1.2.2 操作面板上的控制器件

1．一般器件要求

包含对外装或局部露出外壳安装的器件的要求。这些器件应按国家标准《机械安全指示、标志和操作》进行选择、安装和标志或编码，并尽可能适用。

应使疏忽操作的可能性降到最低，例如采用定位装置。应进行适应性设计，提供附加保护措施。特别考虑操作者输入装置，例如，触摸屏、键盘和键区的选择、排列、编程和使用。对于危险机械的控制也应特别考虑，见IEC 60447。

2．位置和安装

为了适用，安装在面板及柜内的控制器件应：● 维修时易于接近；● 安装需使由于物料搬运活动引起损坏的可能性减至最小。

手动控制器件的操动器应这样选择和安装：● 操动器不低于维修站台以上0.6m，并处于操作者在正常工作位

置上易够得着的范围内；● 操作者进行操作时不会处于危险位置；● 意外操作的可能性减至最小。

脚动控制器件的操动器应这样选择和安装：● 处于操作者在正常工作位置上易触及的范围内；● 操作者操作时不会处于危险情况。

3．防护

防护等级和其他适当措施一起应防止：● 实际环境中和使用机械上发生的侵蚀性液体、油、雾或气体的作

用；● 杂质（如铁屑、粉尘、物质粒子等）的侵入。

此外，操作板上的控制器件直接接触的防护等级至少应采用IPXXD。

4．位置传感器

位置传感器（如位置开关、接近开关等）的安装应确保它们即使超程也不会受到损坏。

电路中使用的具有相关安全功能的位置传感器，应直接断开操作或提供类似可靠性措施。相关安全控制功能指保持机械的安全状态或防止机械产生危险情况。

5．便携式和悬挂控制站

便携式和悬挂操作控制站及其控制器件的选择和安装应使得由冲击和振动（如操作控制站下落或受障碍物碰撞）引起机械意外运转的可能性减到最小。1.2.2.2 按钮

1．颜色

按钮操动器的颜色代码应符合表1.2.6的要求。表1.2.6 按钮操动器的颜色代码及其含义

启动/接通操动器颜色应为白、灰或黑色，优先用白色，也允许选用绿色，但不允许用红色。

急停和紧急断开操动器应使用红色。

停止/断开操动器应使用黑、灰或白色，优先用黑色，不允许用绿色。也允许选用红色，但靠近紧急操作器件不建议使用红色。

启动/接通与停止/断开交替操作的按钮操动器的优选颜色为白、灰或黑色，不允许用红、黄或绿色。

对于按动即引起运转而松开则停止运转（如保持—运转）的按钮操动器，其优选颜色为白、灰或黑色，不允许用红、黄或绿色。

复位按钮应为蓝、白、灰或黑色。如果它们还用作停止/断开按钮，最好使用白、灰或黑色，优先选用黑色，但不允许用绿色。

对于不同功能使用相同颜色白、灰或黑（如启动/接通和停止/断开操动器都用白色）的场合，应使用辅助编码方法（如形状、位置、符号等）以识别按钮操动器。

2．标记

除了前面所述功能识别以外，建议按钮用给出的符号标记，标记可标在其附近，最好直接标在操动器之上。按钮符号标记见表1.2.7。表1.2.7 按钮符号1.2.2.3 指示灯和显示器

1．使用方式

指示灯和显示器用来发出下列形式的信息。

指示：引起操作者注意或指示操作者应该完成某种任务。红、黄、绿和蓝色通常用于这种方式。闪烁指示灯和显示器见下面要求。

确认：用于确认一种指令、一种状态或情况，或者用于确认一种变化或转换阶段的结束。蓝色和白色通常用于这种方式，某些情况下也可以用绿色。

指示灯和显示器的选择及安装方式，应保证从操作者的正常位置看得到。

用于警告灯的指示灯电路应配备检查这些指示灯可操作性的装置。

2．颜色

除非供方和用户间另有协议，否则指示灯玻璃的颜色代码应根据机械的状态满足表1.2.8的要求。按照设计规范可根据下述判据赋予颜色不同含义：

人员和环境的安全；电气设备的状态。表1.2.8 指示灯的颜色及其相对于机械状态的含义

机械上指示塔台适用的颜色自顶向下依次为红、黄、蓝、绿、白。

3．闪烁灯和显示器

为了进一步区别或发出信息，尤其是给予附加的强调，闪烁灯可用于下列目的：● 引起注意；● 要求立即动作；● 指示指令与实际情况有差异；● 指示进程中的变化（转换期间闪烁）。

对于较重点的信息，建议使用较高频率的闪烁灯（见IEC 60447推荐的闪烁速率和脉冲/间歇比）。

在提供较重点信息的场合，也应提供音响报警器。1.2.2.4 光标按钮

光标按钮操动器的颜色代码应符合表1.2.6和表1.2.8的要求。当难以选定适当的颜色时，应使用白色。急停操动器的红色不应依赖于其灯光的照度。1.2.2.5 旋动控制器件

具有旋动部分的器件（如电位器或选择开关）的安装应防止其静止部分转动。只靠摩擦力是不够的。1.2.2.6 启动器件

用于引发启动功能或移动机械部件（如滑板、主轴、托架等）的操动器，其设计和安装应尽量减小意外操作的可能。蘑菇头式操动器可用于双手控制。1.2.2.7 急停器件

1．位置

急停器件应易接近。急停器件应设置在各个操作控制站以及其他可能要求引发急停功能的位置。

可能出现有效和无效急停器件相混淆的情况，这是由非法操作控制站引起的。在这种情况下，如使用信息应提供最不易混淆的装置。

2．急停器件形式

急停器件的形式包括：掌撳或蘑菇头式按钮开关；拉线操作开关；不带机械防护装置的脚踏开关。

急停器件应有直接断开操作。

3．操动器的颜色

急停器件的操动器应着红色，最接近操动器周围的衬托色则应着黄色。

4．电源切断开关的本身操作实现急停

电源切断开关本身操作在下列情况下可起急停的作用：● 切断开关易于操作者接近；● 切断开关符合技术标准要求的形式。

在这种使用条件下，电源切断开关应符合设计规范的颜色要求。1.2.2.8 紧急断开器件

1．紧急断开器件的位置

如必要，对于给定的应用应该配置紧急断开器件，这些器件通常与操作控制站隔开设置。但是，需要从操作控制站引发紧急断开功能的场合，应提供避免这些器件相互混淆的措施。为达到此要求，可预备具有可碎玻璃外壳的紧急断开器件。

2．紧急断开器件的形式

紧急断开器件有下列形式：按钮操作开关；拉线操作开关。这些器件应是自锁式，并应能强制（或直接）断开操作。按钮操作开关可装在防碎玻璃壳内。

3．操动器的颜色

紧急断开操动器应着红色。最接近操动器周围的衬托色应着黄色。

急停和相互间可能出现混淆的场合应提供使混淆可能性降至最小的措施。

4．电源切断开关的本身操作实现紧急断开

用电源切断开关本身操作实现紧急断开的场合，切断开关应易于接近。1.2.2.9 使能控制器件

当使能控制器件作为系统的部件提供，且只在一个位置操动时，它应发出使能控制信号以允许运行。在其他任何位置，应停止或防止运行。

使能控制器件的选择和布置，应使其失效的可能性减至最小。

使能控制器件应具有下列特性。（1）设计要考虑人类工效学原则。（2）对于二位置形式：

位置1 开关的断开功能（操动器不起作用）；

位置2 使能功能（操动器起作用）。（3）对于三位置形式：

位置1 开关的断开功能（操动器不起作用）；

位置2 使能功能（操动器起作用）；

位置3 断开功能（超过中间位置操动器起作用）；

从位置3返回位置2时，使能功能不起作用。

1.2.3 电动机及有关设备、附件和照明、标志和代号

1．一般要求

电动机应符合IEC 60034系列标准的相关部分的要求。

电动机及有关设备保护的技术要求为过流保护、过载保护、超速保护。

当电动机停转时，由于一些控制器件并未断开连接电动机的电源，因此应注意确保符合技术要求。电动机控制设备应按规定设置和安装。

2．电动机外壳

建议电动机外壳按国家标准《旋转电机整体结构的防护等级（IP码）分级》进行选择。

所有电动机的防护等级应至少为IP23。根据使用和实际环境可能需要提出更严格的要求。与机械合装一体的电动机的安装，应使它们具有足够的机械保护，避免损坏机械。

3．电动机尺寸

就切实可行而言，电动机尺寸应根据国家标准《旋转电机尺寸和输出功率等级》系列标准选定。

4．电动机架与隔间

每台电动机及其相关联轴器、皮带和皮带轮或链条的安装应使得它们有足够的保护，且便于检查、维护线盒、校准、调整、润滑和更换。电动机架的结构应使得能拆卸所有的电动机压紧装置，并容易接近接线盒。

电动机的安装应确保正常的冷却，其温升保持在绝缘等级的限值内。

电动机隔间应尽可能干燥清洁，必要时应直接向机械外部通风。通风口应使切屑、粉尘或水雾的进入量处于一个允许的水平。

不符合电动机隔间要求的其他隔间与电动机隔间之间不应有通孔。如果导线管要从别的不符合电动机隔间要求的隔间进入电动机隔间，则导线管周围的间隙应密封。

5．电动机选择的依据

电动机及其有关设备的特性应根据预期的工作和实际环境条件进行选择。在这方面，应认真考虑的要点包括：● 电动机形式；● 工作循环类型；● 恒速或变速运行（以及随之发生的通风量变化的影响）；● 机械振动；● 电动机控制的形式；● 电动机由静态变换器供电时馈电电压和（或）馈电电流的谐波频

谱对温升的影响；● 启动方法及启动电流对其他用户运行可能的影响，以及供电部门

可能的特殊规定；● 反转矩负载随时间和速度的变化；● 大惯量负载的影响；● 恒转矩或恒功率运行的影响；● 电动机和变换器间可能需要电抗器。

6．机械制动用保护器件

机械制动器的过载和过流保护器件动作将引发有关的机械使动机构同时脱开。

有关的机械操动器是指与相应运动有联系的器件，如电缆盘和长行程驱动。1.2.3.2 附件和照明

1．附件

如果机械及其有关装置备有附件（如手提电动工具、试验设备等）使用的电源插座，则应附加下列条件：● 电源插座应遵守国家标准《工业用插头插座和耦合器第一部分：

通用要求》的规定，否则它们应清楚标明电压和电流的额定值；● 应确保电源插座保护连接电路的连续性，由PELV提供的除外；● 连至电源插座的所有未接地导线应按设计规范的规定，提供合适

的过电流保护和（必要时的）过载保护，并与其他电路的保护导

线分开；● 在插座的电源引入线不通过机械的电源切断开关的情况下，应采

用设计规范中例外电路的要求。电源插座电路应配备剩余电流保

护器件。

2．电气控制设备的局部照明1）概述

保护连接电路的连接应符合设计规范中的规定。

通/断开关不应装在灯头座上或悬挂在软线上。

应通过选用合适的光源避免照明有频闪效应。

如果电柜中装有固定照明装置，则应考虑电磁兼容性。2）电源

局部照明线路两导线间的额定电压不应超过250V。建议两导线间电压不超过250V。

照明电路应由下述电源之一供电：● 连接在电源切断开关负载边的专用的隔离变压器。副边电路中应

设有过电流保护。● 连接在电源切断开关进线边的专用的隔离变压器。该电源应仅允

许供控制电柜中维修照明电路使用。副边电路中应设有过电流保

护。● 带专用过电流保护的机械电路。● 连接在电源切断开关进线边的隔离变压器，这时在原边设有专用

的切断开关，副边设有过电流保护，而且装在控制电柜内电源切

断开关的邻近处。● 外部供电的照明电路（如工厂照明电源）。只允许装在控制电柜

中，整个机械工作照明的额定功率不超过3kW。

例外：操作者在正常工作时伸臂碰不到的固定照明，本条规定不适用。3）保护

局部照明电路应按照设计规范中的要求进行保护。4）照明配件

可调照明配件应适应于实际环境。

灯头座应符合有关国家标准；用保护灯头的绝缘材料制造以防止意外触电。

反光罩应用灯架而不应用灯头座支承。

操作者在正常工作时伸臂碰不到的固定照明，本条规定不适用。1.2.3.3 标记、警告标志和项目代号

1．概述

警告标志、铭牌、标记和识别牌应经久耐用，经得住复杂的实际环境影响。

2．警告标志1）电击危险

不能清楚表明其中装有电气器件的外壳，都应标出如图1.2.1所示的图形符号：黑边、黄底、黑色闪电符号。图1.2.1 电击危险的警告标志

警告标志应在外壳门或盖上清晰可见。

警告标志在下列情况下可以省略：● 装有电源切断开关的外壳；● 人机接口或控制站；● 自带外壳的单一器件（如位置传感器）。2）热表面危险

风险评价表明，需要警告防止电气设备危险表面温度时，应使用如图1.2.2所示的图形符号。在伸臂范围内的电气设备，其可接近部分的温度不应达到可能造成人员灼伤的程度，并且应遵守《电气控制柜设计制作——调试与维修篇》表3.2.7所列相应温度限值的规定。在正常工作中，电气控制设备的所有热表面，即使是短时间的，其温度可能出现超过《电气控制柜设计制作——调试与维修篇》表3.2.7所列限值时，也应加以防护，防止任何意外接触。图1.2.2 小心烫伤的警告标志

3．功能识别

控制器件、视觉指示器和显示器（尤其是涉及安全功能的器件），应在器件上或在其附近清晰耐久地标出与它们功能有关的标记。这些标记是设备的用户和供方之间一致商定的。应优先选用国家标准《电气设备用图形符号第2部分：图形符号》规定的标准符号，如图1.2.3所示。图1.2.3 显示器控制功能的标记

4．控制设备的标记

设备（如控制设备组合）应清晰耐久地标出标记，使人们在设备被安装后能清楚地看见。铭牌应固定在邻近各个引入电源的外壳上，并给出下列信息：● 供方的名称或商标；● 必要时的认证标记；● 使用顺序号；● 额定电压、相数和频率（如果是交流），每个电源的满载电流；● 设备的短路额定值；● 主要文件号。

铭牌标示的满载电流，不应小于正常使用条件下同时运行的所有电动机和其他设备的满载电流之和。有异常负载或工作循环的场合，热等效电流应包含在铭牌上给定的满载电流中。

如果仅使用单一的电动机控制器，则这种信息可在机械的铭牌上提供。

5．项目代号

所有电柜、装置、控制器件和元件应清晰标出与技术文件相一致的项目代号。

如果尺寸或位置限制使得难以采用单独的项目代号，则应采用组合项目代号。

例外：本条要求可能不适用于仅由一个电动机、电动机控制器、按钮站和工作照明组成的简单电气设备的机械。1.2.3.4 标志

在控制设备内部，应能辨别出单独的电路及其保护器件。

如果要标明控制设备电气元件，所用的标记应与随同控制设备一起提供的接线图上的标记一致。《电气控制柜设计制作——电路篇》第1章中规定的有关资料，如需要标志在电气控制柜上，则应对有关产品标准做相应的规定。

标志应不易磨灭且易于识别。

电器上还应标志下列数据且保证在安装后是易见的：● 操动器的运动方向；● 操动器位置标记；● 合格标记和认证标志；● 对于微型电器，则标以符号、颜色代号或字母代号；● 接线端子的识别和标志；● 1P代号和防电击保护等级（当适用时）（尽可能标在电器上）；● 隔离适用性（当适用时），其隔离功能符号为：

隔离用断路器：隔离开关：

上述符号应达到：（1）清楚和明显；（2）当电器按使用要求安装且接近操动器时符号是可见的。

无论电器是否封闭，上述要求均适用。

如果上述符号作为线路图的一部分，且该线路图仅用于标志隔离的适用性，则上述要求同样适用。

1.2.4 抗干扰对元器件布置的要求

为了能有效地抑制干扰，在安排控制柜内部元部件布局及设计走线布线的装配工艺时，一般应遵循以下原则：（1）电路元件的安装位置应尽量根据信号的传输顺序排成一直线的走向，即按输入级、放大级、信号转换级、输出级的次序安排。不要相互交叉和混合安排，防止引起寄生耦合，避免造成互相干扰或产生自激振荡。（2）电磁感应耦合元件（如变压器、扼流圈、振荡线圈等）的安装位置应远离输入级。它们之间也应尽量安排得远一些，使其漏磁通互不影响。（3）高输入阻抗放大器输入级的印制电路板走线应设计屏蔽保护环，防止漏电流经线路板绝缘电阻流入输入端。（4）低电平测量电路中的电源变压器和输入变压器除应相互远离外，还必须加屏蔽罩。（5）对于电路较复杂、单元电路较多的电气控制设备，可将有关单元电路分块装配，必要时将输入级与高频振荡级均用屏蔽层隔离。1.2.4.2 弱电单元的布局原则（1）输入级的弱信号线与输出级的强信号线以及电源线应尽量远离。（2）直流信号线与交流信号线应远离。（3）输入级与其他可能引起寄生耦合的线，严禁平行走线，彼此应尽量远离。（4）低电平信号地线、交流电源地线和金属机壳地线应分开设置，最后集中一点接地。（5）输入电缆的屏蔽层应选择适当的接地点。

以上所述只是一些基本考虑原则，实施时要根据实际情况，对具体问题进行具体分析，合理调整，切不可生搬硬套。

1.3 电气布置图绘制

1.3.1 电气布置图的绘制原则

电气安装布置图一般分为三种，一种是整个控制柜的安装布置图，第二种是二次控制回路安装板的安装布置图，第三种是印制电路板元件安装布置图。

1．整个控制柜的安装布置图应包括的内容（1）控制柜内安装用框架及横梁的位置和安装尺寸。（2）主电路连接母线的电气元件及其接线端子的位置和安装尺寸。（3）控制柜内部母线的形状、位置、安装尺寸及其安装方法。（4）安装在柜体及框架和横梁上的线槽及接线端子排的位置和安装尺寸。（5）安装在柜体及框架和横梁上的母线支撑绝缘子或母线支架的位置和安装尺寸。（6）安装在柜体及框架和横梁上的半导体功率器件的位置、安装尺寸及其安装方法。（7）安装在柜体及框架和横梁上的变压器、电抗器、电阻器等大型电气元件的位置、安装尺寸及其安装方法。（8）安装在柜体及框架和横梁上的接插件的位置和安装尺寸。

整个控制柜的安装布置图应包括的内容包括以上各项，但不限于以上各项。

2．二次控制回路安装板的安装布置图应包括的内容（1）安装在安装板上的电气元件及其接线端子的位置和安装尺寸。（2）安装在安装板上的电气元件安装导轨的位置和安装尺寸。（3）安装在安装板上的印制电路板的位置、安装尺寸及其安装方法。（4）安装在安装板上的线槽及接线端子排的位置和安装尺寸。（5）安装在安装板上的接插件的位置和安装尺寸。

二次控制回路安装板的安装布置图应包括的内容包括以上各项，但不限于上各项。

3．印制电路板元件安装布置图应包括的内容（1）安装在印制电路板上的电子元件及其引线的位置和安装尺寸。（2）印制电路板上的焊盘的尺寸及其位置。（3）印制电路板上的铜箔图形及其相关尺寸。（4）印制电路板加工及电子元件插装过程中定位孔的位置、尺寸及其公差。（5）安装在印制电路板上的接插件的位置和安装尺寸。（6）印制电路板安装在电气安装板或插件箱上时安装固定件的位置、尺寸及其公差。

印制电路板元件安装布置图应包括的内容包括以上各项，但不限于以上各项。1.3.1.3 电气元件在布置图中的画法规则（1）电气元件在布置图中采用轮廓尺寸。电气布置图是根据电气元件的外形轮廓绘制的，即以其轴线为准，标出各元件的间距尺寸。（2）电气元件在布置图中必须标明各个电气元件底脚安装尺寸及其公差范围。（3）电气元件在布置图中必须标明各个电气元件接线端子的准确位置及连接尺寸。（4）电气元件的轮廓尺寸、接线端子的准确位置及连接尺寸和底脚安装尺寸及其公差范围应来源于所选型的电气元件产品样本数据，以保证安装板的加工质量和各电器的顺利安装。1.3.1.4 电气布置图的布局方法

在电气布置图中，将表示对象划分为若干功能组，按照因果关系从左到右、从上到下或从下到上布置；每个功能组的元件应集中布置在一起，并尽可能按方便接线的顺序排列。出线及进线的接线端子尽可能安排在控制柜的下部或顶部，以便于从电缆沟或架空接入。电气元件的布置方式有以下几种。（1）水平布置：将设备和元件按行布置，使得其连接线成水平布置。（2）垂直布置：将设备或元件按列排列，使得其连接线成垂直布置。（3）交叉对称布置：将相应的元件连接成交叉对称的布局。1.3.1.5 电气布置图的布局要求

控制柜内各个电气元件的位置安排，有点类似于出版印制行业为了使版面美观漂亮而进行的排版工作，因此习惯上称为电气排版。控制柜的元件排版首先应考虑元件的布置对线路走向和合理性的影响。大截面导线转弯半径，强、弱电元件之间的距离配置，发热元件的方位布置，工控计算机、PLC和其他仪器仪表相对于主回路和易产生干扰源元件之间的布置等，这些都是排版布置时必须综合考虑的问题。

为保证柜内布置结构的统一性，有必要把基本元素的间隔距离进行明确的规定。这样无论图纸怎样不同，其基本排版结构将是统一的。因此控制柜排版应遵循以下原则和要求。

1．电气元件的排放位置（1）电器尽可能组装在一起，使其成为一台或几台控制装置。

只有那些必须安装在特定位置上的器件，如按钮、手动控制开关、位置传感器、离合器、电动机等，才允许分散安装在指定的位置上。（2）除了手动控制开关、信号灯和测量器件外，门上不要安装任何器件。（3）由电源电压直接供电的电器最好装在一起，使其与只由控制电压供电的电器分开。（4）电源开关最好装在箱内右上方，其操作手柄应装在控制箱前面或侧面。电源开关的上方最好不安装其他电器，若安装，应把电源开关用绝缘材料盖住，以防电击。（5）箱内电器（如接触器、继电器等）应按电路图上的编号顺序，牢固安装在控制箱上，并在醒目处贴上各部件相应的文字符号。

2．电气元件的排放高度

所有电器必须安装在便于更换、检测的地方。为了便于维修或调整，箱内电气元件的部位，必须位于离地面0.4～2m处。所有接线端子，必须位于离地面至少0.2m处，便于装拆导线。

3．绝缘要求（1）安排电气零部件位置时应有足够的电气间隙及爬电距离，并应考虑有关的维修条件，以保证设备安全可靠地工作。具体要求见表1.3.1、表1.3.2和表1.3.3。表1.3.1 一般电气设备电气间隙和爬电距离表1.3.2 集中控制台元件最小电气间隙和爬电距离表1.3.3 主电路裸主汇流排电气间隙和爬电距离（2）控制箱中的裸铜排、无电弧的带电零件与控制箱导体壁板间的间隙应合适，对于250V以下的电压，间隙应不小于15mm；对于250～500V的电压，间隙应不小于25mm。

4．散热要求（1）发热元件宜安装在散热良好的地方，两个发热元件之间的连线应采用耐热导线或裸铜线套瓷管。（2）二极管、三极管及可控硅、矽堆等功率半导体器件，应将其散热面或散热片的风道呈垂直方向安装，以便散热。（3）电阻器等电热元件一般应安装在板子或箱柜的上方，安装方向及位置应利于散热，并尽量减少对其他元件的热影响。（4）柜内的工控计算机、PLC等电子元件的布置要尽量远离主回路、开关电源及变压器，不得直接放置在或靠近柜内其他发热元件的对流方向。

5．安全要求（1）操纵电气元件及整定电气元件的布置，应消除由于偶然触及手柄、按钮而误动作或动作值变动的可能性。整定装置在整定完成后应以双螺母锁紧并用红漆漆封，以免变动。（2）电源侧进线应接在进线端，即固定触头接线端；负荷侧出线应接在出线端，即可动触头接线端。（3）通过在金属底板上攻丝紧固时，螺栓旋紧后，其搭牙部分的长度应不小于螺栓直径的0.8倍，以保证强度。（4）当铝合金部件与非铝合金部件连接时，应使用绝缘衬垫隔开，避免直接接触，以防止电解腐蚀。（5）强、弱电端子应分开布置；当有困难时，应有明显标志并设空端子隔开或设加强绝缘的隔板。（6）有机玻璃的螺杆支撑要在元件安装后立即完成，安装位置和带电导体的最短直线距离必须符合最小电气间隙和爬电距离的规定。（7）设备的外壳应能防止工作人员偶然触及带电部分。

6．方便、互不影响要求（1）电气元件及其组装板的安装结构应尽量考虑从正面进行拆装，元件的安装紧固件应能在正面紧固和松脱。（2）各电气元件应能单独拆装更换，而不影响其他元件及导线束的固定。（3）端子应有序号，端子排应便于更换且接线方便；离地高度应大于350mm。（4）用于连接控制柜进线的开关或熔断器座的排版位置要考虑进线的转弯半径。（5）排版时所用的麻花钻和攻丝尺寸配合见表1.3.4。表1.3.4 麻花钻与攻丝尺寸配合关系

7．熔断器布置要求（1）不同系统或不同工作电压的熔断器应分开安装，不能交错混合排列，熔断器应便于熔体的更换。（2）熔断器使用中易于损坏，布置时需考虑偶尔需要调整及复位的零件的安装位置及相互间距离，应不经拆卸其他部件便可以接近熔断器，以便于更换及调整。（3）有熔断指示器的熔断器，其指示器应装在便于观察的一侧。（4）当熔断器的额定电压高于500V，而其熔断器座能插入低额定电压的熔断器芯时，应设置专用警告牌，如：当心！只能用690V熔断器等。（5）瓷质熔断器在金属底板上安装时，其底座应垫软绝缘衬垫。（6）低压断路器与熔断器配合使用时，熔断器应安装在电源侧。

8．线槽布置要求（1）线槽的连接应连续无间断。每节线槽的固定点应不少于两个。在转角、分支处和端部均应有固定点，并紧贴柜墙或安装板固定。（2）线槽敷设应平直整齐，水平或垂直允许偏差为其长度的0.2％，全长允许偏差为20mm。并列安装时，槽盖应便于开启。（3）固定或连接线槽的螺钉或其他紧固件，紧固后其端部应与线槽内表面光滑相接。（4）接触器和热继电器、断路器和漏电断路器等元件、其他载流元件、动力元件的接线端子与线槽直线距离应不小于30mm。（5）控制端子、中间继电器和其他控制元件与线槽直线距离应不小于20mm。（6）连接元件的铜接头过长时，应适当放宽元件与线槽间的距离。

9．电气零部件安装布置要求（1）电气元件的安装应符合产品使用说明书的规定。（2）固定低压电器时，不得使电器内部受额外应力。（3）低压断路器的安装应符合产品技术文件的规定，无明确规定时，宜垂直安装，其倾斜度不应大于5°。（4）具有电磁式活动部件或借重力复位的电气元件，如各种接触器及继电器，其安装方式应严格遵循产品说明书的规定，以免影响其动作的可靠性。（5）低压电器根据其不同的结构，可采用支架、金属板、绝缘板固定，金属板、绝缘板应平整。当采用导轨支撑安装时，导轨应与低压电器匹配，并用固定夹或固定螺栓与壁板紧密固定，严禁使用变形或不合格的导轨。（6）电气元件的安装紧固应牢固，固定方法应是可拆卸的。元件附件应齐全、完好。（7）电气元件的紧固应设有防松装置，一般应放置弹簧垫圈及平垫圈。弹簧垫圈应放置于螺母一侧，平垫圈应放置于紧固螺钉的两侧。如采用双螺母或其他锁紧装置时，可不设弹簧垫圈。

10．按钮布置要求（1）面板上安装按钮元件时，为了提高效率和减少错误，应先用铅笔直接在门后写出代号，再在相应位置做个记号，最后安装器件并贴上标签。（2）按钮之间的距离宜为50～80mm；按钮与箱壁之间的距离宜为50～100mm；当倾斜安装时，其与水平线的倾角不宜小于30°。（3）“紧急”按钮应有明显标志，并设保护罩。

1.3.2 电气布置图的绘制

1．三维CAD绘图软件

三维立体图形可以给人以直观、生动、贴近实际感觉，因此在生产工程领域以三维立体制图替代平面图形一直是工程界的梦想。三维立体CAD出现后，终于使人们的梦想得以实现。

三维CAD软件大多具有易操作性，具有基于特征的参数驱动造型功能。运用其拉伸、旋转、扫描、放样等工具，可以高效地建立各种复杂的三维实体，且所造形体形象逼真、色彩丰富。通过三维CAD软件，三维实体大多可自动生成二维的工程制图，且其尺寸具有关联性，如修改一部分尺寸，则和其相关联的尺寸可自动修改。

三维CAD系统不仅具备零件设计功能，而且具有装配设计、图纸设计功能及与设计相关部分，如标准件及各种专用零件库。利用设计出的三维实体模型可进行模拟装配和静态干涉检查、机构分析和动态干涉检查、动力学分析、强度分析、铸造、各种加工、渲染处理等。而且可以在三维基础上进行的CAE分析，利用现代计算机强大的数值计算能力所起到的“虚拟样机”作用在很大程度上替代了传统设计中资源消耗极大的“物理样机验证设计”过程，极大地缩短了设计周期、减少了成本，可以降低产品开发风险，保证制造实施可行性，提高产品设计成功率，同时还可通过互联网实时地进行设计过程的协同工作。

在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，设计过程最简便、最方便的莫过于SolidWorks了。功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks的三大特点。如果你熟悉微软的Windows系统，那你基本上就可以用SolidWorks来进行设计了。SolidWorks独有的拖放功能使你能在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力，可以使绘制电气布置图、机柜图和电气接线图变得非常容易。

2．采用CAD制图软件绘制电气布置图

在实际生产活动中普遍使用平面图纸作为指导生产的纲领性技术文件，按照机械制图的画法规则，使用平面CAD制图软件利用三视图绘制出的电气布置图能够满足生产的需要。

如果直接使用CAD制图软件绘制电气布置图，每一个电气元件都直接在图面上绘制，难免会进行很多重复性的劳动，使绘图的效率大打折扣。为提高电气布置图绘制效率，必须采用建立电气元件图元库的措施。这样在绘制电气布置图时，只需从电气元件图元库中调取需要的电气元件图元，安放在电气布置图的恰当位置即可。

使用CAD制图软件绘制电气布置图具有简单方便、效率高、便于修改的优点，非常适宜像电气布置图这样需要反复修改才能够定型的图样绘制。在绘制电气布置图的过程中，只要利用鼠标拖动电气元件图形，即可方便地改变元器件的安放位置。然后利用CAD的自动测量和标注尺寸功能，就可以方便地确定电气元件的准确位置。

使用CAD制图软件绘制电气布置图时，在条件都满足的情况下，在实际元件没有到位之前，可直接在底板上预制安装孔，这样就提高了控制柜的制作效率，而且其竣工资料非常的整洁和统一。

3．电气元件图元库1）必须自己建立电气布置图绘制时使用的图元库

绘制电气原理图时所使用的图元库为各种电气元件的图形及代码，这些都是按照国家标准规定的要求建立的，因此一般CAD电气制图软件本身就配置有电气元件的图元库。

绘制电气布置图情况就不同了，因为生产各种电气元件的企业不同，其产品的结构、外形、尺寸大小及安装尺寸差异很大，而且电气元件产品的更新换代很快，因此电气元件的外形尺寸及安装尺寸不可能标准化。所以任何一款CAD制图软件都不可能带有所有电气元件的外形尺寸大小及安装尺寸的电气布置图元库。因此，电气设计人员必须根据自己的需要建立电气布置图元库。

制作元件平面图的CAD图元库比较花费时间和精力，但如果能仔细做好的话，以后的排版布置将完全改观。在制作图元库时要注意字体、线型、线条颜色和宽度、图层设置这些因素的统一性，这样在一开始就有个规范统一的属性，将给以后的使用、扩展带来极大的方便。2）电气布置图元库的建立方法

在AutoCAD制图软件中图元的建立是通过其块功能实现的，利用创建块的方法建立电气布置图元库，具体的操作方法可阅读AutoCAD制图教程的相关章节。为保证所创建的电气布置图元调用方便快捷，建立电气布置图元库时必须注意以下几个问题：（1）绘制图元时应以该产品的样本或使用说明书上的外形轮廓、外形轮廓尺寸，安装底面轮廓、安装尺寸及公差，接线端子的位置、尺寸及公差为原始依据。绘制图元时必须严格按照原始比例进行，如果凭想当然绘制将造成图元无法使用的后果。（2）绘制图元时应将主视图、左视图、俯视图分别绘制在三个图层上，这样图元块在调用时会比较方便快捷。（3）创建图元块后进行保存时，必须对图元块进行分组、命名或编号，以方便调用时查找。1.3.2.2 电子元件布置图的绘制工具

1．印制板布线图设计的基本方法

首先需要对所选用组件器及各种插座的规格、尺寸、面积等有完全的了解；对各组件的位置安排作合理的、仔细的考虑，主要是从电磁场兼容性、抗干扰的角度，走线短，交叉少，电源，地的路径及去耦等方面考虑。各组件位置确定后，就是各组件的联机，即按照电路图连接有关引脚。完成的方法有多种，印制线路图的设计有计算机辅助设计与手工设计两种方法。

最原始的是手工排列布图。这种方法比较费事，往往要反复几次，才能最后完成，在没有其他绘图设备时也可以。这种手工排列布图方法对刚学习印制板图设计的人来说也是很有帮助的。

2．印制电路板绘制软件

目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件是系统设计软件辅助类和可编程芯片辅助设计软件：Protel、OrCAD等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如进行电路设计与仿真，进行PCB自动布局布线，输出多种网表文件与第三方软件接口等。因为很多大、中专院校都把Protel作为教材，所以其在国内使用普及率最高，几乎所有的电路公司都要用到它。

早期的Protel主要作为印制板自动布线工具使用，其最新版本为Altium Designer 10，现在普遍使用的是Protel99SE，它是个完整的全方位电路设计系统，包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布局布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能，并具有客户/服务器体系结构，同时还兼容一些其他设计软件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、Excel等。使用多层印制线路板的自动布线，可实现高密度PCB的100％布通率。Protel软件功能强大（同时具有电路仿真功能和PLD开发功能）、界面友好、使用方便，但它最具代表性的功能是电路设计和PCB设计。

3．使用Protel进行印制电路板设计步骤1）电路板设计的先期工作（1）利用原理图设计工具绘制原理图，并生成对应的网络表。当然，有些特殊情况下，如电路板比较简单，或已经有了网络表等也可以不进行原理图的设计，直接进入PCB设计系统，在PCB设计系统中，可以直接取用零件封装，人工生成网络表。（2）手工更改网络表，将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上，无任何物理连接的可定义到地或保护地等。将原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致，特别是二极管、三极管等。2）画出自己定义的非标准器件的封装库

建议将自己所画的器件都放入一个自己建立的PCB库专用设计文件。3）PCB设计环境和绘制印制电路的版框（含中间的镂空）等（1）进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型、光标类型、板层参数、布线参数等。大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。（2）规划电路板，主要是确定电路板的边框，包括电路板的尺寸大小等。在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。对于3mm的螺钉可用6.5～8mm外径和3.2～3.5mm内径的焊盘；对于标准板可从其他板或PCB Wizard中调入。注意：在绘制电路板边框前，一定要将当前层设置成Keep Out层，即禁止布线层。4）打开所有要用到的PCB库文件后，调入网络表文件并修改零件封装

这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计与电路板设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路板的布线。

在原理图设计的过程中，ERC检查不会涉及零件的封装问题。因此，原理图设计时，零件的封装可能被遗忘，在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。

当然，可以直接在PCB内人工生成网络表，并且指定零件封装。5）布置零件封装的位置，也称零件布局

Protel99SE可以进行自动布局，也可以进行手动布局。如果进行自动布局，运行“Tools”下面的“Auto Place”。用这个命令，你需要有足够的耐心。布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。Protel99SE在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐，使用自动选择方式可以很快地收集相似封装的元件，然后旋转、展开和整理成组，就可以移动到板上所需的位置上了。当简易的布局完成后，可使用自动对齐方式整齐地展开或缩紧一组封装相似的元件。提示：在自动选择时，使用Shift＋X组合键或Shift＋Y组合键和Ctrl＋X组合键或Ctrl＋Y组合键可展开和缩紧选定组件的X、Y方向。注意：零件布局，应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后是占位置大的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。6）根据情况再作适当调整然后将全部器件锁定

假如板上空间允许则可在板上放上一些类似于实验板的布线区。对于大板子，应在中间多加固定螺钉孔。板上有重的器件或较大的接插件等受力器件时边上也应加固定螺钉孔，有需要的话可在适当位置放上一些测试用焊盘，最好在原理图中就加上。将过小的焊盘过孔改大，将所有固定螺钉孔焊盘的网络定义到地或保护地等。

放好后用VIEW3D功能察看一下实际效果，存盘。7）布线规则设置

布线规则是设置布线的各个规范（使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的拓扑结构等规则，可通过Design-Rules的Menu处从其他板导出后，再导入这块板）。这个步骤不必每次都设置，按个人的习惯，设定一次就可以。

选Design-Rules一般需要重新设置以下几点。（1）安全间距（Routing标签的Clearance Constraint）。

它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔之间必须保持的距离。一般板子可设为0.254mm，较空的板子可设为0.3mm，较密的贴片板子可设为0.2～0.22mm，极少数印制板加工厂家的生产能力在0.1～0.15mm，假如能征得他们同意你就能设成此值。0.1mm以下是绝对禁止的。（2）走线层面和方向（Routing标签的Routing Layers）。

此处可设置使用的走线层和每层的主要走线方向。请注意贴片的单面板只用顶层，直插型的单面板只用底层，但是多层板的电源层不是在这里设置的（可以在Design-Layer Stack Manager中，点顶层或底层后，用Add Plane添加，用鼠标左键双击后设置，点中本层后用Delete删除），机械层也不是在这里设置的（可以在Design-Mechanical Layer中选择所要用到的机械层，并选择是否可视和是否同时在单层显示模式下显示）。

机械层1：一般用于画板子的边框；

机械层3：一般用于画板子上的挡条等机械结构件；

机械层4：一般用于画标尺和注释等，具体可自己用PCB Wizard导出一个PCAT结构的板子看一下（3）过孔形状（Routing标签的Routing Via Style）。

它规定了手工和自动布线时自动产生的过孔的内径、外径，均分为最小、最大和首选值，其中首选值是最重要的，下同。（4）走线线宽（Routing标签的Width Constraint）。

它规定了手工和自动布线时走线的宽度。整个板范围的首选项一般取0.2～0.6mm，另添加一些网络或网络组（Net Class）的线宽设置，如地线、＋5伏电源线、交流电源输入线、功率输出线和电源组等。网络组可以事先在Design-Netlist Manager中定义好，地线一般可选1mm宽度，各种电源线一般可选0.5～1mm宽度，印制板上线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许通过1A的电流，具体可参看有关资料。当线径首选值太大使得SMD焊盘在自动布线无法走通时，它会在进入到SMD焊盘处自动缩小成最小宽度和焊盘的宽度之间的一段走线，其中Board为对整个板的线宽约束，它的优先级最低，即布线时首先满足网络和网络组等的线宽约束条件。（5）敷铜连接形状的设置（Manufacturing标签的Polygon Connect Style）。

建议用Relief Connect方式。导线宽度（Conductor Width）取0.3～0.5mm。4根导线成45°或90°夹角。

其余各项一般可用它的缺省值，而布线的拓扑结构、电源层的间距和连接形状匹配的网络长度等项可根据需要设置。

选Tools-Preferences，其中Options栏的Interactive Routing处选Push Obstacle（遇到不同网络的走线时推挤其他的走线，Ignore Obstacle为穿过，Avoid Obstacle为拦断）模式并选中Automatically Remove（自动删除多余的走线）。Defaults栏的Track和Via等也可改一下，一般不必去动它们。

在不希望有走线的区域内放置FILL填充层，如散热器和卧放的两脚晶振下方所在布线层，要上锡的在Top或Bottom Solder相应处放填充层。

布线规则设置也是印制电路板设计的关键之一，需要丰富的实践经验。8）自动布线和手工调整（1）单击菜单命令Auto Route/Setup对自动布线功能进行设置。

选中除了Add Testpoints 以外的所有项，特别是选中其中的Lock All Pre-Route选项，Routing Grid可选1mil等。自动布线开始前软件会给一个推荐值，可不去理它或改为它的推荐值，此值越小板越容易100％布通，但布线难度越大，所花时间越多。（2）单击菜单命令Auto Route/All开始自动布线。

假如不能完全布通，则可手工继续完成或UNDO一次（千万不要用撤销全部布线功能，它会删除所有的预布线和自由焊盘、过孔）后调整一下布局或布线规则，再重新布线。完成后做一次DRC，有错则改正。布局和布线过程中，若发现原理图有错则应及时更新原理图和网络表，手工更改网络表（同第一步）并重装网络表后再布线。（3）对布线进行手工初步调整。

需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗，某几根绕得太多的线重布一下，消除部分不必要的过孔，再次用VIEW3D功能察看实际效果。手工调整中可选Tools-Density Map查看布线密度，红色为最密，黄色次之，绿色为较松，看完后可按键盘上的End键刷新屏幕。红色部分一般应将走线调整得松一些，直到变成黄色或绿色。9）切换到单层显示模式下将每个布线层的线拉整齐和美观

单击菜单命令Tools/Preferences，选中对话框中Display栏的Single Layer Mode。手工调整时应经常做DRC，因为有时候有些线会断开，而你可能会从它们断开处走上好几根线。快完成时可将每个布线层单独打印出来，以方便改线时参考，其间也要经常用3D显示和密度图功能查看。

最后取消单层显示模式，存盘。10）如果器件需要重新标注

可单击菜单命令Tools/Re-Annotate 并选择好方向，单击【OK】按钮。回原理图中选Tools-Back Annotate 并选择好新生成的那个*.WAS文件后，单击【OK】按钮。原理图中有些标号应重新拖放以求美观，全部调完并DRC通过后，拖放所有丝印层的字符到合适位置。

注意字符尽量不要放在元件下面或过孔焊盘上面。对于过大的字符可适当缩小，DrillDrawing层可按需放上一些坐标（Place-Coordinate）和尺寸（Place-Dimension）。

最后再放上印制板名称、设计版本号、公司名称、文件首次加工日期、印制板文件名、文件加工编号等信息（请参见第五步图中所示），并可用第三方提供的程序来加上图形和中文注释，如BMP2PCB.EXE和宏势公司的ROTEL99，以及Protel99se专用PCB汉字输入程序包中的FONT.EXE等。11）对所有过孔和焊盘补泪滴

补泪滴可增加它们的牢度，但会使板上的线变得较难看。顺序按下键盘的S和A键（全选），再选择Tools-Teardrops，选中General栏的前三个，并选Add和Track模式，如果你不需要把最终文件转为PROTEL的DOS版格式文件的话也可用其他模式，然后单击【OK】按钮。完成后顺序按下键盘的X和A键（全部不选中）。对于贴片和单面板一定要加。12）放置敷铜区

将设计规则里的安全间距暂时改为0.5～1mm并清除错误标记，选Place-Polygon Plane在各布线层放置地线网络的敷铜（尽量用八角形，而不是用圆弧来包裹焊盘。最终要转成DOS格式文件的话，一定要选择用八角形）。以下即为一个在顶层放置敷铜的设置举例：

设置完成后，再单击【OK】按扭，画出需敷铜区域的边框，最后一条边可不画，直接按鼠标右键就可开始敷铜。它缺省认为你的起点和终点之间始终用一条直线相连，电路频率较高时可选Grid Size比Track Width大，敷出网格线。

相应放置其余几个布线层的敷铜，观察某一层上较大面积没有敷铜的地方，在其他层有敷铜处放一个过孔，双击敷铜区域内任一点并选择一个敷铜后，直接单击【OK】按钮，再单击【Yes】按钮便可更新这个敷铜。多次反复直到每个敷铜层都较满为止。最后将设计规则里的安全间距改回原值。13）最后再做一次DRC

选择其中Clearance Constraints Max/Min、Width Constraints Short Circuit Constraints和Un-Routed Nets、Constraints这几项，单击【Run DRC】按钮，有错则改正。全部正确后存盘。14）导出文件

对于支持Protel99SE格式（PCB4.0）加工的厂家可在观看文档目录的情况下，将这个文件导出为一个*.PCB文件；对于支持Protel99格式（PCB3.0）加工的厂家，可将文件另存为PCB 3.0二进制文件，做DRC。

通过后不存盘退出。在观看文档目录情况下，将这个文件导出为一个*.PCB文件。由于目前很大一部分厂家只能做DOS下的Protel Autotrax画的板子，所以以下这几步是产生一个DOS版PCB文件必不可少的：（1）将所有机械层内容改到机械层1，在观看文档目录的情况下，将网络表导出为*.NET文件，在打开本PCB文件观看的情况下，将PCB导出为Protel PCB 2.8 ASCII File格式的*.PCB文件。（2）用Protel For Windows PCB 2.8打开PCB文件，选择文件菜单中的另存为，并选择Autotrax格式存成一个DOS下可打开的文件。（3）用DOS下的Protel Autotrax打开这个文件。个别字符串可能要重新拖放或调整大小。上下放的全部两脚贴片元件可能会产生焊盘X-Y大小互换的情况，逐个调整它们。大的四列贴片IC也会产生焊盘X-Y互换，只能自动调整一半后，手工逐个改，请随时存盘，这个过程中很容易产生人为错误。Protel DOS版是没有UNDO功能的，假如你先前布了敷铜并选择了用圆弧来包裹焊盘，那么现在所有的网络基本上都已相连了，手工逐个删除和修改这些圆弧是非常累的，所以前面推荐大家一定要用八角形来包裹焊盘。这些都完成后，用前面导出的网络表作DRC Route中的Separation Setup，各项值应比Windows版下小一些，有错则改正，直到DRC全部通过为止。

也可直接生成Gerber和钻孔文件交给厂家，选File-CAM Manager，单击【Next】按钮后出来六个选项，Bom为元器件清单表，DRC为设计规则检查报告，Gerber为光绘文件，NC Drill为钻孔文件，Pick Place为自动拾放文件，Test Points为测试点报告。选择Gerber后按提示一步步往下做。其中有些与生产工艺能力有关的参数需印制板生产厂家提供。直到单击【Finish】按钮为止。在生成的Gerber Output 1上按鼠标右键，选Insert NC Drill加入钻孔文件，再单击鼠标右键选Generate CAM Files生成真正的输出文件，光绘文件可导出后用CAM350打开并校验。注意电源层是负片输出的。15）发给加工厂家

发E-mail或拷盘给加工厂家，注明板材料和厚度（做一般板子时，厚度为1.6mm，特大型板可用2mm，射频用微带板等一般在0.8～1mm，并应该给出板子的介电常数等指标）、数量、加工时需特别注意之处等。E-mail发出后2h内打电话给厂家确认收到与否。16）产生BOM文件并导出后编辑成符合公司内部规定的格式17）导出为DWG格式

将边框螺钉孔接插件等与机箱机械加工有关的部分（即先把其他不相关的部分选中后删除），导出为公制尺寸的AutoCAD R14的DWG格式文件给机械设计人员。18）整理和打印各种文档

如元器件清单、器件装配图（并应注上打印比例）、安装和接线说明等。1.3.2.3 电气布置图的绘制步骤

电气控制柜布置图绘制步骤如图1.3.1所示。图1.3.1 电气控制柜布置图绘制步骤

1．绘制二次（控制电路）安装板草图，计算并确定安装板尺寸

由于电气安装板是安装在机柜内框架上的主要部件，因此必须首先确定安装板的尺寸才能够进行后续工作。

控制电路安装板草图绘制的依据是控制电路图和控制电路结构方框图，根据电气、结构及导线连接的设计技术要求，在草图上布置各个二次电气元件的位置。在满足各种技术要求的前提下，结构布局应尽可能紧凑，以减小安装板的尺寸。由于布局方案不是唯一的，所以这项工作可能需要反复进行很多次，才能获得比较好的布局方案。

必须注意：安装板上安装孔的位置尺寸必须符合机柜安装尺寸的模数关系，即必须是25.4mm的整数倍。

2．绘制机柜布置草图，计算并确定机柜需要的最小尺寸

机柜布置草图绘制的依据是电路图和电路结构方框图，根据电气、结构、母线及导线连接的设计技术要求，在机柜草图上布置各个一次电气元件和安装板的位置。必须注意：安装在横梁和立柱上的电气元件和安装板的位置尺寸必须接近机柜安装尺寸的模数关系，相差部分应该能够利用横梁和立柱上的长孔安装。在满足各种技术要求的前提下，结构布局应尽可能紧凑，以减小安装板的尺寸。由于布局方案不是唯一的，所以这项工作可能需要反复进行很多次，才能获得比较好的布局方案。

依据选定的布局方案和使用的电气元件及安装板的轮廓尺寸，计算出机柜需要的最小尺寸。

3．根据机柜需要的最小尺寸确定机柜布局方案及类型1）应根据使用情况确定机柜的形式

操作频繁的电气控制设备应采用操作台形式，操作次数不多的电气控制设备应采用控制柜形式，不需要操作的电气控制设备应采用全封闭柜形式。2）应根据计算出的机柜需要的最小尺寸确定机柜布局方案

当计算出的机柜需要的最小尺寸小于标准机柜的最大尺寸时，直接采用一个标准机柜。

当计算出的机柜需要的最小尺寸小于标准机柜的最小尺寸时，采用机箱形式。

当计算出的机柜需要的最小尺寸大于标准机柜的最大尺寸时，应采用分柜的形式，即将电气控制设备分为两个以上的相对独立的部分，然后分别使用标准机柜。各个分柜可以在安装时并柜，为方便运输，也可以在使用现场并柜安装。例如可以将一套电气控制设备分为一次柜和二次柜。

4．根据机柜布局方案及形式绘制草图确定各机柜具体尺寸1）确定各机柜具体尺寸

根据分柜方案及形式，分别通过绘制每个柜的布置草图，计算出每个柜需要的最小尺寸。然后根据预留10％扩展空间的原则，最后确定各机柜具体尺寸。2）应优先选用标准尺寸机柜

标准尺寸机柜比较容易通过订购加工，交货时间短且价格较低。当自己加工时，由于标准机柜有一些很成熟的模块，可以缩短设计周期。标准机柜的零配件齐全，便于购买配套。

5．在各机柜具体尺寸的限定条件下绘制出各机柜的布置（总装配）图

在绘制正式各机柜布置图时应根据安装要求、技术标准及人机工程学要求，确定并绘制出控制柜内及面板的布置图。如果机柜上配置有抽屉或插件箱，应确定并绘制出抽屉或插件箱的布置图。

绘制正式各机柜布置图时所需要考虑的问题，与绘制草图时完全相同，关键是考虑问题必须全面，如果出现遗漏的问题，极有可能造成返工。

1.3.3 计算机模拟装配

在计算机模拟仿真领域中通常有两种定义：（1）计算机模拟装配是一种将零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定位、分析的过程。（2）计算机模拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。1.3.3.2 计算机模拟装配的方法

计算机模拟装配技术在新产品开发、产品的维护以及操作培训方面具有独特的作用。

在交互式虚拟装配环境中，用户使用各类交互设备（数据手套/位置跟踪器、鼠标/键盘、力反馈操作设备等）像在真实环境中一样对产品的零部件进行各类装配操作，在操作过程中系统提供实时的碰撞检测、装配约束处理、装配路径与序列处理等功能，从而使得用户能够对产品的可装配性进行分析、对产品零部件装配序列进行验证和规划、对装配操作人员进行培训等。在装配（或拆卸）结束以后，系统能够记录装配过程的所有信息，并生成评审报告、视频录像等供随后的分析使用。1.3.3.3 计算机模拟装配的用途

计算机模拟装配可以用虚拟产品代替传统设计中的物理样机，能够方便地对产品的装配过程进行模拟与分析，预估产品的装配性能，及早发现潜在的装配冲突与缺陷，并将这些装配信息反馈给设计人员。运用该技术不但有利于并行工程的开展，而且还可以大大缩短产品开发周期，降低生产成本，提高产品在市场中的竞争力。

1．优化装配过程

目的是使产品能适应现场具体情况，合理划分成装配单元，使装配单元能并行地进行装配。

利用计算机模拟装配，可以验证装配设计和操作正确与否，以便及早发现装配中的问题，对模型进行修改，并通过可视化显示装配过程。虚拟装配系统允许设计人员考虑可行的装配序列，自动生成装配规划，它包括数值计算、装配工艺规划、工作面布局、装配操作模拟等。现在产品的制造正在向着自动化、数字化的方向发展，计算机模拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节。

2．可装配性评价

主要是评价产品装配的相对难易程度，计算装配费用，并以此决定产品设计是否需要修改。

计算机模拟装配问题的解决将使生产真正在高效、高质量、短时间、低成本的环境下完成，同时又具备了良好的服务。模拟装配从模型重新定位、分析方面来讲，是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效地分析产品设计合理性的一种手段；从产品装配过程来讲，它是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性的一种手段。1.3.3.4 可以进行模拟装配的主流三维CAD软件

可视化模拟装配是通过对产品装配模型的操作实现的，能够建立产品装配模型的三维CAD系统有很多种，主流典型的有UG、Pro/Engineer、CATIA、SolidWorks、SolidEdge等，这几款CAD软件都提供草图绘制、零件设计、部件装配设计、总装设计模块，进行零部件的总装设计时，可以利用系统中提供的装配关系描述进行零部件装配关系的定义，这些装配有面贴合、面对齐、轴心对齐等，基本上能满足机电产品的装配工艺设计中的装配关系约束要求。

虚拟装配仿真系统寄生于CAD系统的实现，使得设计人员可以利用现有的CAD系统提供的开发工具，如MDT、AutoCAD提供Object ARX类库供Visual C＋＋开发，SolidEdge提供OLE Automation供Visual Basic开发使用，Pro/Engineer具有Developer与Toolkit开发模块。1.3.3.5 辅助模型

常用的CAD软件会提供一些模型，但更多的模型需要从网上获取，帮助我们提升设计效率。

对于专业企业，因为绘制内容不同，还常存在多种CAD系统并行的局面，此时就需要配置统一的、具备跨平台能力的零部件数据资源库，将标准件库和外购件库内的模型数据以CAD原始数据格式导出到三维构型系统当中去，如主流的Autodesk Inventor、SolidWorks、CATIA、SolidEdge、Pro/E、AutoCAD、UG NX、Onespace等，更快地帮助设计人员完成设计工作，提升效率。在国外，这种网络服务被称为“零部件图书馆”或“数据资源仓库”。

1.4 电气布置图绘制图例

第2章 机柜设计

2.1 影响机柜结构设计的因素

机柜是电气控制设备不可缺少的组成部分，是电气控制设备的“载体”。机柜既要满足各电气单元的组合功能条件（安全的要求、检修性能、形式的统一、组合的标准、功能的分配、外形美观等），还要满足柜体本身要求（如坚固可靠、美观、调整容易、符合规范、制造的适用性以及针对特殊场合的特殊设计等）。

机柜设计应在满足成套电气产品使用功能要求的前提下，同时满足结构工艺性要求，即机柜的总体及其零部件制造的可行性及经济性要求，以及满足电气装配的工艺性和运行中的可维修性要求。

由于长期以来缺乏系统设计、人机工程学设计思想，重电气设计而忽视结构设计，重主机而轻视附件，我国机柜在外观、整体布局、色彩、加工精度及互换性、配套性等方面与工业发达国家有一定的差距。尤其是在专利技术方面，我们仍然受制于工业发达国家，以至于外商企业占有了我国高端机柜市场的较大份额。

机柜结构本身发展形成的各种形式，不同组件，不同电压等级，不同使用场合，加工设备的发展，不同生产厂家的自身条件等都决定了控制柜的制造受很多因素影响。由于柜体结构要求不一，以及各个制造企业加工手段不同，它们的制造工艺就不能强求完全一致。但制造中也存在带普遍意义的较关键的工艺特点，现将这些特点结合柜体结构选择与设计进行介绍。

2.1.1 机柜的结构及基本类型

1．基本结构模式

通过长期的实践，电气控制设备的壳体逐步形成了盒、箱、柜（包括屏）、台四大基本结构模式，定义如下：1）机柜

用于容纳电气或电子设备的独立式或自支撑的机壳。机柜通常配置有门、可拆或不可拆的侧板。机柜一般安装在地面上或大型设备平台上。2）机箱

机箱的体积较小，一般安装在台面、桌面、墙壁上或设备壁龛中，是用于容纳电气或电子设备的小型机壳。3）控制台

安装在台面或地面上，具有水平面、垂直面或倾斜面，以容纳控制、信息和监控设备的机壳。4）机盒

用于容纳电气或电子设备的便携式小型机壳，或用于电气单元隔离的小型机壳（电磁屏蔽盒）。机盒也可以作为部件安装在机柜、机箱和控制台内。

2．机柜的典型结构

由于电气控制设备被广泛应用于多个技术领域，并且由于其功能的差异、使用场合的差异及人们对多样化的需求，电气控制设备的式样极其繁多。为降低费用并进行专业化批量生产，逐步形成了一些典型机柜结构，其中具有普遍意义的结构模式有：1）嵌套式层次结构（内插式结构）

主要是指由IEC297和IEC917系列标准所规定的模式，它是一种插件——插箱——机柜系统，是目前标准化程度最高、应用最广的一种模块化结构模式。2）外插式结构

其基本单元是盒式插件模块，将具有独立功能的模块，并列地直接从外部进行机械和电气互连，从而构成一套新的装置。3）层叠式结构

由具有相对独立功能的机箱模块逐层叠装而成，加上电气互连就可构成一套功能齐全的整机。4）套装式结构

几种模块套装于机箱模块内构成整机，主要用于箱式的仪器。5）装架（屏）式结构

将各种具有规定尺寸的功能模块集装于标准的安装架上构成控制设备。6）拼装式结构

将若干种不同结构形式的模块，按规定的模式组装成一台整机。通过巧妙的设计，几种有限的模块可组装出多种形态各异的装置，如各种形式的控制台。7）单元组合式结构

由若干风格统一但结构各异、有独立功能的单元组合成的成套装置。

上述各种典型结构又常相互兼容与统一，如屏柜的统一；仪器的插箱、插件化；台型结构引入插箱、插件；机箱结构的台式、上架两用；固定式与移动式的统一（换用多种底脚结构）等。2.1.1.2 机柜的典型结构组成

机柜是电气控制设备不可缺少的组成部分，它为成套电器产品提供安装、支撑、连接、传动、连锁、锁紧、防护和装饰等功能，为机械零部件、电气连接和元器件的兼容提供保障。总之，机柜是电气元器件的“载体”。

1．型材机柜的结构组成

标准机柜的结构比较简单，主要包括基本框架、内部支撑系统、布线系统和通风系统。

机柜一般包括外壳、支架、面板上的各种开关、指示灯等。机柜的结构要素如图2.1.1所示。图2.1.1 典型机柜的结构要素1）基本框架

装配式框架结构机箱机柜的构成：机柜由上盖、底座、前后框架、前后门、侧门、横梁、角规等组装成型。连接简单、安全可靠。

主体框架、前后门、左右侧门可以快速拆装。2）内部支撑系统（1）立柱：内部支撑系统中的承重构件，立柱的上下两段分别与上盖和底座连接在一起。立柱上冲有符合模数关系的安装孔和定位孔，可用于安装机柜的结构件及电气零部件。（2）横梁：分为挂接式横梁和扩展横梁两种。挂接式横梁横梁安装及移动方便、灵活，可用于安装机柜的结构件及电气零部件。

扩展横梁用于扩展机柜内的安装空间，安装和拆卸非常方便，同时也可以配合理线架、配电单元的安装，形式灵活多样。（3）托盘：固定托盘用于安装各种设备，尺寸繁多，用途广泛，有19"标准托盘、非标准固定托盘等。常规配置的固定托盘深度有440mm、480mm、580mm、620mm等规格。固定托盘的承重不小于50kg，而增强型固定托盘，底部附有加强筋，承重达100kg。3）布线系统（1）电源线槽：它从机柜底部一直延伸到机柜顶部，其中最上方的插座专门用于为风扇供电。垂直安装全封闭金属电源线槽的目的是避免对水平双绞线产生电源打扰。（2）扎线板：在机柜的右后侧，安装两块100mm宽的铁板，板上沿垂直方向每隔10mm开一个5mm×100mm的腰圆孔，铁板长度为从机柜的底板到顶板。同样，在左后侧安装一块相同的铁板。扎线板上可以安装走线槽。（3）走线槽：走线槽可以安装在扎线板上，也可以直接安装在机柜的两侧框架上。（4）接地：在控制柜中部自底到顶垂直安装一根接地铜带，该铜带上每隔2U等距开一个M6粗牙螺钉孔，以便于电气零部件就近接地，其中最下端的螺钉孔用于机柜引出接地线。（5）进出线孔：后部下方开一个300mm×200mm的长方形进线孔，用橡皮裹边，以免损伤电缆。在孔上方90mm处，可以安装一块隔板，以求机柜内的美观。4）通风系统

机柜的局部过热可以通过加装散热单元，增加风的流速和流量来解决；也可在机柜内加装制冷设备；还可以增加机柜进口冷风的进风量。机柜冷却器可以解决机柜内部的局部过热问题。

调速风机单元：安装于机柜的顶部，可根据环境温度和设备温度调节风扇的转速，有效地降低机房的噪音。调速方式：手动，无级调速。

机架式风机单元：高度为1U，可安装在19"标准机柜内的任意高度位置上，可根据机柜内热源酌情配置。风机单元的外壳采用一次成型技术，能有效减小风机的振动，提高风机单元的使用寿命。

2．机柜的结构配件

根据需要机柜还装有机柜附件。其主要附件有固定或可伸缩的导轨、锁紧装置、铰链、走线槽、走线架和屏蔽梳形簧片、专用固定托盘、专用滑动托盘、电源支架、地脚轮、地脚钉、理线环、理线架、L支架、扩展横梁等。可选配件能够满足各种应用的需要。2.1.1.3 机柜的分类

根据柜体结构及其工艺大致可以从结构形式、连接方式、构件取材等方面加以区分。其柜体结构和加工工艺各有特点。常见的机柜可分为以下几种。

1．从结构上分1）固定式

能将各电气组件可靠地固定于柜体中确定的位置。柜体外形一般为立方体，如屏式、箱式等，也有棱台体如台式等。这种固定柜有单列，也有排列。

为了保证柜体形位尺寸，往往采取各构件分步组合方式，一般是先组成两片或左右两侧，然后再组成柜体，即先满足外形要求，再顺次连接柜体内各支件。组成柜体各棱边的零件长度必须正确（公差取负值），才能保证各方面几何尺寸，从而保证整体外形要求。对于柜体两侧面，因考虑排列需要，中间不能有隆起现象。另外从安装角度考虑，底面不能有下陷现象。2）抽出式

抽出式由固定的柜体和装有开关等主要电气组件的可移装置部分组成，可移部分移换时要轻便，移入后定位要可靠，并且相同类型和规格的抽屉能可靠互换，抽出式中的柜体部分加工方法和固定式基本相似。但由于互换要求，柜体的精度必须提高，结构的相关部分要有足够的调整量，至于可移装置部分，要既能移换，又能可靠地承装主要组件，所以要有较高的机械强度和较高的精度，其相关部分还要有足够的调整量。

制造抽屉式低压控制柜的工艺特点是：（1）固定和可移两部分要有统一的参考基准。（2）相关部分必须调整到最佳位置，调整时应用专用的标准工装，包括标准柜体和标准抽屉。（3）关键尺寸的误差不能超差。（4）相同类型和规格的抽屉互换性要可靠。

2．从机柜构件连接方式上分

机柜构件的连接方法有以下三种。1）焊接方式

焊接方式的机柜采用传统的焊接工艺，把相互关联的零部件连接牢固，它的优点是加工方便、坚固可靠；缺点是误差大、易变形、难调整、欠美观，而且工件一般不能预镀。为了减少焊接变形，保证控制柜尺寸精度，通常采用焊接夹具，焊接夹具应满足以下要求：（1）刚性好，不会受工件变形影响。（2）外形尺寸略大于工件名义尺寸，可抵消焊后收缩影响。（3）平整、简易、方便操作，尽量减少可转动机构，避免磨损。（4）为防止焊蚀且易于检修调整，要选择好工件支持，支持还要加置防焊蚀垫件。2）装配方式

装配方式的机柜全部使用紧固件连接，它的优点是适于工件预镀，易变化调节，易美化处理，零部件可标准化设计，并且可预生产库存，构架外形尺寸误差小。缺点是不如焊接坚固，要求零部件的精度高，加工成本相对上升。紧固件一般都为标准件，其种类主要有常规的螺钉、螺母和铆钉、拉铆钉，以及预紧而可微调的卡箍螺母和预紧的拉固螺母，还有自攻螺钉等。也有专用紧固螺钉（如国外引进的控制柜大多用专用紧固螺钉）。

工艺特点：以夹具定形，工装定位，并视需要配以压力垫圈；铆接一般要配钻，且预镀件要防止镀层被破坏；对于用精密的加工中心或专用设备加工的构件，如各连接孔径与紧固件直径能保持微量间隙，则可以不用夹具进行装合，一次成型；对导向及定位件的紧固，应先用专用量具定位再以标准工装检测。

装配式机柜有组装灵活、便于扩展、易组织专业化、标准化设计和生产、防腐性能好、使用寿命长等优点，但有较高的加工精度和装配要求。在当今工艺和装备技术发展的前提下，装配式机柜已成为发展趋势。3）焊接与装配混合方式

焊接与装配混合方式集中了上面两种方法的优点，一般在机柜框架的连接处采用电焊，可变或可调部分则以紧固件连接。较大柜体因焊接后镀覆有困难，表面多以涂漆或喷塑处理，户外柜体如以预镀材料为构件而又必须焊接时，焊接部分可用热喷镀金属来处理。

3．从构件材料分

机箱机柜的结构、分类有明确的划定，推出的新产品也不例外。外壳用型材、板材或塑料结合制成，强度高。电力机柜按构件的承重、材料及其制造工艺的不同，可分为型材和板材两种。1）型材结构机柜

型材结构的机柜具有以下特点：

设计周期短。型材采用预先成型的型材，通过积木式连接而成，在长宽高三维尺寸确定后，即可由生产车间试制，有利于机柜的标准化和系列化。

型材制造机柜工艺简单，生产效率高，便于进行大批量生产。

型材机柜重量轻，同一产品采用型材的机柜比采用板材结构的机柜能够减少材料的消耗量，有利于降低成本，符合绿色、节能、环保要求。型材机柜的缺点是抗冲击能力差。

制作机柜的常用型材有钢型材和铝型材两种。（1）钢型材机柜。

钢型材机柜由异型无缝钢管为承重材料组成。这种机柜的刚度和强度都很好，适用于重型设备。

钢型材有普通钢型材和专门为机柜制作轧制的机柜专用钢型材两种。

①通用型材。

机柜的通用型材是指各行各业普遍使用的，由钢铁生产企业大批量标准化生产的型材，例如角钢、槽钢、特型槽钢、钢管、扁铁、工字钢等。

通用型材的特点是生产厂家多，规格型号多，购买容易。缺点是傻、大、笨、粗，外观质量差，制造出来的机柜耗用钢材量大，生产成本高，因此目前批量生产的机柜生产企业都不再使用，基本已经被淘汰。对于设备改造或技术革新使用的非产品机柜，由于其取材方便仍会使用。

通用钢型材的构件多以焊接形式连接，加工中连接端必须吻合且少间隙，否则将影响焊缝而增大变形量。普通钢型材制作的机柜承载能力强，但是材料消耗量大。

②机柜专用钢型材。

经冷辊轧制成的机柜专用钢型材，质量可靠，尺寸较准确，表面平整、光洁，价格低，采用机框专用型材还可以减少焊接及成型加工费用，具有效率高，成本低的优点，因而机柜在结构件中得到了广泛应用。

这种柜体的制造工艺特点是：要保证构件和连接件的通用性及其精度。柜的基本结构往往由封板得以加强。专用钢型材机柜由专门为电气控制柜轧制的特型钢管和横梁组成。专用钢型材的表面冲有统一间距为25mm的模数安装孔；配以统一通用的连接件，按统一模数组合成柜体。这种机柜的刚度和强度都很好，适用于重型设备。这种机柜重量轻，加工量少，外形美观，得到了广泛应用。

特型钢管构件的连接既可采用焊接形式，也可用紧固件连接，一般在连接部分要配以专用连接件，连接件必须坚固正确，否则将影响柜体外形。其结构坚固、美观，内部安装空间极大，配件通用程度高，有利于柜体设计，便于备制构件和生产准备。但加工孔数量多，工作量大而用得较少。

常见机柜的专用型材有七折、九折、十三折、十六折型材等。它们是指以折弯次数命名的机柜柱、梁结构型材。有代表性的九折形材结构和十六折型材为封闭的异型管结构，比传统的开放梁柱、C型材结构强度高，受力大，这两项技术均是德国威图公司机柜加工工艺，现在九折型材已经超出专利保护期，已被国内企业广泛地应用到电气控制机柜和配电柜等领域。十六折型材目前尚处于专利保护期内，仿制会侵犯他人的知识产权，因此国内企业开发出与其相似的十五折型材，以规避知识产权纠纷。两种型材承重力分别达到800kg和1000kg（通过国家深圳计量院标准检测）。十六折型材两面冲有模数安装孔和定位孔，设计装配式机柜配置十分灵活方便。

机柜专用型材由柜体生产企业或专门的机柜专用型材生产企业，向钢铁生产企业订购带钢，然后使用专门的型材成型机组轧制成型。目前在市场上一般都能够买到。九折型材和十六折型材结构及外观见图2.1.2和图2.1.3。图2.1.2 九折型材图2.1.3 十六折型材

至于选用哪种好，要看使用者的需求。如果单从受力角度来讲，十六折型材明显好于九折型材，一方面因为梁柱的承重决定于梁柱的截面积，截面积越大，承重越好。另一方面，折弯越多，同样材质材料相当于多了几道加强筋以增加框架的整体承重。但是九折型材应用也非常广泛，因为造价低廉，梁柱占用空间小，深得用户的青睐。（2）铝合金型材机柜。

专门为机柜制作设计生产的铝型材其截面结构复杂，大量用于各种插箱中。表面处理同铝板。

由铝合金型材组成的铝型材机柜具有一定的刚度和强度，适用于一般或轻型设备。这种机柜重量轻，加工量少，外形美观，得到了广泛应用。

主体结构：采用组合式铝镁合金型材，紧密结合而成。设备固定铝柱可前后调整，适合不同深度设备的固定；机柜整体外观无螺钉，增加机柜美观效果。

表面处理：机柜外表可采用静电粉体烤漆，不脱漆，防氧化，耐酸碱，增加机柜使用寿命。设备固定铝柱及T形支柱，也可采用导电氧化处理，让设备直接接地，确保设备的安全。

载重能力：挤型铝材一体化设计，承载力强，最大静载可达1000kg。

铝（铁）侧门组：设计散热孔，以增强散热效果；弹扣式门锁，不需工具即可自由拆卸组装。

设备固定铝柱冲压有以U为模数的安装孔，方便施工及固定设备的安装；顶板及底板采用分段式设计，并设有进、出细孔和方孔型铝柱及螺孔铁条铝柱，方便用户选择使用。2）板材结构机柜

整板式机柜，其门板、侧板为一整块钢板弯折成型，一般将其边缘部分弯制成角型或槽型以增加刚度和强度，折弯部分同时承担立柱和横梁的功能。采用整体板材成型，这样不仅减少了许多过渡件，还提高了柜体刚度和强度。这种机柜刚度和强度均较好，适用于重型或一般设备。板材机柜的成本相对比较低，加工方便；但因侧板不可拆卸，组装、维修不方便。

板材构件则完全可以按需要定形，无预设成型条件限制。这类结构设计工作量大，定型后变异少，结构主要部位多用焊接，变异处或需调整处多以紧固件连接（如低压控制箱和控制台等）。这种柜的构件以钢板制成的C形槽钢或带筋矩形管来承重，C形槽钢宜于镀覆，构件体积较大，因此小企业酸洗处理较难，镀覆后易翻锈，要酌情选用。

由于板材结构多用焊接、一次成型，需消除板面因焊接而收缩或相对隆起的影响，故焊接点要间隔均匀，焊缝要平整，焊后要整形，棱边要直，两侧中间部分不得凸出于前后棱边，若中间有隔板，应在处理好两侧后再焊。

控制台最宜选用板材作为构件，当多台排列时，台面应在整体排列后再统一调整定位。

从以上分析可知，柜体结构的各种选择，既要根据开关设备的功能需要来决定，又要根据工艺条件作取舍，而工艺水平的高低直接影响到柜体的结构设计和材料选择。

2.1.2 标准机柜与非标准机柜

没有标准化、模块化就没有大规模生产。今后将是以标准化为基础的大规模生产的天下。我国制定的机柜标准已与IEC标准全面接轨，过去仅靠定性描述的要求完全量化，机柜的设计和生产有章可循。机柜的气候试验、工业大气试验、机械静载荷和动载荷试验、安全试验、电磁屏蔽试验、地震试验等形式试验项目也已经规范。

1．模块化

20世纪80年代以来，以多样化为特征的市场竞争和个性化的用户需求，促使企业生产结构向适应多品种、小批量、甚至“定制”的方式转化，但这往往意味着高成本和低速度。能否在满足定制需要的同时，保持生产的快速和低成本，成为企业界的新课题。研究结果表明，出路在于产品结构的模块化，即以大规模生产的成本和速度制造的模块，通过灵活组合来满足用户的定制需要。

在电气控制柜产品的模块化中，应以“电路为先导，结构为先行”。“电路为先导”是因为电路功能模块决定产品系列的功能；所谓“结构为先行”，是用作为电路载体的结构模块去制约电路模块的设计，以便按一定的模式组装出定制的产品。所以结构设计人员应具有强烈的标准化观念和明晰的模块化意识。

2．模数数列

当下，产品多样化及寿命周期缩短的趋势，促使产品制造者采用模块化的产品结构，即把最终产品（系统）分解为模块（通用部件）进行分工设计和制造，通过不同模块的灵活组合，构成多样化的新产品及大型的产品系统。由于模块往往是由专业厂家生产，并以商品形式进行流通，这就要求模块的组合界面的结构、尺寸和精度具有互换性和置换性，从而对不同行业间相关接口提出了尺寸协调的要求。为此，IEC在1980年发布了103导则《尺寸协调导则》，就尺寸协调提出了下列要求：（1）制品及元器件的布置应占有最小的面积和空间，使面积和空间损失最小。（2）元器件、模块以至产品应具有尺寸互换性。（3）相关制品间的尺寸应具有协调性或兼容性。

解决模块化产品结构的互换、兼容和空间损失最小等问题的有效办法是：将元器件、零部件、整机的形状及其组装关系，置于一个两维或三维的坐标网络系统中来考虑，即将各种元器件、零部件定位于坐标网格的固定点上，并且它们的外形尺寸占有整数倍的网格格距。如将格距称之为“模数”，则元器件、零部件的尺寸及其安装间距应是模数的倍数。

在模数基础上建立的一套尺寸协调数列，称为模数数列。一个良好的模数数列需满足兼容性（置换性）和经济性两方面的要求，它实际上是几何（倍增）级数（作为框架）和算术级数的结合体。

IEC103导则给出了按严密数学运算得出的模数数列值。电子设备机械结构模数数列采用IEC103导则中的数系I，选用0.5mm、2.5mm、25mm三种格距，派生出一个完整的协调尺寸系列，并于1988年发布了三项标准：IEC916（术语）；IEC917（新研制的电子设备机械结构模数数列）和IEC917-0（IEC917标准使用导则）。2.1.2.2 标准机柜的选择要求

出于专业化分工和降低生产成本考虑，一般电气控制设备生产企业普遍采用向机柜专门生产企业订购机柜的生产方式。因此，这对我们提出了标准型机柜的选择要求。

目前应用最为广泛的标准机柜为25mm模数数列机柜和19英寸系列机柜。25mm模数数列机柜一般适用于强电领域，例如，电力、电气控制等行业；而482.6mm（19英寸）系列机柜主要适用于弱电领域，例如，通信、计算机等行业。

1．机柜品牌的选择

选择一款合适的机柜非常重要，稍有疏忽，就可能导致巨大的损失。不管是哪一个品牌的产品，可靠的质量都是用户首先要考虑的环节。

近年来，随着各行业钣金机箱、机柜需求的快速增长，各地钣金企业遍地开花，标准机柜品牌、厂家迅速增加。但厂家之间，工艺水平、质量管理水平、生产能力等参差不齐。很多手工作坊式的小企业，都推出了自己的标准机柜品牌。这些小公司的产品，普遍存在材料来源不受控、材质低劣、工艺粗糙、设计结构强度不足等隐性问题。为保证机房质量，降低运行风险，一般应选择较高端的机柜品牌。

企业所提供的有效的售后服务及全面的设备维护方案，可为用户的安装、维护带来巨大的便利。生产企业一般承诺从出厂日起一年之内如果机柜出现技术上的问题，如零件损坏等，生产企业负责免费维修。

2．机柜尺寸的选择

机柜尺寸的选择需要列出所有装在机柜内的设备和它们需要占用空间高、长、宽尺寸的完整数据及重量。根据要求计算需要机柜空间（以U或1.75英寸为单位）尺寸，还要考虑空间的裕度。1）机柜宽度的选择

标准机柜，又称19英寸标准机柜，按照IEC60297标准尺寸进行生产，严格保证内部安装尺寸满足19英寸要求。所以，宽度上可以不必考虑，直接选用19英寸标准机柜即可。

装有支架的设备不需要考虑宽度，因为它们是按机柜的宽度设计的。但对于不能安支架的机柜及其他外设，宽度是不能忽视的。2）机柜深度的选择

机柜深度的选择，要充分考虑需要安装的设备深度，取其中最深设备的尺寸。在最深设备尺寸的基础上，增加200mm左右，作为预留的走线空间。现在主流的19英寸标准机柜，有600mm，800mm，900mm，1000mm四个深度可供选择。

从使用上说，多预留一点深度是有必要的。机柜的后部也有很大的空间可以利用，这就是要计算机柜深度的原因。选择较深的机柜，可以选择将两台设备背靠背安装在机柜内。采用上述方式可在机柜中装入两排设备，一排从机柜的前门装卸，另一排从后门装卸，从而装置更多的设备，增加机柜的空间利用率。为了能充分利用机柜深度空间，机柜在设计时，可增加立柱深度方向的调节功能。四根立柱，前后方向可根据需求随意移动，使用螺钉连接，操作简单，还可以根据设备实际深度，调整其安装位置。3）机柜高度的选择

高的机柜能装进更多的设备，而且更省空间。机柜的总高度将最终决定可以把多少设备装进机柜。

机柜的高度，一般以“U”表示。“U”是一种表示服务器外部尺寸的单位，是Unit的缩略语，1U＝44.45mm＝1.75英寸，也是IEC297系列标准规定的机柜尺寸国际标准。选择机柜的高度时，需要计划并列出所有需要装在机柜内的设备，并计算它们的总高度。根据这个总高度，就可以选择需要的机柜了。

谁都不愿意看到塞满机柜后不久就发现还要再装进一些设备。所以，作为一条基本原则，机柜高度要多出20％～30％以备系统扩充。这些空间也可以改善设备的通风条件。为了保证充分利用空间，机柜立柱每U之间，按15.875mm间隔开有三个安装方孔，让设备安装更加随心所欲。同时，为了方便安装，机柜立柱上，每个安装位置应丝印编号标示。

3．机柜的外观选择1）颜色选择

标准机柜现在比较主流的颜色是黑色和电脑灰两种。灰色，给人一种灰暗的感觉，而且颜色和灰尘比较接近，不推荐使用。灰色对加工工艺要求比较低，标准机柜初期使用得比较多。黑色对喷涂缺陷的放大作用比较明显，对加工工艺的要求比较高，但给人一种干净、高档的感觉。

表面处理工艺和涂层材料的选择，对机柜外观的影响也非常大。好的工艺和原料，机柜表面纹理细腻、光泽均匀，同批机柜色泽一致性强，对机柜档次影响较大。还有一点比较重要，同一设备空间内最好选择颜色一致的机柜，否则机房里五颜六色，比较难看。2）外形的选择

标准机柜作为工业用产品，外形上我们没必要按艺术品的要求来考虑。主要考虑干净、整洁、节约空间。每一个机柜的外形设计，都是从实用性出发，使机柜尽可能简洁、紧凑。

4．机柜走线方式的选择

标准机柜，可提供前走线和后走线两种走线方式。走线方式不同，机柜内部理线环、出线口均有细微的不同。在前期规划时，最好进行统一规划，应避免出现部分机柜前出线，部分机柜后出线的情况，导致机柜摆放参差不齐，影响机房的整体美观。万一规划得不够细致，出现了前后出线都有的情况也没关系，有些标准机柜，前后门可以互换（操作非常简单），且更换后完全不影响机房的整体外观。

5．机柜承重力、稳定性的选择

随着机柜内所放置产品密度的加大，良好的承重能力是对一款合格机柜产品的基本要求。不符合规格的机柜，可能因为机柜品质差，不能有效妥善保护机柜内的设备，结果可能会影响整个系统。如果控制设备的总重量比较大，应选一个能承重大约1500kg的机柜，也就是说，要选受力结构好的牢固的机柜。机柜里面，由设备重量决定选择的滑动架是标准的还是加重的，也决定其他一些附件的选择。

机柜是用来装电气零部件的，而且都是贵重的、易损的东西，所以机柜稳定性、承重性不但要完全满足设备的要求，还要尽可能留有一定的余量。机柜如果在机房里摇晃或倒了，造成的损失和影响，是损失机柜本身的几十倍、上百倍。

6．机柜散热性的选择

对机柜来说，很多电气设备放在一个柜子里，等于在狭小的空间内布置多个热源。而控制柜本身对散热的要求又非常高，所以机柜内部的通风散热是确定机柜型号的重要考虑要素。

机柜内部应有良好的温度控制系统，可避免机柜内设备过热或过冷，以确保设备高效运行。机柜可选择全通风系列，可配备风扇（风扇有寿命保证），在炎热的环境下可安装独立空调系统，在严寒环境下可安装独立加热保温系统。

在一般的使用条件下，为节约成本，标准机柜主要依靠机房空调整体降温散热。在这种情况下，机柜的通风特性就显得非常重要。机柜的散热风扇一般装置在机柜的顶部，主要用来通风散热，为机柜内部提供良好的恒温环境；机柜底部是镂空的，便于通风散热。

7．设备安装方便性的考虑

设备需要安装在机柜内，在机柜相对狭小的范围内进行集成操作。设备的安放、走线等操作都是比较困难的。按照传统机柜做法，机柜只能开前门，而且只能开到90°，那么在安装设备的时候会比较困难。如果结构设计为前后门可开启130°，可以做到完全不影响安装作业，而且前后门均可实现一分钟快拆、快装，满足设备安装、布线的多种需求。左右侧门采用搭扣设计，可实现快速拆装。当机柜并排放置时，可以考虑取消内部机柜的侧门，增加机柜散热的同时，还可以降生产成本。

机柜必须提供充足的线缆通道，能从机柜顶部、底部进出线缆。在机柜内部，线缆的敷设必须方便、有序，与设备的线缆接口靠近，以缩短布线距离；减少线缆的空间占用，保证设备安装、调整、维护过程中，不受到布线的干扰，并保证散热气流不会受到线缆的阻挡；同时，在故障情况下，能对设备布线进行快速定位。

功能齐备的机柜应提供各类门锁及其他功能，如防尘、防水或电子屏蔽等高度抗扰性能；同时应提供适合附件及安装配件支持，以让布线更为方便，同时易于管理，省时省力。2.1.2.3 非标准机柜的结构设计

1．在柜体没有指定型号的情况下，应根据柜型本身的国家和行业标准规范来设计

在柜体没有指定型号的情况下，应根据柜型本身的国家和行业标准规范来设计。同时要考虑到自己企业的标准和规范，并根据对一次系统中的控制方式要求、使用的电气组件来考虑；根据用户技术要求、提供的图纸以及用户的使用环境等考虑。看是否与电气组件、用户要求、环境等相符，并及时和用户联系沟通，确定设计，并在此基础上对柜体做不违反基本形式和要求的调整。我们要在遵循电气控制柜基本规范和符合国标和行标的基础上，考虑企业的成本和公司的品牌，多考虑一些细节上的改进。

不同标准柜型各自标准已确定，而一些没指定的，我们就要根据它们的特点和电气设计的基本原理来确定。元器件大而重的优先考虑用焊接式结构；场地和组件的更换和变动可能性大的采用组装式；整体要求精度不高，组件少的，考虑焊装结构或是箱式结构；组件多而不确定，设计过程中变动性比较大的，考虑组装式；用户使用场地要求高档一点，美观一点且经常拆动的考虑组装式。

2．应以人为本

在不影响整体结构布局的条件下，应考虑采用一些方法和措施来更多地为用户考虑，提升控制柜的性能和品质。比如，考虑可操作性，将仪表面板尽量设计在手容易操作的高度，按标准制造的仪表门中，按钮和转换开关等也要偏下设计以方便操作；调整回路，尽量保证每台柜体承载元器件的均匀性和电流分布的平衡性，尽量留有余量，当超出时要考虑多点接入和中间分段来保证。这必然会对柜体的空间结构、材料、美观、检修等方面有一定影响。

3．考虑结构空间

当用户的组件太多时，应合理布置各种组件，尽量与用户联系，扩大安装空间。在有些基本形式或用户空间有限时，要对柜体采取一些变动，如改动安装形式、安装板尺寸、抽屉深度，增加安装附件等，这样既满足柜体本身的规范和用户要求，又提高使用性能。

4．考虑自己的加工工艺条件

结构设计也要考虑到自己的设备加工能力、企业人员自身的基本能力、技能特长等，以及本着提高效率、经济效益、性能和美观的目的（不影响前面的基础上）出发设计控制柜的结构和工艺。当没有指定具体型号和结构时，我们要根据客户的使用要求、组件的结构特点以及自身加工能力等因素（也要考虑前期报价的因素），选择固定式还是抽屉式。

2.1.3 机柜材料对柜体结构设计的影响

材料结构方面，除了满足不同柜型的标准规范和用户要求外，还要考虑机柜的实际需要、零件的用途位置、柜体或部件所处的外部环境、安装和运输、加工方式设备、经济效益等。总之，了解材料的综合性能并正确地选材，对产品成本、产品性能、产品质量、加工工艺性都有重要的影响。材料的选择应该考虑各方面因素，这样才能保证机柜正常运行的可靠性。

机柜加工主要采用三种工艺方法：冲裁、弯曲、拉伸。不同的加工工艺对板材有不同要求，机柜的选材也应该根据产品的大致形状和加工工艺来考虑。2.1.3.1 机柜材料的机械性能决定机柜机械强度

在机柜结构设计中，经常遇到机柜结构件的刚度不能满足要求的情况。结构设计师往往会用中碳钢或不锈钢代替低碳钢，或者用强度硬度较高的硬铝合金代替普通铝合金，期望提高零件的刚度，实际上没有明显的效果。对于同一种基材的材料，通过热处理、合金化能大幅提高材料的强度和硬度，但对刚度的改变很小。提高零件的刚度，只有通过变换材料、改变零件的形状，才能达到一定的效果。不同材料的弹性模量和剪切模量参见表2.1.1。表2.1.1 常见材料的弹性模量和剪切模量

冷轧钢板的机械强度明显优于热轧钢板；铝板的加工工艺性能较好，但是机械强度比较差。应为相应的结构选最合理的材料，例如：不承载力的隔板考虑用材料稍微薄一点，屈服强度小一点的Q195或Q175等；在加工形状上做一些变化，来达到很好的性能。不同材料的力学性能请查阅材料手册。

一个承载重的元器件且额定电流比较大的安装部件，材料要有一定硬度和韧性，结构形式，强度要高。安装位置与柜体有连接的，要考虑材料之间的连接是否可靠。2.1.3.2 材料的机械性能决定机柜零部件的工艺

材料的机械性能决定机柜的加工工艺。热轧钢板加工工艺性能明显优于冷轧钢板。铝板的机械加工工艺性能较好，但是焊接性能比较差，最适宜拼装结构。

与铸、锻件相比，钣金件做成的机柜产品有较高的强度、较轻的结构重量；加工简便，所用的设备简单；外形平整，加工余量少，可减轻重量，缩短生产周期，降低成本。

1．材料对冲裁加工的影响

冲裁要求板材具有足够的塑性，以保证冲裁时板材不开裂。软材料（如纯铝、防锈铝、黄铜、紫铜、低碳钢等）具有良好的冲裁性能，冲裁后可获得断面光滑且倾斜度很小的制件；硬材料（如高碳钢、不锈钢、硬铝、超硬铝等）冲裁后质量不好，断面不平度大，厚板料尤为严重；对于脆性材料，在冲裁后易产生撕裂现象，特别是在宽度很小的情况下。

2．材料对弯曲加工的影响

需要弯曲成型的板材，应有足够的塑性和较低的屈服极限。塑性高的板材，弯曲时不易开裂；较低屈服极限和较低弹性模量的板料，弯曲后回弹变形小，容易得到尺寸准确的弯曲形状。含碳量低于0.2％的低碳钢、黄铜和铝等塑性好的材料容易弯曲成型；脆性较大的材料，如磷青铜（QSn6.5～2.5）、弹簧钢（65Mn）、硬铝、超硬铝等，弯曲时必须具有较大的相对弯曲半径（r/t），否则在弯曲过程中易发生开裂。特别要注意材料的硬软状态，其对弯曲性能有很大的影响，很多脆性材料，折弯会造成外圆角开裂甚至折弯断裂；还有一些含碳量较高的钢板，如果选择硬质状态，折弯也会造成外圆角开裂甚至折弯断裂，这些都应该尽量避免。

2.1.4 机械加工工艺水平对柜体结构设计的影响

加工工艺是将设计成果转化成合格产品的关键，电气控制柜的结构设计和加工工艺都会对整个机柜的性能和品质产生重要影响。工艺就是把原材料、半成品变成产品的手段和过程，它是实践经验的理论化。任何产品都要考虑其工艺的可行性、市场效益和经济性。

机柜结构件的设计一定要充分考虑零部件的可加工性，并使其具有最佳的加工工艺路线。在一定程度上，可以说是设备的加工能力和工艺路线决定了零部件的具体结构。还需要考虑其加工装配难易程度，外购、外协的可行性，结构的标准化、通用化、系列化和结构的继承性，并根据厂里的设备状况和实际加工水平制订相应的工艺文件。

1．加工设备条件对机柜结构设计的影响

机柜加工设备对机柜结构设计起着决定性的作用。任何个人或企业都只有在自己能够解决的加工设备条件下进行柜体结构设计，否则柜体结构设计再好，也还是没有办法加工制作出来。目前机柜生产企业几乎都采用了先进的机柜生产设备，如机柜型材轧机、数控式剪板机、数控多工位冲床、数控折弯机或钣金柔性加工生产线等，一些企业还安装了涂覆前处理及静电喷涂生产线，使机柜的加工水平有了明显的提高。

机柜钣金类零件的展开尺寸也不能超出现有设备的加工能力，例如：剪钣机的刀口宽度；折弯机的最大折弯宽度及最大压力，折弯模具的最大承载力；激光切割机的最大加工范围及最大切割厚度；转塔冲床现有冲模的规格等。

2．设备加工精度对柜体结构设计的影响

机柜加工过程主要涉及钣金技术方面的剪、冲、折、焊以及表面处理等，每一个环节都需要确保精准、美观。如焊接，在某些情况下可以采用设计工艺焊接孔的方式，使焊点准确、均匀，而且焊接后经抛光及镀涂后基本看不出焊点。采用二氧化碳气体保护焊接可以有效地提高焊接质量，提高生产效率。

再如剪板下料，普通剪板机精度1mm左右，数控剪板机0.5mm左右，而数控直角剪板机0.3mm左右。这些都是理论数据，实际加工精度又跟不同厂家，不同使用情况，剪板机的不同间隙等有关。

3．机柜加工方式对结构设计的影响

当电气元器件大而重时，应优先考虑采用焊接式结构；考虑场地和组件的更换和变动性应采用组装式结构；整体要求精度不高，组件少，或是箱式结构应考虑采用焊、装组合结构；组件多而不确定，设计过程中变动性比较大应考虑组装式结构；考虑用户使用场地要求高档一点，美观一点且经常拆动（实验用的柜子）应采用组装式。随着时代的发展和环保的要求，我们应尽量少使用焊接工艺，以符合绿色环保产品的要求。当然也要从加工的方便性和经济性考虑，焊接方便、快速、经济。有时候要把两种形式结合起来设计柜体结构和工艺。

在实际操作过程中，也有很多方面需要注意，如加工方式的选择，关键尺寸的控制是否合理等。如折弯工艺，要在折前对尺寸做出精确计算，防止折到最后发现材料小了；同时还要考虑选择内折边还是外折，包内边还是外边，折边的方向，折边前影响尺寸的切边毛刺的去除情况，折弯选择的刀槽情况等。还有焊接工艺中是否符合焊接规范，焊接点是否选得合理，焊接点在内还是在外，焊接后的处理等工艺等，这些是最基本的工艺，也是制造过程控制的关键点。

如果加工设备的精度是0.5mm，就不能设计一个要求误差在0.1mm的套接尺寸。在充分发挥设备和人员优势的条件下，应根据产品特点，在不超出企业工艺条件的范围内制定工艺。

4．机柜零件结构加工工艺路线的影响

机柜结构零件的加工工艺路线对零件结构也有很大的影响。例如，具有型腔结构的零件要设计溢水孔，以免在表面处理过程中将槽液带出，造成各槽液之间相互污染。零件表面喷涂悬挂时应尽量借用已有孔，当已有孔不合适或零件较重时还应设计适宜吊装的工艺孔，并考虑零件重心位置，避免因零件重心偏移倾斜超过喷涂线最大允许通过尺寸而发生磕碰。

对需要焊接的机柜钣金类零件，设计时还应考虑到焊接的工艺性，尽量使接缝位置不外露，并尽可能使接缝长度最短，这样可以减少焊接工作量，减小零件的焊接变形。焊接时应优先选用点焊（电阻焊）和气体保护焊，这两种焊接方式适于焊接薄板，且零件焊后变形较小。

机柜钣金类零件设计时还应考虑到折弯加工的便利，零件两边的折弯尺寸如果不同，在折弯加工时，需分别定位才可折弯。如果改进为两边折弯尺寸相同，则折弯时两边可一次定位同时折弯，定位基准一致，折弯次数减少。

5．工人技术水平对柜体结构设计的影响

生产优良的电气控制柜要靠操作者的技能和对设备的熟悉，同时应知道图纸上哪些是关键尺寸，误差控制在多少范围内。柜体设计时既要考虑外部因素，也要考虑工人自身技术水平条件，例如，设计一个焊接工艺是将两个0.8mm以下薄板单面焊接双面成型的，这需要一个6级以上焊接技师才能完成，若没有这种人才就要采用其他形式，如双面焊接，折边内对接等。

同样，折弯等工艺步骤也是如此，折前应对尺寸做出精确计算，防止折到最后发现材料小了。保证尺寸和角度的误差在公差范围内，在材料小时保证关键尺寸而不影响零件的使用和质量。是内折边还是外折，包边是包内还包外（展开尺寸有关），折边的方向，折边前影响尺寸的切边毛刺的去除情况，折弯选择的刀槽情况等，都与工人的技术水平相关。

2.1.5 电气系统对结构设计的影响

电气设计决定结构和组件布置的均匀性，柜体电流的分布性，超出范围的调整和保护性，用户的可变动和调整性。还应考虑用户使用环境的防护改进、结构变动等。涉及机柜结构设计的电气规范包括人的安全、设备的安全、电气间隙、爬电距离等。电气设计对柜体结构设计的主要影响如下所述。

1．主结线方案

每一种电气控制柜，其安装使用说明书都会包含各种一次主结线方案及其编号的表格；用户根据进线和送电的具体情况，在该表格上选用若干个标准结线方案，将它们组合起来，构成一次（主电路）线路系统图和一次系统排列图。

按照功能主结线方案大致可划分成：电缆进出线、左右联络单元、控制单元、保护单元等。主结线方案直接影响电气控制柜的内部结构，因此是柜体结构设计时必须考虑的问题。

2．常用的主母线系统

由于母线的尺寸较大，弯曲加工困难，因此母线的配置灵活性很差。因此，在控制柜体及内部结构设计时，往往会受到母线系统结构的制约。常用的主母线系统有以下几种：（1）单母线系统。这是最简单的一种，投资少，操作方便、清晰，但当母线或母线侧隔离开关检修时，全部要停电；而当某路出现断路器故障时，该回路也只能停电，供电可靠性较低。（2）单母线分段。它比前一种稍有改善，保留了简单、经济、方便的优点，而且一段母线或母线隔离开关故障时，不至于全部长时间停电；对重要部分可在不同段各提供一回路出线，提高可靠性。（3）单母线（分段或不分段）加旁路母线。结构上稍微复杂一些，通常必须加厚柜（深600mm）。供电可靠性增加了，但投资也相应增加。

3．柜内一次电气组件的型号和规格

柜体内一次回路所用组件的型号和规格、各类电气组件的形式、安装结构对整柜主回路的布局影响程度不一样，有的几乎无影响（如引下母线、熔断器、接地开关、避雷器等），有的影响很大（如断路器、上下隔离开关等），必须分别对待。

断路器是控制柜的主要元器件，也是控制柜中的庞然大物，用户应精心挑选。但选断路器时不能脱离控制拒型号，其原因是并非所有型号的断路器都能够装置于任何型号的控制柜中。

隔离开关的体积也比较大，而且对柜内母线走向有很大影响，并且安装方式有很多。如平装式、倚墙式、闸刀式、扳转式等。不同电流规格，需考虑隔离断口的方向，还需考虑配用操动机构的安装位置、与断路器的联锁等，因此它对控制柜的结构设计影响很大。

对电流互感器主要考虑两点：互感器接线端方向的变化有时会使走线更简捷；货源采购便利，以节省购运时间。电流互感器安装固定在结构设计时必须考虑。

4．控制柜的小电流、大电流规格

某些较成熟的电气控制柜，设计过程中将小电流规格（600A以下）和大电流规格（2000～3150A）同时考虑，体现为主母线安装位置互相符合，可以串接在一起。小电流规格的主母线通常用一根铜排，而大电流的则用2～3根铜排，经过统一考虑的主母线连接就不会出现麻烦。

电气控制柜控制的电流越大，其使用的断路器、隔离开关及母线的体积也就越大，需要占用的空间就会越大，电气控制柜体量就需要越大，所以电气控制柜控制电流的大小影响柜体的结构设计。

5．控制柜的宽度

大电流规格的柜体宽度通常比小电流柜宽一些（宽100～200mm），深度都一样。此外，产品说明书上的柜体宽度仅指角钢骨架的宽度，不包括柜体侧面封板的厚度；而且有的柜体只带一侧封板，有的柜体左右两侧都有。因此，设计并柜横向尺寸时，必须考虑这些厚度的影响。

6．电缆的进出线

不同的进出线方案决定柜体进出线口的位置和结构，进出线的方案影响柜体进出线口的设计。有些型号的控制柜电缆只能从柜体底面的后半部出线，而有的却只能在前半部出线；某些型号的柜体既能前半部出线，也能后半部出线。

7．并柜的安装布置

有些型号的电气控制柜有后门，要求不靠墙安装；有些无后门，只需把后封板用螺钉拧上，不提出安装要求。但不管如何，优先推荐不靠墙的安装方式，这样维护检修、安装及测试都比较方便，对缩短停电时间，提高设备可靠运行率有好处。

当控制柜数量较多时，可分排两列，两列可面对面或背靠背布置。面对面方式较好，视界阔，巡视较方便。两列控制柜之间如需用母线桥连接，必须给出准确的安装平面图，以便生产厂家确定母线桥的连接长度，有时需现场度量。

8．柜间联锁

功能单元多数在一个柜体内完成功能，有的需要在两个柜体之间实现。在这种情况下，某些防误联锁需在两个柜体内联合实施，这往往比较麻烦。如果两柜紧紧相邻，虽然复杂程度大一些，尚有可能采用机械传动的联锁方式；如果两柜离得远了，就只能采用机械程序锁或电磁锁的办法实现。

2.1.6 影响机柜设计的其他因素

除了上述影响机柜结构设计的因素外，环境条件对机柜的结构设计影响也很大。机柜的结构设计还应考虑以下因素的影响。2.1.6.1 环境条件对柜体结构设计的影响

电气控制柜柜体的一个重要作用是对电气控制设备和人员进行安全保护。

各种电气控制设备必定要在特定的环境条件下进行工作。对控制柜影响比较大的环境因素包括温度、湿度、海拔高度、风沙、雨雪、光照、粉尘、腐蚀性气体或液体、小动物等。为保证电气控制设备能够安全可靠地工作，并能有一定的使用寿命，就必须在机柜结构设计时采取必要的技术防范措施。

例如，当海拔高度超过1000m时空气的密度变小，空气稀薄造成控制柜内元器件散热条件变差，致使元器件温度超高，导致元器件使用寿命降低，严重时甚至造成元器件烧毁，因此柜体结构设计时必须考虑散热问题。或增大柜体体积，降低元器件安装密度；或采取强制散热措施，安装通风机提高空气流速。

再如，在舰船、海上风力发电机组及海上石油钻井平台上使用的电气控制设备，常年工作在腐蚀性很强的海水雾气中。如果在柜体的结构设计中不采取必要的防腐措施，电气控制设备的使用寿命将会大大缩短。可选用抗腐蚀性能好的材料（不锈钢或工程塑料等），也可以对金属表面选用重防腐涂料进行高质量的表面涂覆，还可以对柜体的金属部件表面镀镉，这些都是为提高控制柜体防腐性能经常采用的技术措施。2.1.6.2 维修操作便利性及运输安装对机柜结构设计的影响

1．维护操作的方便性

机柜结构设计时要全局考虑，必须考虑零件安装拆卸的方便性、零件的通用性、中间过程的形变量。还需考虑用户的维护，尽量把维修空间留大，便于值班维护人员的使用和监测。

抽屉柜中的大抽屉尽量不要设计在太高的位置；按钮、灯、表等尽量不要在面板太高位置，便于值班维护人员的使用和监测（使用人不可能都是大高个）。

为方便电缆连接，进出线开孔大小和位置的合理性，进出线位置的可密封性，防止划伤电缆，电缆的固定，基础与柜体的配套性都应考虑。

应考虑用户以后对控制柜的变动和调整，以及厂家使用环境的防护改进、结构变动等；维护的方便性，如较高的组件应选择较轻的复合材料，且不能安装太高；易损件更换方便（熔芯等），组件拆卸位置的可操作性，接线端子的位置的合理性等。

2．运输安装的安全性

机柜高度必须考虑稳定性，电气组件布置时应尽可能降低重心。

必须考虑重力的均衡性（不要重物都在柜子的一边）。如果实在没有办法，就在组件多的一边选择较轻的复合材料。

必须考虑运输条件对机柜尺寸（长度、宽度、高度）的限制。

同时还必须考虑运输时的固定、现场的搬运、吊装时的吊环等。2.1.6.3 机械规范对柜体结构设计的影响

柜体的结构设计涉及钣金加工、机械制造和材料力学等方面的技术及本行业的规范。

焊接工艺中，是否符合焊接规范，焊接点是否选得合理，焊接点在内还是在外，焊接后的处理等，都是最基本的工艺。为了焊接柜的美观，在某些情况下可以采用设计工艺焊接孔的方式，使焊点准确、均匀，而且焊接后经抛光及镀涂后基本看不出焊点。因此，柜体结构设计涉及钣金技术方面的剪、冲、折、焊以及表面处理等工艺规范，同时还涉及许多先进设备的使用等技术规范，以保证最终产品的结构性能。

同时，钣金的展开计算，钣金加工的模具设计，夹具设计，钣金工艺卡片的编制等，包括表面处理的一些技术规范，都要和每个企业的设备、人员、环境、资源等因素相配合。因此，必须把每一个技术细节都考虑周全，保证每一个工艺都很完整，才能生产出高性能的机柜产品。

2.1.7 机柜结构图的绘制

机柜结构设计牵涉面广，要解决的矛盾多，往往是边分析边设计，边设计边调整，直到符合要求为止。机柜结构设计大致可分为如下几个步骤，步骤框图见图2.1.4。图2.1.4 机柜设计步骤方框图

1．熟悉设备的技术指标和使用条件

设计人员接到任务书后，应详细了解设备的各项技术指标、设备需要完成的功能及其他特殊要求（体积、重量的限制等）、设备工作时的环境气候条件、机械条件和运输储存条件等。

2．机柜结构方案的确定

根据设备的电原理图合理做出结构方框图。结构方框图是确定结构方案的关键。在结构方框图中表示出设备划分成为哪几个分机，如果设备较简单也可以不划分为分机而只划分成几个单元或部分。划分时应确保各分机柜的面板、机架和机柜的尺寸符合有关规定。1）结构形式的确定

包括体积的大小，采用箱、柜、台中的哪种形式，室内还是室外环境使用等。2）确定机柜的制作材料

使用普通钢材、铝材、塑料还是不锈钢，使用型材还是板材。3）确定生产批量

在样机试制阶段，通常是根据目前自身加工条件，采用手工制作或简单的机加工方法进行。当进行批量生产时，往往需要采用一些专用设备、模具等工艺装备。因此在结构工艺设计时就必须考虑试制与批量生产的衔接问题。

3．确定机柜材料

根据设备的重量与使用条件，选用机箱、机柜的材料，以便更好地进行防振、防腐、散热、屏蔽等方面的处理。常用的材料有钢、铝型材、板料组合、工程塑料等。

4．进行板面设计与排列各组合体内部的元器件

板面的大小是在初步确定总体布局和机柜外形尺寸的基础上根据机柜上的插箱立面布置图来确定的；而面板上的各操纵、显示装置的选择和布置，一般根据电器性能的要求，从便于操作使用和美观等角度进行考虑。

各插箱内部的元器件的排列是根据电原理图和主要元器件的外形尺寸及相关关系，并考虑通风、减振、屏蔽等要求来确定的。设备的调谐传动等机械装置应预先设计或选择，以确定空间尺寸。

5．确定机柜及其零部件的结构形式，绘制结构草图2.1.7.2 机柜图的内容

1．机柜总装配图

机柜总装配图的用途如下：（1）机柜总装配图是绘制机柜非标准零件图的原始依据。

机柜的非标准零件图必须严格按照机柜总装配图所给出的尺寸和比例进行绘制，否则加工出来的零部件必然会出现相互干涉、无法装配的问题。（2）机柜总装配图是指导机柜装配的技术文件。

机柜的装配必须严格按照机柜总装配图要求进行。必须保证加工装配后的尺寸及形位公差，否则将给后续的电气元器件安装造成困难，增加很多不应该出现的二次加工，使产品质量降低。（3）机柜总装配图是机柜装配完成后进行检验的依据。

机柜装配完成后必须严格按照机柜总装配图要求进行检验。对于检验中发现的问题，必须进行必要的修整，直至全部项目完全达到机柜总装配图的要求。

2．机柜非标准零件图

机柜非标准零件图用途如下：（1）机柜的非标准零件图是制作生产工艺装备的依据；（2）机柜的非标准零件图是在非标准零件加工过程中指导工人进行操作的技术文件；（3）机柜的非标准零件图是工艺技术人员编制加工工艺文件的依据；（4）机柜的非标准零件图是对加工完成后的零部件进行检验的依据。

3．机柜零部件明细表

机柜在装配的过程中需要使用大量的标准件，如螺钉、螺栓、螺母、垫圈、弹簧垫圈等；同时还需要很多外购件，如门锁、铰链（合页）、脚轮、吊环等。这些零部件已经有专业的工厂大批量生产，价格低、质量好。如果直接制作这些零部件显然是得不偿失，外购是唯一的选择。

机柜零部件明细表是机柜图的重要组成部分，在正规生产企业中是必不可少的，在绘制机柜图时务必注意不要遗漏。机柜零部件明细表的用途如下：（1）机柜零部件明细表应提供给采购供应部门，作为对外进行采购订货的依据。（2）机柜零部件明细表应提供给零部件仓库，作为进行零部件入库检验和向生产班组发放的依据。（3）机柜零部件明细表应提供给财务部门，作为进行产品成本核算的依据。（4）机柜零部件明细表应提供给机柜装配班组，作为向零部件仓库领取零部件及核对规格、品种、数量的依据。2.1.7.3 机柜图的绘制方法

1．机柜图按照机械制图规则进行绘制

不论是机柜总装配图还是机柜的非标准零件图，都是直接用于指导生产的图纸。机柜及其非标准零部件基本上是依靠机械加工工艺进行生产和装配的，因此必须按照机械制图的规则进行绘制才能满足生产需要。与单纯机械产品不同的是，在绘制机柜及其非标准零部件图时，必须兼顾一些电气方面的要求。

2．机柜图绘制的方法

机柜图的绘制通常采用机械CAD软件，运用平面或三维机械CAD软件进行机柜结构设计可以有效地提高设计的工作效率。使用三维机械CAD软件可以进行机柜的模拟装配，其保证机柜图准确性的优点是平面机械CAD软件望尘莫及的。机柜图绘制的方法如下。1）建立机柜参数化模型

设计人员接到任务书后，应详细了解被控制设备的各项技术指标，设备需要完成的功能及其他特殊要求（体积、重量的限制等），设备工作时的环境气候条件、电源条件、机械条件和运输储存条件等参数。这些参数是进行机柜工程设计的基础。2）建立机柜装配骨架模型

建立机柜装配骨架模型，实际就是反复绘制机柜总装配草图的过程。（1）在总体布局和机柜的外形尺寸基础上进行结构设计。

通过调用整体布置图及安装板布置图，在初步确定总体布局和机柜的外形尺寸的基础上，进行机柜主框架设计、覆板和控制板面设计、柜内各横梁、立柱、托板、支架等结构部件的布局和设计。（2）根据机柜性能指标进行结构设计。

根据机柜的使用条件、技术标准和产品性质确定机柜的电气等级、防护等级、允许温升等性能指标。然后根据机柜性能指标要求，选用经过优化的结构进行结构设计。

在进行机柜结构设计时，应优先选用比较成熟的技术方案，如常用的电气等级结构、防护结构、通风冷却结构等。此时应注意零部件之间的配合及可装配性，如覆板、门、铰链、吊环、脚轮等细节。

控制面板的布局是根据机柜布置图上的立面布置图来确定的，而板面上的各操纵、显示装置的选择和布置，一般根据电气性能的要求，从便于操作使用和美观等角度进行考虑。

各插箱内部的元器件的排列是根据电原理图、主要元器件的外形尺寸及相关关系并考虑通风、减振、屏蔽等要求来确定的。设备的调谐传动等机械装置应预先设计或选择，以确定空间尺寸。3）机柜零部件详细设计

调用绘制出的机柜总装配草图，通过删除不需要的非相关部分或提取出需要绘制的零部件，可以得到机柜每一个零部件的详细设计信息。在此基础上进行技术完善，就可以高效率地完成机柜每一个零部件图的绘制。

上述过程相当于我们在手工绘图时从装配图拆画零件图的过程。拆画零件图时必须严格保证与装配图的比例一致，否则将可能出现干涉现象而无法使用。使用三维CAD软件绘制机柜零部件图可以防止上述问题的发生。4）机柜工程分析（1）选择机柜附件的连接方式。

机柜附件的连接方式直接影响机柜的制造工艺方法。选用焊接连接、装配连接或混合连接，应仔细权衡各自的利弊，因为这将影响到机柜的加工和装配的质量、成本和效率。（2）选择机柜的电气连接方式。

机柜及其附件的电气连接方式将直接影响机柜的制造工艺方法和工作的可靠性。电压等级和电流大小对电气连接方式影响很大，应仔细权衡各种电气连接方式的利弊，因为电气连接方式将影响到机柜的加工和装配的质量、成本和效率。（3）制造工艺方法选择。

对于缺乏经验的人员来说，可能会出现绘制的工程图纸拿到生产车间后根本无法制作出来的问题，也可能会出现历尽千辛万苦，耗时费力制作出来，但是生产成本太高的问题。为了保证工程图纸的可加工性，必须对绘制出的每一张工程图纸进行工艺审查，以确保其可加工性和经济性。

机柜设计时应尽量减少装配过程中配作孔的数量，杜绝配作孔是机柜结构设计的最高境界。因为配作孔既影响装配效率，又会造成防腐涂层或镀层的损坏，使机柜的使用寿命缩短，可靠性大幅度降低。

应根据加工设备条件和工人技术水平条件，选择优化每一个机柜零部件制造工艺方法和机柜的装配工艺方法，保证机柜的加工和装配的质量、低成本和高效率。

3．机柜工程图绘制步骤

在已经绘制出的结构草图的基础上绘制出工程图纸。机柜工程图绘制步骤见图2.1.5。图2.1.5 机柜工程图的绘制步骤

4．机柜非标准零件图的绘制

由于电气箱、柜的造型结构各异，在箱体设计中应注意吸取各种形式的优点。对于非标准的电气安装零件，应根据机械零件设计要求，绘制其零件图，凡配合尺寸应注明公差要求，并说明加工要求。机柜非标准零件图的设计需要考虑以下几方面。（1）根据操作需要及控制面板、箱、柜内各种电气部件的尺寸确定电气箱、柜的总体尺寸及结构形式，非特殊情况下，应使总体尺寸符合结构基本尺寸与系列。（2）根据总体尺寸及结构形式、安装尺寸，设计箱内安装支架，并标出安装孔、安装螺栓及接地螺栓尺寸，同时注明配作方式。柜、箱的材料一般应选用柜、箱专用型材。（3）根据现场安装位置、操作、维修方便等要求，设计开门方式及形式。（4）为利于箱内电器的通风散热，在箱体适当部位设计通风孔或通风槽，必要时应在柜体上部设计强迫通风装置与通风孔。（5）为便于电气箱、柜的运输，应设计合适的起吊钩或在箱体底部设计活动轮。

根据以上要求，应先勾画出箱体的外形草图，估算出各部分尺寸，然后按比例画出外形图，再从对称、美观、使用方便等方面进一步考虑调整各尺寸比例。外形确定以后，再按上述要求进行各部分的结构设计，绘制箱体总装图及各面门、控制面板、底板、安装支架、装饰条等零件图，并注明加工要求，再视需要选用适当的门锁、脚轮、吊环等。

5．机柜零部件明细表的编制

根据各种图纸，对本设备需要的各种零件及材料进行综合统计，按类别列出外购成品件明细表、标准件明细表、自制非标准零部件明细表、主要材料消耗定额表及辅助材料定额表等，以便采购人员定购，生产管理部门按照电气控制设备制造需要做好生产准备工作，包括备料、发料、领料等，也便于财务部门进行成本核算。

2.2 机柜设计的要求

2.2.1 机柜的结构设计要求

机柜的结构设计是电气控制设备设计的重要组成部分。机柜的结构为电气部分提供安装、支撑、连接、传动、连锁、定位、包容、防护、装饰、美化、指示等功能，为零部件、电气连接和元器件之间的兼容提供保证。它不但直接关系到控制柜产品性能的好坏，而且可以提高整机的性能，大大提高产品的附加值。

机柜应具有良好的技术性能。机柜的结构应根据设备的电气、机械性能和使用环境的要求，进行必要的物理设计和化学设计，以保证机柜的结构具有良好的刚度和强度及良好的电磁隔离、接地、噪声隔离、通风散热等性能。此外，机柜应具有抗振动、抗冲击、耐腐蚀、防尘、防水、防辐射等性能，以保证设备稳定可靠地工作，便于安装、操作和维修。

机柜的结构设计除了要考虑功能要求外，还要考虑工艺要求、装配要求、成本要求。不同控制系统在控制柜内的配置不同，结构设计应以方便控制、维修设备、控制可靠、故障率低、生产成本低、美观为原则。机柜设计应在满足成套电器产品使用功能要求的前提下，同时满足结构工艺性要求，即机柜的总体及其零部件制造的可行性及经济性要求，以及满足电气装配的工艺性和运行中的可维修性要求。下面就机柜结构设计中所涉及的问题进行讨论。2.2.1.1 功能要求

功能要求主要是满足系统的结构、强度、屏蔽和通风散热的要求、接地导电性能要求等。

1．结构要求

机柜系统的结构是一个系统的硬件、PCB、线材、电源、管路、仪器设备等空间放置的位置、形式、连接装配方式等。机柜钣金件由于其良好的强度、刚度、加工性、导电性，通常用于负责支撑系统大部分的硬件、PCB、线材、电源等。硬件的放置形式多种多样，其要求也会有所不同。例如，装配PCB时，可以考虑在钣金件上压铆螺柱来支撑，也可以在钣金件上冲压出突台来支撑，再用螺钉装配。线材的固定可以考虑用绑线带扎在钣金件上，钣金件上只需要冲压绑线带规格要求的孔；也可以考虑在钣金件上冲压出绑线的结构。

2．强度和刚度要求

机械强度是机柜结构设计中最重要的一环，因为机柜中大部分的重量靠其结构件来支承，结构件的机械强度出现问题，机柜的整个强度就会出问题。机柜一般需要做振动测试、跌落实验、碰撞实验、冲击实验等，有的机器甚至要求强度做到能承受100kg的冲击，这就需要足够的机械强度和刚度。尤其是那些需要支撑悬空硬件的结构件和起主要支撑作用的支架等，更必须有高的强度。

根据机柜产品的负荷大小、抗振、抗冲击要求来进行强度、刚度设计验算。在进行强度和刚度设计时要考虑结构件的连接方式，整体是拼装还是焊装等；还要考虑结构件的结构形式，通过增加折弯或压筋来增加结构件的强度和刚度等。

通常设计大型的机箱、机柜时，应先设计起支撑作用的支架框架。这样的支架框架优先选用封闭异形管型材，也可选用比较厚的板材并折弯成“∏”或“□”形。一般情况下，增加一个折弯会使刚度增加几倍。

3．机柜的安全防护要求

机柜应具有良好的使用性和安全防护设施，并能保证操作者安全，因此须根据设备的使用环境以及设备对防雨、防尘、防异物进入的要求来确定其防护等级。户外设备、在恶劣环境中使用的设备以及对湿度和灰尘、盐雾敏感的设备的防护等级要求较高。防护等级的设计要根据实际需要而定。（1）机柜的结构设计应能保证安装在机柜内的电气组件及连接导线安全可靠地工作，不会受到风霜雨雪、沙尘及小动物等的侵害。机柜的结构设计应能避免不必要的经济损失。（2）机柜的结构设计应既能保证安装、使用及维修人员的人身安全，又能够保证没有专业知识的非操作人员接触到机柜时的人身安全。（3）电气控制设备在正常或异常工作中，表面温度足以引起燃烧危险或对外壳材质有损害时：● 应将设备装入能承受这种温度而没有燃烧或损害的危险的外壳

中。● 设备的安装位置应与最靠近的设备有足够的距离以便安全散热。● 用能耐受设备发热的材料屏蔽，避免燃烧或损害的危险。

4．通风散热方面的要求

根据设备负荷大小和发热量合理进行通风散热设计，如机壳内产生的热量较大，可考虑采用散热风机等冷却装置；如发热量较小，通常可以在需要通风散热的地方开网孔；也可采用散热板自然散热。在机壳上开孔会和外壳防护及电磁兼容形成矛盾，所以要综合考虑。

采用自然散热时，发热高的元器件一般布置在发热低的元器件上方。

采用强制排风时，风扇应对着热源吹风，发热高的元器件一般布置在风道的出口。

5．配线布线的要求

配布线是实现产品的电气连接的重要方式之一，在部件、插件和各功能模块的空间布置方面，要考虑元器件的电气连接，接线走线的布局，母线、相序的位置，连接安装方式，电缆穿孔等；根据工作电流合理选择导线线径，根据电气要求，对A相、B相、C相、零线、地线、电源的正极、负极以及各控制导线配以相应的颜色，并根据要求进行“上、中、下”、“左、中、右”、或“前、中、后”等空间位置的安排。

为解决线间相互干扰的问题，在布线前，先将线路进行分类，主要分类方法是按功率电平进行，以每30dB功率电平为界限进行分组，将高功率的直流、交流和射频线分为一类，低功率的直流、交流和射频线分为一类，数字线和模拟线分开，高频线和低频线分开，分别捆扎，分开敷设。布线时，采用扎带、塑料夹、缠绕带、固定座、波纹管、自黏吸盘或护线齿条等将线束捆扎，捆扎力适宜，导线不受应力，转弯处有圆弧过渡；也可以采用行线槽将导线布在线槽内。线束固定牢靠，防止因振动将线皮磨破。总体布线符合电气要求，而且布线均匀、合理、整齐美观。

6．人机工程学要求

电气产品的结构除须满足电气功能之外，还要运用人机工程学原理和色彩学、造型理论，并考虑到人与设备的关系，设计出符合操作者生理、心理的结构。

造型方面引入工业设计思想，要求形体比例协调，符合工艺和审美要求，并遵循体量平衡原则，力求整体和局部相适应，外形美观大方。色彩方面要应用色彩学理论，从色相、明度、饱和度入手，色彩配置有利于设备功能的发挥，适应操作者对色彩的心理要求，并与周围的环境相适应。总之，机柜的造型、色彩应使人赏心悦目。良好的心情有利于操作人员专注于工作。

机柜的结构设计应符合人生理结构尺寸和特性，使人易于操作、不易疲劳、安全可靠，使操作者感到方便、灵活、安全、舒适，便于操作、观察和监视。

7．电磁兼容方面的要求

由于电子技术和计算机技术在电气领域的广泛应用，作为电气产品与外界电磁环境的外壳端口，机柜的电磁屏蔽和静电放电防护已构成产品电磁兼容要求的一个重要组成部分。对机柜电磁屏蔽和静电放电防护水平的要求大大提高。

电磁兼容就是在有限的空间、时间和频谱资源下，各种设备或系统可以共存而不致性能失效或发生不允许的降级。电磁兼容（EMC）包括电磁干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）两个方面，EMI主要研究产品免受电磁干扰所采取的措施，EMS主要研究产品自身抗干扰能力。电磁干扰必须具备三个要素：电磁骚扰源、电磁敏感设备和电磁传播通道。因此，要解决电磁干扰问题就要从以上三个因素入手，抑制干扰源，切断传播途径，提高敏感设备的抗干扰能力。抑制电磁干扰主要有三种方法：接地、屏蔽和滤波。三种方法各有各的独特性，但相互间又是关联的。

要减小电磁干扰，除从电路设计入手之外，还要重视结构的屏蔽设计。下面主要讨论在进行设备结构设计时接地和屏蔽方面所采取的措施。1）接地

接地有信号接地和机壳接大地等情况。设备的信号接地的作用是提供设备部分或全部电路的电平参考平面，理想的接地平面是零电位、零阻抗的物理实体，任何电流通过它的时候都不会产生压降；机壳接大地的作用是为实现设备安全接地，实现对操作人员的安全保护，另一个作用是泄放因静电感应在机壳上积累的电荷，以免电位升高造成放电，以此提高设备的安全性。

接地有几种形式：浮地、单点接地、多点接地、混合接地等。低频时一般采取单点接地，高频时一般采取多点接地。（1）接地导线的截面大小要根据导线上可能出现的电流大小而定。（2）接地线的长度要和干扰波长相匹配。（3）接地电阻一般要求小于0.01Ω。2）屏蔽

屏蔽能有效地抑制通过空间传播的电磁波的干扰，它能限制内部电磁辐射越出某一区域，也能防止外来辐射进入某一区域。在需要屏蔽的地方，一般可以用钣金件做成一个相对封闭的金属体。（1）电场屏蔽。

电场感应可看成分布电容的耦合。电场屏蔽的目的就是减小耦合电容。要获得好的效果，屏蔽板接地良好，屏蔽体的形状最好全封闭，材料是高导电率材料为好，厚度无要求，只要有足够的强度。

穿过金属体的开口尺寸应该小于屏蔽所要求尺寸。（2）磁场屏蔽。

磁场屏蔽主要依靠高磁导率材料，此种材料具有低磁阻，对磁通起着分路作用，使得屏蔽体内部磁场大大减弱。结构设计上主要把握以下几点：

①材料选择上要选高磁导率材料，如硅钢、坡莫合金等；

②在允许的情况下尽可能增加屏蔽体的厚度；

③在空间布局上，使被屏蔽物不靠近屏蔽体；

④尽量减少接缝和开孔。（3）电磁场屏蔽。

屏蔽体对电磁波的衰减主要基于对电磁波的反射和吸收。屏蔽材料的磁导率越大，电导率越高，吸收损耗越大，并以热的形式耗散掉。根据以上理论，在结构设计上可采取以下措施。

①结构材料的选择。

根据干扰电磁波的频率合理选择材料。对于低频电磁干扰的屏蔽效能主要取决于反射损耗，选材上要选反射损耗大的金属，如铜、铝、镍等低电阻、高导电率材料；对于高频电磁干扰的屏蔽效能主要取决于吸收损耗，屏蔽材料应选低磁阻、高磁导率、高导热率材料；对于塑料壳体，要在其壁上喷屏蔽层或镀金属膜，或者在塑料材料中加入金属纤维。

②搭接处理。

机柜、机箱、仪器仪表外壳等在制造上接缝是难以避免的。接缝要求金属与金属接触，接触处不能有漆塑，接触电阻要小。当有活动接触时，接触处要用导电衬垫，并有足够的压力保证接触可靠。如果选用不同材料搭接，这些材料应具有电化兼容性。

③开孔处理。

机壳因通风散热，穿越导线，液晶、数码管显示器件以及观察窗口等都需要开孔。机壳开孔后，因屏蔽体的不连续使屏蔽效能下降。对于必需的开孔，可采用波导衰减器来提高屏蔽效能，波导孔尺寸和干扰源的截止频率有一定关系，低于这个频率时，就会形成衰减。

另外，对开孔进行适当的排布也有助于提高屏蔽效能。开孔孔径越小，壁厚越大，孔间距越大，其屏蔽效能就越好。开孔形状上，在同面积情况下，采用圆孔和六角孔的效果要好于条形孔和其他异形孔。在需要通风散热的地方通常可以开网孔。穿过金属体的开口尺寸应该小于屏蔽所要求尺寸。2.2.1.2 工艺要求

机柜零部件的加工设备主要有剪裁机、冲床、折弯机、数控冲床、钻床、焊接设备等。机柜钣金件加工中需要经过下料、冲裁、冲孔、弯曲等工序。

1．机柜结构件的基本要求

机柜外观要求各钣金零件间的连接螺钉及板材端面不外露，一般相邻钣金件向内折边，并且相互包边，这样即加强了钣金件的强度，又具有防水的作用，在控制电柜壳体等防护等级要求较高的地方还通常采用折边压密封条的方式，这样即防水又防尘。

机柜外观要求各面棱边尽量保持圆滑一致，零件间接合缝均匀一致，因此相邻钣金零件间的接缝最好不与棱边重合，也不能处在圆弧的曲面上。拼焊时一般将接缝位置放在顶面、底面、背面等不外露或看不到的地方，并采用斜接缝，以使三条棱边均为一致的折弯成型的光滑圆弧。当然，机柜外观和机柜造型对钣金零件的结构还有其他多方面的要求和限制。

2．尽量减少加工零、部件的数量

一台机柜加工零、部件在满足使用功能的基础上应尽量简化，减少加工工件数量，以方便生产。如某钣金机柜中用于连接立柱与上、下框之间的垫块，功能和外形完全相同，只是连接螺纹孔的位置不同，分为八种，每种只用一件，加工量大且容易混淆。针对这种情况，对连接方法稍做改动，垫块可以简化成两种甚至一种。

3．简化零件结构，考虑加工方便性

设计人员在设计零件时，除满足使用功能要求，还应尽可能保证较高的加工生产率。应做到：（1）被加工表面应尽可能简单；（2）尽量减少加工面积；（3）尽量减少加工过程中的装卡次数；（4）尽量减少加工工作行程次数。

如某控制机柜的顶部的起吊块，设计采用四方形，中间打螺纹孔。该零件加工则需完成铣削、画线、钳工最少三道工序，八次装卡时间。而改成圆柱形则只需完成车一道工序，一次装卡就能满足使用要求。加工工效可提高70％～80％，原材料可节约25％左右。

4．采用标准尺寸和适宜的公差

采用标准尺寸，可以减少工艺装备的品种规格，统一加工工序，选定统一的加工设备。在满足产品使用性能的条件下，零件图上标注的尺寸精度等级和表面粗糙度应取最经济化。例如，某机柜中用的抽屉隔板，同一产品不同的图样，隔板安装孔的安装孔距一致，而公差标准不同，分别为±0.05mm、±0.10mm、±0.15mm。在生产中则需采用三种不同的加工工艺，对±0.05mm的孔，采用坐标镗床钻孔；对±0.10mm的孔，采用数控铣床钻孔；对±0.15mm的孔，采用钳工划线钻孔。该批产品装配后，经检验均能满足使用要求。将装配情况反馈给设计人员后，设计人员修改了图样，将隔板安装孔距公差全部改为±0.15mm，再次投产时则统一为做钻模钻孔，这样加工成本降低了，加工效率明显提高。

5．零件设计时应考虑相应的加工手段

零件在设计时，应充分考虑现有的加工手段，以便于零件顺利加工。如某轻型标准显控台中，左、右侧板零件按设计要求，在机柜整体框架组焊时，侧板左、右两端分别与底框、顶框组焊，而80°＋85°夹角区，则靠另一横条零件将左、右侧板连接组焊成整体结构，见图2.2.1。现场可用的加工设备为WPT100/30型折弯机床，由于侧板结构较复杂，侧板80°与85°两处弯边在折弯机上相互干涉，夹角处无法按图加工达到要求。考虑机柜的整体结构形式为焊接结构，经协商，将横条的尺寸加长2×（23.5-2）＝43（mm）；另外，在侧板80°＋85°夹角区根据横条截面尺寸设计了一个23mm的让位缺口，改变了焊接位置，如图2.2.2所示，组焊后就能满足85°、80°的外形设计要求了。图2.2.1 组焊整体结构图2.2.2 焊接位置

6．原材料的选用应符合加工工艺性的要求（1）设计人员在选择原材料的品种和规格时，应充分考虑可加工性和加工的方便性。

如散热器，在通用标准型材不能满足产品使用要求时，有的产品设计人员通过多方查询后，选用铝合金厂的拉制型材来加工成散热器，外形美观、加工量小、散热效果又好。有的产品设计人员选用厚铝板作原材料来加工散热器，要进行大量机加工才能成型，成型后净重量只有毛重的三分之一，加工量过大且会产生变形，影响散热效果。此外，标注材料时往往不注意区别冷轧钢板和热轧钢板，选用不严格，加工时就会影响产品加工质量，甚至造成废品。（2）超宽柜后背板设计为双门形式

所有超宽柜（1250mm以上）后背板设计为双门形式，不应设计为两块板拼焊形式。即使合同上注明也需要与用户沟通，更改为双门形式。

7．机柜结构件设计中应注意的问题（1）机柜结构件设计中不可盲目加大零件材料厚度来提高零件强度或刚度，应首先考虑增加零件折边或加大其折边尺寸，其次可以考虑增加相应的筋板或“几字形”加强槽钢的办法，这样零件的强度或刚度可以提高很多，而重量却不会增加太多。（2）对于可以直接折弯成型的零件，切不可人为再拆分成分件进行拼焊，设计时应将零件是否能够直接折弯成型搞清楚，避免过度拆分零件。（3）除配作孔外，对于零件上的各种孔，在拆分分件时，均应在分件上给出，以便在进行板料加工时由数控激光切割机或数控转塔冲机床直接加工完成，减少和避免手工配作孔。（4）机柜结构件设计时还应注意，必要和适当地改变零件结构，可极大地提高材料利用率。以某立板零件用数控激光切割机自动排样下料为例进行对比验证，虽加工时间有所增加，但节约的成本远高于所增加的费用。2.2.1.3 装配要求

1．机柜部件应采用模块化设计

采用模块化设计是指机柜里的各部件可以单独装配。一个产品中不同的机柜采用相同的模块，这样既减小了机柜总装时的工作量，又提高了装配效率，同时也减少了一个机柜里总的零部件和标准件的数量及品种，减少了配套工作量。采用模块化结构的另一个优点是维修方便，各模块可单独装配、调试和更换，机柜电装接线时只需按照各模块装配，这样方便了钳装和电装；且各模块之间有互换性，维修时只需拆卸几个安装螺钉就可以更换模块，极为方便。

2．装配的可行性和方便性

一个机柜是由许多部件构成的，部件的结构必须考虑装配工序的简单和方便。如选用的各种紧固件，必须留有扳手空间；有运动的部件如转架、抽屉等，必须保证这些部件的运动空间。在设计中，一般大的运动部件事先考虑得较多，而一些小的运动部件容易被忽视，如后门和侧门的锁栓机构，在某些机柜的装配过程中，都曾出现过与别的部件空间位置干涉现象。有时，从单个部件的装配看，某个部件的装配结构是合理的，但从整个机柜的结构看却是不合理的。

设计机柜结构件时应考虑使装配简单方便。大批量组装时，应该少用一些比较费时费力的结构，尽量利用模具冲压成卡扣、突台等利于快速安装的连接方式。小批量生产时，就考虑得少些。另外，还需要考虑装配的先后顺序、装配方式等。

必须考虑用户对产品的要求，改变安装方式（嵌入安装、板式插拔、箱式插拔等），以及安装所采取的固定和锁紧方式，使安装符合电气要求和标准，并考虑安装的互换性和继承性。总之，要求机箱机柜重心低，不易倾倒；机柜结构应方便施工，便于配布线，便于调试和维护。

3．提高结构设计一致性和标准件选用准确性

目前生产中产品设计的一致性程度还不够，特别是一些看起来小的零部件，如印制板的锁紧和插拔装置等。某些通用印制板尺寸只有几种，完全可以将锁紧和插拔装置优化为几种，进行统一预投生产，不仅生产简单，而且解决了临时急用的印制板铆接时没有现成零件的问题。

对标准件的选用存在设计时只注意标准件的形式，而对标准件的长度、直径等没有进行审核，导致按图样明细表领用的标准件因不准确无法安装，不得不重新更换的情况。如对沉头螺钉，没有按新标准标注沉头螺钉的直径，装配时常发现螺钉头高出零件表面，只好对零件重新进行沉孔加工，然后再次进行表面处理，造成不必要的浪费。

4．机柜附件装配的规范化

每个机柜都有大量的接地排、走线夹等附件，这些附件在图样上往往没有标明安装位置，而是在装配时由设计人员现场确定位置，然后再由装配人员现场钻孔装配。如果机柜没有走线图，电装的走线是由电装工根据需要来确定的，走线夹也是在电装完成后再钻孔安装的。由于这些附件的装配不够规范化，既影响了机柜里的整洁和美观，有时还会出现质量问题，如走线夹由于最后进行安装，受空间条件限制，紧固件不好拧紧，在使用过程中可能会发生松动和脱落现象。所以在设计时就应考虑附件的装配位置和装配空间。

5．机柜的维护方便性

机柜所装配的各种电气组件都需要进行维护处理，在设计机柜零部件结构时，应考虑维护的方便性和可能性。如每个机柜顶部都装有接线板，上面装有大量的插头座，插头座一边与机柜里的走线相连，另一边与外接电缆头相连。若设计时没有考虑维护性，从接线板上拆下插头座时，不仅需拔取电缆头，还需要将插头座连接的走线拆掉，一旦需更换接线板将会有很大的麻烦。

在机柜结构设计中必须避免出现自锁机构，凡是在装配后形成盒装封闭结构的，要考虑装配的可能性，应尽量将装配固定点放在外侧。例如，机柜内部装双安装板，一个安装板固定在另一个安装板的前方，如果安装板为非标用纵梁固定，同样必须将固定点放在安装板前方。

柜底部与柜体连接为两段螺母形式时，为方便底座与柜体的连接，需要在底座底部预留与上方固定孔同位置的工艺孔。

当机柜外部装有元器件（风机、接线端子等）时，柜体相邻位置需开过线孔。2.2.1.4 成本要求

材料的选用对成本的影响很大。选用冷钆钢板（SPCC）再电镀的成本会比直接选用镀锌的冷轧钢板（SECC）的成本增加约35％。选用SPCC再电镀的生产周期要比直接选用SECC的周期要长2～3d。

与铸、锻件相比，使用型材所做成的机柜产品有较高的强度、较轻的结构重量；加工简便，所用的设备简单；外形平整，加工余量少，可减轻重量，缩短生产周期，降低成本。

在机柜制作型材中，结构钢型材的成本最低。铝型材的强度稍差，且价格较高。不锈钢型材加工难度大，价格也较高。因此在机柜结构设计时应优先选用钢型材框架结构。

优先采用生产效率高的加工生产方式，可以有效降低生产成本，如采用型材轧制、模具冲压、装配成型等生产方式。

大批量生产时，应该在结构设计时就充分考虑如何缩短装配周期，使装配的费用尽可能降低。小批量生产时，尽可能用一些简单的装配方式，如螺钉连接等。2.2.1.5 其他要求

1．应符合标准化、规格化、系列化的要求（1）提高机柜设计的通用化、系列化、标准化水平。（2）机柜结构设计的继承性，即尽量与已有的结构在风格上、尺寸上协调一致，并最大限度地选用成熟的模块、公用件、借用件和标准件。

2．应便于生产、组装、调试和包装运输（1）尝试采用新工艺、新技术、新材料的可行性，积极提高工艺水平，推动工艺技术进步。应按照合理性和经济性的原则选择控制柜制作材料。（2）保证加工和装配过程中所采用的各种典型工艺的可行性和经济性。（3）保证工艺要素和尺寸链的合理性，设计基准、定位基准、测量基准和装配基准的正确性与合理性。（4）权衡外购件采购的难易程度和外协加工的可行性。（5）装配过程中应避免切削加工，保证机柜装配、调整、维修的可行性和防腐蚀性。装配过程中的二次加工会造成原有防腐表面处理层的破坏，应尽量避免。

2.2.2 影响结构尺寸的因素

应根据电子电气组件、器件和各种装置所需的空间来确定机柜基本尺寸和尺寸链的设计，尺寸系列按照通用标准和定型尺寸，并考虑模数化、标准化、系列化解决安装的互换性。在进行机柜、机箱、外壳、面板、构架、印制电路板插件及母板等设计时，要符合IEC297-3—1984、IEC297-1—1986、ANSI/EIA RS-310标准中所规定的尺寸系列，或标准中推荐使用的尺寸系列。使用时应注意和公制标准对照和互换。2.2.2.1 结构尺寸的要求（1）根据操作需要及控制面板、箱、柜内各种电气部件的尺寸确定电气箱、柜的总体尺寸及结构形式。在非特殊情况下，应使电气控制柜总体尺寸符合机柜标准结构基本尺寸与系列。（2）根据电气控制柜总体尺寸及结构形式、安装尺寸，设计箱内安装支架，并标出安装孔、安装螺栓及接地螺栓尺寸，同时注明配作方式。（3）应考虑走线的方式、安装位置和空间。（4）机柜的主要结构尺寸应符合机柜尺寸系列的规定，见图2.2.3。图2.2.3 壳体（柜/构架）尺寸

①高度尺寸见表2.2.1。表2.2.1 高度尺寸

②宽度尺寸见表2.2.2、表2.2.3。表2.2.2 宽度尺寸（1型轻载壳体）表2.2.3 宽度尺寸（2型强固壳体）

③深度尺寸见表2.2.4。表2.2.4 深度尺寸（5）最大限度地采用标准和通用件，以实现机柜的标准化、通用化和系列化。（6）在设计制造机柜时，应保证具有良好的互换性和通用性，相同型号、规格尺寸的产品应能互换。（7）机柜骨架对底部基准面的垂直度和骨架立柱间的平行度按未注形状和位置公差的规定，其精度不低于C级。2.2.2.2 机柜结构的电气性能要求

1．外壳的绝缘

为了防止金属外壳与带电部件之间的意外接触，如果外壳部分或全部衬垫了绝缘材料，则此绝缘材料应牢固地固定在外壳上。

2．电气间隙和爬电距离

控制设备箱、柜内电气组件与控制设备箱、柜的间距应符合各自相关标准中的规定，并且在正常使用条件下也应保持此距离。

在控制设备内部布置电气组件时，应符合规定的电气间隙和爬电距离或冲击耐受电压，同时要考虑相应的使用条件。

对于裸露的带电导体和端子（如母线、电器之间的连接、电缆接头等），其与控制设备箱、柜的电气间隙和爬电距离或冲击耐受电压至少应符合与其直接相连的电气组件的有关规定。

另外，异常情况（如短路）不应永久性地将控制设备箱、柜与母线之间、连接线之间的电气间隙或介电强度减小到小于与其直接相连的电气组件所规定的值。

3．电气保护与屏蔽（1）保护接地电路所有部件（包括保护接地端子、保护导线和控制柜中的导体结构件部分）的设计，要考虑到能够承受保护接地电路中由于流过接地故障电流所造成的最高热应力和机械应力。（2）对电磁屏蔽有要求的机柜，应采取屏蔽措施，以消除或减少干扰。

电气控制设备在结构上应满足产品电气性能的要求，并考虑其中自动化系统的安装与调试以及运行的可靠性；考虑总线与其他母线分开布局的空间，使总线尽可能远离母线或与母线垂直走向。

2.2.3 控制设备外壳的防护等级

由于要在各控制柜体内安装的电器不同以及使用的环境不同，不同的控制柜会有不同的结构形式，如高风沙环境需要密封性好的控制柜，而在低温环境需要保温性好的控制柜。不管哪种结构形式，都必须保证所安装电器能够正常工作，并使人员能安全地进行在操作、监视和维护。2.2.3.1 电气控制设备常见故障

发热和灰尘、潮湿、危险易爆或腐蚀物质使工业控制电气系统经常出现如下故障：（1）过热使得产品在额定负载下经常跳闸。（2）敞开式散热使得灰尘聚积，并增大噪音，违反环保标准。（3）空气过滤装置阻塞，必须经常清洗或更换。（4）过热使电子测量、秤重、计数或记录仪器读数错误。（5）使用氟利昂的制冷器在环境恶劣的工厂或高温环境中损坏得非常快，且无法在食品行业使用。（6）电气类的空调会产生冷凝水，损坏箱体内部组件。（7）电气类的空调会产生振动，损毁箱体内部组件。

因此，电气控制设备需要一个能够为控制系统提供可靠保护的箱体（外壳），既能使柜内电器免受恶劣自然环境的侵蚀，又能保障工人操作和维修时的安全。2.2.3.2 电柜的防护等级

国家标准《低压电器外壳防护等级》规定了低压电器（下面简称电器）外壳防护等级的分类、分级、标志、定义、试验方法和合格评定等内容和技术要求。

1．表示防护等级的代号由表征字母“IP”和附加在后的两个表征数字及补充字母组成

第一位表征数字及数后补充字母表示第一种防护形式的各个等级，第二位表征数字则表示第二种防护形式的各个等级。

2．第一位表征数字及数后补充字母表示的防护等级及其含义

第一位表征数字及数后补充字母表示电器具有对人体和壳内部件的防护，共分为9个等级，如表2.2.5所示。表2.2.5 第一位表征数字及数后补充字母表示的防护等级

在表2.2.5中第一位表征数字及数后补充字母的相应防护等级从低级到高级排列依次为0、1、2L、3L、4L、3、4、5、6。凡符合某一防护等级的外壳意味着也符合所有低于该防护等级的各级，除有怀疑外，不必再做较低防护等级的试验。

3．第二位表征数字的防护等级及其含义

第二位表征数字表示由于外壳进水而引起有害影响的防护，共分为9个等级，如表2.2.6所示。表2.2.6 第二位表征数字表示防止进水造成有害影响的防护等级

在表2.2.6中，符合某一防护等级的外壳意味着亦符合所有低于该防护等级的各级、除有怀疑外，不必再作较低防护等级的试验。

4．补充字母的使用

当防护的内容有所增加时，可用补充字母来表示。

W：具有附加防护措施或方法要求（放在字母IP后面），可在特定的气候条件下使用的外壳防护等级。

N：具有附加防护措施或方法要求（放在第二位表征数字后面），可在特定尘埃环境条件使用的外壳防护等级（如用于锯木厂、采石场等恶劣尘埃环境条件下）。

L：具有附加防护措施或方法要求（放在第一位表征数字2、3或4后面），可在规定条件下，防止固体异物或试验探针触及壳内带电部分和运动部件使用的外壳防护等级。

规定的气候、尘埃环境、固体异物、试验探针条件以及附加防护措施或方法要求均由制造厂和用户协商确定。

5．当只需用一位表征数字表示某一防护等级时，被省略的数字应以字母“X”代替

如表2.2.5与表2.2.6中的表征符合栏所示的IP1X、IP2LX、IP4X、IP5X等。

6．如需用二位表征数字（或加上的补充字母）以表示产品完整的外壳防护等级时

如需用二位表征数字（或加上的补充字母）以表示产品完整的外壳防护等级时，必须按表2.2.5及表2.2.6中相应表征数字（或加上的补充字母）的相应试验要求的内容进行检验。

如无补充字母W、N、L，则表示这种防护等级在所有正常使用条件下都适用。

7．代号举例

IP65：具有这种代号系指能防止尘埃进入电器外壳内部，并能防喷水。

IP4L4：具有这种代号系指能防止直径大于12.5mm固体异物进入壳内和防止长度不大于100mm直径为1mm的试验探针触及壳内带电部分和运动部件，并能防溅水。

IPW33：具有这种代号系指在特定的气候条件下使用其外壳能防止直径大于2.5mm的固体异物进入电器外壳内部，并能防淋水。2.2.3.3 污染等级

空气中不得有尘埃、酸、盐、腐蚀性及爆炸性气体。如果没有其他规定，设备一般在污染等级2环境中使用，若采用更高设计值，则应在资料中予以说明。

电气设备应适当保护，以防固体和液体的侵入。防止水浸入的防护等级按表2.2.6的规定。

防护其他液体需要附加保护措施。若电气设备安装处的实际环境中存在污染物（如灰尘、酸类物、腐蚀性气体、盐类物等），供方与用户可能有必要达成专门协议。2.2.3.4 机柜的防护等级要求及确定原则

采用外壳防护是安全技术措施之一。应根据设备的应用条件确定设备外壳的防异物、防触电和防水等级，以保证安全。控制设备的旋转、摆动和传动部件应设计得使人不能接近或触及。（1）根据IEC 60529，由控制设备提供的防止触及带电部件，以及外来固体的侵入和液体的进入的防护等级用符号IP来标明。

控制柜应能防止外界固体和液体的侵入，控制柜的外壳一般应具有不低于IP54的防护等级。

对于户内使用的控制设备，如果没有防水的要求，下列IP值为优选参考值：IP00、IP2X、IP3X、IP4X、IP5X。（2）封闭式控制设备在按照制造商的说明书安装好后，其防护等级至少应为IP2X。下列两种情况例外：

①在电气工作区用外壳提供适当的防护等级以防止固体和液体的侵入。

②在汇流线或汇流排系统使用可移式集电器时，没有达到IP22但应用遮栏防护措施。

下列为应用实例及由其外壳提供的典型的防护等级：● 仅装有电动机启动电阻和其他大型设备的通风电柜IP10。● 装有其他设备的通风电柜IP32。● 一般工业用电柜IP32、IP43和IP54。● 低压喷水清洗场（用软管冲、洗）的电柜IP55。● 防细粉尘的电柜IP65。● 汇流环装置的电柜IP2X。

根据安装条件可采用其他适当的防护等级。（3）对于无附加防护设施的户外控制设备，第二位特征数字应至少为3。对于户外控制设备，附加的防护措施可以是防护棚或类似设施。（4）如果没有其他规定，在按照制造商的说明书进行安装时，制造商给出的防护等级适用于整个控制设备，例如，必要时，可封闭控制设备敞开的安装面。

在使用中，被允许的人员需要接近控制设备的内部部件时，制造商还应给出防止直接接触、外来固体和水进入的防护等级。（5）对于带有可移式和/或抽出式部件的控制设备。

为成套设备所规定的防护等级一般适合于可移式和/或抽出式部件的连接位置，制造商应指出在其他位置和在不同位置之间转移时所具有的防护等级。

带有抽出式部件的成套设备可设计成它在试验位置和分离位置以及从一个位置向另一个位置转换时仍保持如同连接位置时的防护等级。

如果在可移式部件或抽出式部件移出以后，成套设备不能保持原来的防护等级，则应达成采用某种措施以保证适当防护的协议。制造商产品目录中给出的资料可以作为这种协议。（6）如果控制设备的某个部分（如工作面）的防护等级与主体部分的防护等级不同，制造商应单独标出该部位的防护等级。例如，IP00——工作面IP20。（7）对于PTTA，除可按IEC 60529进行适当的验证，或者采用经过试验的预制外壳外，不可给出IP值。2.2.3.5 机柜常用的防护等级

机柜常用的防护等级见表2.2.7。表2.2.7 机柜常用的防护等级

2.2.4 机柜的材料

应按照合理性和经济性的原则选择控制柜制作材料。2.2.4.1 绿色环保设计（1）在产品寿命的各个阶段，将产品对自然环境的影响减到最小的必要性已被公众所认可。基于环境方面的考虑见图2.2.4。图2.2.4 与产品生命周期相关的环境因素（2）在设计制造机柜时，应消除或减少噪声干扰。2.2.4.2 机柜材料选择的一般要求（1）电气控制设备机柜的制造材料，应由能够承受控制柜产品标准所规定的机械应力、电气应力及热应力的材料构成。此材料还应能经得起正常使用时可能遇到的潮湿和其他环境因素的影响。（2）电气控制设备机柜选用的材料应能承受按规定条件使用时可能出现的物理和化学的作用，并应考虑材料对人体的危害、材料的老化、材料防腐蚀、材料的电气绝缘性能等因素。（3）电气控制设备机柜选用的材料应能满足制造加工工艺的要求，具有良好的可加工性，以保证制品的加工的合理性和质量。（4）机柜选用的材料应能满足节能环保和循环经济的要求，生产边角料及废品应能回收利用。（5）在保证零件的功能的前提下，尽量选用廉价的材料品种，并降低材料的消耗，降低材料成本。（6）选用常见的金属材料，减少材料规格品种；在同一产品中，尽可能地减少材料的品种和板材厚度规格；对于机柜和一些大的插箱，需要充分考虑降低整机的重量。（7）电气控制箱柜的材料一般应优先选用柜、箱用专用型材、板材。2.2.4.3 材料耐非正常热和火的要求

在电的作用下材料可能受到热应力影响，且有可能使电气及控制设备安全性降低的绝缘材料，在非正常热和火的作用下不应产生不利的影响。

在电气及控制设备上进行的材料试验应采用本系列丛书第3分册《电气控制柜制作技能——调试·试验·维修》第3章规定的方法进行试验。在材料上进行的试验应根据规定进行。与材料可燃性类别有关的热丝引燃和电弧引燃试验要求应符合规定。制造厂应提供绝缘材料供应商所供应的绝缘材料满足上述要求的数据。

用于固定载流部件所使用的绝缘材料部件应满足技术标准规定的灼热丝试验，试验强度根据缘材料部件预期的着火危险性应选择850℃或960℃。产品标准应根据电工电子产品着火危险试验方法的规定选择适用于产品的相应的温度值。

除上述规定的绝缘材料部件外，其他绝缘材料部件应满足技术标准规定的灼热丝试验要求，温度值为650℃。对于小的绝缘材料部件（表面尺寸不超过14mm×14mm），有关产品标准可以规定其他试验的要求（如针焰试验）。对于其他情况，如金属部件大于绝缘材料（如接线端子排）时，也可采用该方法。

当在材料上进行试验时，可根据技术标准规定的可燃性分类法，采用热丝引燃和电弧引燃（如适用）方法进行试验。有关产品标准应规定根据测定固体电气绝缘材料暴露在引燃源后燃烧性能的试验方法，确定材料的可燃性类别。2.2.4.4 材料的验证试验要求

材料的验证试验可按下述适当的方式进行：在电气及控制设备上；在电气及控制设备的部件上；在具有适当横截面积的相同材料的试品上。

电气及控制设备的材料应具有相应的耐非正常热和火的能力。如果具有相同截面积的同一种材料已满足本系列丛书第3分册《电气控制柜制作技能——调试试验维修》第3章中规定的试验要求，则可不必重复进行此项试验。

2.3 机柜的结构设计

2.3.1 机柜结构的机械设计

机柜结构是用薄钢板和角钢或由薄钢板弯制成的型钢组合起来的箱体。控制柜（箱）的外形尺寸、结构、内部构件国家已经标准化，机柜结构的机械设计一般只需要根据控制系统的特殊要求，设计出控制柜面板，并根据内部安装支撑要求设计好内部结构零部件（梁、柱、托架等）。2.3.1.1 机柜结构的机械强度要求（1）控制柜（台、箱）体的强度与刚度应满足产品要求。在结构设计时，除要认真进行动态强度、刚度等计算外，还必须进行必要的模型模拟试验，以确保抗击振动性能。（2）控制设备的机箱、柜不应在50Hz以下的频率发生共振。（3）大型平面薄壁金属零件，应加折皱、弯曲或支撑架。（4）机柜应设计成能耐受安装和正常使用时所产生的应力，此外电气控制设备还应具有耐非正常热和火的能力及耐湿性能。（5）控制柜体或隔板，包括门的闭锁器件、可抽出部件等，应具有足够的机械强度以能够承受正常使用时所遇到的应力。（6）控制柜体的可拆卸部分应采取措施稳固地固定在其固定部分上，必须采取措施防止因电气及控制设备的操作或振动的影响而偶然松动或分离。（7）机柜上所有零部件的机械连接均应牢固可靠，在环境试验后，不允许有裂纹、松脱、移动和锈蚀，可拆卸连接的均应装拆方便。（8）当控制柜体设计成允许不使用工具即可打开其罩壳时，应提供防止紧固件失落的措施。整体外壳被认为是电气及控制设备不可移动的部件，它应作为电气及控制设备不可分离的部分。（9）机柜用螺钉末端伸出螺母的长度，一般不大于螺钉直径且不小于两个螺距。2.3.1.2 机柜活动部件的设计要求（1）控制柜的门应转动灵活，开启角度不得小于90°，但不宜过大。门在开启过程中不应使电器受到冲击或损坏，不能把漆膜擦伤，门上锁以后不应有明显的晃动现象。门与门及门与柜体相邻边之间的缝隙允差见相关国家标准。机柜的门装配后，其间隙应均匀一致，开启灵活。（2）门锁、快锁、铰链、活动导轨等部件装配后，应启动灵活、推拉方便、牢固可靠。各零部件应配合正确，门、抽屉等活动部件应工作灵活，紧固件、连接件应牢固无松动。（3）活动门应设有止动器。（4）为了便于电柜接线和提高工作效率，电柜门铰链要能方便地拆卸，保证再次安装时的方便性和日后使用的可靠性。（5）如果机柜活动门或面板处安装有组件，必须在面板组件开孔之间安排足够的线槽安装筋，以方便面板线槽的可靠固定和标准化的结线。2.3.1.3 用柜体做防护的结构设计要求

1．外部异物侵入的防护

机柜应有足够的能力防止外界固体和液体的侵入，并要考虑到机械运行时的外界影响（即位置和实际环境条件），且应充分防止粉尘、冷却液和切屑侵入。

2．电击的防护设计

带电部件应安装在符合有关技术要求的外壳内，直接接触的最低防护等级为IP2X或IPXXB。

应采取保护措施防止意外地触及电压超过50V的带电部件。电气设备应具备保护人们免受电击的能力。当按照有关规定将控制设备安装在一个系统中时，下述要求可保证所需要的防护措施。考虑到控制设备的特殊要求，那些对于控制设备尤为重要的防护措施详细讲述如下。1）直接接触的防护（1）概述。

电气设备的每个电路或部件，无论是否采取规定的措施，都应遵守下面的规定：可利用控制设备本身适宜的结构措施，也可利用在安装过程中采取的附加措施来获得对直接接触的防护。可以要求制造商给出资料。例如，安装了无进一步防护设施的开启式控制设备的场地，只有经过批准的人才允许进入。

例外：在这些防护措施不适用的场合，可以采用遮栏或外护物，将设备置于伸臂范围以外，使用阻挡物，使用结构或安装防护通道技术等来进行防护。

当电气设备安装在任何人（包括残疾人和儿童）都能打开的地方，其直接接触的防护等级应采用至少IP4X或IPXXD。

可以选择下述一种或几种防护设施，并考虑下述条款中提出的要求。防护设施的选择应依从制造商和用户之间的协议。制造商的产品目录中给出的资料准许作为协议书。（2）利用挡板或外壳进行防护。

利用挡板或外壳进行防护应遵守下述要求。

①带电部件应安装在符合有关技术要求的外壳内，所有外壳的直接接触防护等级至少应为IP2X或IPXXB，金属外壳与被保护的带电部件之间的距离不得小于设计规范所规定的电气间隙和爬电距离，如果外壳是绝缘材料制成的则例外。

②如果壳体上部表面是容易接近的，所有外壳的直接接触的最低防护等级应为IP4X或IPXXD。

③所有挡板和外壳均应安全地固定在其位置上。在考虑它们的特性、尺寸和排列的同时应使它们有足够的稳固性和耐久性以承受正常使用时可能出现的变形和应力，而不减小规定的电气间隙。

④在有必要移动挡板、打开外壳或拆卸外壳的部件（门、护套、覆板和同类物）时，应满足只有在下列的一种条件下才允许开启外壳（即开门、罩、盖板等）。● 必须由熟练人员或受过训练的人员使用钥匙或工具开启外壳，对

于封闭电气工作区，应遵守特殊的技术要求。钥匙或工具的使用

是为限制不熟练或没有受过训练的人员进入。● 在打开门之前，应使所有的带电部件断电，因为打开门后有可能

意外地触及这些带电部件。

这个技术要求可由门与切断开关组成（如电源切断开关）的联锁机构来实现，使得只有在切断开关断开后才能打开门，以及把门关闭后才能接通开关。

举例：将隔离器与一个门或几个门同时联锁，以使它们在隔离器断开时，才能被打开，而且在打开门时，隔离器不可能再闭合，除非解除联锁或使用工具。

在TN-C系统中，PEN导体不应分离或断开；TN-S系统中，中性导体不必分离或断开。

电柜背后门未与断开机构联锁时，应提供措施限制熟练人员或受过训练的人员接近带电体。

切断开关断开后所有仍然带电的部件应进行防护，其直接接触的防护等级应至少为IP2X或IPXXB，这些部件应按规定标明警告标志。

以下情况除外：

①由于连接联锁电路而可能带电的部件和用颜色区分可能带电的部件应符合颜色标识的规定。

②若电源切断开关单独安装在独立的外壳中，它的电源端子可以不遮盖。

③只有当所有带电件直接接触的防护等级不低于IP2X或IPXXB时，才允许不用钥匙、工具或不切断带电部件去开启外壳。用遮栏提供这种防护条件时，要求使用工具才能拆除遮栏，或拆除遮栏时所有被防护的带电部分能自动断电。

应给控制设备装设一个内部屏障或活动挡板来遮挡所有的带电部件，这样，在门被打开时，操作人员不会意外地触及带电部件。此屏障或活动挡板应符合相关规定，它们可以被固定在其位置上，或者在打开门的一瞬间滑入其位置上。除非使用钥匙或工具，否则屏障或活动挡板不可能被取下。屏障或活动挡板一般均需加警告标志。

④对挡板后面或外壳内部的所有带电部件需要做临时处理时（如更换灯泡和熔芯），仅在下列条件得到满足时，方可在不用钥匙或工具，同时也不断开开关的情况下，移动、打开或拆卸挡板或外壳。● 在挡板后面或外壳内设置一屏障，以防止人员意外碰到不带其他

保护设施的带电部件，但不必防止有关人员故意用手越过挡板去

触及带电部件。不用钥匙或工具则不能移动这层屏障。● 如果带电部件的电压符合安全超低压的条件，则不需进行防护。（3）用挡板或隔板实现成套设备内部的隔离。

用挡板或隔板进行隔离的典型形式见表2.3.1。表2.3.1 用挡板或隔板进行隔离的典型形式（示例参见GB 7251.1—2005的附录D）

利用屏障进行防护适用于开启式控制设备。用挡板或隔板（金属的或非金属的）将成套设备分成单独的隔室或封闭的防护空间以达到下述一种或几种状态。

①防止触及相邻功能单元的危险部件。防护等级至少应为IPXXB；

②防止固体外来物从成套设备的一个单元进入相邻的单元。防护等级至少应为IP2X。防护等级IP2X包括了防护等级IPXXB。

如果制造商没有提出异议，则上述两个条件应适用。

隔离形式和更高的防护等级应服从于制造商与用户之间的协议。

所有挡板和外壳均应安全地固定在其位置上。在考虑它们的特性、尺寸和排列的同时应使它们有足够的稳固性和耐久性以承受正常使用时可能出现的变形和应力，而不减小规定的电气间隙。（4）用绝缘物防护带电部分。

带电体应用绝缘物完全覆盖住，只有用破坏性办法才能去掉绝缘层。在正常工作条件下绝缘物应能经得住机械的、化学的、电气的和热的应力作用。

例如把带电部件用绝缘材料包裹，电缆即为一例。

通常单独使用的油漆、清漆、喷漆、搪瓷或类似物品的绝缘强度不够，不能作为正常使用时的触电防护材料。油漆、清漆、喷漆和类似产品，不适于单独用于防护正常工作条件下的电击。（5）用遮栏防护。

使用遮栏或外护物以防止与带电部分的任何接触。（6）置于伸臂范围以外的防护或用阻挡物的防护。

阻挡物用以防止无意地触及带电部分，但不能防止故意绕过阻挡物有意地触及带电部分。

置于伸臂范围之外的防护只能用于防止无意地触及带电部分。

若汇流线系统和汇流排系统的防护等级低于IP2X，则带电部分应用局部绝缘防护。2）间接接触的防护

防止出现危险触摸电压可采取下列措施：采用Ⅱ类设备或等效绝缘和电气隔离。（1）采用Ⅱ类设备或等效绝缘作防护。

这种措施用来预防由于基本绝缘失效而出现在易接近部件上的危险触摸电压。

这种保护通过下述一种或多种措施来实现：● 采用Ⅱ类电气设备或器件（双重绝缘、加强绝缘或符合国家标准《电击防护装置和设备的通用部分》的等效绝缘）；● 采用具有完整绝缘的控制开关设备和控制设备组合；● 使用附加的或加强的绝缘。

采用完全绝缘防止间接接触必须满足下述要求：

①电气组件应用绝缘材料完全封闭。外壳上应标有从外部易见的符号。

②外壳采用绝缘材料制作，这种绝缘材料应能耐受在正常使用条件下或特殊使用条件下易于遭受的机械、电气和热应力，而且还应具有耐老化和阻燃能力。

③外壳上不应有因导电部件穿过而可能将故障电压引出壳体外的部位。

这就是说，金属部件，例如由于结构上的原因必须引出外壳的操作机构的轴，在外壳的内部和外部应按最大的额定绝缘电压与带电部件绝缘，而且（如果适用）应按控制设备中所有电路的最大额定冲击耐受电压绝缘。

如果操作机构是用金属做的（不管是否用绝缘材料覆盖），应按最大额定绝缘电压提供额定的绝缘，而且（如果适用）应按控制设备中所有电路的最大额定冲击耐受电压提供绝缘。

如果操作机构主要是用绝缘材料做的，若它的任何金属部件在绝缘故障时变得易接触，也应按最大额定绝缘电压与带电部件绝缘，而且（如果适用）也应按控制设备中所有电路的最大额定冲击耐受电压绝缘。

④控制设备准备投入运行并接上电源时，外壳应将所有的带电部件、裸露导电部件和附属于保护电路的部件封闭起来，以使它们不被触及。外壳提供的防护等级至少应为IP3XD。如果保护导体穿过一个裸露的导电部件已被隔离的控制设备，并延伸到与控制设备负载端连接的电气设备，则该控制设备应配备连接外部保护导体的端子，并用适当标记加以区别。

在外壳内部，保护导体及其端子应与带电部件绝缘，且裸露导电部件应以与带电部件相同的方法进行绝缘。

⑤控制设备内部的裸露导电部件不应连接在保护电路上，也就是说不应把裸露导电部件用于保护电路这一防护措施中。这同时也适用于内装电气组件，即使它们具有用于连接保护导体的端子。

⑥如果外壳上的门或覆板不使用钥匙或工具也可打开，则应配备一个用绝缘材料制成的屏障，此屏障不仅可防止无意识地触及可接近的带电部件，而且还可防止无意识地触及在打开覆板后可接近的裸露导电部件。因此，此挡板不使用工具应不能打开。（2）电气隔离。

单一电路的电气隔离，用来防止在该电路的带电部分基本绝缘失效时触及外露可导电部分而引起的电击电流。

电气隔离通常采用剩余电流保护器，剩余电流保护器只是用于加强直接接触防护的额外的措施。

3．控制设备内部操作与维修通道

控制设备内部操作与维修通道必须符合IEC 60364-4-481的要求。

控制设备内极限深度约1m的凹进部分不应视为通道。

4．对经过允许的人员接近运行中的控制设备的要求

根据制造商与用户的协议，经过允许的人员接近运行中的控制设备，必须满足下述制造商和用户同意的一项或几项要求。当经过允许的人员获准接近控制设备时，双方同意的要求生效，例如，控制设备或其部件带电时，经过允许的人员可借助工具或用解除联锁的办法接近控制设备。1）对进行检查和类似操作而接近控制设备的要求

在控制设备带电运行的情况下，控制设备的设计与布置应使制造商与用户间商定的某些操作项目得以进行。这类操作可以是：（1）直观检查。

①开关器件及其他元器件；

②继电器和脱扣器的定位和指示器；

③导线的连接与标记。（2）继电器、脱扣器及电子器件的调整和复位。（3）更换熔芯。（4）更换指示灯。（5）某些故障部位的检测，如用设计适宜并绝缘的器件测量电压和电流。2）对进行维修而接近控制设备的要求（1）机柜应设计成当柜体打开且其他保护措施（如有）移去时，在按制造厂规定进行安装和维修的过程中需要接近的所有部件都能容易接近。（2）为了接纳外部导体从进口孔进入机柜，机柜内应有足够的空间以确保导体可靠连接到接线端子上。（3）如果电气控制设备的柜体装有按钮，则按钮应从柜体的内部拆除。如从电气及控制设备的柜体外部拆除，则需要专用工具。（4）在相邻的功能单元或功能组仍带电的情况下，对控制设备中已断开的功能单元或功能组按照制造商和用户的协议进行维修时，应采取必要的措施。措施的选择取决于使用条件、维修周期、维修人员的能力、现场安装规则等。这些措施包括适当的隔离形式的选择，可以是：

①在需维修的单元或功能组和相邻的功能单元或功能组之间应留有足够大的空间。建议对维修中可能移动的部件装配夹持固定设施；

②使用用来防止直接接触邻近功能单元或功能组的挡板；

③对每个功能单元或功能组使用隔室；

④插入制造商提供或规定的附加保护器件。3）对带电情况下为扩展设备而接近控制设备的要求

若要求将来能在其余部分带电的情况下，用附加的功能单元或功能组来扩展设备，应根据制造商和用户的协议，采用对进行维修而接近成套设备的要求的规定。这些要求同时适用于在现有电缆带电的情况下，增加出线电缆。

母线的扩充和附加的单元与其进线电源连接时，不应在带电的情况下进行，除非控制设备的设计允许带电连接。2.3.1.4 机柜接地的结构设计要求（1）机柜应符合接地要求。一般情况下，其接地引出线处的直流搭接电阻不大于0.01Ω。（2）柜体必须有良好的接地，柜体上应设有专用接地螺柱，并有接地标记。接地螺柱的直径与接地铜导体截面、电气设备电源线截面的关系（对固定安装的电气设备）见表2.3.2。表2.3.2 接地导体、螺柱关系表（3）在海上运行的电柜内的接地螺栓用铜制。如采用钢质螺栓，必须在电箱外壳上漆前用包带可靠地将其紧密包扎，以防止油漆覆层影响接地效果。必须保证箱壳完毕时接地螺钉无锈迹。（4）不论电柜柜门上是否安装组件，都必须安装接地螺钉，柜门接地螺钉必须采用焊接结构。（5）保护及工作接地的接线柱螺纹直径应不小于6mm。专用接地接线柱或接地板的导电能力，至少应相当于专用接地导体的导电能力，且有足够的机械强度。（6）电气连接接通性能。

机柜、框架结构需备有供可靠接地，且直径不小于8mm的螺母（螺钉或接地用的结构组件）。机柜结构上的各个金属件与接地螺母（螺钉或接地组件）间的连通电阻实测值，不得超过0.01Ω（允许并接的紫铜线带或其他措施）。（7）金属外壳的固定部分应与电气及控制设备的其他外露导电部件在电气上连接并连接到接地端子上，使它们能良好地接地或接到保护导体上去。（8）外壳的可拆卸金属部分就位时绝不能与带有接地端子的部件绝缘。

2.3.2 机柜安全防护设计

安全稳定性指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。所以，安全稳定性是产品质量的时间指标，是产品性能能否在实际使用中得到充分发挥的关键之一。安全稳定性设计必须与机电产品的功能设计同步进行，设计人员必须明确安全稳定性设计的目的并掌握安全稳定性设计的方法。（1）控制设备不允许由于振动、大风或其他外界作用力而翻倒。在进行元器件安装位置设计时，应使其有较合理的重心位置。（2）如果控制设备的稳定性只有通过在安装和使用现场采取一定的方式或特殊措施才能实现，则应在设备上或使用说明书中加以说明。（3）固定式控制设备可设计固定孔，在固定点埋设地脚螺钉或其他限位部件，以保证稳定性。（4）应参照前述标准采取电击防护措施，防止操作人员直接或间接接触带电体。（5）应对电控系统采取较完善的屏蔽措施，防止受雷电感应过电压损害。带面板的控制柜各侧一般宜用薄钢板做成，并连接到等电位连接带上。2.3.2.2 温升

表2.3.3给出了电气控制设备的温升限值，在平均环境温度低于或等于35℃、按照要求对成套设备温升进行验证时，不应超过此值。一个组件或部件的温升是指按照国家标准的要求所测得的该组件或部件的温度与成套设备外部环境空气温度的差值。表2.3.3 温升限值

一个组件或部件的温升是指按照试验标准要求所测得的该组件或部件的温度与控制设备外部环境空气温度的差值。

根据使用环境条件、可靠性要求，考虑通风散热。在考虑散热方式时，应尽可能地采用自然冷却方式；自然冷却方式不能满足散热要求时，可采用强制风冷、水冷或其他冷却方式。2.3.2.3 电气联锁（1）对于抽出式结构，设计的结构中能安装电气联锁用的器件，如微动开关等，应保证系统在试验、连接、分离位置时的电气相互联锁，防止误操作。（2）联锁装置必须能互锁以免松开时伤人。也要防止锁因意外而打开，因为这可能伤人或损坏设备。（3）只有在下列的一种条件下才允许开启外壳（即开门、罩、盖板等）：

①必须使用钥匙或工具由熟练人员或受过训练的人员开启外壳，对于封闭电气工作区，应遵守特殊的技术要求。钥匙或工具的使用是为限制熟练人员或受过训练的人员进入。

②开启外壳之前先切断其内部的带电部件。

这个技术要求可由门与切断开关（如电源切断开关）的联锁机构来实现，使得只有在切断开关断开后才能打开门，以及把门关闭后才能接通开关。

例外：下列情况可用供方规定的专门器件或工具解除联锁：● 当解除联锁时，不论什么时候都能断开并在断开位置锁住或其他

防止未经允许闭合切断开关。● 当关上门时，联锁功能自动恢复。● 当设备需要带电对电器重新调整或整定时，可能触及的所有带电

部件的防止直接接触的防护等级应至少为IP2X或IPXXB，门内其

他带电部件防止直接接触的防护等级应至少为IP1X或IPXXA。● 专门器件或工具的使用仅限于熟练人员或受过训练的人员。

③只有当所有带电件直接接触的防护等级不低于IP2X或IPXXB时，才允许不用钥匙或工具和不切断带电部件去开启外壳。用遮栏提供这种防护条件时，要求使用工具才能拆除遮栏，或拆除遮栏时所有被防护的带电部分能自动断电。2.3.2.4 抽出式部件的隔离距离（1）如果功能单元安装在抽出式部件上，如设备处于新的条件下，抽出式部件的隔离距离至少要符合关于隔离器规定的要求，同时要考虑到制造公差和由于磨损而造成的尺寸变化。（2）为成套设备所规定的防护等级一般适合于可移式和/或抽出式部件的连接位置，制造商应指出在其他位置和在不同位置之间转移时所具有的防护等级。

带有抽出式部件的成套设备可设计成其在试验位置和分离位置以及从一个位置向另一个位置转换时仍保持如同连接位置时的防护等级。

如果在可移式部件或抽出式部件移出以后，成套设备不能保持原来的防护等级，应达成采用某种措施以保证适当防护的协议。制造商产品目录中给出的资料可以作为这种协议。2.3.2.5 隔室

电气控制柜各功能单元均用钢板隔离，当任何一个功能单元发生事故时，均不影响其他单元，防止事故扩大。

柜体应有辅助电缆隔室用于布置各种控制信号线并作为通信电缆通道，且该隔室应远离主回路或大电流母线。在辅助电缆隔室中还应留有安装通信接口器件、连接端子、电源模块等的空间。通信电缆应有可能与其他控制信号线分开布置。

在主进线柜或其他机柜设计中，应有专门隔室用于安装系统中的控制器件，如PLC、控制电源、人机界面HMI等。2.3.2.6 电柜、门和通孔（1）根据现场安装位置、操作、维修方便等要求，设计电气控制柜的开门方式及形式。

紧固门和盖的紧固件应为系留式的。为观察内部安装的指示器件而提供的窗，应选择合适的能经受住机械应力和耐化学腐蚀的材料，如3mm厚的钢化玻璃和聚碳酸酯板。（2）建议电柜门使用垂直铰链，最好是提升拆卸形式，开角最小95°，门宽不超过0.9m。（3）门、罩和盖与外壳的结合面和密封垫应能经受住机构所用的侵蚀性液体、油、雾或气体的化学影响。为了运行或维修而需要开启或移动的电柜上的门、罩和盖，应采取保持其防护等级的措施：

牢靠紧固在门、盖或电柜上；

不应由于门、盖的移开或复位而损坏并使防护等级降低。（4）当外壳上有通孔（如电缆通道），包括通向地板或地基和通向机械其他部件的通孔，均应提供措施以确保获得设备规定的防护等级。电缆的进口在现场应容易再打开。机械内部装有电器件的壁龛底面可提供适当的通孔，以便能排除冷凝水。

在装有电气设备的壁龛和装有冷却液、润滑或液压油的隔间或可能进入油液、其他液体以及粉尘的隔间之间不应有通孔。这个要求不适用于专门设计的在油中工作的电器（如电磁离合器），也不适用于需要施用冷却液的电气设备。（5）如果电柜中有安装用孔，应注意安装应不致削弱这些孔所要求的防护等级。

2.3.3 控制柜外观与造型设计要求

2.3.4 便利性设计

1．控制设备中电气组件和电路的布置应便于操作和维修，同时要保证必要的安全等级（1）有足够的使用工具操作的空间位置。（2）机箱、门和有铰链的盖子都要用圆边和圆角。向外伸出的边缘长度越短越好。（3）保护工作人员不受锋利的边、毛刺、尖角的伤害。凡向外突出的东西都应尽量避免或予以包垫，或显著标明。（4）最好使用凹入型把手而勿用外伸型，以节省空间，避免伤人，也免得绊上其他组件、线路或结构。

2．结构要简单可靠，操作便捷，其优选顺序为（1）快速解脱的紧固件：长锁→扣锁→夹持器→系留紧固件→螺钉→螺栓。（2）用手操作的：能用多种通用工具操作→使用一种通用工具操作→专用工具操作（尽量避免）。2.3.4.2 控制柜的搬运结构设计（1）控制设备机柜的外形尺寸应能满足运输标准的要求，应便于移动和搬运。（2）控制设备机柜的结构强度及刚度应能保证在移动和搬运过程中不会损坏。（3）机柜设计时应标明控制设备及其零部件的重量，注明拆卸部分位置及重量。（4）为便于电气控制柜移动、运输、安装、维修、搬运，保证其运动过程中安全可靠，应设计合适的起吊勾或在箱体底部设计活动脚轮。（5）在规定的运输、冲击、颠振和振动环境下，应能可靠地工作；必要时，机柜应有隔振装置。应掌握机柜安装地点的振动情况，据此提出不同的防振措施，如使用垫橡皮垫、防振弹簧等。

2.3.5 改善控制柜工作条件的措施

户外控制设备或封闭式户内控制设备用于高湿度或温度变化范围很大的场所时，应采取适当的措施（通风或内部加热、排水孔等）防止控制设备内产生有害的凝露，同时仍应保持规定的防护等级。

要求采取正确的电气设备设计来防止偶然性凝露的有害影响，必要时采用适当的附加设施，如内装加热器、空调器、排水孔等。

1．降低湿度设计（1）加热是降低环境湿度、防止凝露危害的有效技术手段。（2）对设备或组件进行密封是防止潮气及盐雾长期影响的最有效的机械防潮方法。（3）为了防潮，元器件表面可涂覆有机漆。对元器件可以采取憎水处理及浸渍等化学防护措施。（4）对于不可更换的或不可修复的元器件组合装置可以采用环氧树脂灌装。（5）采用密封措施时，必须注意解决好设备或组合密封后的散热问题，如利用导热性好的材料作外壳，或采用特殊导热措施。还必须注意消除可能在设备内部造成腐蚀条件的各种因素。（6）为了防止霉菌对电气控制设备造成危害，应对设备的温度和湿度进行控制，降低温度和湿度并保持良好的通风条件，以防止霉菌生长。

2．防腐设计（1）选择耐腐蚀金属材料，也可以考虑选用工程塑料等非金属材料代替金属材料。（2）合理选择材料，降低互相接触金属（或金属层）之间的电位差。（3）当必须把不允许接触的金属材料装配在一起时，可以在两种金属之间涂敷保护层或放置绝缘衬垫；在金属上镀以允许接触的金属层；尽可能扩大阳极性金属的表面积，缩小阴极性金属的表面积。（4）避免不合理的结构设计。如避免积水结构，消除点焊、铆接、螺纹紧固处缝隙腐蚀；避免引起应力集中的结构形式；零件应力值应小于屈服极限的75％。（5）采取适当的工艺消除内应力；加厚易腐蚀部位的构件尺寸。（6）采取耐腐蚀覆盖层。金属覆盖层（锌、镉、锡、镍、铜、铬、金、银等镀层）；非金覆盖层（油漆等）；化学处理层（黑色金属氧化处理——发蓝、黑色金属的磷化处理、铝及铝合金的氧化处理、铜及铜合金纯化和氧化处理等）。

为了防止盐雾对设备的危害，应严格电镀工艺，保证镀层厚度，选择合适的电镀材料（如铅—锡合金）等，这些措施对盐、雾、雨、海水具有十分可观的抵抗能力。2.3.5.2 冷却降温

冷却是降低电气控制设备环境工作温度，提高设备工作可靠性的有效方法。

控制设备可采用自然冷却或强制冷却（风冷或水冷）。安装场地如果要求有特殊措施保证良好的冷却，那么制造商应提供必要的资料（例如，给出与阻碍散热或自身产生热的部件之间的距离）。

1．冷却设计原则（1）考虑经济性、体积及重量等，应最大限度地利用传导、辐射、对流等基本冷却方式，避免外加冷却设施。（2）冷却方法优选顺序为：自然冷却→强制风冷→液体冷却→蒸发冷却。（3）优先考虑利用金属机箱或底盘散热。（4）力求使所有的接头都能传热，并且紧密地安装在一起以保证最大的金属接触面。必要时，建议加一层导热硅胶以提高产品传热性能。（5）器件的方向及安装方式应保证最大对流。（6）选用导热系数大的材料制造热传导零件，如银、紫铜、氧化铍陶瓷及铝等。（7）加大热传导面积和传导零件之间的接触面积。在两种不同温度的物体相互接触时，接触热阻是至关重要的。为此，必须提高接触表面的加工精度、加大接触压力或垫入软的可展性导热材料。（8）设置整套的冷却系统，以免在底盘抽出维修时不能抗高温的器件因高温热而失效。（9）将热敏部件装在热源下面，或将其隔离。对靠近热源的热敏部件，要加上光滑的涂上漆的热屏蔽。（10）为利于控制柜箱内电器的通风散热，在箱体适当部位设计通风孔或通风槽，必要时应在柜体上部设计强迫通风装置与通风孔。

2．空气冷却1）自然冷却

采用空气自然冷却时，散热器周围应留有足够的空间，以保证组件所需要的冷却条件。2）强迫风冷

采用强迫风冷的设备，必要时，进风口处应装有过滤装置，以滤除空气中的尘埃，或者采用经过过滤的空气作为进风。进口风温应由产品技术文件作出规定。（1）使用通风机进行风冷，使功率元器件温度保持在安全的工作温度范围内。通风口必须符合电磁干扰、安全性要求，同时应考虑防淋雨要求。（2）空气冷却系统需根据散热量进行设计，并应考虑下列条件：在封闭的设备内压力降低时应通入的空气量、设备的体积，在热源处保持的安全工作温度，以及冷却功率的最低限度（即使空气在冷却系统内运动所需的能量）。在计算空气流量时，要考虑因空气通道布线而减少的截面积。（3）设计时注意使强制通风和自然通风的方向一致。保证进气与排气间有足够的距离。非经特别允许，不可将通风孔及排气孔开在机箱顶部或面板上。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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