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| 标准编号 | GB/T 46155-2025 (GB/T46155-2025) | | 中文名称 | 重型机械 电气控制系统设计要求 | | 英文名称 | Heavy mechanical - Design requirements for electrical control systems | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | K62 | | 国际标准分类 | 29.020 | | 字数估计 | 14,146 | | 发布日期 | 2025-08-29 | | 实施日期 | 2025-08-29 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 46155-2025: 重型机械 电气控制系统设计要求
ICS 29.020
CCSK62
中华人民共和国国家标准
重型机械 电气控制系统设计要求
2025-08-29发布
2025-08-29实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 2
4 符号和缩略语 2
5 组成与功能 2
5.1 组成 2
5.2 功能 3
6 文件编制 3
6.1 一般要求 3
6.2 图形符号 3
7 电控系统设计 3
7.1 一般要求 3
7.2 电气传动系统设计 4
7.3 基础自动化控制系统设计 5
7.4 过程自动化控制系统设计 6
7.5 台箱柜设计 7
7.6 电气配管配线设计 7
8 安全设计 8
8.1 接地安全设计 8
8.2 安全控制系统设计 8
8.3 网络安全设计 8
8.4 数据安全设计 8
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由全国冶金设备标准化技术委员会(SAC/TC409)提出并归口。
本文件起草单位:一重集团天津智能控制有限公司、中国重型机械研究院股份公司、西北工业大学、
西安交通大学、燕山大学、太原重工股份有限公司、沈阳建筑大学、济南重工股份有限公司、北京科技大
学、北京航空航天大学、一重集团大连工程技术有限公司、二重(德阳)重型装备有限公司、西安海威信诚
检验检测咨询有限公司。
本文件主要起草人:刘巨伟、王社昌、何博、吴量、李磊、洪军、李恒、王泽宇、秦捷、周鹏、邱健、阮东辉、
姚静、林起崟、刘华强、付永领、杨未柱、孙守义、马步强、冯连强、刘俊平、高林、左秀丽、高建军、王霞、夏娟、
刘勇、杜寄勇、张立波、邱立朋、胡阳虎、苏振华、杨鹏、郝乐、宁博、马海宽、高璐、徐江、董波、张镭、王子男、
徐佳璨、冯聪聪、阎颖、吴建华、武建国、李韬、彭妍、冯聪聪、杨海山、樊晓松、张洪帅、王刚、王頔、邓永泉、
王建星。
重型机械 电气控制系统设计要求
1 范围
本文件规定了重型机械电气控制系统的组成与功能、文件编制、电控系统设计、安全的设计。
本文件适用于重型机械电气控制系统的设计。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB 2894 安全标志及其使用导则
GB/T 2900(所有部分) 电工术语
GB/T 3797 电气控制设备
GB 3836.15 爆炸性环境 第15部分:电气装置设计、选型、安装规范
GB/T 4208-2017 外壳防护等级(IP代码)
GB/T 4728(所有部分) 电气简图用图形符号
GB/T 5226.1 机械电气安全 机械电气设备 第1部分:通用技术条件
GB/T 5465(所有部分) 电气设备用图形符号
GB/T 6988.1 电气技术用文件的编制 第1部分:规则
GB/T 6995(所有部分) 电线电缆识别标志方法
GB/T 7251.1 低压成套开关设备和控制设备 第1部分:总则
GB/T 13283 工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精确度等级
GB/T 13993(所有部分) 通信光缆
GB 14050 系统接地的型式及安全技术要求
GB/T 15969.1 可编程序控制器 第1部分:通用信息
GB/T 15969.6 可编程序控制器 第6部分:功能安全
GB/T 16439 交流伺服系统通用技术规范
GB/T 16657.2 工业通信网络 现场总线规范 第2部分:物理层规范和服务定义
GB/T 16855.1 机械安全 控制系统安全相关部件 第1部分:设计通则
GB/T 19045 明细表的编制
GB/T 20063(所有部分) 简图用图形符号
GB/T 20984 信息安全技术 信息安全风险评估方法
GB/T 22239 信息安全技术 网络安全等级保护基本要求
GB/T 23371(所有部分) 电气设备用图形符号基本规则
GB/T 36245 工业过程测量与控制仪表可靠性分配指南
GB/T 38854 智能工厂 生产过程控制数据传输协议
GB/T 40813 信息安全技术 工业控制系统安全防护技术要求和测试评价方法
GB/T 43697 数据安全技术 数据分类分级规则
GB 50054 低压配电设计规范
3 术语和定义
GB/T 2900(所有部分)和GB/T 15969.1界定的术语和定义适用于本文件。
4 符号和缩略语
下列符号和缩略语适用于本文件。
B/S:浏览器/服务器(Browser/Server)
C/S:客户端/服务器(Client/Server)
EMF:反电动势(ElectromotiveForce)
MCC:马达控制中心(MotorControlCenter)
PG:脉冲发生器(PulseGenerator)
V/F:电压/频率(Voltage/Frequency)
5 组成与功能
5.1 组成
重型机械电气控制系统(以下简称“电控系统”)主要由电气传动系统(含中压传动系统、低压传动系
统)、基础自动化控制系统、过程自动化控制系统、台箱柜和配管配线组成。
电控系统典型网络图如图1所示。
图1 电控系统典型网络图
5.2 功能
根据重型机械设备的功能和工艺要求,电控系统应具备完成重型机械设备正常运行的各种控制功
能、安全保护功能及人机接口功能。
6 文件编制
6.1 一般要求
电控系统技术文件的编制应符合GB/T 6988.1的规定,明细表的编制应符合GB/T 19045的规定。
6.2 图形符号
简图用图形符号表示规则应符合GB/T 4728(所有部分)、GB/T 20063(所有部分)的规定。电气设
备用图形符号表示规则应符合GB/T 5465(所有部分)、GB/T 23371(所有部分)的规定。
7 电控系统设计
7.1 一般要求
7.1.1 电控系统设计和环境要求应符合GB/T 5226.1的规定。
7.1.2 电控系统设计应确保设备的功能完整、安全可靠。
7.1.3 在有爆炸危险环境下,电气设备的设计应符合GB 3836.15的规定。
7.1.4 中压传动系统控制器、基础自动化系统控制器、服务器、HMI应配置不间断电源,不间断电源供
电时间不应少于30min或应保证数据备份要求。
7.2 电气传动系统设计
7.2.1 交流电气传动系统
7.2.1.1 交流电气传动系统的负载类型一般可分为恒转矩负载、恒功率负载、二次方转矩负载(风机、泵
类负载)。根据传动电动机的功率大小和使用要求,恒转矩负载和恒功率负载类型的电气传动系统分为
大功率交流电气传动系统和小功率交流电气传动系统。
7.2.1.2 大功率交流传动系统的控制器宜选用中压交直交变频器,其技术性能如下:
a) 控制方式应采用矢量控制或直接转矩控制;
b) 主回路拓扑结构应采用三电平交直交变频;
c) 电压等级宜采用AC3300V;
d) 冷却方式应为水冷;
e) 功率单元主要应包括整流单元、逆变单元、电容组单元、电阻制动单元、隔离单元、励磁单元(同
步机)以及输入输出滤波单元;
f) 容量应符合负载最大功率过载需求;
g) 设计应综合系统效率、可靠性、谐波抑制、热管理及电磁兼容性等多方面因素。
7.2.1.3 小功率交流传动的控制器宜选用低压交直交变频器,其技术性能如下:
a) 控制方式应采用V/F控制、矢量控制或直接转矩控制;
b) 主回路拓扑结构应采用两电平或三电平交直交变频;
c) 电压等级通常包括AC380(400)V、AC500V、AC660(690)V;
d) 冷却方式包括自冷、风冷、水冷;
e) 功率单元应包括但不限于整流单元、逆变单元、电阻制动单元、输入输出滤波单元;
f) 功率单元应根据实际负载要求选用重载应用或轻载应用;
g) 与PLC之间的信号交换宜采用现场总线方式;
h) 容量应符合负载最大功率过载需求。
7.2.1.4 风机、泵类等不采用速度闭环控制的交流电气传动系统,变频器控制方式宜采用V/F控制,变
频器容量满足最大功率过载要求。
7.2.1.5 交流不调速电动机由 MCC控制,每台电动机回路由断路器、接触器、热继电器或电动机保护
装置组成。根据工艺需求,较大功率的电动机宜采用软起动方式,配置软启动器。MCC系统宜配远程
I/O,通过现场总线方式与PLC系统进行信号交换。
7.2.1.6 有快速响应、精确控制要求的传动机构应采用伺服传动控制。有节能需求的介质系统,工作泵
宜采用电液伺服传动控制。伺服传动控制的设计应符合GB/T 16439的规定。
7.2.2 直流电气传动系统
7.2.2.1 直流电气传动系统由直流调速装置控制。
7.2.2.2 直流调速装置根据负载的控制要求分为两象限运行的直流调速装置和四象限运行的直流调速
装置。直流调速装置应满足下列技术要求:
a) 功率元件:可控硅;
b) 电压等级:440V~1000V;
c) 控制方式:EMF方式、速度传感器反馈方式;
d) 传动单元散热器类型:铝型材散热器、铜型材散热器、热管散热器、水冷散热器;
e) 整流电压的脉波数:6脉波、12脉波,大功率直流传动系统优选12脉波;
f) 励磁整流方式:单相半控桥、三相全控桥。
7.3 基础自动化控制系统设计
7.3.1 一般要求
7.3.1.1 单体设备的运行模式要求如下:
a) 检修模式:单体设备无联锁自由动作;
b) 手动模式:单体设备有联锁动作;
c) 半自动模式:根据设备功能要求设置此模式,在多设备顺序控制情况下,由操作者确认每个设
备的自动动作;
d) 自动模式:根据设备功能要求设置此模式,多设备的自动顺序控制不需要操作者确认;
e) 模式由带锁定的转换开关选择。
7.3.1.2 基础自动化控制系统应采用PLC作为控制器,控制器技术要求如下:
a) 控制器处理能力、任务扫描周期、数据交换等应符合设备的控制功能需求;
b) 控制器功能安全应符合GB/T 15969.6的规定;
c) 控制器的网络安全隔离应符合GB/T 40813的规定。
7.3.1.3 基础自动化控制系统应具有物料跟踪、顺序控制、逻辑控制、工艺控制、监控、数据采集等功能。
7.3.1.4 基础自动化控制系统应具有故障诊断、故障记录和故障查询等功能。
7.3.1.5 基础自动化控制系统余量设计要求如下:
a) PLC存储空间使用量不应大于80%;
b) I/O模块配置余量不应低于10%;
c) 网络峰值负荷不应大于70%。
7.3.1.6 基础自动化控制系统性能指标应符合表1的规定。
表1 基础自动化控制系统性能指标
序号 性能名称 要求
1 L1HMI屏幕切换时间 ≤1s
2 L1HMI数据刷新时间 ≤0.5s
3 网络峰值负荷 ≤70%
7.3.2 现场总线及通信
7.3.2.1 现场总线及通信应符合GB/T 16657.2的规定。
7.3.2.2 采用工业以太网通信,当带宽不小于100Mb且2个终端间距离大于100m时,通信应采用光
纤介质。
7.3.2.3 采用无线通信组网,应保证信号中继强度及控制信号的连续可靠性,无线通信采用5G/工业
Wi-Fi/蓝牙等方式。
7.3.2.4 现场总线可采用星型网络或环形网络通信。当采用环形网络通信时,网络中有中断点时应能
自动切换通信链路。
7.3.2.5 控制信号和视频信号的网络应物理隔离。
7.3.3 设备通信信号交互设计
7.3.3.1 系统间的数据交互宜采用网络通信的方式,有电气隔离或协议转换要求时应采用耦合器。
7.3.3.2 本体设备与自身分站数据交互应采用联合组网控制方式,与不支持本体设备总线协议的其他
设备进行数据交互时应采用扩展通信或者通信转换。
7.3.3.3 与上层信息化系统的数据交互,应支持TCP/IP、OPCUA、OPCDA等协议,支持跨平台数据
交互,并应设置硬件防火墙或安全网关等硬件设备。
7.3.4 设备人机交互界面系统
7.3.4.1 设备应设置人机交互界面装置(上位机或者HMI),人机交互界面能与PLC进行数据交互。
7.3.4.2 设备人机交互界面设计应具备以下功能:
a) 能对设备进行操作;
b) 能对设备工艺参数进行设定和监控;
c) 保存生产工艺参数;
d) 对不同授权级别分级控制权限;
e) 运行状态监控、故障报警。
7.3.5 检测仪表选型要求
7.3.5.1 检测仪表的精度选择应符合GB/T 13283的规定。
7.3.5.2 检测仪表的分配应符合GB/T 36245的规定。
7.3.5.3 具备电测量功能的智能仪表应符合GB/T 36245的规定。
7.4 过程自动化控制系统设计
7.4.1 功能设计
功能设计宜包括以下内容:
a) 数学模型;
b) 规程设定;
c) 模型自学习、自适应;
d) 物料跟踪;
e) 数据管理;
f) 数据通信;
g) 生产数据汇聚;
h) 模拟生产;
i) 报表;
j) 班组管理;
k) 人机界面;
l) 运维工具。
7.4.2 架构设计
7.4.2.1 系统软件设计包括操作系统设计、应用软件设计、核心硬件设计、HMI设备设计和通信网络
设计。
7.4.2.2 操作系统设计包括:
a) 开发软件;
b) 数据库;
c) 通信网络软件;
d) 工具服务软件;
e) 安全性软件;
f) 兼容性。
7.4.2.3 应用软件设计包括以下内容:
a) 实时性;
b) 高可靠性;
c) 可采用单一软件结构,宜采用分布式架构(C/S或B/S);
d) 易维护性;
e) 易操作性;
f) 可测试性。
7.4.2.4 核心硬件设计包括以下内容:
a) 硬件配置应符合系统功能和软件运行环境的要求;
b) 服务器具备可扩展性;
c) 应保证数据库的稳定运行;
d) 防止因计算机硬件发生故障而造成停机,宜设置热备或冷备服务器;
e) 关键部件宜支持热插拔和冗余;
f) 电源冗余及故障监控;
g) 应具备网络监测能力;
h) 服务器算力、存储应具备足够的余量。
7.4.2.5 HMI设备设计包括以下内容:
a) 终端采用台式计算机;
b) 采用客户端-服务器或浏览器-服务器方式;
c) 可扩展性;
d) HMI数量应根据需求配置;
e) 接入不间断电源,保证HMI设备的供电质量。
7.4.2.6 通信网络设计包括以下内容:
a) 通信速度不应低于10M/100M自适应;
b) 应支持冗余设计和实时数据传输;
c) 数据通信应符合GB/T 38854的规定。
7.5 台箱柜设计
7.5.1 台箱柜设计应符合GB/T 7251.1的规定。
7.5.2 电气传动柜及控制柜防护等级不应低于GB/T 4208-2017中规定的IP21。
7.5.3 现场操作箱、按钮盒防护等级不应低于GB/T 4208-2017中规定的IP54。
7.5.4 端子接线箱防护等级不应低于GB/T 4208-2017中规定的IP56。
7.5.5 台箱柜的安全警告标识的设置应符合GB 2894的规定。
7.5.6 各种电气元件和装置的电气间隙、爬电距离应符合GB/T 3797的规定。
7.6 电气配管配线设计
7.6.1 电气配管配线设计应符合GB 50054的规定。
7.6.2 光缆设计应符合GB/T 13993(所有部分)的规定。
7.......
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