GB/T 46155-2025 重型机械 电气控制系统设计要求

　　ICS 29. 020 CCS K 62

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 46155—2025

　　重型机械 电气控制系统设计要求

　　Heavy mechanical—Design requirementsforelectricalcontrolsystems

　　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

　　GB/T 46155—2025

　　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

　　Ⅰ

　　GB/T 46155—2025

　　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 。

　　Ⅲ

　　GB/T 46155—2025

　　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

　　1

　　GB/T 46155—2025

　　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(Electromotive Force)

　　HMI:人机界面系统或人机接 口 (Human Machine Interface)

　　I/O:输入/输出(Input/Output)

　　L0:执行及检测级(Execution and Detection Level)

　　L1:基础自动化级(Basic Automation Level)

　　L2:过程自动化级(Process Automation Level)

　　L3:生产控制级(Production Control Level)

　　MCC:马达控制中心(Motor ControlCenter)

　　OPC:OPC基金会(非盈利工业协会)[OPC Foundation(anon-profitindustry association)]

　　OPC DA:OPC数据访问(OPC Data Access)

　　OPC UA:OPC统一架构(OPC Unified Architecture)

　　PLC:可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)

　　PDA:过程数据采集及分析(Process Data Acquisition)

　　PG:脉冲发生器(Pulse Generator)

　　TCP/IP:传输控制协议/网际协议(Transmission ControlProtocol/InternetProtocol)

　　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 。

　　2

　　GB/T 46155—2025

　　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/T4728(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 。

　　3

　　GB/T 46155—2025

　　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 30 min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 AC 3 300 V;

　　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 AC 380(400) V、AC 500V、AC 660(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~ 1 000 V;

　　c) 控制方式 :EMF方式 、速度传感器反馈方式 ;

　　4

　　GB/T 46155—2025

　　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

　　L1 HMI屏幕切换时间

　　≤1 s

　　2

　　L1 HMI数据刷新时间

　　≤0. 5 s

　　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 100 Mb且 2个终端间距离大于 100 m 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 。

　　5

　　GB/T 46155—2025

　　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、OPC UA、OPC DA 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 :

　　6

　　GB/T 46155—2025

　　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 10 M/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

　　GB/T 46155—2025

　　7.6.2 光缆设计应符合 GB/T 13993(所有部分)的规定 。

　　7.6.3 电线电缆 、电力电缆和通信电缆识别应符合 GB/T 6995(所有部分)的规定 。

　　8 安全设计

　　8. 1 接地安全设计

　　接地安全设计应符合 GB 14050的规定 。

　　8.2 安全控制系统设计

　　安全控制系统设计应符合 GB/T 16855. 1 的规定 。

　　8.3 网络安全设计

　　8.3. 1 电控系统的网络安全设计应符合 GB/T 20984、GB/T 22239的规定 。

　　8.3.2 无网络安全等级保护制度要求的电控系统应配备杀毒软件 、网闸 、防火墙等安全防护软硬件 ,或对生产网络与互联网进行物理隔离 。

　　8.3.3 有网络安全等级保护制度要求的电控系统应组建网络安全体系 ,具体要求如下 :

　　a) 应制定安全管理制度 、设立安全管理机构 、配备安全管理人员 ;

　　b) 应建立安全通信网络 :互联安全 、边界防护 、安全审计 ;

　　c) 应建立安全计算环境 :鉴别与授权 、入侵防范 、数据安全防护 、自动化安全工具 ;

　　d) 应进行安全建设管理 : 网络安全与信息化协调一致 ;

　　e) 应进行安全运维管理 。

　　8.4 数据安全设计

　　8.4. 1 数据安全设计应符合 GB/T 43697的规定 。

　　8.4.2 数据安全设计应包括 :

　　a) 重要数据作冗余设计 ,具备防灾机制 ;

　　b) 数据访问具备安全机制 ,有访问权限的限制 ;

　　c) 重要数据作加密处理 ;

　　d) 系统配备杀毒安全软件或/和网闸 。

　　8