JP2017121122A - 制御盤及びその組立方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】自在かつ容易に組立可能な制御盤を提供する。
【解決手段】本実施形態の制御盤30は、複数の種類の電気機器であるCPU1,IOユニット2,及び低圧電源装置3と、複数の種類の電気機器であるCPU1,IOユニット2,及び低圧電源装置3間を接続する導線と、床面35に設置されたベースフレーム20と、ベースフレーム20に間隔をあけて立設され、導線を収納可能とした複数のアタッチメントフレーム15と、複数の種類の電気機器であるCPU1,IOユニット2,及び低圧電源装置3のうち互いに種類の異なる電気機器をそれぞれ収納し、それぞれユニット化されて可搬型とされ、アタッチメントフレーム15間に上下方向に複数段取り付けられた制御ユニット10と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、例えば発電所のプラントシステム等に設置される制御盤及びその組立方法に関する。
一般に、発電所の制御盤は、新設の制御盤に更新する場合、制御盤の設置場所に限りがある。具体的には、発電所の制御盤は、必要最小限のスペース及び空間を利用して設置させる必要がある等、レイアウト上の制約が多い。
また、原子力発電所では、その制御対象の重要度に応じて制御盤に耐震グレードが設定されており、制御盤に対する耐震性が要求されている。
既設の制御盤の筐体を撤去せずに制御盤を更新する技術としては、主に既設の制御盤内にその制御盤よりも大きさの小さいラック構造品を収納させる更新方法がある。この更新方法では、制御盤の間口部が小さい場合、制御盤内に収納するラック構造品の大きさに制約があり、必要かつ十分な電気機器を収納することができない場合がある。
また、上記ラック構造品の大きさが大きく、かつ重量が重くなる場合には、ラック構造品の搬出入が大がかりなものになってしまう上に、制御盤内に収納することが難しくなることも考えられる。そのため、既設の制御盤の筐体を流用する利点を半減させてしまうことになる。
特開2009−232553号公報
ところで、既設の制御盤を更新する技術において、従来の制御盤は、筐体に電気機器が直接取り付けられた一体型であるため、新しく設置する制御盤の搬入、設置に大がかりな工事を要していた。また、制御盤を更新する技術でなくても、新しく設置する制御盤には、上述したように設置スペースの制約が厳しいことから、制御盤を更新するごとに、その都度制御盤の設計を行っていた。
本実施形態が解決しようとする課題は、自在かつ容易に組立可能な制御盤及びその組立方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本実施形態に係る制御盤は、複数の種類の電気機器と、前記複数の種類の電気機器間を接続する導線と、床面に設置されたベースフレームと、前記ベースフレームに間隔をあけて立設され、前記導線を収納可能とした複数のアタッチメントフレームと、前記複数の種類の電気機器のうち互いに種類の異なる電気機器をそれぞれ収納し、それぞれユニット化されて可搬型とされ、前記アタッチメントフレーム間に上下方向に複数段取り付けられた制御ユニットと、を備えることを特徴とする。
本実施形態の制御盤の組立方法は、床面にベースフレームを設置する工程と、複数の種類の電気機器間を接続する導線を収納可能とした複数のアタッチメントフレームを前記ベースフレームに間隔をあけて立設する工程と、前記複数のアタッチメントフレーム間に、前記複数の種類の電気機器のうち互いに種類の異なる電気機器をそれぞれ収納し、それぞれユニット化されて可搬型とされた制御ユニットを、上下方向に複数段を取り付ける工程と、を有することを特徴とする。
本実施形態によれば、制御盤を自在かつ容易に組み立てることが可能になる。
第1実施形態の制御盤の全体構造を示す概略斜視図である。 第1実施形態の制御盤の制御ユニットとアタッチメントフレームとの接続例の要部を示す斜視図である。 第1実施形態の制御盤の制御ユニットとアタッチメントフレームとの他の接続例の要部を示す斜視図である。 第1実施形態の制御盤において制御ユニットを前面に引き出した状態の要部を示す斜視図である。 第1実施形態の制御盤においてベースフレームへのアタッチメントフレームの取付例の要部を示す斜視図である。 第1実施形態の制御盤において制御ユニットを水平方向に複数接続した例を示す斜視図である。 第1実施形態の制御盤においてベースフレームへのアタッチメントフレームの他の取付例を示す概略正面図である。 第1実施形態の制御盤において制御ユニットを水平及び上下に多数接続した例を示す概略正面図である。 第2実施形態の制御盤において制御ユニットを積み上げた際の固定機構を示す斜視図である。 第2実施形態の制御盤において既設制御盤の筐体への制御ユニットの固定機構を示す斜視図である。
以下、本実施形態に係る制御盤及びその組立方法について、図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1は第1実施形態の制御盤の全体構造を示す概略斜視図である。図2は第1実施形態の制御盤の制御ユニットとアタッチメントフレームとの接続例の要部を示す斜視図である。図3は第1実施形態の制御盤の制御ユニットとアタッチメントフレームとの他の接続例の要部を示す斜視図である。図4は第1実施形態の制御盤において制御ユニットを前面に引き出した状態の要部を示す斜視図である。図5は第1実施形態の制御盤においてベースフレームへのアタッチメントフレームの取付例の要部を示す斜視図である。
なお、本実施形態は、原子力発電所のプラントシステムに設置する制御盤に適用した例について説明する。また、以下の説明では、図1に示す制御盤30の制御ユニット10は、床面フレーム18側を前面側、その反対側を後面側とし、その他の面を側面側として説明する。同様に、床面フレーム18も、IOケーブル4が引き出される側を前面側、ベースフレーム20側を後面側とし、その他の面を側面側として説明する。
図1に示すように、制御盤30内に設置される主要な電気機器には、例えばCPU1、IOユニット2、及び低圧電源装置3がある。CPU1は、現場機器の制御及び演算を行うプログラムコントローラである。IOユニット2は、CPU1に接続され、現場機器からの入力信号を処理するとともに、現場機器へ動作指令信号を出力する。低圧電源装置3は、CPU1及びIOユニット2のそれぞれに電源電流を供給する。
制御盤30の前面側の床面35には、床面フレーム18が設置されている。IOケーブル4は、原子力発電所のプラントシステムの現場(フィールド)に敷設され、床面フレーム18内に引き込まれる。床面フレーム18は、中空の矩形板に形成され、その内部にコネクタ5が設置されている。IOケーブル4は、床面35から引き出され、床面フレーム18内においてコネクタ5に接続される。このコネクタ5に代えて、IOケーブル4を外部取合い用端子台と接続するようにしてもよい。コネクタ5は、床面フレーム18内から外部に引き出すことができるように構成されている。
床面フレーム18は、その両側面にスロープフレーム19が隣接して床面35に設置されている。これらのスロープフレーム19は、床面フレーム18側が床面フレーム18と同様の高さであって、床面フレーム18から離間するに従って徐々に低くなるように傾斜している。これらのスロープフレーム19を設置することで、床面フレーム18と床面35との間の段差をなくしている。床面フレーム18の後面側の床面35には、ベースフレーム20が隣接して設置されている。ベースフレーム20は、矩形枠状に形成されている。
このベースフレーム20は、下面が床面35に当接し、上面が床面フレーム18と略同じ高さに設定されている。なお、コネクタ5は、床面フレーム18内ではなく、ベースフレーム20の内部に設置してもよい。
ベースフレーム20は、その長手方向両側にそれぞれアタッチメントフレーム15が取り付けられる。すなわち、アタッチメントフレーム15は、ベースフレーム20に間隔をあけて立設される。アタッチメントフレーム15の内側には、上下方向にわたって3段に制御ユニット10が取り付けられている。これら上下方向3段の制御ユニット10内には、上から順にそれぞれ低圧電源装置3、CPU1、及びIOユニット2が設置されている。
図2に示すように、各制御ユニット10は、L型金属アングル材を溶接又はリベットにて立体フレームに組み立てられる。各制御ユニット10は、持ち運びが容易な大きさ及び重量とした可搬型である。具体的には、例えば幅、奥行及び高さがそれぞれ60cmで、重量が20kg程度である。本実施形態の各制御ユニット10のフレームは、原則同一形状、同一寸法としている。CPU1、IOユニット2、及び低圧電源装置3は、各制御ユニット10のフレームを用いて別々に収納されている。
なお、各制御ユニット10は、可搬型であれば、取り付ける電気機器の大きさに応じて、互いに異なる形状、寸法であってもよい。また、制御ユニット10のフレームは、汎用のアルミニウムフレームにて製作したものでもよい。さらに、図1では、制御ユニット10を上下方向に3段設置した例について説明したが、それ以外の複数段に設置してもよく、また後述するようにアタッチメントフレーム15を介して横方向に複数の列に連結するようにしてもよい。
また、図2に示すように、各制御ユニット10の両側面には、上下2本のスライダ11aが平行に固定されている。各アタッチメントフレーム15の両面には、各制御ユニット10が取り付けられる位置にスライドレール11bが固定されている。各制御ユニット10のスライダ11aは、アタッチメントフレーム15のスライドレール11bに摺動可能に装着される。これにより、アタッチメントフレーム15に制御ユニット10が取り付けられる。したがって、各制御ユニット10は、スライドレール11bに沿ってスライダ11aを前面側に摺動させることで、前面側に引き出すことが可能になる。
なお、図2では、アタッチメントフレーム15から各制御ユニット10を引き出すように構成したが、各制御ユニット10を引き出さずにアタッチメントフレーム15に各制御ユニット10を支持するようにしてもよい。
具体的には、図3に示すように、各アタッチメントフレーム15は、その内面に1つの制御ユニット10について引掛け穴23が2つ形成されている。各制御ユニット10の両側面には、引掛け穴23に掛止可能な掛止金具24が2つ固定されている。アタッチメントフレーム15の引掛け穴23に各制御ユニット10の掛止金具24を掛止することで、制御ユニット10の自重を支持することができる。
各アタッチメントフレーム15への各制御ユニット10の取付機構としては、図3に示す取付機構としてのマグネットキャッチ7の他に、例えばパッチン錠又はファスナー錠、ボールキャッチ、ボルト・ナット等の締結部材等にて固定するようにしてもよい。
図4に示すように、各制御ユニット10は、両側面に長孔26が形成されている。これらの長孔26には、サポートフレーム6の一端が摺動可能に取り付けられている。サポートフレーム6の他端は、アタッチメントフレーム15に揺動可能に取り付けられている。これにより、制御ユニット10を前面側に引き出したとき、サポートフレーム6で制御ユニット10を支持することが可能となる。
図3に示すように、各アタッチメントフレーム15は、中空構造に形成されている。各アタッチメントフレーム15の内部空間は、各制御ユニット10に設置された電気機器間を電気的に接続するための導線14を通すことで、整線させるためのスペースとなる。各制御ユニット10の両側面には、ユニットインターフェイスコネクタ8が取り付けられている。このユニットインターフェイスコネクタ8は、アタッチメントフレーム15に制御ユニット10を取り付けたとき、アタッチメントフレーム15内において導線14と電気的に接続される。
図2に示すように、アタッチメントフレーム15の前面側には、人の手がアクセス可能な大きさの配線アクセス用窓13が設けられている。この配線アクセス用窓13を設けたことにより、アタッチメントフレーム15の設置後も配線アクセス用窓13を開けてメンテナンス時等にユニットインターフェイスコネクタ8等の機器を着脱することが可能になる。
なお、図2に示すように、アタッチメントフレーム15は、制御ユニット10を取り付けるためのスライドレール11bを両側面に固定しているが、制御ユニット10を接続しない場合にはアタッチメントフレーム15の側面にさらに側面カバー12が取り付けられる構造になっている。
図5に示すように、ベースフレーム20の上面には、複数の位置決め用ガイドピン9が植設されている。これらの位置決め用ガイドピン9にアタッチメントフレーム15の下端に形成した図示しない取付孔を挿入することで、ベースフレーム20にアタッチメントフレーム15を固定することができる。これにより、ベースフレーム20にアタッチメントフレーム15を立設することができる。
(作 用)
次に、本実施形態の制御盤30の作用を説明する。
まず、プラントシステムの現場機器の動作状態を示す制御信号は、IOケーブル4を経て制御盤30に入力される。制御盤30内では、一度コネクタ5(又は外部取合い用端子台)にて制御信号を得て、ここから図示しない盤内配線及びIOユニット2を経由してCPU1に取り込まれる。
CPU1では、入力された制御信号を元に制御演算を行い、現場機器への動作指令信号を、上記のように入力した制御信号とは逆のルートにてIOユニット2から現場機器へ出力し、その現場機器の制御を行う。
本実施形態の制御盤30を組み立てるには、まず原子力発電所のプラントシステム内の床面にベースフレーム20を設置する。
そして、このベースフレーム20の両端に植設された複数の位置決め用ガイドピン9に各アタッチメントフレーム15の下端に形成した図示しない取付孔を挿入することで、ベースフレーム20に2本のアタッチメントフレーム15を、間隔をあけて立設する。
次いで、2本のアタッチメントフレーム15間の各スライドレール11bに制御ユニット10のスライダ11aをそれぞれ差し込んで取り付けることにより、組立が完了する。
一般的に、これらの制御を行う電気機器は、制御盤の筐体内部において、側面又は背面等の面を利用して取り付けられる。これは、組立時及び保守時に作業者が制御盤内に入り込み、容易にアクセス可能にするためである。また、電気機器が面を利用して取り付けられているため、電気機器間の配線についても面を利用して簡素なルートが確保することができるからである。
これに対し、本実施形態では、CPU1、IOユニット2、及び低圧電源装置3が各制御ユニット10のフレームを用いて別々に収納されている。そして、本実施形態では、持ち運びが容易な大きさの制御ユニット10を組み合わせることで制御盤30を形成することが可能である。そのため、制御盤30の搬入及び設置工事の簡素化を図ることが可能となる。
一般の制御盤では、IOケーブル4及びそれらを接続するコネクタ5を収納するため、比較的大きい収納スペースを確保しなければならない。しかし、本実施形態では、図1に示すようにIOケーブル4及びそれらを接続するコネクタ5を床面フレーム18内に収納することにより、建屋内の限られたスペースで制御盤30を設置することが可能となる。
制御盤30を更新する場合には、制御ユニット10とアタッチメントフレーム15は互いに分割可能であるため、既設の筐体を流用し、既設の筐体内の電気機器を撤去した後に、制御ユニット10とアタッチメントフレーム15を制御盤30内に運び入れることができ、これらを制御盤30内にて組み立てることが可能である。そのため、既設の筐体を流用した上で、容易に制御盤30の更新を実現することができる。
このように本実施形態によれば、ベースフレーム20に間隔をあけて立設され、複数の種類の電気機器間を接続する導線を収納可能とした複数のアタッチメントフレーム15と、複数の種類の電気機器のうち互いに異なる電気機器をそれぞれ収納し、それぞれユニット化されて可搬型とされ、アタッチメントフレーム15間に上下方向に複数段取り付けられた制御ユニット10とを備えている。これにより、制御盤30を自在かつ容易に組み立てることが可能になる。
また、本実施形態では、各制御ユニット10のスライダ11aは、図2に示すようにアタッチメントフレーム15のスライドレール11bに摺動可能に取り付けられるか、あるいは図3に示すようにアタッチメントフレーム15の引掛け穴23に各制御ユニット10の掛止金具24を掛止することで、工具を用いないで制御ユニット10とアタッチメントフレーム15を接続することができる。その結果、工具を用いないで制御盤30の組立が可能となり、制御盤30を一段と容易に設置することができる。
さらに、本実施形態では、図5に示すようにベースフレーム20に設けた位置決め用ガイドピン9にアタッチメントフレーム15の下端を差し込むことで、アタッチメントフレーム15を容易に位置決めすることで組立が可能となり、作業性を向上することができる。
本実施形態では、図4に示すように制御ユニット10を前面側に引き出したとき、サポートフレーム6で制御ユニット10を支持することにより、制御ユニット10を前面に引き出した上での保守点検が可能となる。そのため、保守点検の作業性を高めることができる。
次に、本実施形態の変形例の構成について説明する。
図6は第1実施形態の制御盤において制御ユニットを水平方向に複数接続した例を示す斜視図である。図7は第1実施形態の制御盤においてベースフレームへのアタッチメントフレームの他の取付例を示す概略正面図である。図8は第1実施形態の制御盤において制御ユニットを水平及び上下に多数接続した例を示す概略正面図である。
なお、前記実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
図6に示す変形例では、制御ユニット10を上下方向に3段設置し、かつ水平方向に2列設置している。また、本変形例では、アタッチメントフレーム15の上面において、水平方向に補強用梁材16を架け渡すことで、上下方向に3段、水平方向に2列設置した制御ユニット10を強固に一体化している。
ここで、アタッチメントフレーム15は、複数の制御ユニット10に挟まれる形態でも設置可能である。補強用梁材16は、この中間のアタッチメントフレーム15との接続も可能である。さらに、制御盤30の前面側(又は後面側でも可)にも水平方向に補強用梁材16にて接続が可能な構造になっている。補強用梁材16には、例えばL型金属アングル材、金属製板材等が用いられる。
本実施形態の変形例では、図6に示すようにアタッチメントフレーム15の上面において、水平方向に補強用梁材16を架け渡し、この補強用梁材16を介してアタッチメントフレーム15同士が接続されている。これにより、全体の剛性を確保することができる。この場合、アタッチメントフレーム15は、分割された制御ユニット10を接続しただけでは、耐震性の確保、すなわち剛性の確保は困難である。
図7に示す変形例では、アタッチメントフレーム15とベースフレーム20との間に、水平方向に対して免震機能を有する免震テーブル17が設置されている。そのため、地震によって制御盤30へ加わる振動負荷を免震テーブル17で吸収することが可能になる。これにより、制御盤30の耐震グレードを高めることができる。
アタッチメントフレーム15は、制御ユニット10の左右双方の側面に接続する構造である。そのため、図8に示す変形例では、例えば制御ユニット10を水平方向に3列設置し、かつ上下方向に順に3段、2段、1段設置している。これにより、制御盤30を複雑な形状に形成することができるため、限られた設置スペース及び空間を利用して制御盤30を設置することが可能となる。したがって、発電所における限られたスペース及び空間を利用して、制御盤30を自在に組み立てることができ、設計の自由度を向上させることができる。
(第2実施形態)
図9は第2実施形態の制御盤において制御ユニットを積み上げた際の固定機構を示す斜視図である。図10は第2実施形態の制御盤において既設制御盤の筐体への制御ユニットの固定機構を示す斜視図である。
なお、本実施形態では、前記第1実施形態と同一又は対応する部分に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態の制御ユニット10の形状は、前記第1実施形態と同様である。図9に示すように、本実施形態では、制御ユニット10を4段に積み上げた際、ベースフレーム20にアタッチメントフレーム15を固定部材としてのバックステイ21により引っ張ることにより固定される。ベースフレーム20は、その幅及び奥行が制御ユニット10より大きく形成されている。
バックステイ21は、ネジ部を設けて全長を伸縮可能な構造とし、設置場所にて最終的な長さが決定された際に、バックステイ21をボルト又はピン打ちを行うことで長さを固定する。これにより、全体として台形ラーメン構造を形成することができる。
なお、本実施形態では、固定部材としてのバックステイ21を用いた例について説明したが、これに限らずターンバックル等の固定部材を用いてもよい。
図10に示すように、本実施形態では、制御ユニット10を3段に積み上げた際、アタッチメントフレーム15の上部と既設の制御盤の筐体22内面との間に突っ張り部材25を設置することにより、3段に積み上げた制御ユニット10を固定している。
したがって、本実施形態では、図9に示すようにアタッチメントフレーム15とベースフレーム20とを接続し、台形ラーメン構造とすることにより、全体としての剛性を確保することができる。その結果、耐震性を向上させることができる。
また、本実施形態では、図10に示すように既設の制御盤の筐体22の剛性が確保されていることを前提に、既設の制御盤の筐体22にアタッチメントフレーム15の上部を突っ張り部材25を介して固定することにより、既設の制御盤の筐体22の形状に関わらず、筐体22を利用可能とするとともに、剛性を確保することができる。
(その他の実施形態)
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
なお、上記各実施形態では、原子力発電所のプラントシステムに設置する制御盤に適用した例について説明したが、これに限らず火力発電所等の他のプラントシステムに設置する制御盤に適用することも可能である。
1…CPU(電気機器)、2…IOユニット(電気機器)、3…低圧電源装置(電気機器)、4…IOケーブル、5…コネクタ、6…サポートフレーム、7…マグネットキャッチ、8…ユニットインターフェイスコネクタ、9…位置決め用ガイドピン、10…制御ユニット、11a…スライダ、11b…スライドレール、12…側面カバー、13…配線アクセス用窓、14…導線、15…アタッチメントフレーム、16…補強用梁材、17…免震テーブル、18…床面フレーム、19…スロープフレーム、20…ベースフレーム、21…バックステイ(固定部材)、22…筐体、23…引掛け穴、24…掛止金具、25…突っ張り部材、26…長孔、30…制御盤、35…床面

Claims (9)

  1. 複数の種類の電気機器と、
    前記複数の種類の電気機器間を接続する導線と、
    床面に設置されたベースフレームと、
    前記ベースフレームに間隔をあけて立設され、前記導線を収納可能とした複数のアタッチメントフレームと、
    前記複数の種類の電気機器のうち互いに種類の異なる電気機器をそれぞれ収納し、それぞれユニット化されて可搬型とされ、前記アタッチメントフレーム間に上下方向に複数段取り付けられた制御ユニットと、
    を備えることを特徴とする制御盤。
  2. 前記アタッチメントフレームの両側面に固定されたスライドレールと、前記制御ユニットの両側面に固定されたスライダと、をさらに有し、
    前記スライドレールに前記スライダが摺動可能に装着されて前記アタッチメントフレームに前記制御ユニットが取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の制御盤。
  3. 前記制御ユニットの側面に長孔が形成されており、
    前記長孔に一端が摺動可能に取り付けられ、かつ前記アタッチメントフレームに他端が揺動可能に取り付けられたサポートフレームをさらに有し、
    前記アタッチメントフレームから前記制御ユニットを引き出したとき、前記サポートフレームで前記制御ユニットを支持することを特徴とする請求項1又は2に記載の制御盤。
  4. 前記アタッチメントフレームを介して前記制御ユニットが水平方向に多数列設置され、前記アタッチメントフレーム及び前記制御ユニットに架け渡された補強用梁材をさらに有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の制御盤。
  5. 前記ベースフレームは、上面に位置決め用ガイドピンが複数植設され、これらのガイドピンに前記アタッチメントフレームの下端を挿入されて前記ベースフレームに前記アタッチメントフレームが固定されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の制御盤。
  6. 前記アタッチメントフレームと前記ベースフレームとの間に設置された免震テーブルをさらに有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の制御盤。
  7. 前記ベースフレームに隣接して設置された床面フレームと、
    前記床面フレーム内にて現場機器からのケーブルと接続するコネクタと、
    をさらに有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の制御盤。
  8. 前記ベースフレームに前記アタッチメントフレームを固定するための固定部材をさらに有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の制御盤。
  9. 床面にベースフレームを設置する工程と、
    複数の種類の電気機器間を接続する導線を収納可能とした複数のアタッチメントフレームを前記ベースフレームに間隔をあけて立設する工程と、
    前記複数のアタッチメントフレーム間に、前記複数の種類の電気機器のうち互いに種類の異なる電気機器をそれぞれ収納し、それぞれユニット化されて可搬型とされた制御ユニットを、上下方向に複数段を取り付ける工程と、
    を有することを特徴とする制御盤の組立方法。
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