項目11.1：電氣控制系統(tǒng)的設計《電氣控制技術項目化教程》目錄電氣控制系統(tǒng)設計的內容電氣系統(tǒng)設計的原則電氣控制系統(tǒng)設計的流程、步驟1231.電氣控制系統(tǒng)設計的內容電氣控制系統(tǒng)的設計包括原理設計和工藝設計兩部分，原理設計是滿足生產(chǎn)過程中機械加工和工藝的各種控制要求,綜合考慮設備的自動化程度和技術的先進性。工藝設計是滿足電氣控制裝置本身的制造、使用以及維修的需要。前者決定一臺設備的使用效能和自動化程度,即決定著生產(chǎn)機械設備的先進性、合理性；后者則決定了電氣控制設備的生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟性、造型美觀和使用維護方便等。一、概述二、電氣控制原理設計內容電氣控制原理設計是整個設計的關鍵環(huán)節(jié)，是工藝設計和其他技術資料的依據(jù)。主要包括：1.電氣設計任務書；2.選擇施工方案與控制方式；3.確定電動機的類型、容量、轉速和具體型號；4.設計電氣控制原理框圖，確定各部分之間的關系，擬定各部分的要求；5.設計并繪制電氣控制原理圖，計算主要技術參數(shù)；6.選擇電氣元件，編制元件元件目錄清單；7.編寫設計說明書。三、電氣控制工藝的設計

工藝設計的主要目的是便于組織電氣控制裝置的制造，實現(xiàn)原理設計的各項技術指標，為設備的調試、維護、使用提供必要的圖紙資料。主要內容包括：1.根據(jù)設計原理圖及選定的電氣元件，設計電氣設備的總體布置，繪制電氣控制系統(tǒng)安裝圖及總接線圖；2.按照原理框圖劃分組件，對總原理圖進行編號，繪制各組件原理電路圖，列出各部分的元件目錄表，并根據(jù)總圖編號確定出各組件的進出編號；3.根據(jù)組件原理電路及選定的元件目錄表，設計組件裝配圖，圖中反映各電氣元件的安裝位置、方式與接線方式；4.根據(jù)組件裝配要求，繪制電器安裝板和非標準零件的安裝圖紙，標明技術要求；5.設計電氣箱；6.根據(jù)總原理圖、總裝配圖及各組件原理圖等資料，進行匯總，分別列出外購件清單，標準件清單以及主要消耗定額；7.編寫使用說明書。2電氣控制系統(tǒng)設計的原則、任務一、電氣控制系統(tǒng)設計的一般原則、任務（一）電氣控制系統(tǒng)設計的一般原則

1.最大限度地滿足生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝對電氣控制的要求

2.設計方案要合理

3.機械設計與電氣設計應相互配合

4.確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作（二）電氣控制系統(tǒng)設計的基本任務

電氣控制系統(tǒng)設計的基本任務是根據(jù)控制要求設計、編制出設備制造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料等。

圖紙包括電氣原理圖、電氣系統(tǒng)的組件劃分圖、元器件布置圖、安裝接線圖、電氣箱圖、控制面板圖、電器元件安裝底板圖和非標準件加工圖等。文字資料包括編制外購件目錄、單臺材料消耗清單、設備說明書等。

3電氣控制系統(tǒng)設計的流程、方法和步驟一、電氣控制系統(tǒng)設計的流程1、擬訂設計任務書設計任務書是整個電氣控制系統(tǒng)的設計依據(jù)，又是設備竣工驗收的依據(jù)。由技術領導部門、設備使用部門和任務設計部門等共同完成。電氣控制系統(tǒng)的設計任務書中，主要包括以下內容：（1）設備名稱、用途、基本結構、動作要求及工藝過程介紹（2）電力拖動的方式及控制要求等（3）聯(lián)鎖、保護要求（4）自動化程度、穩(wěn)定性及抗干擾要求（5）操作臺、照明、信號指示、報警方式等要求（6）設備驗收標準（7）其它要求

2、確定電力拖動方案

主要從幾個方面考慮電力拖動方案：（1）拖動方式的選擇電力拖動方式，獨立拖動？集中拖動？（2）調速方案的選擇調速方案，無級調速？有級調速？（3）電動機調速性質要與負載特性適應恒功率負載？恒轉矩負載？在選擇電動機調速方案時，要使電動機的調速特性與生產(chǎn)機械的負載特性相適應，使電動機得到充分合理應用。

3、拖動電動機的選擇基本原則（1）根據(jù)生產(chǎn)機械調速的要求選擇電動機的種類。（2）工作過程中電動機容量要得到充分利用。（3）根據(jù)工作環(huán)境選擇電動機的結構型式。

4、選擇控制方式控制方式要實現(xiàn)拖動方案的控制要求。隨著現(xiàn)代電氣技術的迅速發(fā)展，生產(chǎn)機械電力拖動的控制方式從傳統(tǒng)的繼電接觸器控制向PLC控制、CNC控制、計算機網(wǎng)絡控制等方面發(fā)展。

5、設計電氣控制原理圖，并合理選用元器件，編制元器件明細表。

6、設計電氣設備的各種施工圖紙

7、編寫設計說明書和使用說明書二、電氣控制系統(tǒng)原理圖的設計方法電氣控制原理電路設計的方法有分析設計法和邏輯設計法。1、分析設計法分析設計法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求選擇適當?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)按其聯(lián)鎖條件組合起來，并經(jīng)補充和修改，將其綜合成滿足控制要求的完整線路。當沒有現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時，可根據(jù)控制要求邊分析邊設計。優(yōu)點：設計方法簡單，無固定的設計程序，容易為初學者所掌握，在電氣設計中被普遍采用缺點：設計出的方案不一定是最佳方案，當經(jīng)驗不足或考慮不周全時會影響線路工作的可靠性2、邏輯設計法邏輯設計法是利用邏輯代數(shù)來進行電路設計，從生產(chǎn)機械的拖動要求和工藝要求出發(fā)，將控制電路中的接觸器、繼電器線圈的通電與斷電，觸點的閉合與斷開，主令電器的接通與斷開看成邏輯變量，根據(jù)控制要求將它們之間的關系用邏輯關系式來表達，然后再化簡，做出相應的電路圖。優(yōu)點：是能獲得理想、經(jīng)濟的方案缺點：難度較大，設計過程復雜，在一般常規(guī)設計中，很少單獨采用

三、電氣原理圖設計的基本步驟（l）根據(jù)確定的拖動方案和控制方式設計系統(tǒng)的原理框圖（2）設計出原理框圖中各個部分的具體電路設計時按主電路→控制電路→輔助電路→聯(lián)鎖與保護→總體檢查，反復修改與完善的步驟進行。（3）繪制總原理圖（4）恰當選用電器元件，并制訂元器件明細表四、電氣原理圖設計的一般要求

1、電氣控制原理應滿足工藝的要求

2、控制電路電源種類與電壓數(shù)值的要求3、控制電路力求可靠、安全、簡單、經(jīng)濟

（1）避免觸頭的“競爭”和“冒險”現(xiàn)象

競爭：是指在一個控制信號作用下，電路從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉換到另一穩(wěn)定狀態(tài)，常常有幾個元器件的觸頭狀態(tài)同時發(fā)生變化，由于各電器元件總有一定的動作時間，對時序電路來說，往往發(fā)生不按時序動作的情況，觸頭爭先吸合，就會得到幾個不同的輸出狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為電路的“競爭”。

冒險：對于開關電路，由于電器元件的延時釋放作用，存在開關元件不按要求的邏輯功能輸出，這種現(xiàn)象稱為“冒險”?！案偁帯焙汀懊半U”現(xiàn)象會造成電路不按控制要求動作，邏輯混亂，控制失靈，嚴重的還會造成相間短路，電機、電器及機械裝置損害，危害極大。反身自停改進后

（2）正確連接電器線圈圖11-1交流控制電路線圈連接圖11-2直流控制回路大電感線圈與直流繼電器線圈的連接

（3）合理安排電器元件和觸點的位置圖11-3電氣元件和觸頭間的連接

（4）防止出現(xiàn)寄生電路

寄生電路是指在控制電路的動作過程中，出現(xiàn)的不是由于誤操作而產(chǎn)生的意外接通的電路。

圖11-4寄生回路

（7）考慮觸頭的接通和分斷能力

在電路中采用小容量的繼電器觸點來斷開或接通大容量接觸器線圈時，要分析觸點容量的大小。若不夠時，必須加大繼電器容量或增加中間繼電器，否則工作不可靠。

（8）應具有必要的保護環(huán)節(jié)

常用的有漏電開關保護、過載、短路、過電流、過電壓、失電壓、聯(lián)鎖與行程保護等措施。11.2：電氣控制系統(tǒng)工藝的設計《電氣控制技術項目化教程》陜西省教育廳創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程

電氣控制系統(tǒng)在完成原理設計和電器元件選擇之后，下一步就是進行電氣工藝設計并付之實施。主要有電氣控制設備總體布置，總接線圖設計，各部分的電器裝配圖與接線圖，各部分的元件目錄、進出線號、主要材料清單及使用說明書等。

一、電氣設備的總體布置設計電氣設備總體布置設計的任務是根據(jù)電氣控制原理圖，將控制系統(tǒng)按照一定要求劃分為若干個部件，再根據(jù)電氣設備的復雜程度，將每一部件劃分成若干單元，并根據(jù)接線關系整理出各部分的進線和出線號，調整它們之間的連接方式。單元劃分的原則：（1）功能類似的元件組合在一起。如按鈕、控制開關、指示燈、指示儀表可以集中在操作臺上；接觸器、繼電器、熔斷器、控制變壓器等控制電器可以安裝在控制柜中。（2）接線關系密切的控制電器劃為同一單元，減少單元間的連線。（3）強弱電分開，以防干擾。（4）需經(jīng)常調節(jié)、維護和易損元件組合在一起以便于檢查與調試。

電氣控制設備的不同單元之間的接線方式通常有以下幾種：（l）控制板、電器板、機床電器的進出線一般采用接線端子，可根據(jù)電流大小和進出線數(shù)選擇不同規(guī)格的接線端子。（2）被控制設備與電氣箱之間采用多孔接插件，便于拆裝、搬運。（3）印制電路板及弱電控制組件之間的連接采用各種類型的標準接插件。

二、繪制電器元件布置圖

同一部件或單元中電器元件按下述原則布置：（l）一般監(jiān)視器件布置在儀表板上。（2）體積大和較重的電器元件應安裝在電器板的下方，發(fā)熱元件安裝在電器板的上方。（3）強電弱電應分開，弱電部分應加裝屏蔽和隔離，以防干擾。（4）需要經(jīng)常維護、檢修、調整的電器元件安裝不宜過高或低。（5）電器布置應考慮整齊、美觀、對稱。盡量使外形與結構尺寸類似的電器安裝在一起，便于加工、安裝和配線。（6）布置電器元件時，應預留布線、接線、和調整操作的空間。三、繪制電氣控制裝置的接線圖

電氣控制裝置的接線圖表示整套裝置的連接關系，繪制原則：（l）接線圖的繪制應符合GB6988中5-86《電氣制圖接線圖和接線表》的規(guī)定。（2）在接線圖中，各電器元件的外形和相對位置要與實際安裝的相對位置一致。（3）電器元件及其接線座的標注與電氣原理圖中標注應一致，采用同樣的文字符號和線號。項目代號、端子號及導線號的編制分別應符合GB5904-85《電氣技術中的項目代號》、GB4026-83《電器接線端子的識別和用字母數(shù)字符號標志接線端子的通則》及GB4884-85《絕緣導線標記》等規(guī)定。（4）接線圖應將同一電器元件的各帶電部分（如線圈、觸點等）畫在一起，并用細實線框住。（5）接線圖采用細線條繪制，應清楚地表示出各電器元件的接線關系和接線去向。接線圖的接線關系有兩種畫法：①直接接線法。②符號標注接線法。（6）接線圖中要標注出各種導線的型號、規(guī)格、截面積和顏色。（7）接線端子板上各接線點按線號順序排列，并將動力線、交流控制線、直流控制線分類排開。元件的進出線除大截面導線外，都應經(jīng)過接線板，不得直接進出。四、電控柜和非標準零件圖的設計

電氣控制系統(tǒng)比較簡單時，控制電器可以安裝在生產(chǎn)機械內部，控制系統(tǒng)比較復雜或操作需要時，都要有單獨的電氣控制柜。電氣控制柜設計要考慮以下幾方面問題：（1）根據(jù)控制面板和控制柜內各電器元件的數(shù)量確定電控柜總體尺寸。（2）電控柜結構要緊湊、便于安裝、調整及維修、外形美觀，并與生產(chǎn)機械相匹配。（3）在柜體的適當部位設計通風孔或通風槽，便于柜內散熱。（4）應設計起吊鉤或柜體底部帶活動輪，便于電控柜的移動。

電控柜結構常設計成立式或工作臺式，小型控制設備則設計成臺式或懸掛式。電控柜的品種繁多，結構各異。設計中要吸取各種型式的優(yōu)點，設計出適合的電控柜。

非標準的電器安裝零件，如開關支架、電氣安裝底板、控制柜的有機玻璃面板、扶手等，應根據(jù)機械零件設計要求，繪制其零件圖。

五、清單匯總

在電氣控制系統(tǒng)原理設計及工藝設計結束后，應根據(jù)各種圖紙，對本設備需要的各種零件及材料進行綜合統(tǒng)計，列出元件清單、標準件清單、材料消耗定額表，以便生產(chǎn)管理部門做好生產(chǎn)準備工作。六、編寫設計說明書和使用說明書

設計說明和使用說明是設計審定、調試、使用、維護過程中必不可少的技術資料。設計和使用說明書應包含拖動方案的選擇依據(jù)，本系統(tǒng)的主要原理與特點，主要參數(shù)的計算過程，各項技術指標的實現(xiàn)，設備調試的要求和方法，設備使用、維護要求，使用注意事項等。11:3：電氣控制系統(tǒng)設計案例《電氣控制技術項目化教程》陜西省教育廳創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程

一、設計任務和要求：

某校內新建機電排灌實訓室，室外集水井水池容量20m3，實訓室裝置兩臺水泵抽水裝置，一臺工作，一臺備用?，F(xiàn)需要設計兩臺水泵控制的集水井水位控制系統(tǒng)。水泵工作模式有供水模式和排水模式兩種工況，均可以實現(xiàn)手動和自動化控制。在自動控制狀況時，液位繼電器能根據(jù)水位的變化情況自動控制工作泵和備用水泵的啟停。水泵工作時需要完成下述兩個實訓任務：1.水泵揚程、功率以及水泵性能曲線的測定2.集水井水位自動供排水控制實訓實