1、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),第一節(jié) 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則、基本內(nèi) 容和設(shè)計(jì)程序,一、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則 1最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)主要來(lái)源于生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝的要求。 2設(shè)計(jì)方案要合理。在滿足控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、便于操作和維修，不要盲目追求高指標(biāo)和自動(dòng)化。 3機(jī)械設(shè)計(jì)與電氣設(shè)計(jì)應(yīng)相互配合。許多生產(chǎn)機(jī)械采用機(jī)電結(jié)合控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求，因此要從工藝要求、制造成本、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、使用維護(hù)方便等方面協(xié)調(diào)處理好機(jī)械和電氣的關(guān)系。 4確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。,電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)、編制出設(shè)備制造

2、和使用維修過(guò)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(biāo)準(zhǔn)件加工圖等。 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包含原理設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)部分： 1、原理設(shè)計(jì)內(nèi)容 （l）擬訂電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。 （2）確定電力拖動(dòng)方案，選擇電動(dòng)機(jī)。 （3）設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)。,二、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)、內(nèi)容,（4）選擇電器元件，制訂元器件明細(xì)表。 （5）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 2、工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容 （l）設(shè)計(jì)電氣總布置圖、總安裝圖與總接線圖。 （2）設(shè)計(jì)組件布置圖、安裝圖和接線圖。 （3）設(shè)計(jì)電氣箱、操作臺(tái)及非標(biāo)準(zhǔn)元件

3、。 （4）列出元件清單。 （5）編寫(xiě)使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)。,1、擬訂設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)是整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)，又是設(shè)備竣工驗(yàn)收的依據(jù)。由技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)、設(shè)備使用部門(mén)和任務(wù)設(shè)計(jì)部門(mén)等共同完成。 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中，主要包括以下內(nèi)容： （1）設(shè)備名稱(chēng)、用途、基本結(jié)構(gòu)、動(dòng)作要求及工藝過(guò)程介紹。 （2）電力拖動(dòng)的方式及控制要求等。 （3）聯(lián)鎖、保護(hù)要求。 （4）自動(dòng)化程度、穩(wěn)定性及抗干擾要求。 （5）操作臺(tái)、照明、信號(hào)指示、報(bào)警方式等要求。 （6）設(shè)備驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。 （7）其它要求。 2、確定電力拖動(dòng)方案 電力拖動(dòng)方案選擇是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，也是以后各部分設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)和先決條件。

4、,三、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟,主要從幾個(gè)方面考慮電力拖動(dòng)方案： （1）拖動(dòng)方式的選擇： 電力拖動(dòng)方式，獨(dú)立拖動(dòng)？集中拖動(dòng)？ （2）調(diào)速方案的選擇： 大型、重型設(shè)備的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，應(yīng)盡可能采用無(wú)級(jí)調(diào)速；精密機(jī)械設(shè)備為保證加工精度也應(yīng)采用無(wú)級(jí)調(diào)速；對(duì)于一般中小型設(shè)備，在沒(méi)有特殊要求時(shí)，可選用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可靠的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。 （3）電動(dòng)機(jī)調(diào)速性質(zhì)要與負(fù)載特性適應(yīng) 恒功率負(fù)載？恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載？在選擇電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案時(shí)，要使電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性相適應(yīng)，使電動(dòng)機(jī)得到充分合理應(yīng)用。 3、拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇基本原則 （1）根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速的要求選擇電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)。 （2）工作過(guò)程中電動(dòng)機(jī)容

5、量要得到充分利用。 （3）根據(jù)工作環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。,4、選擇控制方式 控制方式要實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)方案的控制要求。隨著現(xiàn)代電氣技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)機(jī)械電力拖動(dòng)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制等方面發(fā)展，控制方式越來(lái)越多。控制方式的選擇應(yīng)在經(jīng)濟(jì)、安全的前提下，最大限度地滿足工藝的要求。 5、設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，并合理選用元器件，編制元器件明細(xì)表。 6、設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的各種施工圖紙。 7、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和使用說(shuō)明書(shū)。,一、電氣控制原理電路的基本設(shè)計(jì)方法 電氣控制原理電路設(shè)計(jì)的方法有分析設(shè)計(jì)法和邏輯設(shè)計(jì)法。 1、分析設(shè)計(jì)法 分析設(shè)計(jì)法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求選擇適當(dāng)

6、的基本控制環(huán)節(jié)（單元電路）或?qū)⒈容^成熟的電路按其聯(lián)鎖條件組合起來(lái)，并經(jīng)補(bǔ)充和修改，將其綜合成滿足控制要求的完整線路。當(dāng)沒(méi)有現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時(shí)，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計(jì)。 優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，無(wú)固定的設(shè)計(jì)程序，它容易為初學(xué)者所掌握，在電氣設(shè)計(jì)中被普遍采用； 缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)出的方案不一定是最佳方案，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)不足或考慮不周全時(shí)會(huì)影響線路工作的可靠性。,第二節(jié) 電氣控制原理電路設(shè)計(jì)的方法與步驟,2、邏輯設(shè)計(jì)法 邏輯設(shè)計(jì)法是利用邏輯代數(shù)來(lái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，從生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)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(diǎn)的閉合與斷開(kāi)，主令電器的接通與斷開(kāi)看成邏輯變量，根據(jù)控制要求將它們之間的關(guān)

7、系用邏輯關(guān)系式來(lái)表達(dá)，然后再化簡(jiǎn)，做出相應(yīng)的電路圖。 優(yōu)點(diǎn)是能獲得理想、經(jīng)濟(jì)的方案。 缺點(diǎn)是這種方法設(shè)計(jì)難度較大，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程較復(fù)雜，還要涉及一些新概念，因此，在一般常規(guī)設(shè)計(jì)中，很少單獨(dú)采用。 二、電氣原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟 （l）根據(jù)確定的拖動(dòng)方案和控制方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理框圖。 （2）設(shè)計(jì)出原理框圖中各個(gè)部分的具體電路。設(shè)計(jì)時(shí)按主電路、控制電路 、輔助電路、聯(lián)鎖與保護(hù)、總體檢查反復(fù)修改與完善的先后順序進(jìn)行。 （3）繪制總原理圖。 （4）恰當(dāng)選用電器元件，并制訂元器件明細(xì)表。,三、原理圖設(shè)計(jì)的一般要求 1、電氣控制原理應(yīng)滿足工藝的要求 在設(shè)計(jì)之前必須對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的工作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際加工情況有

8、充分的了解，并在此基礎(chǔ)上來(lái)考慮控制方式，起動(dòng)、反向、制動(dòng)及調(diào)速的要求，設(shè)置各種聯(lián)鎖及保護(hù)裝置。 2、控制電路電源種類(lèi)與電壓數(shù)值的要求 對(duì)于比較簡(jiǎn)單的控制電路，往往直接采用交流380V或220V電源，不用控制電源變壓器。對(duì)于比較復(fù)雜的控制電路，應(yīng)采用控制電源變壓器，將控制電壓降到110V或48V、24V。對(duì)于操作比較頻繁的直流電力傳動(dòng)的控制電路，常用220V或110V直流電源供電。直流電磁鐵及電磁離合器的控制電路，常采用24V直流電源供電。 交流控制電路的電壓必須是下列規(guī)定電壓的一種或幾種： 6V，24V，48V，110V（優(yōu)選值），220V，380V，50Hz。 直流控制電路的電壓必須是下列規(guī)

9、定電壓的一種或幾種： 6V，12V，24V，48V，110V，220V。,（1）電器元件的工作要穩(wěn)定可靠，符合使用環(huán)境條件，并且動(dòng)作時(shí)間的配合不致引起競(jìng)爭(zhēng)。 復(fù)雜控制電路中，在某一控制信號(hào)作用下，電路從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種穩(wěn)定狀態(tài)，常常有幾個(gè)電器元件的狀態(tài)同時(shí)變化，考慮到電器元件總有一定的動(dòng)作時(shí)間，對(duì)時(shí)序電路來(lái)說(shuō)，就會(huì)得到幾個(gè)不同的輸出狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為電路的“競(jìng)爭(zhēng)”。而對(duì)于開(kāi)關(guān)電路，由于電器元件的釋放延時(shí)作用，也會(huì)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)元件不按要求的邏輯功能輸出的可能性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“冒險(xiǎn)”。 “競(jìng)爭(zhēng)”與“冒險(xiǎn)”現(xiàn)象都將造成控制電路不能按照要求動(dòng)作，當(dāng)電器元件的動(dòng)作時(shí)間可能影響到控制電路的動(dòng)作時(shí)，需要

10、用能精確反映元件動(dòng)作時(shí)間及其互相配合的方法（如時(shí)間圖法）來(lái)準(zhǔn)確分析動(dòng)作時(shí)間，從而保證電路正常工作。,3、確保電氣控制電路工作的可靠性、安全性,電器元件圖形符號(hào)應(yīng)符合GB4728中的規(guī)定，繪制時(shí)要合理安排版面。例如，主電路一般安排在左面或上面，控制電路或輔助電路排在右面或下面，元器件目錄表安排在標(biāo)題上方。 在實(shí)際連接時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：,（2）電器元件的線圈和觸點(diǎn)的連接應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 正確連接電器線圈。交流電壓線圈通常不能串聯(lián)使用，即使是兩個(gè)同型號(hào)電壓線圈也不能采用串聯(lián)后，接在兩倍線圈額定電壓的交流電源上，以免電壓分配不均引起工作不可靠。,* 在直流控制電路中，對(duì)于電感較大的電器線圈，

11、如電磁閥、電磁鐵或直流電機(jī)勵(lì)磁線圈等，不宜與同電壓等級(jí)的接觸器或中間繼電器直接并聯(lián)使用。如圖，當(dāng)觸點(diǎn)KM斷開(kāi)時(shí)，電磁鐵YA線圈兩端產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，加在中間繼電器KA的線圈上，造成KA的誤動(dòng)作。為此在YA線圈兩端并聯(lián)放電電阻R，并在KA支路串入KM常開(kāi)觸點(diǎn)，如圖b）就能可靠工作。, 合理安排電器元件和觸點(diǎn)的位置。對(duì)于某些回路，電器元件或觸點(diǎn)位置互換時(shí)，并不影響其工作原理，但在實(shí)際運(yùn)行中，影響電路安全并關(guān)系到導(dǎo)線長(zhǎng)短，如圖a）接法既不安全又浪費(fèi)導(dǎo)線。圖b）所示的接法較為合理。, 盡量減少連接導(dǎo)線的數(shù)量，縮短連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度。 控制電路工作時(shí)，應(yīng)盡量減少通電電器的數(shù)量，以降低故障的可能性并節(jié)約電

12、能。 在電路中采用小容量的繼電器觸點(diǎn)來(lái)斷開(kāi)或接通大容量接觸器線圈時(shí)，要分析觸點(diǎn)容量的大小，若不夠時(shí)，必須加大繼電器容量或增加中間繼電器，否則工作不可靠。 4、應(yīng)具有必要的保護(hù)環(huán)節(jié) 控制電路在事故情況下，應(yīng)能保證操作人員、電氣設(shè)備、生產(chǎn)機(jī)械的安全，并能有效地制止事故的擴(kuò)大。為此，在控制電路中應(yīng)采取一定的保護(hù)措施，必要時(shí)還可設(shè)置相應(yīng)的指示信號(hào)。 5、操作、維修方便 控制電路應(yīng)從操作與維修人員的工作出發(fā)，力求操作簡(jiǎn)單、維修方便。 6、控制電路力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì) 在滿足工藝要求的前提下，控制電路應(yīng)力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。盡量選用標(biāo)準(zhǔn)電氣控制環(huán)節(jié)和電路，縮減電器的數(shù)量，采用標(biāo)準(zhǔn)件和盡可能選用相同型號(hào)的電器。,電氣控

13、制系統(tǒng)在完成原理設(shè)計(jì)和電器元件選擇之后，下一步就是進(jìn)行電氣工藝設(shè)計(jì)并付之實(shí)施。主要有電氣控制設(shè)備總體布置，總接線圖設(shè)計(jì)，各部分的電器裝配圖與接線圖，各部分的元件目錄、進(jìn)出線號(hào)、主要材料清單及使用說(shuō)明書(shū)等。 一、電氣設(shè)備的總體布置設(shè)計(jì) 電氣設(shè)備總體布置設(shè)計(jì)的任務(wù)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(gè)部件，再根據(jù)電氣設(shè)備的復(fù)雜程度，將每一部件劃分成若干單元，并根據(jù)接線關(guān)系整理出各部分的進(jìn)線和出線號(hào)，調(diào)整它們之間的連接方式。 單元?jiǎng)澐值脑瓌t： （1）功能類(lèi)似的元件組合在一起。如按鈕、控制開(kāi)關(guān)、指示燈、指示儀表可以集中在操作臺(tái)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

14、控制柜中。 （2）接線關(guān)系密切的控制電器劃為同一單元，減少單元間的連線。 （3）強(qiáng)弱電分開(kāi)，以防干擾。 （4）需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護(hù)和易損元件組合在一起以便于檢查與調(diào)試。,第三節(jié) 電氣控制裝置的工藝設(shè)計(jì),電氣控制設(shè)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(jī)床電器的進(jìn)出線一般采用接線端子，可根據(jù)電流大小和進(jìn)出線數(shù)選擇不同規(guī)格的接線端子。 （2）被控制設(shè)備與電氣箱之間采用多孔接插件，便于拆裝、搬運(yùn)。 （3）印制電路板及弱電控制組件之間的連接采用各種類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)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

15、大和較重的電器元件應(yīng)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(qiáng)電弱電應(yīng)分開(kāi)，弱電部分應(yīng)加裝屏蔽和隔離，以防干擾。 （4）需要經(jīng)常維護(hù)、檢修、調(diào)整的電器元件安裝不宜過(guò)高或低。 （5）電器布置應(yīng)考慮整齊、美觀、對(duì)稱(chēng)。盡量使外形與結(jié)構(gòu)尺寸類(lèi)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(shí)，應(yīng)預(yù)留布線、接線、和調(diào)整操作的空間。,電氣控制裝置的接線圖表示整套裝置的連接關(guān)系，繪制原則： （l）接線圖的繪制應(yīng)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(duì)位置要與實(shí)際安裝的相對(duì)位置一致。 （3）電器元件及其接線座的標(biāo)注與電氣原

16、理圖中標(biāo)注應(yīng)一致，采用同樣的文字符號(hào)和線號(hào)。項(xiàng)目代號(hào)、端子號(hào)及導(dǎo)線號(hào)的編制分別應(yīng)符合GB5904-85電氣技術(shù)中的項(xiàng)目代號(hào)、GB4026-83電器接線端子的識(shí)別和用字母數(shù)字符號(hào)標(biāo)志接線端子的通則及GB4884-85絕緣導(dǎo)線標(biāo)記等規(guī)定。 （4）接線圖應(yīng)將同一電器元件的各帶電部分（如線圈、觸點(diǎn)等）畫(huà)在一起，并用細(xì)實(shí)線框住。 （5）接線圖采用細(xì)線條繪制，應(yīng)清楚地表示出各電器元件的接線關(guān)系和接線去向。 接線圖的接線關(guān)系有兩種畫(huà)法： 直接接線法。 符號(hào)標(biāo)注接線法。,三、繪制電氣控制裝置的接線圖,（6）接線圖中要標(biāo)注出各種導(dǎo)線的型號(hào)、規(guī)格、截面積和顏色。 （7）接線端子板上各接線點(diǎn)按線號(hào)順序排列，并將動(dòng)力

17、線、交流控制線、直流控制線分類(lèi)排開(kāi)。元件的進(jìn)出線除大截面導(dǎo)線外，都應(yīng)經(jīng)過(guò)接線板，不得直接進(jìn)出。 四、電控柜和非標(biāo)準(zhǔn)零件圖的設(shè)計(jì) 電氣控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單時(shí)，控制電器可以安裝在生產(chǎn)機(jī)械內(nèi)部，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜或操作需要時(shí)，都要有單獨(dú)的電氣控制柜。 電氣控制柜設(shè)計(jì)要考慮以下幾方面問(wèn)題： （1）根據(jù)控制面板和控制柜內(nèi)各電器元件的數(shù)量確定電控柜總體尺寸。 （2）電控柜結(jié)構(gòu)要緊湊、便于安裝、調(diào)整及維修、外形美觀，并與生產(chǎn)機(jī)械相匹配。 （3）在柜體的適當(dāng)部位設(shè)計(jì)通風(fēng)孔或通風(fēng)槽，便于柜內(nèi)散熱。 （4）應(yīng)設(shè)計(jì)起吊鉤或柜體底部帶活動(dòng)輪，便于電控柜的移動(dòng)。 電控柜結(jié)構(gòu)常設(shè)計(jì)成立式或工作臺(tái)式，小型控制設(shè)備則設(shè)計(jì)成臺(tái)式或懸掛式。電控柜的品種繁多，結(jié)構(gòu)各異。設(shè)計(jì)中要吸取各種型式的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出適合的電控柜。,非標(biāo)準(zhǔn)的電器安裝零件，如開(kāi)關(guān)支架、電氣安裝底