電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇.ppt

1、第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,41 電氣控制線路設(shè)計的主要內(nèi)容 42 電氣控制線路的設(shè)計 43 常用電器元件的選擇,本章介紹:繼電接觸器電控線路設(shè)計方法，包括設(shè)計內(nèi)容、一般程序、設(shè)計原則、設(shè)計方法和步驟，電控系統(tǒng)的安裝、調(diào)試方法。 4.1 設(shè)計的主要內(nèi)容 基本任務(wù)：根據(jù)控制要求，設(shè)計、編制出設(shè)備制造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料，包括電氣原理圖、元件布置圖、電氣安裝接線圖、電氣箱圖及控制面板等，編制外購件目錄、單臺消耗清單、設(shè)備說明書等資料。 設(shè)計：原理設(shè)計、工藝設(shè)計。 以電力拖動控制系統(tǒng)為例說明。 4.1.1 原理設(shè)計內(nèi)容 1.擬定電氣設(shè)計任務(wù)書(技術(shù)條件)； 2.確定電力拖動

2、方案(電氣傳動形式)及控制方案； 3.選擇電動機，包括類型、電壓等級、容量及轉(zhuǎn)速，并選擇出具體型號； 4.設(shè)計電氣控制原理框圖，包括主電路、控制電路和輔助控制電路，確定各部分間關(guān)系，擬訂各部分技術(shù)要求,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,5.設(shè)計并繪制電氣原理圖，計算主要技術(shù)參數(shù)； 6.選擇電器元件，制定電機和電器元件明細表。以及裝置易損件及備用件清單； 7.編寫設(shè)計說明書。 4.1.2 工藝設(shè)計內(nèi)容 主要目的：便于組織電氣控制裝置的制造，實現(xiàn)所要求的各項技術(shù)指標，為設(shè)備使用、維修提供必要的圖紙資料。 主要內(nèi)容： 1.根據(jù)原理圖及選定的電器元件，設(shè)計電氣設(shè)備的總體配置，繪制系統(tǒng)的總裝配圖及

3、總接線圖。 2.按照電氣原理框圖或劃分的組件，對總原理圖編號、繪制各組件原理電路圖，列出元件目錄表，標出各組件進出線號； 3.根據(jù)各組件原理電路及選定元件目錄表，設(shè)計各組件裝配圖(包括電器元件布置圖和安裝圖)、接線圖. 4.根據(jù)組件安裝要求，繪制零件圖紙，并標明技術(shù)要求. 5.設(shè)計電氣箱，根據(jù)組件尺寸及安裝要求，確定電氣箱結(jié)構(gòu)與外形尺寸. 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,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,出外購件清單、標準件清單以及主要材料消耗定額. 7.編寫使用說明書。 實際操作時，根據(jù)總體技術(shù)要求和系統(tǒng)復(fù)雜程度,對上述步驟適當調(diào)整。 4.2 電氣控制

4、線路的設(shè)計 4.2.1設(shè)計的基本原則 在電力拖動方案和控制方案確定后，即可著手進行電控線路具體設(shè)計。 電控系統(tǒng)設(shè)計一般應(yīng)遵循以下原則： 1最大限度滿足生產(chǎn)機械和工藝對電控系統(tǒng)的要求 首先弄清設(shè)備需滿足的生產(chǎn)工藝要求，對設(shè)備工作情況作全面了解。深入現(xiàn)場調(diào)研，收集資料，結(jié)合技術(shù)人員及現(xiàn)場操作人員經(jīng)驗，作為設(shè)計基礎(chǔ)。 2在滿足生產(chǎn)工藝要求前提下，力求使控制線路簡單、經(jīng)濟 （1）盡量選用標準電器元件，減少電器元件數(shù)量,選用同型號電器元件以減少備用品數(shù)量。 （2）盡量選用標準的、常用的或經(jīng)過實踐考驗的典型環(huán)節(jié)或基本電控線路,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,3）盡量減少不必要的觸點，以簡化線路。

5、在滿足工藝要求前提下，元件越少，觸點數(shù)量越少，線路越簡單。可提高工作可靠性，降低故障率。 常用減少觸點數(shù)目的方法： 合并同類觸點 見圖4-1示. 利用轉(zhuǎn)換觸點方式 見圖4-2示。 圖4-1 同類觸點合并 圖4-2具有轉(zhuǎn)換觸點的中間繼電器的應(yīng)用,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,利用二極管的單向?qū)щ娦詼p少觸點數(shù)目。 見圖4-3示. 利用邏輯代數(shù)的方法減少觸點數(shù)目。 如圖4-4(a)示. 圖4-3 利用二極管簡化控制電路 圖4-4 利用邏輯代數(shù)減少觸點 （4）盡量縮短連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度 設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)實際情況，合理考慮并安排電氣設(shè)備和元件的位置及實際連線，使連接導(dǎo)線數(shù)量最少，長度最短。 圖

6、4-5中，圖(a)接線不合理，從電氣柜到操作臺需4根導(dǎo)線。圖(b)接線合理，從電氣柜到操作臺只需3根導(dǎo)線,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,注意：同一電器的不同觸點在線路中應(yīng)盡可能具有公共連接線。以減少導(dǎo)線段數(shù)和縮短導(dǎo)線長度，如圖4-6示. 圖4-5 線路的合理連接 圖4-6 節(jié)省連接導(dǎo)線的方法 （5）線路工作時，除必要的電器元件必須通電外，其余盡量不通電以節(jié)約電能。如圖4-7示. 3保證電控線路工作可靠 最主要的是選擇可靠的電器元件。同時，設(shè)計時要注意幾點： （1）正確連接電器元件的觸點,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,圖4-7 減少通電電器的線路 圖4-8 觸點的正確連接 同

7、一電器元件的常開和常閉觸點靠得很近，如果分別接在電源不同相上，當觸點斷開產(chǎn)生電弧時，可能在兩觸點間形成飛弧造成電源短路。 圖4-8(a)中SQ的接法錯誤,應(yīng)改成圖4-8(b)形式. （2）正確連接電器線圈 在交流線路中，即使外加電壓是兩個線圈額定電壓之和，也不允許兩個電器元件的線圈串聯(lián)，如圖4-9（a）示,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,若需兩個電器同時工作，其線圈應(yīng)并聯(lián)連接，如圖4-9(b)示. 圖4-9 線圈的正確連接 圖4-10 電磁鐵與繼電器線圈的連接 兩電感量相差懸殊的直流電壓線圈不能直接并聯(lián),如圖4-10(a)示。 解決辦法：在KA線圈電路中單獨串接KM的常開觸點，如圖4-

8、10(b)示。 （3）避免出現(xiàn)寄生電路 線路工作時，發(fā)生意外接通的電路稱為寄生電路。 寄生電路破壞電器元件和控制線路的工作順序或造成誤動作。見圖4-11(a). 解決辦法：將指示燈與其相應(yīng)的接觸器線圈并聯(lián)，如圖4-11(b)示。 （4）應(yīng)盡量避免許多電器依次動作才能接通另一電器的現(xiàn)象,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,圖4-1l 防止寄生電路 （5）在可逆線路中，正反向接觸器間要有電氣聯(lián)鎖和機械聯(lián)鎖。 （6）線路應(yīng)能適應(yīng)所在電網(wǎng)的情況，并據(jù)此決定電動機起動方式是直接起動還是間接起動。 （7）應(yīng)充分考慮繼電器觸點的接通和分斷能力。若要增加接通能力，可用多觸點并聯(lián)；若要增加分斷能力，可用多觸

9、點串聯(lián)。 4保證電控線路工作的安全性 應(yīng)有完善的保護環(huán)節(jié)，保證設(shè)備安全運行。常用有短路、過流、過載、失壓、弱磁、超速、極限保護等,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,1）短路保護 強大的短路電流容易引起各種電氣設(shè)備和元件的絕緣損壞及機械損壞。因此，短路時應(yīng)迅速可靠地切斷電源。 采用熔斷器作短路保護的電路見圖4-12。 也可用斷路器（自動開關(guān)）作短路保護， 兼有過載保護功能。 圖4-12 熔斷器短路保護 （2）過電流保護 不正確的啟動和過大的負載引起電動機很大的過電流；過大的沖擊負載引起電動機過大的沖擊電流，損壞電動機換向器；過大的電動機轉(zhuǎn)矩使生產(chǎn)機械的機械傳動部分受到損壞。 采用過電流繼電

10、器的保護電路見圖4-13(a),繼電器動作值一般整定為電動機啟動電流的1.2倍,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,用于籠型電動機直接啟動的過流保護見圖4-13 (b). 圖4-13 過電流保護 （3）過載保護 電動機長期過載運行，其繞組溫升將超過允許值，損壞電動機。 多采用具有反時限特性的熱繼電器進行保護，同時裝有熔斷器或過流繼電器配合使用。如圖4-14示。 圖(a)適于三相均衡過載的保護。圖(b)適于任一相斷線或三相均衡過載的保護。圖(c)為三相保護，能可靠地保護電動機的各種過載。 圖(b)和圖(c)中，如電動機定子繞組為三角形聯(lián)接，應(yīng)采用差動式熱繼電器,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元

11、器件選擇,圖4-14 過載保護 圖4-15 失壓保護 （4）失壓保護 防止電壓恢復(fù)時電動機自行起動的保護稱為失壓保護。 通過并聯(lián)在啟動按鈕上接觸器的常開觸點(圖4-15(a)，或通過并聯(lián)在主令控制器的零位常開觸點上的零壓繼電器的常開觸點(圖4-15(b)，來實現(xiàn)失壓保護。 （5）弱磁保護 直流并勵電動機、復(fù)勵電動機在勵磁減弱或消失時，會引起電動機“飛車”。必須加弱磁保護。 采用弱磁繼電器，吸合電流一般為額定勵磁電流的08倍,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,6）極限保護 對直線運動的生產(chǎn)機械常設(shè)極限保護。如上、下極限，前、后極限等。常用行程開關(guān)的常閉觸點來實現(xiàn). （7）其他保護 根據(jù)實際

12、情況設(shè)置，如溫度、水位、欠壓等保護環(huán)節(jié)。 5應(yīng)使操作、維護、檢修方便 具體安裝與配線時，電器元件應(yīng)留備用觸點，必要時留備用元件；為檢修方便，應(yīng)設(shè)置電氣隔離，避免帶電檢修；為調(diào)試方便，控制應(yīng)簡單，能迅速實現(xiàn)從一種方式到另一種方式的轉(zhuǎn)換。 設(shè)置多點控制，便于在生產(chǎn)機械旁調(diào)試；操作回路較多時，如要求正反轉(zhuǎn)并調(diào)速，應(yīng)采用主令控制器，不要用許多按鈕. 4.2.2 電氣控制線路設(shè)計的基本規(guī)律 設(shè)計程序： 1.擬定設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計任務(wù)書是整個系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)，擬定時，應(yīng)聚集電氣、機械工藝、機械結(jié)構(gòu)三方面設(shè)計人員，根據(jù)機械設(shè)備總體技術(shù)要求，共同商討。 任務(wù)書應(yīng)簡要說明所設(shè)計設(shè)備的型號、用途、工藝過程、技術(shù)性能、

13、傳動要求、工作條件、使用環(huán)境等。還應(yīng)說明,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,1）控制精度，生產(chǎn)效率要求； （2）有關(guān)電力拖動的基本特性，如電動機的數(shù)量、用途、負載特性、調(diào)速范圍以及對反向、起動和制動的要求等； （3）用戶供電系統(tǒng)的電源種類，電壓等級、頻率及容量等要求； （4）有關(guān)電氣控制的特性，如自動控制的電氣保護，聯(lián)鎖條件，動作程序等； （5）其他要求，如主要電氣設(shè)備的布置草圖，照明，信號指示，報警方式等； （6）目標成本及經(jīng)費限額; （7）驗收標準及方式. 2.電力拖動方案與控制方式選擇 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，生產(chǎn)機械結(jié)構(gòu)，運動部件數(shù)量、運動要求、負載特性、調(diào)速要求以及投資額等條件，確定

14、電動機的類型、數(shù)量、拖動方式，擬定電動機的啟動、運行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制動等控制要求。作為電氣原理圖設(shè)計及電器元件選擇的依據(jù),第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,3.電動機的選擇 根據(jù)拖動方案，選擇電動機的類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)形式以及容量，額定電壓，額定轉(zhuǎn)速等。 基本原則: （1）電動機機械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機械要求，與負載特性相適應(yīng)，保證運行穩(wěn)定性、有一定調(diào)速范圍與良好的起、制動性能； （2）結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足設(shè)計提出的安裝要求，適應(yīng)周圍環(huán)境； （3）根據(jù)負載和工作方式，正確選擇電動機容量； 對于恒定負載長期工作制的電動機，應(yīng)保證電動機額定功率等于或大于負載所需功率； 對于變動負載長期工作制電動機，應(yīng)保

15、證負載變到最大時，電動機仍能給出所需功率，而電動機溫升不超過允許值； 對于短時工作制電動機，應(yīng)按照電動機過載能力來選擇； 對于重復(fù)短時工作制電動機，原則上可按電動機在一個工作循環(huán)內(nèi)的平均功耗來選擇； （4）電動機電壓：應(yīng)根據(jù)使用地點的電源電壓來決定。 （5）在無特殊要求的場合，一般采用交流電動機,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,4.電氣控制方案的確定 綜合考慮各方案的性能，設(shè)備投資、使用周期、維護檢修、發(fā)展等因素. 主要原則： （1）自動化程度與國情相適應(yīng) 盡可能選用最新科技，同時要與企業(yè)自身經(jīng)濟實力相適應(yīng)。 （2）控制方式應(yīng)與設(shè)備的通用及專用化相適應(yīng) 對工作程序固定的專用設(shè)備，可采用

16、繼電接觸器控制系統(tǒng)； 對要求較復(fù)雜的控制對象或要求經(jīng)常變換工序和加工對象的設(shè)備，可采用可編程序控制器控制系統(tǒng)。 （3）控制方式隨控制過程的復(fù)雜程度而變化 根據(jù)控制要求及控制過程的復(fù)雜程度，可采用分散控制或集中控制方案，但各單機的控制方式和基本控制環(huán)節(jié)應(yīng)盡量一致，以簡化設(shè)計和制造過程。 （4）控制系統(tǒng)的工作方式，應(yīng)在經(jīng)濟、安全的前提下，最大限度地滿足工藝要求。 控制方案選擇，還應(yīng)考慮采用自動、半自動循環(huán)，工序變更、聯(lián)鎖、安全保護、故障診斷、信號指示、照明等,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,5.設(shè)計電氣原理圖并合理選擇元器件，編制元器件目錄清單。 6.設(shè)計制造、安裝、調(diào)試所必須的各種施工圖

17、紙，并以此為依據(jù)編制各種材料定額清單。 7.編寫說明書. 4.2.3 電氣控制線路的設(shè)計步驟和方法 常用方法：經(jīng)驗設(shè)計法，邏輯設(shè)計法。 1.經(jīng)驗設(shè)計法 又稱為一般設(shè)計法、分析設(shè)計法。根據(jù)生產(chǎn)機械工藝要求和生產(chǎn)過程，選擇適當?shù)幕经h(huán)節(jié)（單元電路）或典型電路綜合而成。 要求設(shè)計人員必須熟悉和掌握大量的基本環(huán)節(jié)和典型電路，具有豐富的實際設(shè)計經(jīng)驗。 適用于不太復(fù)雜的（繼電接觸式）電氣控制線路設(shè)計. （1）基本步驟 主電路設(shè)計：主要考慮電動機的起動、點動、正反轉(zhuǎn)、制動和調(diào)速。 控制電路設(shè)計：包括基本控制線路和特殊部分的設(shè)計，以及選擇控制參量和確定控制原則,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,主要考慮

18、如何滿足電動機的各種運轉(zhuǎn)功能和生產(chǎn)工藝要求。 聯(lián)結(jié)各單元環(huán)節(jié)，構(gòu)成滿足整機生產(chǎn)工藝要求的控制電路。 聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)設(shè)計：主要考慮如何完善整個控制線路的設(shè)計，包含各種聯(lián)鎖環(huán)節(jié)以及短路、過載、過流、失壓等保護。 線路的綜合審查：反復(fù)審查所設(shè)計的線路是否滿足設(shè)計原則和生產(chǎn)工藝要求。在條件允許情況下，進行模擬實驗，逐步完善設(shè)計，直至滿足要求。 （2）基本方法 根據(jù)生產(chǎn)機械工藝要求和工作過程，適當選用已有典型基本環(huán)節(jié),將它們有機地組合起來，加以適當補充和修改，綜合成所需線路。 若無合適的典型環(huán)節(jié)，則根據(jù)機械工藝要求和生產(chǎn)過程自行設(shè)計,邊分析邊畫圖，將輸入主令信號適當轉(zhuǎn)換，得到執(zhí)行元件所需的工作信號。隨時增

19、減電器元件和觸點，滿足給定的工作條件。 （3）經(jīng)驗設(shè)計法舉例 以皮帶運輸機為例。 一種連續(xù)平移運輸機械，常用于糧庫、礦山等的生產(chǎn)流水線上，將糧食、礦石等從一個地方運到另一個地方。一般由多條皮帶機組成，可以改變運輸?shù)姆较蚝托倍?第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,屬長期工作制，不需調(diào)速，無特殊要求，也不需反轉(zhuǎn)。拖動電機多采用籠型異步電動機。若考慮事故情況下可能有重載啟動，要求啟動轉(zhuǎn)矩大，可由雙籠型異步電動機或繞線型異步電動機拖動，也可二者配合使用。 以三條皮帶運輸機為例，見圖4-16。 工藝要求 (a) 啟動順序為3#、2#、1#，并要有一定時間間隔，以免貨物在皮帶上堆積，造成后面皮帶重載啟

20、動。 (b) 停車順序為1#，2#、3#，保證停車后皮帶上不殘存貨物。 (c) 不論2#或3#哪一個出故障，1#必 須停車，以免繼續(xù)進料，造成貨物堆 積。 (d) 必要的保護。 主電路設(shè)計 圖4-16 皮帶運輸機工作示意圖 三條皮帶分別由三臺電機拖動，均采用籠型異步電機。由于電網(wǎng)容量足夠大，且三臺電機不同時起動，故采用直接啟動。由于不經(jīng)常啟動、制動，對于制動時間和停車準確度也無特殊要求，制動時采用自由停車,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,三臺電機都用熔斷器作短路保護，用熱繼電器作過載保護。由此，設(shè)計出主電路如圖4-17示. 圖4-17 皮帶運輸機主電路圖 基本控制電路設(shè)計 三臺電機由三

21、個接觸器控制啟、停。啟動順序為3#、2#、1#，可用3#接觸器的常開（動合）觸點控制2#接觸器線圈，用2#接觸器常開觸點控制1#接觸器線圈。制動順序為1#、2#、3#，用1#接觸器常開觸點與控制2#接觸器的常閉（動斷）按鈕并聯(lián)，用2#接觸器常開觸點與控制3#接觸器的常閉按鈕并聯(lián)?；究刂凭€路如圖4-18示。 可見，只有KM3動作后，按下SB3，KM2線圈才能通電動作，然后按下SB1、KM1線圈通電動作，實現(xiàn)了電動機的順序起動,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,圖4-18 控制電路的基本部分 同理，只有KM1斷電釋放，按下SB4，KM2線圈才能斷電，然后按下SB6，KM3線圈斷電，實現(xiàn)電動

22、機的順序停車。 控制線路特殊部分設(shè)計 為實現(xiàn)自動控制，皮帶運輸機啟動和停車可用行程參量或時間參量控制。由于皮帶是回轉(zhuǎn)運動，檢測行程比較困難，而用時間參量比較方便。所以，以時間為變化參量，利用時間繼電器作輸出器件的控制信號。以通電延時的常開觸點作啟動信號，以斷電延時的常開觸點作停車信號。為使三條皮帶自動按順序工作，采用中間繼電器KA，線路如圖4-19示. 設(shè)計聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié),第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,圖4-19 控制電路的聯(lián)鎖部分 分析:按下SB1發(fā)出停車指令時，KT1、KT2、KA同時斷電，KA常開觸點瞬時斷開，KM2、KM3若不加自鎖，則KT3、KT4的延時將不起作用，KM2、K

23、M3線圈將瞬時斷電，電動機不能按順序停車，所以需加自鎖環(huán)節(jié)。三個熱繼電器的保護觸頭均串聯(lián)在KA線圈電路中，無論哪一號皮帶機過載，都能按1#、2#、3#順序停車。線路失壓保護由KA實現(xiàn)。 線路綜合審查 線路工作過程： 按下啟動按鈕SB2，KA通電吸合并自鎖，KA常開觸點閉合，接通KT1KT4，其中KT1、KT2為通電延時型，KT3、KT4為斷電延時型，KT3，KT4的常開觸點立即閉合，為KM2和KM3的線圈通電準備條件。KA另一個常開觸點閉,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,圖4-20 完整的電路圖 閉合，與KT4一起接通KM3，電動機M3首先啟動，經(jīng)一段時間，達到KT1的整定時間，則KT

24、1的常開觸點閉合，使KM2通電吸合，電動機M2啟動，再經(jīng)一段時間，達到KT2的整定時間，則KT2的常開觸點閉合，使KM1通電吸合，電動機M1啟動。 按下停止按鈕SB1，KA斷電釋放，4個時間繼電器同時斷電，KT1、KT2常開觸點立即斷開，KM1失電，電動機M1停車。由于KM2自鎖，所以，只有達到KT3的整定時間，KT3斷開，使KM2斷電，電動機M2停車，最后，達到KT4的整定時間，KT4的常開觸點斷開，使KM3線圈斷電，電動機M3停車,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,2.邏輯設(shè)計法 利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學工具來設(shè)計電控線路。將線路中的接觸器、繼電器等電器元件線圈的通電與斷電，觸點的閉合與

25、斷開，主令元件觸點的接通與斷開等，看成邏輯變量，考慮線路中各邏輯變量間所要滿足的邏輯關(guān)系，用函數(shù)關(guān)系式表示出來，按照一定方法和步驟設(shè)計出符合生產(chǎn)工藝要求的電控線路。 (1)邏輯代數(shù)基礎(chǔ) 邏輯代數(shù)中的邏輯變量和邏輯函數(shù) 又稱布爾代數(shù)或開關(guān)代數(shù)。 (a) 邏輯變量 邏輯代數(shù)中,具有兩種互為對立工作狀態(tài)的物理量稱為邏輯變量。如繼電器、接觸器等電器元件線圈的通電與失電，觸點的斷開與閉合等，其對立的兩種工作狀態(tài)可采用邏輯“0”和“1”表示。 規(guī)定：繼電器、接觸器等電器元件的線圈、常開（動合）觸點為原變量；常閉（動斷）觸點為反變量。即： 線圈通電為“1”，失電為“0”； 常開觸點閉合為“1”，斷開為“0,

26、第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,常閉觸點閉合為“0”，斷開為“1”； 電器元件KA1，KA2，的常開觸點分別用KA1，KA2，表示；常閉觸點則分別用KA1，KA2，表示； (b) 邏輯函數(shù) 表示觸點狀態(tài)的邏輯變量稱為輸入邏輯變量；表示接觸器、繼電器線圈等受控元件的邏輯變量稱為輸出邏輯變量。輸出邏輯變量與輸入邏輯變量間所滿足的相互關(guān)系稱為邏輯函數(shù)關(guān)系，簡稱為邏輯關(guān)系。 邏輯代數(shù)的運算法則 (a) 邏輯與觸點串聯(lián) 能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯與運算的電路如圖4-21示。 邏輯表達式：K=AB (“”為邏輯與運算符號) 含義：只有觸點A與B都閉合，線圈K才得電。 (b) 邏輯或觸點并聯(lián) 實現(xiàn)邏輯或運算的電路

27、如圖4-22示。 邏輯表達式：K=A+B (“+”為邏輯或運算符號) 含義：觸點A與B只要有一個閉合，線圈K就可得電,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,圖4-21 邏輯與運算電路 圖4-22 邏輯或運算電路 圖4-23 邏輯非運算電路 (c) 邏輯非動斷觸點 實現(xiàn)邏輯非運算的電路如圖4-23示(P146)。 表達式：K= A (“ ”為邏輯非運算符號) 含義：觸點A不動作，線圈K通電。 基本定理 (a) 交換律 AB = BA，A+B = B+A (b) 結(jié)合律 A(BC) = (AB)C，A+(B+C) = (A+B)+C (c) 分配律 A(B+C) = AB+AC，A+(BC) =

28、 (A+B)(A+C) (d) 重疊律 AA = A，A+A = A (e) 吸收律 A+AB = A，A(A+B) = A,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,A+ AB=A+B，A +AB =A+B (f) 非非律 A = A (g) 反演律 A+B = A* B， A*B = A + B 邏輯代數(shù)化簡 在保證邏輯功能(生產(chǎn)工藝要求)不變的前提下，運用邏輯代數(shù)的定理和法則將原始表達式化簡，得到簡化的電控線路圖。 化簡時經(jīng)常用到的常量和變量關(guān)系為： A+0 = A A0 = 0 A+1 = l A1 = A A+ A = 1 A A = 0 化簡時經(jīng)常用到的方法： (a) 合并項法 利用

29、AB+A B =A，將兩項合為一項 例：AB C+ABC = AB (b) 吸收法 利用A+AB = A消去多余的因子。 例：B+ABDF = B (c) 消去法 利用A+A B = A+B消去多余的因子。 例：A+AB+DEF = A+B+DEF,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,d) 配項法 利用邏輯表達式乘以一個“1”和加上一個“0”其邏輯功能不變來進行化簡，即利用A+A = 1和A A = 0。 繼電接觸器開關(guān)的邏輯函數(shù) 繼電接觸器開關(guān)的邏輯電路，是以檢測信號、主令信號、中間單元及輸出邏輯變量的反饋觸點作為輸入變量，以執(zhí)行元件作為輸出變量而構(gòu)成的電路。 通過圖4-24的啟、停自鎖

30、電路說明組成繼電接觸器開關(guān)的邏輯函數(shù)規(guī)律. 圖4-24 啟、停自鎖電路 圖4-24(a)邏輯函數(shù)：Fk = SB1+SB2K 一般形式： Fk =X開+X關(guān)K (4-1,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,圖4-24(b)邏輯函數(shù)：Fk = SB2(SB1+K) 一般形式： Fk = X關(guān)(X開+K) (4-2) 式中,X開代表開啟信號，X關(guān)代表關(guān)閉信號. 實際啟動、停止、自鎖線路，控制一個線圈通、斷電的條件往往不止一個。對開啟信號，當不只一個主令信號，還必須有其它條件才能開啟時，則開啟主令信號用X開主表示，其它條件稱為開啟約束信號，用X開約表示。只有當條件都具備時，開啟信號才能開啟，則X

31、開主與X開約是邏輯與的關(guān)系，用X開主X開約去代替式(4-1)、(4-2)中的X開. 當關(guān)斷信號不只一個主令信號，還必須有其它條件才能關(guān)斷時，則關(guān)斷主令信號用X關(guān)主表示，其它條件稱關(guān)斷約束信號，用X關(guān)約表示。只有當信號全為“0”時，信號才能關(guān)斷，則X關(guān)主與X關(guān)約是邏輯或的關(guān)系，用X關(guān)主+X關(guān)約代替式(4-1)、(4-2)中的X關(guān)。 啟動、停止、自鎖線路擴展公式： FK = X開主X開約+ (X關(guān)主+X關(guān)約)K (4-3) FK = (X關(guān)主+X關(guān)約)(X開主X開約+K) (4-4,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,2）邏輯設(shè)計基本步驟： 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，作出工作循環(huán)示意圖。 確定執(zhí)行元件

32、和檢測元件，并根據(jù)工作循環(huán)示意圖作出執(zhí)行元件的動作節(jié)拍表和檢測元件狀態(tài)表。 根據(jù)主令元件和檢測元件狀態(tài)表寫出各程序的特征數(shù)，確定待相區(qū)分組，增設(shè)必要的中間記憶元件，使待相區(qū)分組的所有程序區(qū)分開。 列出中間記憶元件的開關(guān)邏輯函數(shù)和執(zhí)行元件的邏輯函數(shù)。 根據(jù)邏輯函數(shù)式設(shè)計電控線路圖。 進一步檢查、化簡、完善電路，增加必要的保護和聯(lián)鎖環(huán)節(jié)。 （3）邏輯設(shè)計法舉例 以皮帶運輸機電控線路設(shè)計為例。 皮帶運輸機工作循環(huán)示意圖見圖4-16（P143）. 按生產(chǎn)工藝要求，啟動信號給出后，3#皮帶機啟動，經(jīng)一定時間，由控制元件時間繼電器KT1發(fā)出啟動2#皮帶機的信號，2#皮帶機啟動；再經(jīng)一定時間，由控制元件時間

33、繼電器KT2發(fā)出啟動1#皮帶機的信號，1#皮帶機啟動。發(fā)出停止信號時，1#皮帶機停車，經(jīng)一定時間，由控制元件KT3發(fā)出停止2#皮帶機的信號，2#皮帶機停車；再經(jīng)一定時間，由控制元件KT4發(fā)出停止3#皮帶機的信號，3#皮帶機停車,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,作出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表和檢測元件狀態(tài)表 執(zhí)行元件:KM1、KM2、KM3； 檢測元件:KT1、KT2、KT3、KT4； 其中KT1、KT2為啟動用時間繼電器，用于通電延時；KT3、KT4為停止用時間繼電器，用于斷電延時。 主令元件:啟動按鈕SB2和停止按鈕SBl。 接觸器和時間繼電器線圈狀態(tài)見表4-1（P150），時間繼電器及按鈕

34、觸點狀態(tài)見表4-2（P150）。表中“1”代表線圈通電或觸點閉合，“0”代表線圈斷電或觸點斷開。 表中1/0和0/1表示短信號。例如，按下SB2時，常開觸點閉合；松開時，觸點即斷開。所產(chǎn)生的信號為短信號，在表中用1/0表示。 決定待相區(qū)分組，設(shè)置中間記憶元件 根據(jù)控制或檢測元件狀態(tài)表得程序特征數(shù)如表4-3示（P150）。 只有“1”程序和“4”程序有相同特征數(shù)001110，但SB2為短信號，需加自鎖。因此，“1”程序和“4”程序?qū)儆诳蓞^(qū)分組。因為沒有待相區(qū)分組，所以不需設(shè)置中間記憶元件,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,列出輸出元件邏輯函數(shù)式 KM3工作區(qū)間是程序15，程序0、l間轉(zhuǎn)換主

35、令信號是SB2，由01取X開主為SB2，程序5、6間轉(zhuǎn)換主令信號是KT4，由10，取X關(guān)主為KT4，且SB2為短信號，需自鎖。故： KM3 = (SB2+KM3)KT4 KM2工作區(qū)間是程序24，程序l、2間轉(zhuǎn)換主令信號是KT1，由01,取X開主為KT1，程序4、5間轉(zhuǎn)換主令信號是KT3，由10，取X關(guān)主為KT3，但在開關(guān)邊界內(nèi)X開主X關(guān)主不全為1，需自鎖。故： KM2 = (KT1+KM2)KT3 KM1工作程序是程序3，程序2、3間轉(zhuǎn)換主令信號是KT2，由01取X開主為KT2，程序3、4間轉(zhuǎn)換主令信號是SB1，由101，取X關(guān)主為，故： KM1=SB1*KT2 KT1KT4工作區(qū)間是程序1

36、3，程序0、1間轉(zhuǎn)換主令信號是SB2，由01，且SB2是短信號，需加自鎖，取X開主為SB2。程序3、4間轉(zhuǎn)換主令信號是SB1，由101，取X關(guān)主為SB1，故： KT1 = (SB2+KT1)SB1 KT2 = (SB2+KT2)SB1,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,KT3 = (SB2+KT3)SB1 KT4 = (SB2+KT4)SB1 由于KT1KT4線圈的通、斷電信號相同，自鎖信號可用KT1的瞬動觸點代替，上面四個公式可用一個公式代替: KT1KT4 = (SB2+KT1)SB1。 按邏輯函數(shù)式畫出電控線路圖 按上面邏輯函數(shù)式畫出電控線路圖,見圖4-25示. 圖4-25 按邏輯

37、函數(shù)畫出的控制線路,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,考慮SB1、SB2需兩常開、兩常閉，對按鈕來說難以滿足，改用： KA=(SB2+K)SB1和KT1KT4=KA 利用SB2和SB1控制中繼KA線圈，再由KA常開觸點控制KT1KT4線圈，由此畫出圖4-26電路。 圖4-26 完善的控制線路 進一步完善電路，增加必要的聯(lián)鎖和保護環(huán)節(jié)。 得到與圖4-20（P145）相同電路。 二種設(shè)計方法比較: 對一般不太復(fù)雜的線路可按經(jīng)驗設(shè)計法設(shè)計。 對較復(fù)雜的線路，宜采用邏輯設(shè)計法設(shè)計,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,4.3 常用電器元件的選擇 正確、合理選用元器件，是電路安全、可靠工作的保證

38、。 基本原則： 按對電器元件的功能要求確定電器元件的類型。 確定電器元件承載能力的臨界值及使用壽命。根據(jù)電器控制的電壓、電流及功率的大小確定電器元件的規(guī)格。 確定電器元件預(yù)期的工作環(huán)境及供應(yīng)情況，如防油防塵、防水、防爆及貨源情況。 確定電器元件在應(yīng)用中所要求的可靠性。 確定電器元件的使用類別。 4.3.1 按鈕、開關(guān)類電器選擇 1.按鈕 主要根據(jù)所需要的觸點數(shù)、使用場合、顏色標注、以及額定電壓、額定電流進行選擇。 按鈕顏色及其含義： 見國標GB522685機床電氣設(shè)備通用技術(shù)條件規(guī)定,如,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,1）“停止”和急停按鈕必須是紅色。 （2）“啟動”按鈕的顏色是綠色

39、。 （3）“啟動”與“停止”交替動作的按鈕必須是黑色、白色或灰色。 （4）點動按鈕必須是黑色。 （5）復(fù)位按鈕（如保護繼電器的復(fù)位按鈕）必須是藍色。當復(fù)位按鈕還有停止作用時，則必須是紅色. 按鈕顏色的含義及應(yīng)用見表45（P154）。 2.行程開關(guān) 主要根據(jù)機械設(shè)備運動方式與安裝位置，擋鐵的形狀、速度、工作力、工作行程、觸點數(shù)量、及額定電壓、額定電流來選擇。 3.萬能轉(zhuǎn)換開關(guān) 根據(jù)控制對象的接線方式、觸點型式與數(shù)量、動作順序和額定電壓、額定電流等參數(shù)進行選擇。 4.電源引入控制開關(guān) 機械設(shè)備常選用刀開關(guān)、組合開關(guān)和斷路器等。 (1)刀開關(guān)與鐵殼開關(guān),第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,根據(jù)電

40、源種類、電壓等級、電動機容量及控制極數(shù)進行選擇。 用于照明電路時，額定電壓、額定電流應(yīng)等于或大于電路最大工作電壓與工作電流。 用于電動機直接啟動時，額定電壓為380V或500V、額定電流應(yīng)等于或大于電動機額定電流的3倍。 (2)組合開關(guān) 根據(jù)電流種類、電壓等級、所需觸點數(shù)量及電動機容量進行選擇。 用于控制7kW以下電動機的啟動、停止時，額定電流應(yīng)等于電動機額定電流的三倍。 若不直接用于啟動和停機，額定電流只需稍大于電動機額定電流。 (3)斷路器 包括正確選用開關(guān)類型、容量等級和保護方式。 額定電壓和額定電流應(yīng)不小于電路正常工作電壓和工作電流。 熱脫扣器的整定電流應(yīng)與所控制電動機的額定電流或負載

41、額定電流一致。 電磁脫扣器瞬時脫扣整定電流應(yīng)大于負載電路正常工作時的峰值電流,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,對電動機，斷路器電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流值I按下式計算 I KIST (45) 式中 K安全系數(shù)，可取K=1.7； IST電動機啟動電流。 4.3.2 熔斷器選擇 先確定熔體額定電流，再根據(jù)熔體規(guī)格，選擇熔斷器規(guī)格，根據(jù)被保護電路的性質(zhì)，選擇熔斷器的類型。 1.熔體額定電流的選擇 (1) 電阻性負載，如照明電路、信號電路、電阻爐電路等。 IFUN I （46） 式中 IFUN 熔體額定電流； I 負載額定電流。 (2) 沖擊性負載（出現(xiàn)尖峰電流），如籠型電動機起動電流為(4

42、7)Ied (Ied為電機額定電流)。 單臺不頻繁起、停，且長期工作的電動機： IFUN (1.52.5)Ied （47,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,單臺頻繁起動、長期工作的電動機： IFUN =(33.5)Ied （48） 多臺長期工作的電動機共用熔斷器： IFUN (1.52.5)Iemax+Ied （49） 或 IFUN Im2.5 (410） 式中 Iemax容量最大一臺電動機的額定電流； Ied 其余電動機額定電流之和； Im 電路中可能出現(xiàn)的最大電流。 當幾臺電動機不同時起動時，電路中最大電流: Im 7 Iemax +Ied （411） (3) 采用降壓方法起動的電動

43、機： IFUN Ied （412） 2.熔斷器規(guī)格選擇 額定電壓大于電路工作電壓，額定電流等于或大于所裝熔體額定電流。 3.熔斷器類型選擇 應(yīng)根據(jù)負載保護特性的短路電流大小及安裝條件選擇,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,4.3.3 交流接觸器選擇 主要考慮主觸點額定電壓與額定電流、輔助觸點數(shù)量、吸引線圈電壓等級、使用類別、操作頻率等。 主觸點額定電流應(yīng)等于或大于負載或電動機的額定電流。 1.額定電壓與額定電流 主要考慮接觸器主觸點的額定電壓與額定電流。 UKMNUCN （413） IKMN IN = （414） 式中 UKMN 接觸器額定電壓； UCN 負載額定線電壓； IKMN 接觸

44、器額定電流； IN 接觸器主觸點電流； PMN 電動機功率； UMN 電動機額定線電壓； K 經(jīng)驗常數(shù)，K11.4,PMN103 KUMN,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,2.吸引線圈的電流種類及額定電壓 對頻繁動作場合，宜選用直流勵磁方式;一般情況下采用交流控制。 線圈額定電壓:根據(jù)控制電路復(fù)雜程度，維修、安全要求，設(shè)備采用控制電壓等級考慮。 3.其它方面 （1）輔助觸點的額定電流、種類和數(shù)量。 （2）根據(jù)使用環(huán)境選擇有關(guān)接觸器或特殊用接觸器。 （3）考慮電器的固有動作時間,電器的使用壽命和操作頻率。 4.3.4 繼電器的選擇 1.電磁式通用繼電器 先考慮交流類型或直流類型，而后考慮采用電壓繼電器還是電流繼電器，或