電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)PPT課件(PPT 31頁)

1、第4章 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1概述4.2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容4.3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟4.4 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 4.5 電氣線路的設(shè)計(jì)實(shí)例 1.第1頁，共31頁。4.1概述 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩部分，一個(gè)是滿足生產(chǎn)過程中機(jī)械加工和工藝的各種控制要求, 綜合考慮設(shè)備的自動(dòng)化程度和技術(shù)的先進(jìn)性。另一個(gè)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(tái)設(shè)備的使用效能和自動(dòng)化程度,即決定著生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的先進(jìn)性、合理性；后者則決定了電氣控制設(shè)備的生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟(jì)性、造型美觀和使用維護(hù)方便等。 2.第2頁，共31頁。4.2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基

2、本內(nèi)容 1.原理設(shè)計(jì)內(nèi)容 (1 )擬定電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書 電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書是電氣設(shè)計(jì)的依據(jù)。 ( 2) 確定電力拖動(dòng)方案和控制方案 拖動(dòng)方法主要有電力拖動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)等。根據(jù)機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)力矩或功率的要求，合理選擇電動(dòng)機(jī)類型、參數(shù)。 (3 ) 選擇電動(dòng)機(jī) 選擇電動(dòng)機(jī)類型、電壓等級(jí)、容量及轉(zhuǎn)速，并選擇出具體型號(hào)。3.第3頁，共31頁。 ( 4)設(shè)計(jì)電氣控制框圖, 原理框圖包括主電路、控制電路和輔助電路，對(duì)原理圖各連接點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，電氣原理圖是整個(gè)設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)，是工藝設(shè)計(jì)和制定其他技術(shù)資料的依據(jù)。 (5 ) 繪圖 制電氣原理圖、布置圖、繪制控制面板圖、元器件安裝底板圖、電氣安裝接線圖和電氣互連

3、圖等圖紙。 (6 ) 選擇電器元器件，制定元器件明細(xì)表 根據(jù)電氣原理合理選擇元器件，并列寫元器件清單。 (7 ) 編寫設(shè)計(jì)說明書和維修說明書4.第4頁，共31頁。 2.工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容 (1 )根據(jù)電氣原理圖及選定的電器元件，繪制總裝接線圖。 (2 ) 設(shè)計(jì)繪制電器元件布置圖。 (3 ) 設(shè)計(jì)繪制電器元件的接線圖。 (4 ) 設(shè)計(jì)繪制電氣箱及非標(biāo)準(zhǔn)零件圖。 ( 5) 列出所用各類元器件及材料清單。 ( 6) 編寫設(shè)計(jì)說明書和使用維護(hù)說明書。5.第5頁，共31頁。4.3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 1.擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書 ( 1)控制精度和生產(chǎn)效率要求 (2) 有關(guān)電力拖動(dòng)的基本特性 電動(dòng)機(jī)數(shù)量、用途、

4、負(fù)載特性、動(dòng)作要求、控制方式、起動(dòng)和制動(dòng)的要求等。 (3 ) 有關(guān)電氣控制的特性 電氣保護(hù)、聯(lián)鎖條件、控制精度、生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度、抗干擾要求等。 (4 ) 其他要求 主要?dú)庠O(shè)備的布置草圖、安裝、照明、信號(hào)指示、顯示和報(bào)警方式等要求。 (5 ) 目標(biāo)成本及經(jīng)費(fèi)限額 目標(biāo)成本、經(jīng)費(fèi)限額、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及方式等。6.第6頁，共31頁。 2.選擇電力拖動(dòng)方案與控制方式 電力拖動(dòng)方案與控制方式的確定是設(shè)計(jì)的先決條件。 電力拖動(dòng)方案：包括生產(chǎn)工藝要求、運(yùn)動(dòng)要求、調(diào)速要求及生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、負(fù)載性質(zhì)、投資額等條件，確定電動(dòng)機(jī)的類型、數(shù)量、拖動(dòng)方式, 制定電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)等要求，可作為電氣控制原

5、理圖設(shè)計(jì)及電器元件選擇的依據(jù)。 7.第7頁，共31頁。 3.其它要求 (1)選擇電動(dòng)機(jī)。 確定電動(dòng)機(jī)的類型、數(shù)量、容量、額定電壓和額定轉(zhuǎn)速等。(2)設(shè)計(jì)電氣原理圖并選用元器件設(shè)計(jì)電氣控制原理線路圖并合理選擇元器件，編制元器件目錄清單 (3)設(shè)計(jì)電氣設(shè)備各種施工圖樣設(shè)計(jì)電氣設(shè)備制造、安裝、調(diào)試所必需的各種施工圖紙并以此為根據(jù)編制各種材料定額清單。 (4)編寫說明書。8.第8頁，共31頁。4.4 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 1.最大限度滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝對(duì)電氣控制線路的要求 電氣控制線路是為整個(gè)生產(chǎn)機(jī)械和工藝過程服務(wù)的，在設(shè)計(jì)前，首先對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的主要工作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作方式和保護(hù)裝置等方面要清

6、楚，做全面細(xì)致的了解9.第9頁，共31頁。 2.確保控制線路的工作安全可靠 (1)選擇控制電源 交流標(biāo)準(zhǔn)控制電壓等級(jí)為：380V, 220V, 127V、110V、48V, 36V, 24V、6.3V。直流標(biāo)準(zhǔn)控制電壓等級(jí)為：220V, 110V、48V, 24V, 12V。 (2)電器元件的選擇 元器件選擇的時(shí)候盡可能選用機(jī)械和電氣壽命長、動(dòng)作可靠、抗干擾性能好的電器。 10.第10頁，共31頁。 (3)正確連接電器的線圈 1）在交流控制線路中，電器的線圈不允許串聯(lián)連接。如圖4-1（ b ）所示。 2) 對(duì)于直流電磁線圈，當(dāng)兩電感量相差懸殊也不能直接并聯(lián)，以免使控制電路產(chǎn)生誤動(dòng)作，如圖4-2

7、(b)所示。 (4)合理選擇電器元件及觸點(diǎn)的位置 在設(shè)計(jì)控制線路時(shí)，應(yīng)使分布在線路不同位置的同一電器觸點(diǎn)盡量接到同一電位點(diǎn)，如圖4-3(b)所示。11.第11頁，共31頁。 圖4-1交流線圈的連接(a)不正確 (b)正確圖4-2直流線圈的連接(a)不正確 (b)正確12.第12頁，共31頁。 (5)避免出現(xiàn)寄生電路 在電氣控制線路的動(dòng)作過程中, 如果出現(xiàn)不是由于誤操作而產(chǎn)生意外接通的電路稱為寄生電路。圖4-4 (a)所示是一個(gè)具有指示燈顯示和過載保護(hù)的電動(dòng)機(jī)正反向運(yùn)行控制電路。正常工作情況下能完成正、反向起動(dòng)、停止和信號(hào)指示。但當(dāng)熱繼電器FR動(dòng)作時(shí)，產(chǎn)生寄生電路，電流流向如圖4-4 (a)中虛

8、線所示，使正向接觸器KM1不能釋放，起不了保護(hù)作用。13.第13頁，共31頁。圖4-3 觸點(diǎn)的畫法(a)不正確 (b)正確圖4-4 防止寄生回路(a)不正確 (b)正確14.第14頁，共31頁。 3.在滿足生產(chǎn)工藝前提下，力求控制線路經(jīng)濟(jì)、簡單 (1)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)電器元件，減少電器元件的品種、種類和數(shù)量。 (2) 盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、常用的或經(jīng)過實(shí)踐考驗(yàn)的典型環(huán)節(jié)或基本電氣控制線路。 (3) 盡量減少不必要的觸點(diǎn), 這樣不但可以簡化電氣控制線路。 (4) 盡量縮減連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度。 (5) 盡量減少通電電器的數(shù)量。 15.第15頁，共31頁。圖4-5 Y- 減壓起動(dòng)控制電路16.第16頁，共3

9、1頁。 4.設(shè)置必要的保護(hù)環(huán)節(jié) (1)短路保護(hù) 常用的短路保護(hù)有熔斷器、自動(dòng)空氣開關(guān)、專門的短路保護(hù)繼電器。 (2)過電流保護(hù) 過電流保護(hù)常用于限流起動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)和繞線式異步電動(dòng)機(jī)。 (3)過載保護(hù) 電動(dòng)機(jī)如果長期超載運(yùn)行，繞組的溫升將超過允許值，會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，所以要設(shè)置過載保護(hù)環(huán)節(jié)。17.第17頁，共31頁。 (4)欠電流保護(hù) 欠電流保護(hù)是指被控制電路電流低于整定值時(shí)需要?jiǎng)幼鞯囊环N保護(hù)，通常利用欠電流繼電器來實(shí)現(xiàn)。 (5)斷相保護(hù) 電源缺相、接觸不良、或者電動(dòng)機(jī)內(nèi)部斷線都會(huì)引起電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行。可采用斷相保護(hù)熱繼電器。 (6)失壓保護(hù) 采用接觸器及按鈕控制的線路一般都具有失壓保護(hù)功能。 (7

10、)欠壓保護(hù) 當(dāng)電源電壓降低到額定電壓的 60% 到 80% 時(shí)，繼電器自動(dòng)將電動(dòng)機(jī)電源切除，這種保護(hù)稱為欠電壓保護(hù)。18.第18頁，共31頁。 (8)過電壓保護(hù) 通常是在線圈兩端并聯(lián)一個(gè)電阻、電阻串電容或二極管串電阻等形式，以形成一個(gè)放電回路。 (9)極限保護(hù) 做直線運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械常設(shè)有極限保護(hù)環(huán)節(jié)，一般用行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。 (10)弱磁保護(hù) 直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)在勵(lì)磁磁場(chǎng)減弱或消失時(shí), 有必要在控制線路中采用弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)。 (11)其他保護(hù) 根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)置如溫度、水位、欠壓等保護(hù)環(huán)節(jié)。 19.第19頁，共31頁。4.5 電氣線路的設(shè)計(jì)實(shí)例 4.5.1電氣線路的一般設(shè)計(jì)方法

11、電氣線路的設(shè)計(jì)方法是：首先主電路，后設(shè)計(jì)控制電路?？刂齐娐返脑O(shè)計(jì)方法主要有分析設(shè)計(jì)法和邏輯設(shè)計(jì)法，由于設(shè)計(jì)過程較復(fù)雜，所以一般常規(guī)設(shè)計(jì)中都采用分析設(shè)計(jì)法。 20.第20頁，共31頁。 分析設(shè)計(jì)法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求去選擇適當(dāng)?shù)目刂骗h(huán)節(jié)，或使用過的成熟電路，按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來并加以補(bǔ)充和修改，滿足控制要求的完整電路。有時(shí)在找不到現(xiàn)成電路的情況下，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計(jì)修改，將主令信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕M合與變換，在一定條件下得到執(zhí)行元件所需要的工作信號(hào)。21.第21頁，共31頁。 在采用分析設(shè)計(jì)法時(shí)主要存在以下缺點(diǎn)： (1)在發(fā)現(xiàn)試畫出來的線路達(dá)不到要求時(shí)，往往增加電器元件或觸頭數(shù)量的方法加

12、以解決，所以設(shè)計(jì)出來的線路往往不一定是最佳電路。 (2)設(shè)計(jì)中當(dāng)經(jīng)驗(yàn)不足或考慮不周時(shí)往往會(huì)發(fā)生差錯(cuò)，影響線路的可靠性或工作性能。下面通過一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例來說明分析設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)過程。 22.第22頁，共31頁。 4.5.2 往復(fù)運(yùn)動(dòng)電氣線路的設(shè)計(jì)實(shí)例 例：有一生產(chǎn)機(jī)械如圖4-6 所示，運(yùn)動(dòng)部件由 A 點(diǎn)起動(dòng)運(yùn)行到 B 點(diǎn)，撞上行程開關(guān) SQ2 后停止； 2 min 后自動(dòng)返回到 A 點(diǎn)，撞上 SQ1 后停止， 2 min 后自動(dòng)運(yùn)行到 B 點(diǎn)，停留 2 min 后又返回 A 點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。要求電路具有短路保護(hù)、過載保護(hù)和欠壓保護(hù)等功能。 23.第23頁，共31頁。圖 4-6 機(jī)床工作示意圖24.

13、第24頁，共31頁。 初步設(shè)計(jì) （1）主電路的設(shè)計(jì): 由于要實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng) , 所以主電路應(yīng)具備有正反轉(zhuǎn)功能。 （2）控制電路的設(shè)計(jì): 接觸器控制電路的設(shè)備由 A 點(diǎn)起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)， KM1 線圈得電。把 SQ2 的常閉觸點(diǎn)串入 KM1 接觸器線圈回路中，撞上 SQ2 后停止，同時(shí)串入 KM2 的互鎖點(diǎn)，在 SB2 兩端并上 KM1 的常開輔助觸點(diǎn)用于自鎖。 當(dāng)撞上 SQ2 后，時(shí)間繼電器 KT1得電，在 SQ2常開觸點(diǎn)后面接入 KT1 ，延時(shí) 2 min 后 KT1 得電延時(shí)閉合觸點(diǎn)閉合， KM2 得電反轉(zhuǎn)。根據(jù)功能這時(shí)可得到圖 4-7草圖。25.第25頁，共31頁。圖 4-7 自動(dòng)往返控制電路草圖 26.第26頁，共31頁。 2.完善設(shè)計(jì)草圖 完善設(shè)計(jì)草圖一般是指控制電路的設(shè)計(jì)草圖，上述草圖在控制功能上已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但仔細(xì)分析，可發(fā)現(xiàn)：當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)行到 B 點(diǎn)時(shí)撞上 SQ2 或到 A 點(diǎn)撞上 SQ1 時(shí)電網(wǎng)停電，當(dāng)操作人員又未拉下電源開關(guān)時(shí)，則當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電后，該生產(chǎn)機(jī)械會(huì)自動(dòng)起動(dòng)。因?yàn)楫?dāng) SQ1 或 SQ2 受壓時(shí)， KT2 或 KT1 的線圈通過 FU 、 SB1 和 FR 構(gòu)成回路，延時(shí)一段時(shí)間后， KM1 或 KM2 線圈得電，這樣會(huì)造成設(shè)備的自行起動(dòng)，這是不允許的，因此必須對(duì)上述電路加以完善和改正，如圖 4-8所示。 27.第27頁，共31頁。圖 4-8 自