電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一本章要點(diǎn)電氣原理圖設(shè)計(jì)電氣工藝設(shè)計(jì)本章難點(diǎn)電氣原理圖設(shè)計(jì)本章主要講述為滿足生產(chǎn)機(jī)械及工藝要求進(jìn)行的電氣控制線路設(shè)計(jì)，和為滿足電氣控制裝置的制造、使用、運(yùn)行、維修需要而進(jìn)行的生產(chǎn)施工設(shè)計(jì)的一般方法。第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.1.1電氣控制設(shè)計(jì)的原則電氣控制設(shè)計(jì)的原則包括以下幾項(xiàng)。(1)最大限度滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制的要求。(2)在滿足要求的前提下，使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、合理、便于操作、維修方便、安全可靠。(3)電氣元件選用合理、正確，使系統(tǒng)能正常工作。(4)為適應(yīng)工藝的改進(jìn)，設(shè)備能力應(yīng)留有裕量。第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.1.2電氣控制設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1．電氣原理圖設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書。(2)選擇電力拖動(dòng)方案和控制方式。(3)確定電動(dòng)機(jī)的類型、型號(hào)、容量、轉(zhuǎn)速。(4)設(shè)計(jì)電氣控制原理圖。(5)選擇電氣元件及清單。(6)編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2．電氣工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的總體配置，繪制總裝配圖和總接線圖。(2)繪制各組件電氣元件布置圖與安裝接線圖，標(biāo)明安裝方式、接線方式。(3)編寫使用維護(hù)說明書。第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一確定電力拖動(dòng)方案時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)機(jī)床工藝要求及結(jié)構(gòu)來選擇電力拖動(dòng)方式，確定電動(dòng)機(jī)的數(shù)量，然后根據(jù)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求的調(diào)速范圍來選擇調(diào)速方案，使電動(dòng)機(jī)能得到充分合理的利用。3.2電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.2.1電力拖動(dòng)方案的確定1．拖動(dòng)方式的選擇2．調(diào)速方案的選擇(1)重型或大型設(shè)備的主運(yùn)動(dòng)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，應(yīng)盡可能采用無級(jí)調(diào)速。(2)精密機(jī)械設(shè)備如坐標(biāo)鏜床、精密磨床、數(shù)控機(jī)床等，為了保證加工精度，便于自動(dòng)控制，也應(yīng)采用電氣無級(jí)調(diào)速方案。(3)一般中小型設(shè)備如普通機(jī)床沒有特殊要求時(shí)，可選用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可靠的三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，配以適當(dāng)級(jí)數(shù)的齒輪變速箱。為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大調(diào)速范圍，也可采用雙速或多速籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。3．電動(dòng)機(jī)調(diào)速性質(zhì)應(yīng)與負(fù)載特性相適應(yīng)第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.2.2拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇1．根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速要求選擇電動(dòng)機(jī)種類(1)不需調(diào)速的機(jī)械應(yīng)首先考慮采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。(2)對(duì)于周期性波動(dòng)負(fù)載的長(zhǎng)期工作機(jī)械，為消平尖峰負(fù)載，一般采用電動(dòng)機(jī)帶飛輪工作，這時(shí)應(yīng)考慮啟動(dòng)條件和充分利用飛輪的作用可采用繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。(3)需要補(bǔ)償電網(wǎng)功率因數(shù)及穩(wěn)定的工作速度時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用同步電動(dòng)機(jī)。(4)對(duì)于只需幾種速度，但不要求調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，選用多速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。(5)要求大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速時(shí)，常選用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，如電車、牽引車等。第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.2.2拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇(6)對(duì)啟動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)要求較高的機(jī)械，常選用直流電動(dòng)機(jī)或帶調(diào)速裝置的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。(7)對(duì)于要求調(diào)速范圍大的場(chǎng)合，常采用機(jī)械與電氣聯(lián)合調(diào)速。第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.2.2拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇2．根據(jù)工作環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式(1)在正常環(huán)境條件下，一般采用防護(hù)式電動(dòng)機(jī)；在人員及設(shè)備安全有保證的前提下，也可采用開啟式電動(dòng)機(jī)。(2)在空氣中存在較多粉塵的場(chǎng)所，宜用封閉式電動(dòng)機(jī)。(3)在濕熱帶地區(qū)或比較潮濕的場(chǎng)所，應(yīng)盡量選用濕熱帶型電動(dòng)機(jī)，若用普通型電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采取相應(yīng)的防潮措施。(4)在露天場(chǎng)所，宜選用戶外型電動(dòng)機(jī)，若有防護(hù)措施的也可采用封閉型或防護(hù)型電動(dòng)機(jī)。(5)在高溫車間，應(yīng)根據(jù)周圍環(huán)境溫度，選用相應(yīng)絕緣等級(jí)的電動(dòng)機(jī)，并加強(qiáng)通風(fēng)，改善電動(dòng)機(jī)的工作條件，提高電動(dòng)機(jī)的工作容量。(6)在有爆炸危險(xiǎn)及有腐蝕性氣體的場(chǎng)所，應(yīng)相應(yīng)地選用隔爆型及防腐型電動(dòng)機(jī)。第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3．電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇對(duì)于額定功率相同的電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速越高的電動(dòng)機(jī)成本越小，越經(jīng)濟(jì)，但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比越大，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)越復(fù)雜。因此，應(yīng)綜合考慮電動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)及生產(chǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)兩方面多種因素來確定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。4．電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓應(yīng)與供電電源電壓相一致。5．電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇依據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定功率一般比拖動(dòng)的機(jī)械所需之功率大10%左右為宜。3.2.2拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.3電氣控制電路設(shè)計(jì)的一般要求1．電氣控制應(yīng)最大限度滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝要求在設(shè)計(jì)之前，必須與機(jī)械設(shè)計(jì)人員充分溝通，應(yīng)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的工作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝過程有充分的了解；并對(duì)同類或接近產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研、分析和綜合；然后提出控制方案，考慮控制方式、啟動(dòng)、制動(dòng)、反向及調(diào)速的要求，設(shè)置必要的聯(lián)鎖與保護(hù)，以便最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求。第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2．對(duì)控制電路電流、電壓的要求應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)的控制電壓等級(jí)，盡量減少控制電路中電壓、電流的種類。3．控制電路力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)1)盡量縮短連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度與導(dǎo)線數(shù)量第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2)盡量減少電氣元件的品種、數(shù)量和規(guī)格3)盡量減少電氣元件觸點(diǎn)的數(shù)目4)盡量減少通電電器的數(shù)目第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一4．確?？刂齐娐饭ぷ鞯陌踩c可靠1)正確連接電器的線圈第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2)正確連接電器元件的觸點(diǎn)3)防止寄生電路第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一4)在控制電路中控制觸點(diǎn)應(yīng)合理布置5)考慮觸點(diǎn)的接通與分?jǐn)嗄芰?)避免觸點(diǎn)“競(jìng)爭(zhēng)”、“冒險(xiǎn)”現(xiàn)象7)采用電氣互鎖與機(jī)械互鎖的雙重互鎖第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.4.1電氣控制電路設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介分析設(shè)計(jì)法：根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，選擇一些成熟的典型基本環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)這些基本要求，而后再逐步完善其功能，并適當(dāng)配置聯(lián)鎖和保護(hù)等環(huán)節(jié)，使其組合成一個(gè)整體，成為滿足控制要求的完整電路。邏輯設(shè)計(jì)法：利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具設(shè)計(jì)電氣控制電路。在繼電接觸器控制電路中，把表示觸點(diǎn)狀態(tài)的邏輯變量稱為輸入邏輯變量，把表示繼電器接觸器線圈等受控元件的邏輯變量稱為輸出邏輯變量。輸入、輸出邏輯變量之間的相互關(guān)系稱為邏輯函數(shù)關(guān)系，這種相互關(guān)系表明了電氣控制電路的結(jié)構(gòu)。所以，根據(jù)控制要求，將這些邏輯變量關(guān)系寫出其邏輯函數(shù)關(guān)系式，再運(yùn)用邏輯函數(shù)基本公式和運(yùn)算規(guī)律對(duì)邏輯函數(shù)式進(jìn)行化簡(jiǎn)，然后根據(jù)化簡(jiǎn)了的邏輯關(guān)系式畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，最后再做進(jìn)一步的檢查和優(yōu)化，以期獲得較為完善的設(shè)計(jì)方案。第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.4.2分析設(shè)計(jì)法的基本步驟(1)按工藝要求提出的啟動(dòng)、制動(dòng)、反向和調(diào)速等要求設(shè)計(jì)主電路。(2)根據(jù)所設(shè)計(jì)出的主電路，設(shè)計(jì)控制電路的基本環(huán)節(jié)，即滿足設(shè)計(jì)要求的啟動(dòng)、制動(dòng)、反向和調(diào)速等的基本控制環(huán)節(jié)。(3)根據(jù)各部分運(yùn)動(dòng)要求的配合關(guān)系及聯(lián)鎖關(guān)系，確定控制參量并設(shè)計(jì)控制電路的特殊環(huán)節(jié)。(4)分析電路工作中可能出現(xiàn)的故障，加入必要的保護(hù)環(huán)節(jié)。(5)綜合審查，仔細(xì)檢查電氣控制電路動(dòng)作是否正確，關(guān)鍵環(huán)節(jié)可做必要實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步完善和簡(jiǎn)化電路。

第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.4.3分析設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)舉例圖4.9送料小車動(dòng)作示意圖有一送料小車，如圖4.9所示，電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)為Y180L-４。額定功率為7.5kW、額定轉(zhuǎn)速為1470r/min、額定電壓為AC380V。額定電流為13.5A。要求動(dòng)作程序如下。(1)小車從甲地啟動(dòng)后，運(yùn)行至乙地能自動(dòng)停止，停留t1時(shí)間裝料后自動(dòng)返回。(2)小車返回至甲地能自動(dòng)停止，停留t2時(shí)間卸料后又自動(dòng)啟動(dòng)。(3)小車經(jīng)過乙地不停止，運(yùn)行至丙地又自動(dòng)停止，停留t3時(shí)間，裝另一種料后自動(dòng)返回。第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一(4)小車返回經(jīng)過乙地不停止，返回到甲地后自動(dòng)停止，完成了一個(gè)工作循環(huán)；在甲地停留t2時(shí)間，卸料后又自動(dòng)啟動(dòng)，小車運(yùn)行至乙地自動(dòng)停止。以后又按上述過程自動(dòng)循環(huán)下去。第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一1．控制線路原理圖設(shè)計(jì)1)主電路根據(jù)控制要求可將主電路設(shè)計(jì)成帶斷電抱閘制動(dòng)的正反轉(zhuǎn)控制，如圖所示。第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2)控制電路第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2．元器件的選擇符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量M1三相異步電動(dòng)機(jī)Y180L-47.5kW，380V，13.5A，1470r/min1KM1，KM2交流接觸器CJ20-2520A，線圈電壓220V2FR1熱繼電器JR16-20熱元件的額定電流為16A1KT1，KT2，KT3時(shí)間繼電器JS-20線圈電壓220V3KV電壓繼電器線圈電壓220V1SQ1，SQ2，SQ3行程開關(guān)LX19-111線圈電壓220V3SB1，SB3，SB4控制按鈕LA-11D5A，綠色3SB2控制按鈕LA-11DJ5A，紅色1QS電源開關(guān)H33-15/3三極，15A1FU1熔斷器電壓開關(guān)自帶，15A1FU2熔斷器RC1-15500V，熔體2A1KA中間繼電器JZ7-44線圈電壓220V1第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3．繪制電氣元件布置圖和電氣安裝接線圖1)電氣元件布置圖第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2)電氣安裝接線圖第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.5常用控制電氣的選擇3.5.1接觸器的選擇1．接觸器的類型選擇：直流、交流2．接觸器的使用類別選擇：負(fù)載類型3．額定電壓的選擇4．額定電流的選擇5．吸引線圈的額定電壓3.5.2電磁式繼電器的選擇1．電磁式電壓繼電器的選擇：額定、動(dòng)作2．電磁式電流繼電器的選擇：額定、動(dòng)作3．電磁式中間繼電器的選擇：1線圈電流類型和電壓等級(jí)

2觸點(diǎn)種類、數(shù)量及容量第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.5.3熱繼電器的選擇1．熱繼電器結(jié)構(gòu)形式的選擇：二相、三相2．熱繼電器額定電流的選擇：電機(jī)工作情況3.5.4時(shí)間繼電器的選擇(1)電流種類和電壓等級(jí)：應(yīng)與控制電路一致。(2)延時(shí)方式：根據(jù)控制電路的要求選擇通電延時(shí)型或斷電延時(shí)型。(3)觸點(diǎn)形式和數(shù)量：根據(jù)控制電路的要求選擇觸點(diǎn)形式及數(shù)量。(4)延時(shí)精度：根據(jù)控制電路的要求選擇，延時(shí)精度要求不高的場(chǎng)合可選擇空氣阻尼式的時(shí)間繼電器；延時(shí)精度要求高的場(chǎng)合可選擇電動(dòng)式或電子式的時(shí)間繼電器。(5)延時(shí)時(shí)間：應(yīng)能滿足控制要求。(6)操作頻率：不宜過高，否則影響壽命，甚至?xí)?dǎo)致動(dòng)作失調(diào)。第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.5.5熔斷器的選擇1．一般熔斷器的選擇熔斷器的類型應(yīng)根據(jù)電路要求、使用場(chǎng)合及安裝條件來選擇，其保護(hù)特性應(yīng)與被保護(hù)對(duì)象的過載能力相匹配。同時(shí)，熔斷器的極限分?jǐn)嗄芰?yīng)大于或等于所保護(hù)電路可能出現(xiàn)的短路電流值，這樣才能得到可靠的短路保護(hù)。2．快速熔斷器的選擇(1)快速熔斷器的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓。(2)快速熔斷器的額定電流應(yīng)大于或等于內(nèi)部熔體的額定電流。第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.5.6開關(guān)電器的選擇1．刀開關(guān)的選擇(1)根據(jù)刀開關(guān)在線路中的作用（隔斷電源、分?jǐn)嘭?fù)載）和安裝位置選擇其結(jié)構(gòu)型式。(2)根據(jù)線路電壓和電流來選擇。(3)刀開關(guān)的極數(shù)應(yīng)與所在電路的極數(shù)相同。2．組合開關(guān)的選擇(1)組合開關(guān)主要根據(jù)電源種類、電壓等級(jí)、所需觸點(diǎn)數(shù)及電動(dòng)機(jī)容量來選擇。(2)組合開關(guān)不能用來分?jǐn)喙收想娏鳌?3)組合開關(guān)的操作頻率不宜太高。(4)對(duì)用于控制電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行的組合開關(guān)，必須在電動(dòng)機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)后才允許反方向接通。(5)組合開關(guān)本身不具備過載、短路和欠電壓保護(hù)。第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3．低壓斷路器的選擇低壓斷路器的選用原則如下。(1)斷路器的額定電壓和額定電流應(yīng)大于或等于電路的正常工作電壓和電流。(2)斷路器的極限通斷能力應(yīng)大于或等于電路的最大短路電流。(3)欠電壓脫扣器的整定電壓應(yīng)等于電路的額定電壓。(4)熱脫扣器的整定電流應(yīng)等于電路的額定電流。(5)對(duì)保護(hù)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，斷路器的電磁脫扣器(過電流脫扣器)的瞬時(shí)脫扣整定電流為8～15倍電動(dòng)機(jī)額定電流，而保護(hù)繞線式電動(dòng)機(jī)時(shí)為3～6倍。第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.6電氣控制的施工設(shè)計(jì)與施工3.6.1電氣設(shè)備總體配置設(shè)計(jì)總體配置設(shè)計(jì)是以電氣控制的總裝配圖與總接線圖的形式表達(dá)出來的，圖中是用示意方式反映各部分主要組件的位置和各部分的接線關(guān)系、走線方式及使用管線要求。3.6.2電氣元器件布置圖的設(shè)計(jì)電柜內(nèi)的電器可按下述原則布置。(1)體積大或較重的電器應(yīng)置于控制柜下方。(2)發(fā)熱元件安裝在柜的上方，并將發(fā)熱元件與感溫元件隔開。(3)強(qiáng)電弱電應(yīng)分開，弱電部分應(yīng)加屏蔽隔離，以防強(qiáng)電及外界的干擾。(4)電器的布置應(yīng)考慮整齊、美觀、對(duì)稱。(5)電氣元器件間應(yīng)留有一定間距，以利布線、接線、維修和調(diào)整操作。(6)接線座的布置：