《電氣控制與PLC》課件-任務(wù)五 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

典型控制電路課題一電氣控制系統(tǒng)組成課題二三相異步電動機(jī)起動控制課題三三相異步電動機(jī)運行控制課題四三相異步電動機(jī)制動控制課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)習(xí)目標(biāo)

1．了解電氣控制系統(tǒng)基本原則；2．了解電氣控制系統(tǒng)設(shè)計步驟；3．會用經(jīng)驗法、邏輯法設(shè)計電氣控制系統(tǒng)。課題二三相異步電動機(jī)起動控制課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計電氣控制系統(tǒng)的基本概念

一、電氣控制是指利用電氣邏輯關(guān)系和運算完成對被控對象的控制任務(wù)，即為達(dá)到某種目的，對被控對象施加所需的操作。通常控制任務(wù)根據(jù)需求各有差異，需要將所有的被控量和控制裝置按照一定的方式連接起來形成一個有機(jī)體，即電氣控制系統(tǒng)。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計電氣控制系統(tǒng)包含電氣控制元件、電氣保護(hù)元件、電氣執(zhí)行元件、電氣線路、機(jī)械傳動裝置等，電氣控制除了要遵循自身的邏輯關(guān)系外，還要滿足機(jī)械對控制系統(tǒng)的要求，所以機(jī)械設(shè)備和電氣控制系統(tǒng)是整機(jī)設(shè)計的重要組成部分。在設(shè)計過程中，既要滿足電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則，又要充分考慮機(jī)械設(shè)備的特點，最終形成簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)的控制方案。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則

二、滿足機(jī)械設(shè)備對電氣控制系統(tǒng)的要求1.機(jī)械設(shè)備作為被控對象首先要滿足其對電氣控制系統(tǒng)的要求，所有電氣控制功能都應(yīng)圍繞著被控對象進(jìn)行設(shè)計，同時還應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾虞o助功能，最大限度地保證電氣控制與機(jī)械設(shè)備的協(xié)調(diào)性。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計機(jī)電配合趨于合理，實現(xiàn)功能互補(bǔ)2.對于被控對象的控制需求，可采用機(jī)電結(jié)合的控制方案，充分利用機(jī)械、電氣之間的優(yōu)勢形成互補(bǔ)，達(dá)到電氣控制系統(tǒng)安全、可靠的目的。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計電氣控制系統(tǒng)力求簡單、經(jīng)濟(jì)、實用3.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟(jì)、實用及制造和維修方便，但前提是應(yīng)滿足設(shè)備生產(chǎn)工藝要求。簡單并不是技術(shù)含量的下降，也不是制造工藝的粗糙，而是做到控制系統(tǒng)的精益求精，去掉不合理的設(shè)計元素，對電路實現(xiàn)有效地簡化。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計合理選擇電氣元件和布局方案4.合理地選擇電氣元件是設(shè)備正常運行的有利保障，電氣元件的選擇并非越貴越好，應(yīng)盡量減少元器件的規(guī)格種類，使電氣產(chǎn)品具有更大的冗余度，也為備件的采購、儲備、管理、使用帶來方便。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計盡量保證操作和維修的方便性5.電氣控制設(shè)備一經(jīng)使用最大的問題就是運行和維修，特別是維修，如果電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過于復(fù)雜，就會給維修人員帶來維修難度，所以電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)結(jié)合國家或國際的標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)規(guī)范操作，盡量減少故障的發(fā)生。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容

三、

控制方案分析

控制系統(tǒng)設(shè)計課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，首先要對機(jī)械結(jié)構(gòu)、功能要求進(jìn)行分析；其次形成電氣控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)，依據(jù)這一目標(biāo)完成電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計和實施；最后進(jìn)行加工和生產(chǎn)。電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容包括電氣元件的選擇、電氣圖（電氣原理圖、電氣元件布置圖和電氣安裝接線圖等）的設(shè)計與繪制、材料購置清單、設(shè)備使用說明書、設(shè)備調(diào)試大綱和用戶手冊等。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計電氣控制系統(tǒng)設(shè)計流程

四、擬定任務(wù)書1.設(shè)計任務(wù)書是完成整體設(shè)計方案的設(shè)計依據(jù)，也是工程結(jié)束時驗收的依據(jù)。在實施電氣控制系統(tǒng)設(shè)計時，主要依據(jù)機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成、電動機(jī)拖動方式、運動控制要求、速度控制要求等進(jìn)行整體設(shè)計，最終擬定出合理的電氣設(shè)計任務(wù)書。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計選擇電氣傳動形式2.電氣傳動形式主要是指電動機(jī)的拖動形式，設(shè)計過程中可根據(jù)被控系統(tǒng)中電動機(jī)的數(shù)量、類型、控制（起動、運行、調(diào)速、制動）等多個因素進(jìn)行綜合考慮。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計選擇電動機(jī)3.主要依據(jù)有關(guān)國家和國際標(biāo)準(zhǔn)選擇電動機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)、功率、電壓、電流、轉(zhuǎn)速等，選擇時要根據(jù)被控設(shè)備的實際生產(chǎn)工藝和需求進(jìn)行。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計制定控制方案4.控制方案就是控制模式，目前電氣技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，電氣控制方案也在由傳統(tǒng)的繼電邏輯控制向高端的工業(yè)自動化控制過渡。因此，電氣控制方案的選擇應(yīng)在滿足工藝要求和安全生產(chǎn)的前提下最大可能地降低成本，優(yōu)化設(shè)計，提高性價比。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計確定技術(shù)條件與實施條件5.（1）電氣控制原理設(shè)計。電氣控制原理設(shè)計是確定被控設(shè)備各部分之間的邏輯控制關(guān)系，應(yīng)滿足各部分的技術(shù)指標(biāo)要求。（2）選擇電氣元件。根據(jù)電氣控制原理合理選擇電氣元件，制定電氣元件明細(xì)表。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計（3）繪制電氣圖樣。設(shè)計完成后應(yīng)將有關(guān)的電氣圖樣（電氣控制原理圖、電氣元件布置圖、電氣安裝接線圖、電氣施工圖、設(shè)備總體裝配圖）繪制出來。（4）設(shè)計電氣柜、操作臺、電氣控制屏、電氣安裝板和非標(biāo)電氣安裝輔件。（5）編寫使用說明書、用戶手冊等。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計常用的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計方法

五、經(jīng)驗設(shè)計法1.經(jīng)驗設(shè)計法是根據(jù)被控對象的控制要求選擇適當(dāng)?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)（典型單元電路）或?qū)⒈容^成熟的電路經(jīng)過補(bǔ)充和修改按其聯(lián)鎖條件實施組合，構(gòu)成滿足控制要求的完整線路。當(dāng)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(shè)計。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計法的優(yōu)點是設(shè)計方法簡單，典型單元電路運用靈活。但經(jīng)驗設(shè)計法要求設(shè)計人員能夠熟練掌握各種電氣控制電路的基本環(huán)節(jié)和具備一定的閱讀分析電氣控制電路的能力。經(jīng)驗設(shè)計法的缺點是設(shè)計出的方案不一定是最佳方案，特別是經(jīng)驗不足或考慮不周全時會影響線路工作的可靠性。因此，采用經(jīng)驗設(shè)計法完成設(shè)計后，應(yīng)對控制電路進(jìn)行反復(fù)的驗證或控制模擬，最終達(dá)到完善的控制工藝標(biāo)準(zhǔn)。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計邏輯設(shè)計方法2.邏輯設(shè)計法是指結(jié)合被控對象的控制要求利用邏輯代數(shù)進(jìn)行電路設(shè)計。邏輯就是事物中正、反兩個方面。例如，接觸器線圈、繼電器線圈的通電為邏輯真（用“1”表示），那么線圈斷電就為邏輯假（用“0”表示）。同樣，電氣觸頭的閉合與斷開也可用邏輯變量表示。這樣就可以用邏輯關(guān)系式來表達(dá)被控對象的控制要求，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行化簡，最終得到完善的控制系統(tǒng)。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計邏輯表達(dá)式是利用邏輯變量的運算得出最終的邏輯結(jié)果。常用的邏輯運算有“與”、“或”、“非”、“與非”、“或非”等。1）邏輯運算課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

(1)“與”、“與非”運算。邏輯運算中的“與”、“與非”操作相當(dāng)于繼電邏輯控制中串聯(lián)常開、常閉觸頭操作，如圖7-1所示。圖7-1邏輯“與”、“與非”課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計“與”邏輯真值表“與非”邏輯真值表課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計由真值表可知，A變量與B變量同時為真時，K1變量為真；C變量為真，同時D變量為假時，K2變量為真。邏輯關(guān)系表達(dá)式為K1=A·BK2=C·D課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

(2)“或”、“或非”運算。邏輯運算中的“或”、“或非”操作相當(dāng)于繼電邏輯控制中的并聯(lián)常開、常閉觸頭。邏輯“或”、“或非”課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計“或”邏輯真值表“或非”邏輯真值表課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計由真值表可知，A變量、B變量只要有一個變量為真時，K1變量為真；除C變量為假、D變量為真外，其他情況下K2變量均為真。邏輯關(guān)系表達(dá)式為K1=A+B

K2=C+D課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(3)“非”運算。邏輯運算中的“非”即為取反操作。邏輯“非”課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計2）邏輯表達(dá)式轉(zhuǎn)換邏輯表達(dá)式為K=ABC+AD+FBC+FD，該邏輯表達(dá)式中相同的邏輯變量可以提取，然后進(jìn)行合并，化簡過程如下。案例1課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計邏輯表達(dá)式化簡前后的控制電路課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計邏輯表達(dá)式為，該邏輯表達(dá)式中

，提取相同邏輯變量并化簡，化簡過程如下。案例2課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計邏輯表達(dá)式化簡前后的控制電路課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計邏輯表達(dá)式化簡前后的控制電路課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計邏輯表達(dá)式可以轉(zhuǎn)換為K=A+B+C。由此可見，邏輯變量的“或”運算可以變換成相應(yīng)的“與”運算，邏輯變量的“與”運算也可以變換成相應(yīng)的“或”運算。案例3課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

繼電邏輯控制電路設(shè)計方法

六、改變電氣元件連接位置1.電氣元件的連接位置電氣元件連接位置的改變可以使安裝接線狀況得到改善，如圖所示。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計減少不必要的觸頭2.減少無效的觸頭連接可以縮短接觸器線圈的通電時間。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計并聯(lián)線圈3.線圈連接要進(jìn)行并聯(lián)，不能進(jìn)行串聯(lián)，如右圖所示。

圖（a）是不正確的接法，線圈串聯(lián)后得到的電壓會下降，影響接觸器的動作。圖（b）是正確的接法，兩個接觸器線圈同時得電。課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)計避免產(chǎn)生電路競爭4.用時間繼電器常閉觸頭斷開自己的線圈時，為了防止電路的競爭，應(yīng)用中間繼電器過渡，如圖所示。避免產(chǎn)生電路競爭課題五電氣控制系統(tǒng)設(shè)