電氣控制技術(shù)與PLC 課件 第四章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

第四章

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計第一節(jié)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)第二節(jié)

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟第三節(jié)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的原則第四節(jié)電氣控制電路的設(shè)計方法1.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計包含兩個基本內(nèi)容：（1）原理設(shè)計要滿足生產(chǎn)機械和加工工藝的各種控制要求。（2）工藝設(shè)計要滿足電氣控制裝置本身的制造、使用以及維修的需要。原理設(shè)計決定著生產(chǎn)機械設(shè)備的合理性與先進性，工藝設(shè)計決定了電氣控制設(shè)備的生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟性、造型美觀和使用維護方便等。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的一般原則電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)是完成原理設(shè)計和工藝設(shè)計，即根據(jù)控制要求，圖樣包括電氣原理圖、電器布置圖、電氣安裝接線圖，以及電氣系統(tǒng)的組件劃分圖、電氣箱圖、控制面板圖、電氣元件安裝底板圖和非標(biāo)準(zhǔn)件加工圖等，另外還要編制外購件目錄、單臺材料消耗清單、設(shè)備說明書等文字資料。1）原理設(shè)計內(nèi)容（1）擬定電氣控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書。（2）?確定電力拖動方案，選擇電動機。（3）設(shè)計電氣控制原理圖，計算主要技術(shù)參數(shù)。（4）選擇電器元器件，制定元器件明細(xì)表?。（5）?編寫設(shè)計說明書。2）工藝設(shè)計內(nèi)容（1）設(shè)計電氣總布置圖、總安裝圖與總接線圖。（2）設(shè)計組件布置圖、安裝圖和接線圖。（3）設(shè)計電氣箱、操作臺及非標(biāo)準(zhǔn)件。（4）列出全部元件清單。（5）編寫使用維護說明書。2.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟

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)，要根據(jù)所設(shè)計的機械設(shè)備的總體技術(shù)要求，任務(wù)書中要說明所設(shè)計的機械設(shè)備型號、用途、工藝過程、技術(shù)性能、傳動要求、工作條件、使用環(huán)境等。除此之外，還應(yīng)說明以下技術(shù)指標(biāo)及要求：（1）控制精度和生產(chǎn)效率要求（2）?有關(guān)電力拖動的基本特性?電動機的數(shù)量、用途、負(fù)載特性、工藝過程、動作要求、控制方式、調(diào)速范圍以及對反向、啟動和制動的要求等。（3）有關(guān)電氣控制的特性?

自動控制的電氣保護、聯(lián)鎖條件、控制精度、生產(chǎn)效率、自動化程度、動作程序、穩(wěn)定性及抗干擾要求等。（4）?其它要求?

主要電氣設(shè)備的布置草圖、安裝、照明、信號指示、顯示和報警方式、電源種類、電壓等級、頻率及容量等要求。（5）目標(biāo)成本及經(jīng)費限額（6）驗收標(biāo)準(zhǔn)及方式等

2）選擇電力拖動方案與控制方式電力拖動方案與控制方式的確定是設(shè)計的先決條件。電力拖動方案：包括生產(chǎn)工藝要求、運動要求、調(diào)速要求及生產(chǎn)機械的結(jié)構(gòu)、負(fù)載性質(zhì)、投資額等條件，確定電動機的類型、數(shù)量、拖動方式，并擬制定電動機啟動、運行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向和制動等要求，可作為電氣控制原理圖設(shè)計及電器元件選擇的依據(jù)。

3）電動機的選擇根據(jù)選擇的拖動方案，確定電動機的類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)形式、容量、額定電壓和額定轉(zhuǎn)速等。4）電氣控制方案的確定5）設(shè)計電氣控制原理圖設(shè)計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

6）設(shè)計電氣設(shè)備的施工圖設(shè)計電氣設(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

7）編寫說明書3.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的原則

1）滿足生產(chǎn)機械和工藝過程的要求2）控制線路應(yīng)簡單、經(jīng)濟在滿足生產(chǎn)要求的前提下，控制線路應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟。（1）選用標(biāo)準(zhǔn)的器件①選擇電源時，一般盡量減少控制電路中電源的種類，控制電壓等級應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)等級。②盡量選用標(biāo)準(zhǔn)電器元件，盡可能減少電器元件的品種、數(shù)量，?同一用途的器件盡量選用相同型號的電器元件以減少備件的種類和數(shù)量

（2）控制線路應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)盡量選用典型環(huán)節(jié)或基本電氣控制線路。

（3）?控制線路應(yīng)簡短盡量縮減連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度?？紤]到各個元件之間的實際接線，走線進可能簡化。

（4）?盡量減少不必要的觸點電器、觸頭越少則越經(jīng)濟，出故障的機會也就越少。

（5）盡量減少通電電器的數(shù)量在正常工作的過程中，除必要的電器元件外，其余電器應(yīng)盡量減少通電時間。

3）保證控制線路工作的可靠和安全

（1）電器元件的選擇為了保證電氣控制電路工作的可靠性，最主要的是選擇可靠的電器元件。（2）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。

②對于直流電磁線圈，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)生誤動作4）設(shè)置完善的保護環(huán)節(jié)5）操作、使用、調(diào)試與維修方便③正確連接電器的觸點④避免出現(xiàn)寄生電路4）設(shè)置完善的保護環(huán)節(jié)

必須設(shè)有完善的保護環(huán)節(jié)，以避免因誤操作而引起事故。這些保護環(huán)節(jié)包括短路保護、過載保護、失電壓保護、欠電壓保護、過電壓保護、欠電流保護、極限保護、弱磁保護等，有時還應(yīng)設(shè)有合閘、斷開、事故、安全等必要的指示信號。5）操作、使用、調(diào)試與維修方便

電路設(shè)計要考慮操作、使用、調(diào)試與維修的方便。例如設(shè)置必要的顯示，以便隨時反映系統(tǒng)的運行狀態(tài)與參數(shù)；考慮到運動機構(gòu)的調(diào)整和修理，設(shè)置必要的單機點動、必要的易損觸頭及電氣元件的備用等。

4.電氣控制線路的設(shè)計步驟電氣控制電路的設(shè)計有兩種方法：1.經(jīng)驗法2.邏輯法經(jīng)驗法根據(jù)生產(chǎn)機械工藝要求和工作過程，利用各種典型環(huán)節(jié)，加以適當(dāng)補充和修改，綜合成所需電路。它的特點是無固定的設(shè)計程序和設(shè)計模式，靈活性很大，主要靠經(jīng)驗進行。要求設(shè)計人員必須熟悉大量的控制電路基本環(huán)節(jié)，同時具有豐富的設(shè)計經(jīng)驗。在設(shè)計過程中通常要經(jīng)過多次反復(fù)修改、試驗，才能使電路符合設(shè)計要求。即使如此，設(shè)計出來的電路也可能不是最簡的，使用的電器及觸點也不一定最少，所得出的方案也不一定是最佳的。電氣控制線路設(shè)計包含主電路、控制電路和輔助電路設(shè)計。?主電路設(shè)計。主要考慮電動機的啟動、點動、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動。?控制電路設(shè)計。包括基本控制線路和控制線路特殊部分的設(shè)計，以及選擇控制參量和確定控制原則。主要考慮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，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動、半自動及調(diào)整的控制線路。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、失壓等保護環(huán)節(jié)。輔助電路設(shè)計。包括照明，聲、光指示，報警等電路的設(shè)計。線路的綜合審查?。反復(fù)審查所設(shè)計的控制線路是否滿足設(shè)計原則和生產(chǎn)工藝要求。在條件允許的情況下，進行模擬實驗，逐步完善整個電氣控制線路的設(shè)計，直到滿足生產(chǎn)工藝要求。5.應(yīng)用經(jīng)驗法的設(shè)計實例例1：設(shè)計三條皮帶運輸機構(gòu)成的散料運輸線控制線路1）控制要求（1）?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。（2）?停車順序為#1，#2、#3，也要有一定時間間隔，保證停車后皮帶上不殘存貨物。（3）?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。（4）?必要的保護。?

2）主電路設(shè)計

三條皮帶運輸機由三臺電動機拖?動，均采用籠型異步電動機。由于電網(wǎng)容量相對于電動機容量來講足夠大，而且三臺電動機又不同時啟動，所以不會對電網(wǎng)產(chǎn)生大的沖擊。因此，采用直接啟動，由于皮帶運輸機不經(jīng)常啟動、制動，對于制動時間和停車準(zhǔn)確度也沒有特殊要求，停止時采用自由停車。三臺電動機都?用熔斷器作短路保護，用熱繼電器作過載保護。3）基本控制電路設(shè)計

4）控制線路特殊部分的設(shè)計由于皮帶是回轉(zhuǎn)運動，檢測行程比較困難，而用時間信號比較方便，利用時間繼電器作為輸出器件的控制信號。以通電延時的常開觸頭作為啟動信號，經(jīng)斷電延時的常開觸頭作為停車信號。為使三條皮帶自動地按順序工作，采用中間繼電器KA。通電延時繼電器：接受輸入信號后，延遲一定的時間輸出信號才發(fā)生變化。而當(dāng)輸入信號消失后，輸出信號瞬時復(fù)位。斷電延時繼電器：接受輸入信號后，瞬時產(chǎn)生輸出信號。而當(dāng)輸入信號消失后，延遲一定的時間輸出信號才復(fù)位。

5）設(shè)計聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)

按下SB1發(fā)出停車指令時，KT1、KT2、KA同時斷電，KA常開觸頭瞬時斷開，接觸器KM2、KM3若不加自鎖，則KT3、KT4的延時將不起作用，KM2、KM3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要串聯(lián)在KA的線圈電路中，這樣，無論哪一號皮帶機發(fā)生過載，都能按#1、#2、#3順序停車。線路的失壓保護由繼電器KA實現(xiàn)

6）線路綜合，審查完整的控制線路完整的電路圖例2：工作臺往復(fù)運動電氣控制線路的設(shè)計

有一生產(chǎn)機械如圖所示，運動部件由?A?點啟動運行到?B?點，撞上行程開關(guān)?SQ2?后停止；?2?分鐘?后自動返回到?A?點，撞上?SQ1?后停止，?2?分鐘?后自動運行到?B?點，停留?2?分鐘?后又返回?A?點，實現(xiàn)往復(fù)運動。要求電路具有短路保護、過載保護和欠壓保護等功能。

1）主電路的設(shè)計由于要實現(xiàn)往復(fù)運動，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3）完善設(shè)計方案上述方案在控制功能上已達(dá)到設(shè)計要求，但仔細(xì)分析，可發(fā)現(xiàn)：當(dāng)運動部件運行到B點時撞上SQ2或到A點撞上SQ1時停電，當(dāng)操作人員又未拉下電源開關(guān)時，則當(dāng)恢復(fù)供電后，該生產(chǎn)機械會自動啟動。因為當(dāng)SQ1或SQ2受壓時，KT2或KT1的線圈通過FU、SB1和FR構(gòu)成回路，延時一段時間后，KM1或KM2線圈得電，這樣會造成設(shè)備的自行啟動，這是不允許的，因此必須對上述電路加以完善和改正。這個電路是在原電路的基礎(chǔ)上增加了一個中間繼電器KA。由于KA具有失壓保護功能，當(dāng)斷電恢復(fù)供電后設(shè)備必須重新人工啟動，從而提高了系統(tǒng)的安全性。作為一名電氣電路的設(shè)計人員要盡量考慮周全，做到萬無一失。4）校核電氣原理圖必須認(rèn)真進行校核，看其是否滿足生產(chǎn)工藝要求，電路是否合理，有無需要進一步簡化之處，是否存在寄生電路，電路是否安全可靠等。思考題與習(xí)題4.1簡述電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)、步驟和原則。4.2什么是經(jīng)驗設(shè)計法？其優(yōu)缺點如何？4.3為了確保電動機正常、安全運行，電動機應(yīng)具備哪些綜合保護措施？4.4有兩臺三相異步電動機，主軸電動機由接觸器KM控制，可集中啟停和單獨啟停。畫出符合上述要求的控