1、第四章 電氣控制系統的設計生產機械電氣控制系統的設計，包含兩個基本內容：一是原理設計，就是要滿足生產機械和工藝的各種控制要求，二是工藝設計，就是要滿足電氣控制裝置本身的制造、使用和維修的需要。原理設計決定著生產機械設備的合理性與先進性，工藝設計決定了電氣控制系統是否具有生產可行性、經濟性、美觀、使用維修方便等特點，所以電氣控制系統設計要全面考慮這兩方面的內容。熟練掌握典型環節控制電路、對一般電氣控制電路具有一定的分析能力之后，我們應能舉一反三，對受控生產機械進行電氣控制系統的設計并提供一套完整的技術資料。第一節 電氣控制系統設計的一般原則、基本內容和設計程序生產機械種類繁多，其電氣控制方案各不

2、相同，但電氣控制系統的設計原則和設計方法是基本相同。設計工作的首要問題就是樹立正確的設計思想和工程實踐的觀點，這是高質量完成設計任務的基本保證。一、電氣控制系統設計的一般原則1最大限度地滿足生產機械和生產工藝對電氣控制系統的要求。電氣控制系統設計的主要依據來源于生產機械和生產工藝的要求。2設計方案的合理性。在滿足控制要求的前提下，設計方案應力求簡單、經濟、便于操作和維修，不要盲目追求高指標和自動化。3機械設計與電氣設計要相互配合。許多生產機械采用機電結合控制的方式來實現控制要求，因此要從工藝要求、制造成本、結構復雜性、使用維護方便等方面協調處理好機械和電氣的關系。4確保控制系統工作安全可靠。二

3、、電氣控制系統設計的基本任務、內容電氣控制系統設計的基本任務是根據控制要求設計、編制出設備制造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料等。圖紙包括電氣原理圖、電氣系統的組件劃分圖、元器件布置圖、安裝接線圖、電氣箱圖、控制面板圖、電器元件安裝底板圖和非標準件加工圖等，另外還要編制外購件目錄、單臺材料消耗清單、設備說明書等文字資料。電氣控制系統設計的內容主要包含原理設計與工藝設計兩個部分，以電力拖動控制設備為例，設計內容主要有：1原理設計內容電氣控制系統原理設計的主要內容包括：(1) 擬訂電氣設計任務書。(2) 確定電力拖動方案，選擇電動機。(3) 設計電氣控制原理圖，計算主要技術參數。(4) 選擇電器

4、元件，制訂元器件明細表。(5) 編寫設計說明書。電氣原理圖是整個設計的中心環節，它為工藝設計和制訂其他技術資料提供依據。2工藝設計內容進行工藝設計主要是為了便于組織電氣控制系統的制造，從而實現原理設計提出的各項技術指標，并為設備的調試、維護與使用提供相關的圖紙資料。工藝設計的主要內容有：(1)設計電氣總布置圖、總安裝圖與總接線圖。(2) 設計組件布置圖、安裝圖和接線圖。(3) 設計電氣箱、操作臺及非標準元件。(4) 列出元件清單。(5) 編寫使用維護說明書。第二節 電氣控制原理電路設計的方法與步驟電氣控制原理電路設計是原理設計的核心內容，各項設計指標通過它來實現，它又是工藝設計和各種技術資料的

5、依據。一、電氣控制原理電路的基本設計方法電氣控制原理電路設計的方法主要有分析(經驗)設計法和邏輯設計法兩種。1分析(經驗)設計法分析(經驗)設計法是根據生產工藝的要求選擇適當的基本控制環節(單元電路)或將比較成熟的電路按其聯鎖條件組合起來，并經補充和修改，將其綜合成滿足控制要求的完整線路。當沒有現成的典型環節時，可根據控制要求邊分析邊設計。分析(經驗)設計法的優點是設計方法簡單，無固定的設計程序，它是在熟練掌握各種電氣控制電路的基本環節和具備一定的閱讀分析電氣控制電路能力的基礎進行的，容易為初學者所掌握，對于具備一定工作經驗的電氣技術人員來說，能較快地完成設計任務，因此在電氣設計中被普遍采用；

6、其缺點是設計出的方案不一定是最佳方案，當經驗不足或考慮不周全時會影響線路工作的可靠性。為此，應反復審核電路工作情況，有條件時還應進行模擬試驗，發現問題及時修改，直到電路動作準確無誤，滿足生產工藝要求為止。2邏輯設計法邏輯設計法是利用邏輯代數來進行電路設計，從生產機械的拖動要求和工藝要求出發，將控制電路中的接觸器、繼電器線圈的通電與斷電，觸點的閉合與斷開，主令電器的接通與斷開看成邏輯變量，根據控制要求將它們之間的關系用邏輯關系式來表達，然后再化簡，做出相應的電路圖。邏輯設計法的優點是能獲得理想、經濟的方案，但這種方法設計難度較大，整個設計過程較復雜，還要涉及一些新概念，因此，在一般常規設計中，很

7、少單獨采用。其具體設計過程可參閱專門論述資料，這里不再作進一步介紹。二、電氣原理圖設計的基本步驟電氣原理圖設計的基本步驟是：(l)根據確定的拖動方案和控制方式設計系統的原理框圖。(2) 設計出原理框圖中各個部分的具體電路。設計時按主電路、控制電路、輔助電路、聯鎖與保護、總體檢查反復修改與完善的先后順序進行。(3) 繪制總原理圖。(4) 恰當選用電器元件，并制訂元器件明細表。設計過程中，可根據控制電路的簡易程度適當地選用上述步驟。三、原理圖設計中的一般要求一般來說，電氣控制原理圖應滿足生產機械加工工藝的要求，電路要具有安全可靠，操作和維修方便，設備投資少等特點，為此，必須正確地設計控制電路，合理

8、地選擇電器元件。原理圖設計應滿足以下要求：1電氣控制原理應滿足工藝的要求在設計之前必須對生產機械的工作性能、結構特點和實際加工情況有充分的了解，并在此基礎上來考慮控制方式，起動、反向、制動及調速的要求，設置各種聯鎖及保護裝置。2控制電路電源種類與電壓數值的要求對于比較簡單的控制電路，而且電器元件不多時，往往直接采用交流380V或220V電源，不用控制電源變壓器。對于比較復雜的控制電路，應采用控制電源變壓器，將控制電壓降到110V或48V、24V。這種方案對維修、操作以及電器元件的工作可靠均有利。對于操作比較頻繁的直流電力傳動的控制電路，常用220V或110V直流電源供電。直流電磁鐵及電磁離合器

9、的控制電路，常采用24V直流電源供電。交流控制電路的電壓必須是下列規定電壓的一種或幾種：6V，24V，48V，110V(優選值)，220V，380V，50Hz。直流控制電路的電壓必須是下列規定電壓的一種或幾種：6V，12V，24V，48V，110V，220V。3確保電氣控制電路工作的可靠性、安全性為保證電氣控制電路可靠地工作，應考慮以下幾個方面：(1) 電器元件的工作要穩定可靠，符合使用環境條件，并且動作時間的配合不致引起競爭。(2) 電器元件的線圈和觸點的連接應符合國家有關標準規定電器元件圖形符號應符合GB4728中的規定，繪制時要合理安排版面。例如，主電路一般安排在左面或上面，控制電路或輔

10、助電路排在右面或下面，元器件目錄表安排在標題上方。為讀圖方便，有時以動作狀態表或工藝過程圖形式將主令開關的通斷、電磁閥動作要求、控制流程等表示在圖面上，也可以在控制電路的每一支路邊上標注出控制目的。在實際連接時，應注意以下幾點： 正確連接電器線圈。交流電壓線圈通常不能串聯使用，即使是兩個同型號電壓線圈也不能采用串聯后，接在兩倍線圈額定電壓的交流電源上，以免電壓分配不均引起工作不可靠。在直流控制電路中，對于電感較大的電器線圈，如電磁閥、電磁鐵或直流電機勵磁線圈等，不宜與同電壓等級的接觸器或中間繼電器直接并聯使用。 合理安排電器元件和觸點的位置。對于串聯回路，電器元件或觸點位置互換時，并不響其工作

11、原理，但在實際運行中，影響電路安全并關系到導線長短。防止出現寄生電路。寄生電路是指在控制電路的動作過程中，意外出現不是由于誤操作而產生的接通電路。4應具有必要的保護環節控制電路在事故情況下，應能保證操作人員、電氣設備、生產機械的安全，并能有效地制止事故的擴大。為此，在控制電路中應采取一定的保護措施。常用的有漏電開關保護、過載、短路、過流、過壓、失壓、聯鎖與行程保護等措施。必要時還可設置相應的指示信號。5操作、維修方便控制電路應從操作與維修人員的工作出發，力求操作簡單、維修方便。6控制電路力求簡單、經濟在滿足工藝要求的前提下，控制電路應力求簡單、經濟。盡量選用標準電氣控制環節和電路，縮減電器的數

12、量，采用標準件和盡可能選用相同型號的電器。第三節 設計實例【例】抽水機的電器控制要求如下：下圖是農村中常用的抽水機電氣原理圖，它由主電路和控制電路兩部分組成。抽水機的電氣原理圖(1) 閱讀主電路。主電路上有一臺籠型異步電動機，它是帶動水泵的電動機，由接觸器KMl、 KM2的主觸頭控制。當KM1的主觸頭閉合時，通過電阻R把電動機與電源接通；當KM2主觸頭閉合時，電動機直接與電源接通。至于KM1和KM2究竟在什么條件下動作，則應看控制電路。電動機的短路保護由熔斷器FU1完成，過載保護由熱繼電器FR完成，失壓和欠壓保護由接觸器KM1或KM2完成。(2)閱讀控制電路。控制電路有接觸器KMl、KM2和時

13、間繼電器KT三條回路。接觸器KM1和時間繼電器KT是由按鈕SB2控制的，接觸器KM2則由時間繼電器KT的延時閉合常開觸頭控制。當合上電源開關QS，按下起動按鈕SB2時，接觸器KM1線圈通電，其主觸頭閉合，電流經電阻R流向電動機，使電動機起動，KM1的輔助觸頭自鎖，同時時間繼電器的線圈通電。經一定時間延時后，其常開觸頭KT閉合，使接觸器KM2線圈通電并自鎖，KM2主觸頭閉合，把電阻R短接，使電動機直接接入電源；同時KM2的常閉觸頭切斷KM1的線圈回路，使KM1的主觸頭和自鎖觸頭斷開，于是時間繼電器KT也斷電釋放。通過以上對電路的分析可知水泵的工作情況：先是KM1通電，電動機串入電阻R起動，這時R上有一定電壓降，