第4章

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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任何生產(chǎn)機(jī)械電氣的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)都包括兩個(gè)基本方面，一個(gè)是滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝的各種控制要求，另一個(gè)是滿足電氣控制系統(tǒng)本身的制造、使用及維修的需要。因此，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。前者決定一臺(tái)設(shè)備的使用效能和自動(dòng)化程度，即決定生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的先進(jìn)性、合理性，而后者決定電氣控制設(shè)備生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟(jì)性、外觀和維修等方面的性能。本章將在前面各章分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)某些生產(chǎn)機(jī)械，討論如何完成其電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即完成一個(gè)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則。任何生產(chǎn)機(jī)械電氣的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)都包括兩個(gè)基本方面4.1電氣控制設(shè)計(jì)的原則、內(nèi)容和程序4.2電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇4.3電氣原理圖的設(shè)計(jì)步驟與方法4.4常用控制電器的選擇4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)本章內(nèi)容4.1電氣控制設(shè)計(jì)的原則、內(nèi)容和程序本章內(nèi)容教學(xué)目的1.熟悉電氣控制設(shè)計(jì)的一般原則、內(nèi)容和程序2.掌握電氣原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟3.掌握電氣原理圖設(shè)計(jì)的一般要求4.掌握常用電器元件的選擇方法和依據(jù)5.了解電氣工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟教學(xué)目的（一）重點(diǎn)：1.電氣控制設(shè)計(jì)的一般原則、內(nèi)容和程序2.電氣原理圖設(shè)計(jì)的一般要求3.常用電器元件的選擇方法和依據(jù)（二）難點(diǎn)：1.電氣原理圖和工藝圖的設(shè)計(jì)2.常用電器元件的選擇（一）重點(diǎn)：4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

在現(xiàn)代生產(chǎn)的控制設(shè)備中，對(duì)機(jī)—電、液—電、氣—電等設(shè)備的配合要求越來越高。雖然生產(chǎn)機(jī)械的種類繁多，其電氣控制設(shè)備也各不相同，但電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法基本是相同的。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則在現(xiàn)代生產(chǎn)的控4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則電氣控制設(shè)計(jì)包括：1）電氣原理圖設(shè)計(jì)：為滿足生產(chǎn)機(jī)械及其工藝要求而進(jìn)行的電氣控制設(shè)計(jì)2）電氣工藝設(shè)計(jì)：為電氣控制裝置本身的制造、使用、運(yùn)行及維修需要而進(jìn)行的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則電氣控制設(shè)計(jì)包括：4.1.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在傳動(dòng)形式及控制方案選擇的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是傳動(dòng)形式與控制方案的具體化。其設(shè)計(jì)靈活多變，沒有固定的方法和模式，即使是同一個(gè)電路的功能結(jié)構(gòu)，不同人員設(shè)計(jì)出來的線路可能完全不同。因此，作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該隨時(shí)發(fā)現(xiàn)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷豐富和拓寬思路，才能做出最為合理的設(shè)計(jì)。一般情況下，電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求，線路要安全可靠，操作和維護(hù)方便，設(shè)備投資少等。因此，要求控制電路的設(shè)計(jì)必須正確，并能合理地選擇電器元件。一般在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該滿足以下要求。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則4.1.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1.最大限度地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械和工藝對(duì)電氣控制線路的要求首先要對(duì)生產(chǎn)要求、機(jī)械設(shè)備的工作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際加工情況有充分了解。生產(chǎn)工藝要求一般是由機(jī)械設(shè)計(jì)人員提供的，實(shí)際執(zhí)行時(shí)有些地方可能會(huì)有些差異，這就需要電氣設(shè)計(jì)人員深入現(xiàn)場(chǎng)對(duì)同類或接近的產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)查、分析和綜合，從而作為設(shè)計(jì)電氣控制線路的依據(jù)。并在此基礎(chǔ)上考慮控制方式，啟動(dòng)、反向、制動(dòng)及調(diào)速的要求，設(shè)置各種聯(lián)鎖及保護(hù)裝置。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1.最大限度地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則2.在滿足生產(chǎn)要求的前提下，力求使控制線路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。(1)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、成熟的環(huán)節(jié)和線路。(2)盡量縮短連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則2.在滿足生產(chǎn)要求的前4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則設(shè)計(jì)控制線路時(shí)，應(yīng)合理安排各電器的位置、考慮各個(gè)元件之間的實(shí)際接線。要注意電氣柜、操作臺(tái)和限位開關(guān)之間的連接線，如圖4.1(a)和圖4.1(b)所示，僅從控制線路上分析，沒有什么不同，但若考慮實(shí)際接線，圖4.1(a)就明顯不合理，因?yàn)榘粹o在操作臺(tái)上，而接觸器在電氣柜內(nèi)，這樣就需要由電氣柜二次引出較長的連接線到操作臺(tái)的按鈕上。而圖

4.1(b)的連接是將啟動(dòng)按鈕和停止按鈕直接連接，這樣就可以減少一次引出線，減少布線的麻煩和導(dǎo)線的使用數(shù)量。特別要注意，同一電器的不同觸頭在線路中應(yīng)盡可能具有更多的公共接線，這樣可以減少導(dǎo)線數(shù)和縮短導(dǎo)線的長度。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.1電器連接圖4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.1電器連接圖4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

(3)盡量減少電器數(shù)量，采用標(biāo)準(zhǔn)件，盡可能選用相同型號(hào)的電器元件，以減少備用量。(4)盡量減少不必要的觸頭，簡(jiǎn)化控制線路以減小控制線路的故障率，提高系統(tǒng)工作的可靠性。為此可采用以下4種方法。①合并同類觸頭。如圖4.2所示，在獲得同樣功能的情況下，圖4.2(b)比圖4.2(a)在電路中減少了一對(duì)觸頭。但是在合并觸頭時(shí)應(yīng)注意觸頭對(duì)額定電流值的限制。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(3)盡量減少電器數(shù)量，采用標(biāo)準(zhǔn)件，盡可能選用相同圖4.2同類觸頭的合并4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.2同類觸頭的合并4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原②利用轉(zhuǎn)換觸頭。利用具有轉(zhuǎn)換觸頭的中間斷電器，將兩觸頭合并成一對(duì)轉(zhuǎn)換觸頭，如圖4.3所示。③利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦詠碛行p少觸頭數(shù)，如圖4.4所示。對(duì)于弱電電氣控制電路，這樣做既經(jīng)濟(jì)又可靠。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則②利用轉(zhuǎn)換觸頭。利用具有轉(zhuǎn)換觸頭的中間斷電器，將兩4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.3轉(zhuǎn)換觸頭的應(yīng)用4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.3轉(zhuǎn)換觸頭的應(yīng)圖4.4利用二極管等效4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.4利用二極管等效4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原

④利用邏輯代數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)，以便得到最簡(jiǎn)化的線路。(5)線路在工作時(shí)，除必要的電路必須通電外，其余的盡量不通電以節(jié)約電能，并延長電路的使用壽命。由圖4.5(a)可知，接觸器KM2得電后，接觸器KM1和時(shí)間繼電器KT就失去了作用，不必繼續(xù)通電，但它們?nèi)蕴幱趲щ姞顟B(tài)。圖4.5(b)線路比較合理。在KM2得電后，就切斷了KM1和KT的電源，節(jié)約了電能，并延長了該電器的壽命。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則④利用邏輯代數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)，以便得到最簡(jiǎn)化圖4.5減少電器通電時(shí)間電路4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.5減少電器通電時(shí)間電路4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的3.保證控制線路工作的可靠性(1)選用的電器元件要可靠、抗干擾性能好。(2)正確連接電器的線圈。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則3.保證控制線路工作的可靠性4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則在交流控制電路中不能串聯(lián)接入兩個(gè)電器的線圈，即使外加電壓是兩個(gè)線圈額定電壓之和，也是不允許的，如圖4.6(a)所示。因?yàn)槊總€(gè)線圈上所分配到的電壓與線圈阻抗成正比，兩個(gè)電器動(dòng)作總是有先有后，不能同時(shí)吸合。若接觸器KM1先吸合，線圈電感顯著增加，其阻抗比未吸合的接觸器KM2的阻抗大，因而在該線圈上的電壓降增大，使KM2的電壓達(dá)不到動(dòng)作電壓。因此，若需兩個(gè)電器同時(shí)動(dòng)作時(shí)，其線圈應(yīng)該并聯(lián)連接，如圖

4.6(b)所示。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.6線圈在交流控制線路中的連接4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.6線圈在交流控制線路中的連接4.1電氣控制系統(tǒng)

在直流控制電路中，對(duì)于電感較大的電磁線圈，如電磁閥、電磁鐵或直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈等，不宜與相同電壓等級(jí)的繼電器直接并聯(lián)工作。如圖

4.7(a)所示，當(dāng)觸頭KM斷開時(shí)，電磁鐵YA線圈兩端產(chǎn)生大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，加在中間繼電器KA的線圈上，造成KA的誤動(dòng)作。為此在YA線圈兩端并聯(lián)放電電阻R，并在KA支路中串入KM常開觸頭，如圖4.7(b)所示，這樣就能獲得可靠工作。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則在直流控制電路中，對(duì)于電感較大的電磁線圈，如電磁閥、4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.7大電感線圈與直流繼電器線圈的連接4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.7大電感線圈與(3)正確連接電器的觸頭設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使分布在線路不同位置的同一電器觸頭盡量接到同一極或同一相上，以避免在電器觸頭上引起短路。如圖4.8(a)所示，限位開關(guān)SQ的常開觸頭與常閉觸頭靠得很近，而在電路中分別接在不同相上，當(dāng)觸頭斷開產(chǎn)生電弧時(shí)，可能在兩觸頭間形成電弧而造成電源短路，若改接成如圖

4.8(b)所示的形式，因兩觸頭電位相同，就不會(huì)造成電源短路。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(3)正確連接電器的觸頭設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使分布在線路不同4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.8正確連接電器的觸頭4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.8正確連接電器

在控制電路中，應(yīng)盡量將所有電器的聯(lián)鎖觸頭接在線圈的左端，線圈的右端直接接電源，這樣可以減少線路內(nèi)產(chǎn)生虛假回路的可能性，還可以簡(jiǎn)化電氣柜的出線。(4)在控制線路中，采用小容量繼電器的觸頭來斷開或接通大容量接觸器的線路時(shí)，要計(jì)算繼電器觸頭斷開或接通容量是否足夠，不夠時(shí)必須加小容量的接觸器或中間繼電器，否則工作不可靠。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則在控制電路中，應(yīng)盡量將所有電器的聯(lián)鎖觸頭接在線圈的左4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(5)在頻繁操作的可逆線路中，正反向接觸器應(yīng)選加重型的接觸器，同時(shí)應(yīng)有電氣和機(jī)械的聯(lián)鎖。(6)在線路中應(yīng)盡量避免許多電器依次動(dòng)作才能接通另一個(gè)電器的控制線路。圖4.9(a)中的繼電器K4需要在K1、K2、K3相繼動(dòng)作后才接通。改為如圖4.9(b)所示的接線形式，每一繼電器的接通只需經(jīng)過一對(duì)觸頭，工作可靠性大大提高了。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(5)在頻繁操圖4.9觸頭的連接

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.9觸頭的連接4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

(7)防止觸頭競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。圖4.10(a)為用時(shí)間繼電器的反身關(guān)閉電路。當(dāng)時(shí)間繼電器KT的常閉觸頭延時(shí)斷開后，時(shí)間繼電器KT線圈失電，又使經(jīng)ts秒延時(shí)斷開的常閉觸頭閉合，以及經(jīng)t1秒瞬時(shí)動(dòng)作的常開觸頭斷開。若ts＞t1，則電路能反身關(guān)閉；若ts＜t1則繼電器KT再次吸合，這種現(xiàn)象就是觸頭競(jìng)爭(zhēng)。在此電路中，增加中間繼電器KA便可以解決，如圖4.10(b)所示。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(7)防止觸頭競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。圖4.10(a)為用時(shí)間繼4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.10反身自停電路4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.10反身自停電

(8)設(shè)計(jì)的線路應(yīng)能適應(yīng)所在電網(wǎng)情況，如電網(wǎng)容量的大小，電壓頻率的波動(dòng)范圍，以及允許的沖擊電流數(shù)值等。據(jù)此決定電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式是直接啟動(dòng)還是間接(降壓)啟動(dòng)。(9)防止寄生電路。控制電路在正常工作或事故情況下，發(fā)生意外接通的電路叫寄生電路。若控制電路中存在寄生電路，將破壞電器和線路的工作順序，造成誤動(dòng)作。圖4.11所示電路在正常工作時(shí)能完成正、反向啟動(dòng)，停止時(shí)信號(hào)指示，但當(dāng)熱繼電器FR動(dòng)作時(shí)，線路出現(xiàn)了寄生電路，如圖4.11中虛線所示，使正向接觸器KMl不能釋放，起不了保護(hù)作用。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(8)設(shè)計(jì)的線路應(yīng)能適應(yīng)所在電網(wǎng)情況，如電網(wǎng)容量的圖4.11寄生電路4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.11寄生電路4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則4.控制線路工作的安全性電氣控制線路應(yīng)具有完善的保護(hù)環(huán)節(jié)，用以保護(hù)電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)、控制電器以及其他電器元件，消除不正常工作時(shí)的有害影響，避免因誤操作而發(fā)生事故。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路、過流、過載、過壓、失壓、弱磁、超限、極限等。這些內(nèi)容已在第2章中作了介紹。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則4.控制線路工作的安全5.保證操作、安裝、調(diào)整、維修方便和安全為了使電器設(shè)備維修方便，使用安全，電器元件應(yīng)留有備用觸頭，必要時(shí)應(yīng)留有備用電器元件，以便檢修調(diào)整改接線路；應(yīng)設(shè)置隔離電器，以免帶電檢修。控制機(jī)構(gòu)應(yīng)操作簡(jiǎn)單，能迅速而方便地由一種控制形式轉(zhuǎn)換到另一種控制形式，例如由手動(dòng)控制轉(zhuǎn)換到自動(dòng)控制。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則5.保證操作、安裝、調(diào)整、維修方便和安全4.1電氣控制4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則為避免帶電維修，每臺(tái)設(shè)備均應(yīng)裝有隔離開關(guān)。根據(jù)需要可設(shè)置手動(dòng)控制及點(diǎn)動(dòng)控制，以便于調(diào)整設(shè)備。必要時(shí)可設(shè)多點(diǎn)控制開關(guān)，使操作者可在幾個(gè)位置均能控制設(shè)備。需要注意的是裝有手動(dòng)電器的控制線路和帶行程開關(guān)的控制線路，一定要有零壓保護(hù)環(huán)節(jié)，以避免由于斷電時(shí)手動(dòng)開關(guān)沒扳到分?jǐn)辔恢没蛐谐涕_關(guān)恰好被壓動(dòng)，在恢復(fù)供電時(shí)造成意外事故。還要注意實(shí)際上總有誤操作的可能性，在控制線路中應(yīng)該加入必要的聯(lián)鎖保護(hù)。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則為4.1.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

電氣設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)和編制出設(shè)備制造和使用維修過程中所必需的各種圖紙、資料，其中包括電氣系統(tǒng)的組件劃分與元器件布置圖、安裝接線圖、電氣原理圖、控制面板布置圖等，編制設(shè)備清單、電氣控制系統(tǒng)操作使用及維護(hù)說明書等資料。因此，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含原理設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)兩部分。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則4.1.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容4.1電氣控制系4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則基本內(nèi)容：根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)和編制出電氣設(shè)備制造和使用維修中必備的圖樣和資料等圖樣包括：電氣原理圖、電氣系統(tǒng)組件劃分圖、元器件布置圖、安裝接線圖、電氣簡(jiǎn)圖、控制面板圖、元器件安裝底板圖和非標(biāo)準(zhǔn)件加工圖等資料包括：外購件清單、材料消耗清單、設(shè)備說明書等4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則基本內(nèi)容：根據(jù)控制要求，4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1.原理設(shè)計(jì)內(nèi)容電氣原理設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，它是工藝設(shè)計(jì)和制定其他技術(shù)資料的依據(jù)，電氣控制系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括以下部分。

1.擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書2.選擇電氣拖動(dòng)方案和控制方式3.確定電動(dòng)機(jī)類型、型號(hào)、容量、轉(zhuǎn)速等4.設(shè)計(jì)電氣控制原理框圖，確定各部分之間的關(guān)系，擬定各部分技術(shù)指標(biāo)與要求5.設(shè)計(jì)并繪制電氣控制原理圖，計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)6.選擇電器元件，制定元件清單7.編寫設(shè)計(jì)說明書4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1.原理設(shè)計(jì)內(nèi)容2.工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容工藝設(shè)計(jì)的主要目的是便于組織電氣控制系統(tǒng)的制造，實(shí)現(xiàn)原理設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，為設(shè)備的調(diào)試、維護(hù)、使用提供必要的圖樣資料。工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下。(1)根據(jù)設(shè)計(jì)原理圖及所選用的電器元件，設(shè)計(jì)繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖及總接線圖。總裝配圖應(yīng)能反映各電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行電器、各種電器元件、操作臺(tái)布置、電源及檢測(cè)元件的分布狀況；總接線圖應(yīng)能反映系統(tǒng)中的電器元件各部分之間的接線關(guān)系與連接方式。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則2.工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(2)根據(jù)原理框圖和劃分的組件，對(duì)總原理圖進(jìn)行編號(hào)，繪制各組件原理電路圖，列出各部分的元件目錄表，并根據(jù)總圖編號(hào)統(tǒng)計(jì)出各組件的進(jìn)出線號(hào)。

(3)根據(jù)組件原理電路及選定的元件目錄表，設(shè)計(jì)組件裝配圖(電器元件布置與安裝圖)、接線圖，圖中應(yīng)反映各電器元件的安裝方式與接線方式。這些資料是組件裝配和生產(chǎn)管理的依據(jù)。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(2)根據(jù)原理框圖和劃

(4)根據(jù)組件裝配要求，繪制電器安裝板和非標(biāo)準(zhǔn)的電器安裝零件圖，標(biāo)明技術(shù)要求。這些圖樣是機(jī)械加工和外協(xié)作加工所必需的技術(shù)資料。(5)設(shè)計(jì)電氣原理圖。根據(jù)組件尺寸及安裝要求確定電氣柜結(jié)構(gòu)與外形尺寸，設(shè)置安裝支架，標(biāo)明安裝尺寸、面板安裝方式、各組件的連接方式、通風(fēng)散熱以及開門方式。在電氣原理圖設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意操作維護(hù)方便與造型美觀。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(4)根據(jù)組件裝配要求，繪制電器安裝板和非標(biāo)準(zhǔn)的電4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(6)根據(jù)總原理圖、總裝配圖及各組件原理圖資料進(jìn)行匯總，分別列出外購件清單，標(biāo)準(zhǔn)件清單以及主要材料消耗定額。這些是生產(chǎn)管理(如采購、調(diào)度、配料等)和成本核算所必須具備的技術(shù)資料。

(7)編寫使用維護(hù)說明書。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(6)根據(jù)總原理圖、總4.1.3電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

根據(jù)電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟如下。(1)擬定電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書是整個(gè)電氣設(shè)計(jì)的依據(jù)，任務(wù)書中除扼要說明所設(shè)計(jì)設(shè)備的型號(hào)、用途、加工工藝、動(dòng)作要求、傳動(dòng)參數(shù)及工作條件外，還要說明以下主要技術(shù)指標(biāo)及要求。①控制精度和生產(chǎn)效率的要求。②電氣傳動(dòng)基本特性，如運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量、用途、動(dòng)作順序、負(fù)載特性、調(diào)速指標(biāo)、啟動(dòng)、制動(dòng)方面的要求。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則4.1.3電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則③穩(wěn)定性及抗干擾要求。④聯(lián)鎖條件及保護(hù)要求。⑤電源種類、電壓等級(jí)。⑥目標(biāo)成本及經(jīng)費(fèi)限額。⑦驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收方式。⑧其他要求，如設(shè)備布局、安裝要求、操作臺(tái)布置、照明、信號(hào)指示、報(bào)警方式等。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則③穩(wěn)定性及抗干(2)確定拖動(dòng)(傳動(dòng))方案、選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)。根據(jù)零件加工精度、加工效率、生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)部件的數(shù)量、運(yùn)動(dòng)方式、負(fù)載性質(zhì)和調(diào)速等方面的要求以及投資額的大小，確定電動(dòng)機(jī)的類型、數(shù)量、拖動(dòng)方式，并擬定電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等控制方案。在這里，電動(dòng)機(jī)的選擇非常重要，選擇電動(dòng)機(jī)的基本原則如下。①電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械提出的要求，要與負(fù)載特性相適應(yīng)，以保證加工過程中運(yùn)行穩(wěn)定并具有一定的調(diào)速范圍與良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(2)確定拖動(dòng)(傳動(dòng))方案、選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)。根據(jù)零4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

②工作過程中電動(dòng)機(jī)容量能得到充分利用。③電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足機(jī)械設(shè)計(jì)提出的安裝要求，并能適應(yīng)周圍環(huán)境工作條件。④在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下、應(yīng)優(yōu)先考慮采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、使用和維護(hù)方便的三相交流異步電動(dòng)機(jī)。如果生產(chǎn)設(shè)備的各部分之間不需要保證一定的內(nèi)在聯(lián)系，則可采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別拖動(dòng)的方式，以縮短設(shè)備的傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)效率，簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則②工作過程中電

根據(jù)設(shè)備中主要電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況、調(diào)速范圍及對(duì)啟動(dòng)、反向、制動(dòng)的要求確定拖動(dòng)形式。一般設(shè)備采用交流拖動(dòng)系統(tǒng)，利用齒輪箱變速，為了擴(kuò)大調(diào)速范圍、簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，也可采用雙速或多速籠型異步電動(dòng)機(jī)及繞線型異步電動(dòng)機(jī)。如果設(shè)備對(duì)啟動(dòng)、制動(dòng)要求很高，需要無級(jí)調(diào)速，應(yīng)該采用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)或交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。與此同時(shí)需要注意電動(dòng)機(jī)調(diào)速的性質(zhì)，應(yīng)當(dāng)與負(fù)載特性相適應(yīng)。例如負(fù)載需要恒功率調(diào)速時(shí)，可采用定子繞組由三角形改為雙星形連接的雙速電動(dòng)機(jī)或直流它勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)磁調(diào)速。負(fù)載需要恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，可選用定子繞組由星形連接改成雙星形的交流雙速電機(jī)或直流它勵(lì)電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則根據(jù)設(shè)備中主要電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況、調(diào)速范圍及對(duì)啟動(dòng)、反

(3)確定控制方案。為了保證設(shè)備協(xié)調(diào)準(zhǔn)確動(dòng)作，充分發(fā)揮其效能，在確定控制方案時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。①確定控制方式。根據(jù)控制設(shè)備復(fù)雜程度及生產(chǎn)工藝精度要求的不同，可以選擇幾種不同的控制方式。例如：繼電接觸控制、順序控制、PLC控制、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制等。②滿足控制線路對(duì)電源種類、工作電壓、頻率等方面的要求。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(3)確定控制方案。為了保證設(shè)備協(xié)調(diào)準(zhǔn)確動(dòng)作，充分4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

③構(gòu)成自動(dòng)循環(huán)。畫出設(shè)備工作循環(huán)簡(jiǎn)圖，確定行程開關(guān)的位置。如在電液控制時(shí)要確定電磁鐵和電磁閥的通斷狀態(tài)，列出上述電器元件與執(zhí)行動(dòng)作的關(guān)系表。④確定控制系統(tǒng)的工作方法。一臺(tái)設(shè)備可能有不同的工作方式，例如自動(dòng)循環(huán)、手動(dòng)調(diào)整、動(dòng)作程序轉(zhuǎn)換及控制系統(tǒng)中的檢測(cè)等，需逐個(gè)予以實(shí)現(xiàn)。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則③構(gòu)成自動(dòng)循環(huán)⑤妥善考慮聯(lián)鎖關(guān)系及電氣保護(hù)。聯(lián)鎖關(guān)系及電氣保護(hù)是保證設(shè)備運(yùn)行、操作相互協(xié)調(diào)及正常執(zhí)行的條件，所以在制定控制方案時(shí)，必須全面考慮設(shè)備運(yùn)動(dòng)規(guī)律和各動(dòng)作的制約關(guān)系，完善保護(hù)措施。(4)畫出電氣控制線路原理圖。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則⑤妥善考慮聯(lián)鎖關(guān)系及電氣保護(hù)。聯(lián)鎖關(guān)系及電氣保護(hù)是4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

(5)選擇電器元件，制定電機(jī)和電器元件明細(xì)表。(6)設(shè)計(jì)電氣柜、操作臺(tái)、電氣安裝板，畫出電機(jī)和電器元件的總體布置圖。(7)繪制電氣控制線路裝配圖及接線圖。(8)編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書和使用說明書。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(5)選擇電器4.2電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇電力拖動(dòng)形式的選擇是電氣設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，也是以后各部件設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)和先決條件電力拖動(dòng)方案確定的依據(jù)：1.生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性2.工藝要求3.環(huán)境條件及工程技術(shù)條件4.2電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇4.2電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇4.2.1電力拖動(dòng)方案的確定（一）拖動(dòng)方式的選擇：?jiǎn)为?dú)拖動(dòng)、集中拖動(dòng)（二）調(diào)速方案的選擇（三）電動(dòng)機(jī)調(diào)速性質(zhì)應(yīng)與負(fù)載特性相適應(yīng)4.2電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇4.2.1電力拖動(dòng)方4.2電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇4.2.2拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的選擇包括：種類、結(jié)構(gòu)型式、額定轉(zhuǎn)速、額定功率（一）選擇原則（二）容量選擇:1.分析計(jì)算法2.統(tǒng)計(jì)類比法4.2電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇4.2.2拖動(dòng)電4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法4.3.1電氣控制原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟：1）根據(jù)選定的拖動(dòng)方案和控制方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理框圖，擬出各部分的主要技術(shù)要求和技術(shù)參數(shù)2）根據(jù)各部分的要求，設(shè)計(jì)原理框圖中各部分的具體電路；按主電路→控制電路→聯(lián)鎖與保護(hù)→總體檢查的步驟進(jìn)行3）繪制系統(tǒng)總原理圖4）選擇電器元件，列出元件清單4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法4.3.1電氣控制原理4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法4.3.2電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)方法一、分析設(shè)計(jì)法步驟：1）設(shè)計(jì)各控制單元環(huán)節(jié)中拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)、調(diào)速，停車等的主電路或執(zhí)行元件的電路2）設(shè)計(jì)滿足各電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)功能和工作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的控制電路，以及滿足執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)規(guī)定動(dòng)作相適應(yīng)的指令信號(hào)的控制電路4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法4.3.2電氣控制原4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法3）連接各單元環(huán)節(jié)構(gòu)成滿足整機(jī)生產(chǎn)工藝要求，實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)或半自動(dòng)和調(diào)整的控制電路4）設(shè)計(jì)保護(hù)、聯(lián)鎖、檢測(cè)、信號(hào)和照明等環(huán)節(jié)控制電路5）全面檢查所設(shè)計(jì)電路4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法3）連接各單元環(huán)節(jié)構(gòu)成滿足4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法二、邏輯設(shè)計(jì)法定義：利用邏輯代數(shù)工具來進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方法步驟：1）按工藝要求作出工作循環(huán)圖2）確定執(zhí)行元件與檢測(cè)元件，并作出執(zhí)行元件動(dòng)作節(jié)拍表和檢測(cè)元件狀態(tài)表3）設(shè)置中間記憶元件4）畫出電路結(jié)構(gòu)圖5）檢查、化簡(jiǎn)和完善4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法二、邏輯設(shè)計(jì)法4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法4.3.3電氣控制原理圖設(shè)計(jì)中的一般要求1.應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝要求，并設(shè)置相應(yīng)的聯(lián)鎖與保護(hù)2.應(yīng)盡量減少控制電路中電流、電壓種類：電壓一般為380V、220V、110V、24V3.確保電氣控制電路工作的可靠性和安全性，包括：1）盡量減少電器元件的品種、規(guī)格和數(shù)量2）正常工作中，盡量減少通電電器的數(shù)量4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法4.3.3電氣控制原理圖4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法3）合理使用電器觸頭4）正確接線，主要注意以下幾點(diǎn)：A、正確連接電器線圈，電壓線圈不能串聯(lián)使用，對(duì)于電感量較大的電磁閥、電磁鐵等的線圈不能與相同電壓等級(jí)的接觸器或中間繼電器線圈直接并聯(lián)工作B、合理安排電器元件觸頭位置（見圖4-1）C、避免出現(xiàn)寄生電路（見圖4-2）4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法3）合理使用電器觸頭4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法5）盡量減少連接導(dǎo)線的數(shù)量，縮短連接導(dǎo)線的長度6）盡可能提高電路工作的可靠性、安全性4.應(yīng)具有必要的保護(hù)5.應(yīng)簡(jiǎn)捷方便，即考慮操作、使用、調(diào)試與維修的方便，力求簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)4.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的步驟與方法5）盡量減少連接導(dǎo)線的數(shù)量4.4常用控制電器的選擇4.4.1接觸器的選用選用原則：1）根據(jù)接觸器所控制負(fù)載的工作任務(wù)來選擇相應(yīng)使用類別的接觸器2）根據(jù)接觸器控制對(duì)象的工作參數(shù)來確定接觸器的容量等級(jí)3）根據(jù)控制回路電壓決定接觸器的線圈電壓4）對(duì)于特殊環(huán)境條件下工作的接觸器選用派生產(chǎn)品，如帶TH的濕熱型產(chǎn)品4.4常用控制電器的選擇4.4.1接觸器的選用4.4常用控制電器的選擇一、交流接觸器的選用

交流接觸器控制的負(fù)載分為電動(dòng)機(jī)負(fù)載和非電動(dòng)機(jī)類負(fù)載（如電熱設(shè)備、照明裝置、電容器、電焊機(jī)等）兩大類1.電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的選用：采用以使用類別為基礎(chǔ)，并輔以選用數(shù)據(jù)的選用方法。分為一般任務(wù)、重任務(wù)、特重任務(wù)三類4.4常用控制電器的選擇一、交流接觸器的選用4.4常用控制電器的選擇1）一般任務(wù)的接觸器主要運(yùn)行于AC-3使用類別，其操作頻率不高，用來控制籠型異步電動(dòng)機(jī)或繞線型異步電動(dòng)機(jī)，常與熱繼電器組成電磁起動(dòng)器來滿足控制和保護(hù)要求典型機(jī)械：壓縮機(jī)、泵、通風(fēng)機(jī)、升降機(jī)、傳送帶、電梯、空調(diào)機(jī)、沖床、剪板機(jī)等選用原則：額定電壓和電流稍大于電動(dòng)機(jī)的額定電流和電壓

4.4常用控制電器的選擇1）一般任務(wù)的接觸器4.4常用控制電器的選擇2）重任務(wù)的接觸器主要運(yùn)行于90%AC-3和10%AC-4或50%AC-2的混合使用類別，平均操作頻率可達(dá)100次/時(shí)或以上，用來起動(dòng)籠型或繞線型異步電動(dòng)機(jī)，并常運(yùn)行于點(diǎn)動(dòng)、反接制動(dòng)、反向和低速時(shí)斷開。典型機(jī)械：車床、鉆床、銑床、磨床、升降設(shè)備等選用原則：參見P1394.4常用控制電器的選擇2）重任務(wù)的接觸器4.4常用控制電器的選擇3）特重任務(wù)的接觸器主要運(yùn)行于近100%的AC-4或100%AC-2的使用類別，操作頻率可達(dá)1000-1200次/時(shí)，個(gè)別達(dá)3000次/時(shí)，用于籠型或繞線型異步電動(dòng)機(jī)的頻繁點(diǎn)動(dòng)、反接制動(dòng)和可逆運(yùn)行典型設(shè)備：印刷機(jī)、拉絲機(jī)、鏜床、港口起重設(shè)備、軋鋼輔助設(shè)備等選用原則：必須保證其電壽命滿足使用要求（參見P139）4.4常用控制電器的選擇3）特重任務(wù)的接觸器4.4常用控制電器的選擇2、非電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的選用非電動(dòng)機(jī)負(fù)載：電阻爐、電容器、變壓器、照明裝置等選用非電動(dòng)機(jī)負(fù)載的接觸器時(shí)，除了考慮接通容量外，還要考慮使用中可能出現(xiàn)的過電流1）電熱設(shè)備：I0≥1.2IN4.4常用控制電器的選擇2、非電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的選用4.4常用控制電器的選擇2）電容器：考慮合閘電流、持續(xù)電流和額定負(fù)載下的電壽命，見表4-34.4常用控制電器的選擇2）電容器：考慮合閘電流、持續(xù)電流4.4常用控制電器的選擇3）變壓器：見表4-44）照明裝置：按照明裝置類型、啟動(dòng)電流、長期工作電流來選擇4.4常用控制電器的選擇3）變壓器：見表4-44.4常用控制電器的選擇二、直流接觸器的選用直流接觸器主要用于控制直流電動(dòng)機(jī)和電磁鐵1.控制直流電動(dòng)機(jī)時(shí)的選用：接觸器的額定發(fā)熱電流不低于電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的等效有效電流、操作頻率也不低于電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的操作頻率2.控制直流電磁鐵時(shí)的選用：根據(jù)額定電壓、電流、通電持續(xù)率、時(shí)間常數(shù)等參數(shù)選擇相應(yīng)直流接觸器4.4常用控制電器的選擇二、直流接觸器的選用4.4常用控制電器的選擇4.4.2電磁式控制繼電器的選用一、類型的選用見表4-54.4常用控制電器的選擇4.4.2電磁式控制繼電器的選用4.4常用控制電器的選擇二、使用環(huán)境的選用（P141）考慮繼電器安裝地點(diǎn)的環(huán)境溫度、海拔高度、相對(duì)濕度、污染等級(jí)、振動(dòng)、沖擊等條件三、使用類別的選用：AC-11、DC-11四、額定電壓、電流的選用五、工作制的選用：一般繼電器適用于8小時(shí)工作制、反復(fù)短時(shí)工作制、短時(shí)工作制4.4常用控制電器的選擇二、使用環(huán)境的選用（P141）4.4常用控制電器的選擇4.4.3熱繼電器的選用一、原則上按被保護(hù)電動(dòng)機(jī)的額定電流選取熱繼電器，0.95-1.05IN或0.6-0.8IN，參見P142二、對(duì)于長期工作或間斷工作制電動(dòng)機(jī)的熱繼電器：1.根據(jù)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間：6IN2.以電動(dòng)機(jī)額定電流值作為熱繼電器整定電流的中間值：使用時(shí)將熱繼電器調(diào)至中間值4.4常用控制電器的選擇4.4.3熱繼電器的選用4.4常用控制電器的選擇三、用熱繼電器做電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)時(shí)的選用：1.對(duì)星形連接的電動(dòng)機(jī)，使用不帶斷相保護(hù)的三相熱繼電器即可2.對(duì)三角形連接的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)使用帶斷相保護(hù)裝置的熱繼電器4.4常用控制電器的選擇三、用熱繼電器做電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)時(shí)的4.4常用控制電器的選擇四、三相與兩相熱繼電器的選用：一般故障下，兩相與三相熱繼電器有相同的保護(hù)效果，但下列情況只能選用三相熱繼電器：1.電動(dòng)機(jī)定子繞組一相斷線2.多臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率差別顯著3.電源電壓顯著不平衡4.4常用控制電器的選擇四、三相與兩相熱繼電器的選用：一般4.4常用控制電器的選擇4.4.4控制變壓器的選用1）一、二次側(cè)電壓應(yīng)與交流電源電壓、控制電路電壓與輔助電路電壓要求相符2）保證二次側(cè)的交流電磁器件在啟動(dòng)時(shí)能可靠吸合3）電路正常運(yùn)行時(shí)，變壓器溫升不超過允許值4）容量計(jì)算4.4常用控制電器的選擇4.4.4控制變壓器的選用4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)電氣工藝設(shè)計(jì)必須在電氣原理圖設(shè)計(jì)完成之后進(jìn)行，首先進(jìn)行電氣控制設(shè)備總體配置即總裝配圖、總接線圖設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行各部分電氣裝配圖與接線圖的設(shè)計(jì)，列出各部分元件目錄、線號(hào)及主要材料清單，最后編寫使用說明書4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)電氣工藝設(shè)計(jì)必須在電氣原理圖設(shè)4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.1電氣設(shè)備總體配置設(shè)計(jì)總體配置要求：1.整個(gè)系統(tǒng)集中、緊湊2.發(fā)熱大、震動(dòng)大、噪聲大的電氣部件應(yīng)遠(yuǎn)離操作者3.急停按鈕應(yīng)放在方便操作、明顯的位置，對(duì)于大型設(shè)備，應(yīng)設(shè)置多個(gè)急停按鈕4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.1電氣設(shè)備總體配置設(shè)計(jì)4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)組件的劃分：由于一個(gè)控制系統(tǒng)中，各電器元件的安裝位置不同、功能各異，所以必須劃分組件，以解決組件之間、電氣箱之間、電氣箱與被控裝置之間的連線問題4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)組件的劃分：4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)組件劃分的原則1.將功能類似的元件組合在一起可構(gòu)成面板組件、電氣控制盤組件、電源組件等2.盡可能減少組件之間的連線數(shù)量3.強(qiáng)弱電分開4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)組件劃分的原則4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.整齊美觀，外形尺寸相同、重量相近的元件組合在一起5.將需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護(hù)及易損件組合在一起4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.整齊美觀，外形尺寸相同、重量相4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.2元器件布置圖的設(shè)計(jì)定義：多個(gè)電器元件按一定的原則組合元器件布置圖的設(shè)計(jì)原則：1.體積大、重量大的元件放在配電板的下方，發(fā)熱元件應(yīng)放在上方4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.2元器件布置圖的設(shè)計(jì)4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)2.強(qiáng)弱電分開并屏蔽3.元件的安裝高度應(yīng)適宜4.元件布置整齊、美觀、對(duì)稱5.元件之間留有適當(dāng)間距4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)2.強(qiáng)弱電分開并屏蔽4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.3電氣部件接線圖的繪制作用：表示成套裝置的連接關(guān)系，是電氣安裝和查線的依據(jù)繪制原則：1.符合相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)2.元件編號(hào)與導(dǎo)線線號(hào)應(yīng)和原理圖一致3.同一元件的各部分必須畫在一起4.導(dǎo)線應(yīng)標(biāo)出型號(hào)、規(guī)格、截面積、顏色等5.除大截面積導(dǎo)線外，其余導(dǎo)線必須經(jīng)過接線端子板，不得直接進(jìn)出；端子板間導(dǎo)線不得有接頭4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.3電氣部件接線圖的繪制4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.4電氣箱及非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)根據(jù)控制面板及箱內(nèi)電氣部件的尺寸確定電氣箱的總體尺寸及結(jié)構(gòu)方式結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀，與生產(chǎn)機(jī)械相匹配根據(jù)面板及箱內(nèi)部件安裝尺寸設(shè)計(jì)安裝支架從方便安裝、調(diào)試及維修方便要求設(shè)計(jì)開門方式利于箱內(nèi)元件散熱為利于電氣箱的搬動(dòng)，須設(shè)置起吊孔、鉤等非標(biāo)件的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)元件尺寸及安裝要求進(jìn)行4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.4電氣箱及非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.5各類元器件及材料清單的匯總完成原理及工藝設(shè)計(jì)后，應(yīng)根據(jù)各種圖紙資料，對(duì)本設(shè)備需要的各種零件及材料進(jìn)行匯總，列出外購件清單、標(biāo)準(zhǔn)件清單、非標(biāo)準(zhǔn)件清單、主要材料消耗定額等4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.5各類元器件及材料清單的4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.6編寫設(shè)計(jì)說明書及使用說明書編寫內(nèi)容：拖動(dòng)方案選擇依據(jù)及本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)主要參數(shù)的計(jì)算過程設(shè)計(jì)任務(wù)書中要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的核算與評(píng)價(jià)設(shè)備調(diào)試要求與方法使用、維護(hù)要求及注意事項(xiàng)4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)4.5.6編寫設(shè)計(jì)說明書及使用說4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法原理線路設(shè)計(jì)是原理設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。在總體方案確定之后，具體設(shè)計(jì)是從電氣原理圖開始的，如上所述，各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)是通過控制原理圖來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)它又是工藝設(shè)計(jì)和編制各種技術(shù)資料的依據(jù)。電氣原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟如下。(1)根據(jù)選定的拖動(dòng)方案及控制方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理框圖，擬訂出各部分的主要技術(shù)要求和主要技術(shù)參數(shù)。(2)根據(jù)各部分要求設(shè)計(jì)出原理框圖中各個(gè)部分的具體電路。設(shè)計(jì)的步驟為主電路→控制電路→輔助電路→聯(lián)鎖與保護(hù)→檢查、修改與完善。(3)繪制總原理圖。按系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)將各部分聯(lián)成一個(gè)整體。(4)正確選用原理線路中每一個(gè)電器元件，并制訂元器件目錄清單。對(duì)于比較簡(jiǎn)單的控制線路，例如普通機(jī)械或非標(biāo)設(shè)備的電氣配套設(shè)計(jì)，可以省略前兩步直接進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)和選用電器元件。但對(duì)于比較復(fù)雜的自動(dòng)控制線路，生產(chǎn)機(jī)械或者采用微機(jī)或電子控制的專用檢測(cè)與控制系統(tǒng)，要求有程序預(yù)選和一定的加工精度、生產(chǎn)效率、自動(dòng)顯示、各種保護(hù)、故障診斷、報(bào)警應(yīng)按上述4步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證總裝調(diào)試的順利進(jìn)行。電氣原理設(shè)計(jì)的方法主要有分析設(shè)計(jì)法(又稱經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法)和邏輯設(shè)計(jì)法兩種，下面將分別介紹。4.6電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法原理線路設(shè)計(jì)所謂分析設(shè)計(jì)法指根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求選擇適當(dāng)?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)(單元電路)或?qū)⒔?jīng)過考驗(yàn)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，以綜合成滿足控制要求的完整線路。當(dāng)找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時(shí)，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計(jì)，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)。設(shè)計(jì)過程中，要隨時(shí)增減元器件和改變觸頭的組合方式，以滿足拖動(dòng)系統(tǒng)的工作條件和控制要求，經(jīng)過反復(fù)修改得到理想的控制線路。分析設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)是無固定的設(shè)計(jì)程序，設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，容易為初學(xué)者所掌握，對(duì)于具有一定工作經(jīng)驗(yàn)的電氣人員來說，也能較快地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，因此在電氣設(shè)計(jì)中被普遍采用。其缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)方案不一定是最佳方案，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)不足或考慮不周時(shí)會(huì)影響線路工作的可靠性。由于這種設(shè)計(jì)方法以熟練掌握各種電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)和具備一定的閱讀分析電氣控制線路的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，所以又稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。4.6.1分析設(shè)計(jì)法4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法所謂分析設(shè)計(jì)法指根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求選擇適當(dāng)?shù)幕究刂平?jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法指根據(jù)控制任務(wù)經(jīng)控制系統(tǒng)劃分為若干控制環(huán)節(jié)，參考典型控制線路設(shè)計(jì)，然后考慮各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)鎖關(guān)系，經(jīng)過補(bǔ)充、修改、綜合成完整的控制線路。以下主要介紹經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的基本步驟及特點(diǎn)。1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的基本步驟一般的生產(chǎn)機(jī)械電氣控制電路設(shè)計(jì)包括主電路、控制電路和輔助電路等的設(shè)計(jì)。1)主電路的設(shè)計(jì)主要考慮電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)及多速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。2)控制電路的設(shè)計(jì)主要考慮如何滿足電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)功能及生產(chǎn)工藝要求，包括實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)或半自動(dòng)的控制等。4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法指根據(jù)控制任務(wù)經(jīng)控制系統(tǒng)劃分為若干控制環(huán)節(jié)3)輔助電路的設(shè)計(jì)主要考慮如何完善整個(gè)控制電路的設(shè)計(jì)，包括短路、過載、零壓、聯(lián)鎖、照明、信號(hào)、充電測(cè)試等各種保護(hù)環(huán)節(jié)。4)反復(fù)審核電路是否滿足設(shè)計(jì)原則在條件允許的情況下，進(jìn)行模擬試驗(yàn)，直至電路動(dòng)作準(zhǔn)確無誤，并逐步完善整個(gè)電器控制電路的設(shè)計(jì)。在具體的設(shè)計(jì)過程中常有兩種作法：(1)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求，適當(dāng)選用現(xiàn)有的典型環(huán)節(jié)。將它們有機(jī)地組合起來，并加以補(bǔ)充修改，綜合成所需要的控制線路。(2)在找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時(shí)，可根據(jù)工藝要求自行設(shè)計(jì)電器元件和觸頭，以滿足給定的工作條件。4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法3)輔助電路的設(shè)計(jì)4.6電氣控制系統(tǒng)的2.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)(1)這種方法易于掌握，使用很廣，但一般不易獲得最佳設(shè)計(jì)方案。(2)要求設(shè)計(jì)者具有一定的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)．在設(shè)計(jì)過程中往往會(huì)因考慮不周發(fā)生差錯(cuò)，影響電路的可靠性。(3)當(dāng)線路達(dá)不到要求時(shí)，多用增加觸頭或電器數(shù)量的方法來加以解決，所以設(shè)計(jì)出的線路常常不是最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的。(4)需要反復(fù)修改設(shè)計(jì)草圖，設(shè)計(jì)速度較慢。(5)一般需要進(jìn)行模擬試驗(yàn)。(6)設(shè)計(jì)程序不固定。4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法2.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)4.6電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì)繼電接觸式控制線路，對(duì)于同一個(gè)工藝要求往往會(huì)設(shè)計(jì)出各種不同結(jié)構(gòu)的控制線路，并且較難獲得最簡(jiǎn)單的線路結(jié)構(gòu)。通過多年的實(shí)踐和總結(jié)，工程技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，繼電器控制線路中的各種輸入信號(hào)和輸出信號(hào)通常只有兩種狀態(tài)：通電和斷電。而早期的控制系統(tǒng)基本上是針對(duì)順序動(dòng)作而進(jìn)行的設(shè)計(jì)，于是提出了邏輯設(shè)計(jì)的思想。

所謂邏輯設(shè)計(jì)法就是從系統(tǒng)的工藝過程出發(fā)，將控制線路中的接觸器、繼電器線圈的通電與斷電，觸頭的閉合與斷開，以及主令元件的接通與斷開等看成邏輯變量，并將這些邏輯變量關(guān)系表示為邏輯函數(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)，然后按化簡(jiǎn)后的邏輯函數(shù)式畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，使之成為“與”、“或”、“非”的最簡(jiǎn)關(guān)系式，根據(jù)最簡(jiǎn)式畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，最后再做進(jìn)一步的檢查和完善，得到所需的控制線路。4.6.2邏輯設(shè)計(jì)法4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì)繼電接觸式控制線路，對(duì)于同一個(gè)工藝1.繼電接觸式控制線路中邏輯變量的處理一般在控制線路中，電器的線圈或觸頭的工作存在著兩個(gè)物理狀態(tài)。對(duì)于接觸器、繼電器的線圈是通電與斷電；對(duì)于觸頭是閉合與斷開。在繼電接觸式控制線路中，每一個(gè)接觸器或繼電器的線圈、觸頭以及控制按鈕的觸頭都相當(dāng)于一個(gè)邏輯變量，它們都具有兩個(gè)對(duì)立的物理狀態(tài)，故可采用“邏輯0”和“邏輯1”來表示。任何一個(gè)邏輯問題中，“0”狀態(tài)和“1”狀態(tài)所代表的意義必須做出明確的規(guī)定，在繼電接觸式控制線路邏輯設(shè)計(jì)中規(guī)定如下。(1)對(duì)于繼電器、接觸器、電磁鐵、電磁閥、電磁離合器等元件的線圈，通常規(guī)定通電為“1”狀態(tài)，失電則規(guī)定為“0”狀態(tài)。4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法1.繼電接觸式控制線路中邏輯變量的處理4.6電(2)對(duì)于按鈕、行程開關(guān)元件，規(guī)定壓下時(shí)為“1”狀態(tài)，復(fù)位時(shí)為“0”狀態(tài)。(3)對(duì)于元件的觸頭，規(guī)定觸頭閉合狀態(tài)為“1”狀態(tài)，觸頭斷開狀態(tài)為“0”狀態(tài)。分析繼電器、接觸器控制電路時(shí)，元件狀態(tài)常以線圈通電或斷電來判定。該元件線圈通電時(shí)，其本身的常開觸頭(動(dòng)合觸頭)閉合，而其本身的常閉觸頭(動(dòng)斷觸頭)斷開。因此，為了清楚地反映元件狀態(tài)，元件的線圈和其常開觸頭的狀態(tài)用同一字符來表示，而其常閉觸頭的狀態(tài)用該字符的“非”來表示。例如對(duì)于接觸器KM1來說，其常開觸頭的狀態(tài)用KM1表示，其常閉觸頭的狀態(tài)用則用表示。4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法(2)對(duì)于按鈕、行程開關(guān)元件，規(guī)定壓下時(shí)為“1”狀2.繼電接觸式控制線路中的基本邏輯運(yùn)算繼電接觸式控制線路中的基本邏輯運(yùn)算可以概括為3種：與、或、非。下面對(duì)這3種基本邏輯運(yùn)算做詳細(xì)分析。1)繼電接觸式控制線路中的邏輯“與”如圖4.12所示，用邏輯“與”來解釋，只有當(dāng)K1和K2兩個(gè)觸頭全部閉合即都為“1”態(tài)時(shí)，接觸器線圈KM才能通電為“1”態(tài)。如果K1和K2兩個(gè)觸頭中有其中任一個(gè)觸頭斷開，則線圈KM就斷電。所以電路中觸頭串聯(lián)形式是邏輯“與”的關(guān)系。邏輯“與”的邏輯函數(shù)式為式(4-1)。

(4-1)式(4-1)中，K1和K2均稱為邏輯輸入變量(自變量)，而KM稱為邏輯輸出變量。4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法2.繼電接觸式控制線路中的基本邏輯運(yùn)算4.6電2)邏輯“或”如圖4.13所示，用邏輯“或”來解釋，當(dāng)觸頭K1和K2任意一個(gè)閉合時(shí)，則線圈KM通電即為“1”態(tài)，只有當(dāng)觸頭K1和K2都斷開時(shí)，線圈KM斷電即為“0”態(tài)。邏輯“或”的邏輯函數(shù)式為式(4-2)。

(4-2)圖4.12邏輯“與”電路圖4.13邏輯“或”電路

4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法2)邏輯“或”圖4.12邏輯“與”電路3)邏輯“非”邏輯“非”也稱邏輯“求反”。圖4.14表示元件狀態(tài)KA的常閉觸頭與觸發(fā)器KM線圈狀態(tài)的控制是邏輯非關(guān)系。其邏輯函數(shù)式為式(4-4)。

(4-3)圖4.14邏輯“非”電路4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法3)邏輯“非”圖4.14邏輯“非”電路4.6當(dāng)開關(guān)K合上，常閉觸頭的狀態(tài)為“0”，則KM＝0，線圈不通電，KM為“0”狀態(tài)；當(dāng)K打開，＝1，則KM＝1，線圈通電，接觸器閉合，KM為“1”狀態(tài)。在任何控制線路中，控制對(duì)象與控制條件之間都可以用邏輯函數(shù)式來表達(dá)，所以邏輯法不僅用于線路設(shè)計(jì)，也可以用于線路簡(jiǎn)化和讀圖分析。3.邏輯設(shè)計(jì)法的一般步驟(1)按工藝要求作出工作循環(huán)圖。(2)按工作循環(huán)圖畫出主令元件、檢測(cè)元件和執(zhí)行元件等的狀態(tài)波形圖。(3)根據(jù)狀態(tài)波形圖，列寫執(zhí)行元件(輸出元件)的邏輯函數(shù)式。(4)根據(jù)邏輯函數(shù)式畫出電路結(jié)構(gòu)圖。(5)進(jìn)一步檢查、化簡(jiǎn)和完善電路，增加必要的聯(lián)鎖、保護(hù)等輔助環(huán)節(jié)。4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法當(dāng)開關(guān)K合上，常閉觸頭的狀態(tài)為“0”，則KM4.邏輯電路的設(shè)計(jì)方法邏輯電路的設(shè)計(jì)有組合邏輯電路設(shè)計(jì)和時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)兩種方法。下面將分別介紹這兩種設(shè)計(jì)方法。1)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)所謂組合邏輯電路是指執(zhí)行元件的輸出狀態(tài)只與同一時(shí)刻控制元件的狀態(tài)有關(guān)，輸入、輸出呈單方向關(guān)系，即只能由輸入量影響輸出量，而輸出量對(duì)輸入量無影響。以下以沖床的控制過程為例來說明如何進(jìn)行組合邏輯電路的設(shè)計(jì)。(1)沖床的控制要求。為了保護(hù)沖床操作者的人身安全，采用在兩地有兩個(gè)人同時(shí)控制才能啟動(dòng)沖床的方案，如圖4.15所示。線路中使用3個(gè)按鈕，分別為SB1、SB2、SB3，控制沖床電機(jī)的接觸器線圈為KM，同時(shí)按下SB1、SB2或同時(shí)按下SB2、SB3時(shí)，KM接通，其余情況下KM均不通電。4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法4.邏輯電路的設(shè)計(jì)方法4.6電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(2)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟。①根據(jù)功能與要求列出元件狀態(tài)表，見表4-1。表4-1沖床的元件狀態(tài)表SB1SB2SB3f(KM)000010000100001011010111101011104.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法(2)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟。表4-1沖床的元件狀態(tài)表②列出邏輯變量和輸出變量的邏輯代數(shù)式并化簡(jiǎn)為式(4-4)。(4-4)③根據(jù)邏輯代數(shù)式繪制控制電路，如圖4.15所示。④檢查、完善所設(shè)計(jì)的線路。主要檢查是否存在寄生電路及觸頭競(jìng)爭(zhēng)，然后繪制主電路并加入必要的保護(hù)環(huán)節(jié)。盡管邏輯設(shè)計(jì)法較復(fù)雜，但其化簡(jiǎn)電路的過程容易實(shí)現(xiàn)。例如要求化簡(jiǎn)圖4.16(a)所示的控制電路，先列出圖4.16(a)電路的邏輯代數(shù)式為式(4-5)。 (4-5)然后根據(jù)邏輯代數(shù)基本運(yùn)算法則化簡(jiǎn)上面的代數(shù)式為式(4-6)。 (4-6)化簡(jiǎn)后的控制電路如圖4.16(b)所示。4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法②列出邏輯變量和輸出變量的邏輯代數(shù)式并化簡(jiǎn)為式(4-4)。圖4.15沖床的控制電路4.16化簡(jiǎn)電路4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法圖4.15沖床的控制電路4.16組合邏輯設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，所以作為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的輔助和補(bǔ)充，用于簡(jiǎn)單控制電路的設(shè)計(jì)，或?qū)δ承┚植侩娐愤M(jìn)行簡(jiǎn)化。2)時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)是輸出狀態(tài)不僅與同一時(shí)刻的輸入狀態(tài)有關(guān)，而且還與輸出量的原有狀態(tài)及其組合順序有關(guān)，即輸出量通過反饋?zhàn)饔茫瑢?duì)輸入狀態(tài)產(chǎn)生影響。這種邏輯電路設(shè)計(jì)要設(shè)置中間記40元件(如中間繼電器等)記憶輸入信號(hào)的變化，以達(dá)到各程序兩兩區(qū)分的目的。其設(shè)計(jì)過程比較復(fù)雜，基本步驟如下。(1)根據(jù)拖動(dòng)要求，先設(shè)計(jì)主電路，明確各電動(dòng)機(jī)及執(zhí)行元件的控制要求，并選擇產(chǎn)生控制信號(hào)(包括主令信號(hào)與檢測(cè)信號(hào))的主令元件(如按鈕、控制開關(guān)、主令控制器等)和檢測(cè)元件(如行程開關(guān)、壓力繼電器、速度繼電器、過電流繼電器等)。4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法組合邏輯設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，所以作為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的輔助和補(bǔ)充(2)根據(jù)工藝要求作出工作循環(huán)圖，并列出主令元件、檢測(cè)元件及執(zhí)行元件的狀態(tài)表，寫出各狀態(tài)的特征碼(一個(gè)以二進(jìn)制數(shù)表示一組狀態(tài)的代碼)。(3)為區(qū)分所有狀態(tài)(重復(fù)特征碼)而增設(shè)必要的中間記憶元件(中間繼電器)。(4)根據(jù)已區(qū)分的各種狀態(tài)的特征碼，寫出各執(zhí)行元件(輸出)與中間繼電器、主令元件及檢測(cè)元件(邏輯變量)間的邏輯關(guān)系式。(5)化簡(jiǎn)邏輯式，據(jù)此繪出相應(yīng)控制線路。(6)檢查并完善設(shè)計(jì)線路。由于這種設(shè)計(jì)方法難度較大，整個(gè)設(shè)計(jì)過程較復(fù)雜，還要涉及一些新概念，因此，在一般常規(guī)設(shè)計(jì)中，很少單獨(dú)采用。采用邏輯設(shè)計(jì)法能獲得理想、經(jīng)濟(jì)的方案，所需元件數(shù)量少，各電器元件都能充分發(fā)揮作用，當(dāng)給定條件變化時(shí)，能找出電路變化的內(nèi)在規(guī)律，尤其在復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)中更能顯示其優(yōu)越性。4.6

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法(2)根據(jù)工藝要求作出工作循環(huán)圖，并列出主令元件、第4章

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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任何生產(chǎn)機(jī)械電氣的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)都包括兩個(gè)基本方面，一個(gè)是滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝的各種控制要求，另一個(gè)是滿足電氣控制系統(tǒng)本身的制造、使用及維修的需要。因此，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。前者決定一臺(tái)設(shè)備的使用效能和自動(dòng)化程度，即決定生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的先進(jìn)性、合理性，而后者決定電氣控制設(shè)備生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟(jì)性、外觀和維修等方面的性能。本章將在前面各章分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)某些生產(chǎn)機(jī)械，討論如何完成其電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即完成一個(gè)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則。任何生產(chǎn)機(jī)械電氣的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)都包括兩個(gè)基本方面4.1電氣控制設(shè)計(jì)的原則、內(nèi)容和程序4.2電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇4.3電氣原理圖的設(shè)計(jì)步驟與方法4.4常用控制電器的選擇4.5電氣控制工藝設(shè)計(jì)本章內(nèi)容4.1電氣控制設(shè)計(jì)的原則、內(nèi)容和程序本章內(nèi)容教學(xué)目的1.熟悉電氣控制設(shè)計(jì)的一般原則、內(nèi)容和程序2.掌握電氣原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟3.掌握電氣原理圖設(shè)計(jì)的一般要求4.掌握常用電器元件的選擇方法和依據(jù)5.了解電氣工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟教學(xué)目的（一）重點(diǎn)：1.電氣控制設(shè)計(jì)的一般原則、內(nèi)容和程序2.電氣原理圖設(shè)計(jì)的一般要求3.常用電器元件的選擇方法和依據(jù)（二）難點(diǎn)：1.電氣原理圖和工藝圖的設(shè)計(jì)2.常用電器元件的選擇（一）重點(diǎn)：4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

在現(xiàn)代生產(chǎn)的控制設(shè)備中，對(duì)機(jī)—電、液—電、氣—電等設(shè)備的配合要求越來越高。雖然生產(chǎn)機(jī)械的種類繁多，其電氣控制設(shè)備也各不相同，但電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法基本是相同的。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則在現(xiàn)代生產(chǎn)的控4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則電氣控制設(shè)計(jì)包括：1）電氣原理圖設(shè)計(jì)：為滿足生產(chǎn)機(jī)械及其工藝要求而進(jìn)行的電氣控制設(shè)計(jì)2）電氣工藝設(shè)計(jì)：為電氣控制裝置本身的制造、使用、運(yùn)行及維修需要而進(jìn)行的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則電氣控制設(shè)計(jì)包括：4.1.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在傳動(dòng)形式及控制方案選擇的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是傳動(dòng)形式與控制方案的具體化。其設(shè)計(jì)靈活多變，沒有固定的方法和模式，即使是同一個(gè)電路的功能結(jié)構(gòu)，不同人員設(shè)計(jì)出來的線路可能完全不同。因此，作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該隨時(shí)發(fā)現(xiàn)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷豐富和拓寬思路，才能做出最為合理的設(shè)計(jì)。一般情況下，電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求，線路要安全可靠，操作和維護(hù)方便，設(shè)備投資少等。因此，要求控制電路的設(shè)計(jì)必須正確，并能合理地選擇電器元件。一般在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該滿足以下要求。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則4.1.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1.最大限度地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械和工藝對(duì)電氣控制線路的要求首先要對(duì)生產(chǎn)要求、機(jī)械設(shè)備的工作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際加工情況有充分了解。生產(chǎn)工藝要求一般是由機(jī)械設(shè)計(jì)人員提供的，實(shí)際執(zhí)行時(shí)有些地方可能會(huì)有些差異，這就需要電氣設(shè)計(jì)人員深入現(xiàn)場(chǎng)對(duì)同類或接近的產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)查、分析和綜合，從而作為設(shè)計(jì)電氣控制線路的依據(jù)。并在此基礎(chǔ)上考慮控制方式，啟動(dòng)、反向、制動(dòng)及調(diào)速的要求，設(shè)置各種聯(lián)鎖及保護(hù)裝置。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1.最大限度地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則2.在滿足生產(chǎn)要求的前提下，力求使控制線路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。(1)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、成熟的環(huán)節(jié)和線路。(2)盡量縮短連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則2.在滿足生產(chǎn)要求的前4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則設(shè)計(jì)控制線路時(shí)，應(yīng)合理安排各電器的位置、考慮各個(gè)元件之間的實(shí)際接線。要注意電氣柜、操作臺(tái)和限位開關(guān)之間的連接線，如圖4.1(a)和圖4.1(b)所示，僅從控制線路上分析，沒有什么不同，但若考慮實(shí)際接線，圖4.1(a)就明顯不合理，因?yàn)榘粹o在操作臺(tái)上，而接觸器在電氣柜內(nèi)，這樣就需要由電氣柜二次引出較長的連接線到操作臺(tái)的按鈕上。而圖

4.1(b)的連接是將啟動(dòng)按鈕和停止按鈕直接連接，這樣就可以減少一次引出線，減少布線的麻煩和導(dǎo)線的使用數(shù)量。特別要注意，同一電器的不同觸頭在線路中應(yīng)盡可能具有更多的公共接線，這樣可以減少導(dǎo)線數(shù)和縮短導(dǎo)線的長度。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.1電器連接圖4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.1電器連接圖4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

(3)盡量減少電器數(shù)量，采用標(biāo)準(zhǔn)件，盡可能選用相同型號(hào)的電器元件，以減少備用量。(4)盡量減少不必要的觸頭，簡(jiǎn)化控制線路以減小控制線路的故障率，提高系統(tǒng)工作的可靠性。為此可采用以下4種方法。①合并同類觸頭。如圖4.2所示，在獲得同樣功能的情況下，圖4.2(b)比圖4.2(a)在電路中減少了一對(duì)觸頭。但是在合并觸頭時(shí)應(yīng)注意觸頭對(duì)額定電流值的限制。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(3)盡量減少電器數(shù)量，采用標(biāo)準(zhǔn)件，盡可能選用相同圖4.2同類觸頭的合并4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.2同類觸頭的合并4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原②利用轉(zhuǎn)換觸頭。利用具有轉(zhuǎn)換觸頭的中間斷電器，將兩觸頭合并成一對(duì)轉(zhuǎn)換觸頭，如圖4.3所示。③利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦詠碛行p少觸頭數(shù)，如圖4.4所示。對(duì)于弱電電氣控制電路，這樣做既經(jīng)濟(jì)又可靠。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則②利用轉(zhuǎn)換觸頭。利用具有轉(zhuǎn)換觸頭的中間斷電器，將兩4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.3轉(zhuǎn)換觸頭的應(yīng)用4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.3轉(zhuǎn)換觸頭的應(yīng)圖4.4利用二極管等效4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.4利用二極管等效4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原

④利用邏輯代數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)，以便得到最簡(jiǎn)化的線路。(5)線路在工作時(shí)，除必要的電路必須通電外，其余的盡量不通電以節(jié)約電能，并延長電路的使用壽命。由圖4.5(a)可知，接觸器KM2得電后，接觸器KM1和時(shí)間繼電器KT就失去了作用，不必繼續(xù)通電，但它們?nèi)蕴幱趲щ姞顟B(tài)。圖4.5(b)線路比較合理。在KM2得電后，就切斷了KM1和KT的電源，節(jié)約了電能，并延長了該電器的壽命。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則④利用邏輯代數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)，以便得到最簡(jiǎn)化圖4.5減少電器通電時(shí)間電路4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.5減少電器通電時(shí)間電路4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的3.保證控制線路工作的可靠性(1)選用的電器元件要可靠、抗干擾性能好。(2)正確連接電器的線圈。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則3.保證控制線路工作的可靠性4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則在交流控制電路中不能串聯(lián)接入兩個(gè)電器的線圈，即使外加電壓是兩個(gè)線圈額定電壓之和，也是不允許的，如圖4.6(a)所示。因?yàn)槊總€(gè)線圈上所分配到的電壓與線圈阻抗成正比，兩個(gè)電器動(dòng)作總是有先有后，不能同時(shí)吸合。若接觸器KM1先吸合，線圈電感顯著增加，其阻抗比未吸合的接觸器KM2的阻抗大，因而在該線圈上的電壓降增大，使KM2的電壓達(dá)不到動(dòng)作電壓。因此，若需兩個(gè)電器同時(shí)動(dòng)作時(shí)，其線圈應(yīng)該并聯(lián)連接，如圖

4.6(b)所示。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.6線圈在交流控制線路中的連接4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.6線圈在交流控制線路中的連接4.1電氣控制系統(tǒng)

在直流控制電路中，對(duì)于電感較大的電磁線圈，如電磁閥、電磁鐵或直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈等，不宜與相同電壓等級(jí)的繼電器直接并聯(lián)工作。如圖

4.7(a)所示，當(dāng)觸頭KM斷開時(shí)，電磁鐵YA線圈兩端產(chǎn)生大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，加在中間繼電器KA的線圈上，造成KA的誤動(dòng)作。為此在YA線圈兩端并聯(lián)放電電阻R，并在KA支路中串入KM常開觸頭，如圖4.7(b)所示，這樣就能獲得可靠工作。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則在直流控制電路中，對(duì)于電感較大的電磁線圈，如電磁閥、4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.7大電感線圈與直流繼電器線圈的連接4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.7大電感線圈與(3)正確連接電器的觸頭設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使分布在線路不同位置的同一電器觸頭盡量接到同一極或同一相上，以避免在電器觸頭上引起短路。如圖4.8(a)所示，限位開關(guān)SQ的常開觸頭與常閉觸頭靠得很近，而在電路中分別接在不同相上，當(dāng)觸頭斷開產(chǎn)生電弧時(shí)，可能在兩觸頭間形成電弧而造成電源短路，若改接成如圖

4.8(b)所示的形式，因兩觸頭電位相同，就不會(huì)造成電源短路。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(3)正確連接電器的觸頭設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使分布在線路不同4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.8正確連接電器的觸頭4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.8正確連接電器

在控制電路中，應(yīng)盡量將所有電器的聯(lián)鎖觸頭接在線圈的左端，線圈的右端直接接電源，這樣可以減少線路內(nèi)產(chǎn)生虛假回路的可能性，還可以簡(jiǎn)化電氣柜的出線。(4)在控制線路中，采用小容量繼電器的觸頭來斷開或接通大容量接觸器的線路時(shí)，要計(jì)算繼電器觸頭斷開或接通容量是否足夠，不夠時(shí)必須加小容量的接觸器或中間繼電器，否則工作不可靠。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則在控制電路中，應(yīng)盡量將所有電器的聯(lián)鎖觸頭接在線圈的左4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(5)在頻繁操作的可逆線路中，正反向接觸器應(yīng)選加重型的接觸器，同時(shí)應(yīng)有電氣和機(jī)械的聯(lián)鎖。(6)在線路中應(yīng)盡量避免許多電器依次動(dòng)作才能接通另一個(gè)電器的控制線路。圖4.9(a)中的繼電器K4需要在K1、K2、K3相繼動(dòng)作后才接通。改為如圖4.9(b)所示的接線形式，每一繼電器的接通只需經(jīng)過一對(duì)觸頭，工作可靠性大大提高了。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(5)在頻繁操圖4.9觸頭的連接

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.9觸頭的連接4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

(7)防止觸頭競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。圖4.10(a)為用時(shí)間繼電器的反身關(guān)閉電路。當(dāng)時(shí)間繼電器KT的常閉觸頭延時(shí)斷開后，時(shí)間繼電器KT線圈失電，又使經(jīng)ts秒延時(shí)斷開的常閉觸頭閉合，以及經(jīng)t1秒瞬時(shí)動(dòng)作的常開觸頭斷開。若ts＞t1，則電路能反身關(guān)閉；若ts＜t1則繼電器KT再次吸合，這種現(xiàn)象就是觸頭競(jìng)爭(zhēng)。在此電路中，增加中間繼電器KA便可以解決，如圖4.10(b)所示。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(7)防止觸頭競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。圖4.10(a)為用時(shí)間繼4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.10反身自停電路4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.10反身自停電

(8)設(shè)計(jì)的線路應(yīng)能適應(yīng)所在電網(wǎng)情況，如電網(wǎng)容量的大小，電壓頻率的波動(dòng)范圍，以及允許的沖擊電流數(shù)值等。據(jù)此決定電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式是直接啟動(dòng)還是間接(降壓)啟動(dòng)。(9)防止寄生電路。控制電路在正常工作或事故情況下，發(fā)生意外接通的電路叫寄生電路。若控制電路中存在寄生電路，將破壞電器和線路的工作順序，造成誤動(dòng)作。圖4.11所示電路在正常工作時(shí)能完成正、反向啟動(dòng)，停止時(shí)信號(hào)指示，但當(dāng)熱繼電器FR動(dòng)作時(shí)，線路出現(xiàn)了寄生電路，如圖4.11中虛線所示，使正向接觸器KMl不能釋放，起不了保護(hù)作用。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(8)設(shè)計(jì)的線路應(yīng)能適應(yīng)所在電網(wǎng)情況，如電網(wǎng)容量的圖4.11寄生電路4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則圖4.11寄生電路4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則4.控制線路工作的安全性電氣控制線路應(yīng)具有完善的保護(hù)環(huán)節(jié)，用以保護(hù)電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)、控制電器以及其他電器元件，消除不正常工作時(shí)的有害影響，避免因誤操作而發(fā)生事故。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路、過流、過載、過壓、失壓、弱磁、超限、極限等。這些內(nèi)容已在第2章中作了介紹。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則4.控制線路工作的安全5.保證操作、安裝、調(diào)整、維修方便和安全為了使電器設(shè)備維修方便，使用安全，電器元件應(yīng)留有備用觸頭，必要時(shí)應(yīng)留有備用電器元件，以便檢修調(diào)整改接線路；應(yīng)設(shè)置隔離電器，以免帶電檢修。控制機(jī)構(gòu)應(yīng)操作簡(jiǎn)單，能迅速而方便地由一種控制形式轉(zhuǎn)換到另一種控制形式，例如由手動(dòng)控制轉(zhuǎn)換到自動(dòng)控制。

4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則5.保證操作、安裝、調(diào)整、維修方便和安全4.1電氣控制4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則為避免帶電維修，每臺(tái)設(shè)備均應(yīng)裝有隔離開關(guān)。根據(jù)需要可設(shè)置手動(dòng)控制及點(diǎn)動(dòng)控制，以便于調(diào)整設(shè)備。必要時(shí)可設(shè)多點(diǎn)控制開關(guān)，使操作者可在幾個(gè)位置均能控制設(shè)備。需要注意的是裝有手動(dòng)電器的控制線路和帶行程開關(guān)的控制線路，一定要有零壓保護(hù)環(huán)節(jié)，以避免由于斷電時(shí)手動(dòng)開關(guān)沒扳到分?jǐn)辔恢没蛐谐涕_關(guān)恰好被