【電氣控制系統(tǒng)】電氣控制系統(tǒng)設計的一般原則和設計程序

電氣控制系統(tǒng)主要功能

為了保證一次設備運行的可靠與安全,，需要有許多輔助電氣設備為之服務，能夠實現(xiàn)某項控制功能的若干個電器組件的組合,，稱為控制回路或二次回路。這些設備要有以下功能：

(1)自動控制功能,。高壓和大電流開關設備的體積是很大的,，一般都采用操作系統(tǒng)來控制分、合閘,，特別是當設備出了故障時,，需要開關自動切斷電路，要有一套自動控制的電氣操作設備,，對供電設備進行自動控制,。

(2)保護功能。電氣設備與線路在運行過程中會發(fā)生故障,，電流(或電壓)會超過設備與線路允許工作的范圍與限度,，這就需要一套檢測這些故障信號并對設備和線路進行自動調(diào)整(斷開、切換等)的保護設備,。

(3)監(jiān)視功能,。電是眼睛看不見的，一臺設備是否帶電或斷電,，從外表看無法分辨,，這就需要設置各種視聽信號,，如燈光和音響等，對一次設備進行電氣監(jiān)視,。

(4)測量功能,。燈光和音響信號只能定性地表明設備的工作狀態(tài)(有電或斷電)，如果想定量地知道電氣設備的工作情況,，還需要有各種儀表測量設備,，測量線路的各種參數(shù)，如電壓,、電流,、頻率和功率的大小等。

在設備操作與監(jiān)視當中,，傳統(tǒng)的操作組件,、控制電器、儀表和信號等設備大多可被電腦控制系統(tǒng)及電子組件所取代,，但在小型設備和就地局部控制的電路中仍有一定的應用范圍,。這也都是電路實現(xiàn)微機自動化控制的基礎。

電氣控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成

常用的控制線路的基本回路由以下幾部分組成,。

(1)電源供電回路,。供電回路的供電電源有交流AC380V、220V和直流24V等多種,。

(2)保護回路,。保護(輔助)回路的工作電源有單相220（交流）、36V（直流）或直流220（交流）,、24V（直流）等多種,，對電氣設備和線路進行短路、過載和失壓等各種保護,，由熔斷器,、熱繼電器、失壓線圈,、整流組件和穩(wěn)壓組件等保護組件組成,。

(3)信號回路。能及時反映或顯示設備和線路正常與非正常工作狀態(tài)信息的回路,，如不同顏色的信號燈,，不同聲響的音響設備等。

(4)自動與手動回路,。電氣設備為了提高工作效率,，一般都設有自動環(huán)節(jié)，但在安裝,、調(diào)試及緊急事故的處理中,，控制線路中還需要設置手動環(huán)節(jié),，用于調(diào)試。通過組合開關或轉換開關等實現(xiàn)自動與手動方式的轉換,。

(5)制動停車回路,。切斷電路的供電電源，并采取某些制動措施,，使電動機迅速停車的控制環(huán)節(jié),，如能耗制動、電源反接制動,，倒拉反接制動和再生發(fā)電制動等,。

(6)自鎖及閉鎖回路。啟動按鈕松開后,，線路保持通電,，電氣設備能繼續(xù)工作的電氣環(huán)節(jié)叫自鎖環(huán)節(jié)，如接觸器的動合觸點串聯(lián)在線圈電路中,。兩臺或兩臺以上的電氣裝置和組件,，為了保證設備運行的安全與可靠，只能一臺通電啟動,，另一臺不能通電啟動的保護環(huán)節(jié),，叫閉鎖環(huán)節(jié)。如：兩個接觸器的動斷觸點分別串聯(lián)在對方線圈電路中,。

電氣控制系統(tǒng)設計的一般原則和設計程序

第一講電氣控制系統(tǒng)的設計

生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)的設計,，包含兩個基本內(nèi)容：一個是原理設計，即要滿足生產(chǎn)機械和工藝的各種控制要求,，另一個是工藝設計,，即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(chǎn)機械設備的合理性與先進性，工藝設計決定電氣控制系統(tǒng)是否具有生產(chǎn)可行性,、經(jīng)濟性,、美觀、使用維修方便等特點,，所以電氣控制系統(tǒng)設計要全面考慮兩方面的內(nèi)容,。在熟練掌握典型環(huán)節(jié)控制電路、具有對一般電氣控制電路分析能力之后,，設計者應能舉一反三,，對受控生產(chǎn)機械進行電氣控制系統(tǒng)的設計并提供一套完整的技術資料。

第一節(jié)電氣控制系統(tǒng)設計的一般原則,、基本內(nèi)容和設計程序

生產(chǎn)機械種類繁多,，其電氣控制方案各異,，但電氣控制系統(tǒng)的設計原則和設計方法基本相同。設計工作的首要問題是樹立正確的設計思想和工程實踐的觀點,，它是高質量完成設計任務的基本保證,。

一、電氣控制系統(tǒng)設計的一般原則

1．最大限度地滿足生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)的要求,。電氣控制系統(tǒng)設計的依據(jù)主要來源于生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝的要求,。

2．設計方案要合理。在滿足控制要求的前提下,，設計方案應力求簡單,、經(jīng)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應相互配合。許多生產(chǎn)機械采用機電結合控制的方式來實現(xiàn)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(xié)調(diào)處理好機械和電氣的關系,。

4．確保控制系統(tǒng)安全可靠地工作,。

二,、電氣控制系統(tǒng)設計的基本任務、內(nèi)容

電氣控制系統(tǒng)設計的基本任務是根據(jù)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(tǒng)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(tǒng)設計的內(nèi)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(nèi)容主要有：

1,、原理設計內(nèi)容

電氣控制系統(tǒng)原理設計的主要內(nèi)容包括：

（l）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(shù),。

（4）選擇電器元件，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(huán)節(jié)，它為工藝設計和制訂其他技術資料提供依據(jù),。

2,、工藝設計內(nèi)容

進行工藝設計主要是為了便于組織電氣控制系統(tǒng)的制造，從而實現(xiàn)原理設計提出的各項技術指標,，并為設備的調(diào)試,、維護與使用提供相關的圖紙資料。工藝設計的主要內(nèi)容有：

（l）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,。

三、電氣控制系統(tǒng)設計的一般步驟

1,、擬訂設計任務書

設計任務書是整個電氣控制系統(tǒng)的設計依據(jù),，又是設備竣工驗收的依據(jù)。設計任務的擬定一般由技術領導部門,、設備使用部門和任務設計部門等幾方面共同完成的,。

電氣控制系統(tǒng)的設計任務書中，主要包括以下內(nèi)容：

（1）設備名稱,、用途,、基本結構、動作要求及工藝過程介紹,。

（2）電力拖動的方式及控制要求等。

（3）聯(lián)鎖,、保護要求,。

（4）自動化程度、穩(wěn)定性及抗干擾要求,。

（5）操作臺,、照明,、信號指示、報警方式等要求,。

（6）設備驗收標準,。

（7）其它要求。

2,、確定電力拖動方案

電力拖動方案選擇是電氣控制系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容之一,，也是以后各部分設計內(nèi)容的基礎和先決條件。

所謂電力拖動方案是指根據(jù)零件加工精度,、加工效率要求,、生產(chǎn)機械的結構、運動部件的數(shù)量,、運動要求,、負載性質、調(diào)速要求以及投資額等條件去確定電動機的類型,、數(shù)量,、傳動方式以及擬訂電動機起動、運行,、調(diào)速,、轉向、制動等控制要求,。

電力拖動方案的確定要從以下幾個方面考慮：

（1）拖動方式的選擇

電力拖動方式分獨立拖動和集中拖動,。電氣傳動的趨勢是多電動機拖動，這不僅能縮短機械傳動鏈,，提高傳動效率,，而且能簡化總體結構，便于實現(xiàn)自動化,。具體選擇時,，可根據(jù)工藝與結構決定電動機的數(shù)量。

（2）調(diào)速方案的選擇

大型,、重型設備的主運動和進給運動,，應盡可能采用無級調(diào)速，有利于簡化機械結構,、降低成本,；精密機械設備為保證加工精度也應采用無級調(diào)速；對于一般中小型設備,，在沒有特殊要求時,，可選用經(jīng)濟、簡單、可靠的三相籠型異步電動機,。

（3）電動機調(diào)速性質要與負載特性適應

對于恒功率負載和恒轉矩負載,，在選擇電動機調(diào)速方案時，要使電動機的調(diào)速特性與生產(chǎn)機械的負載特性相適應,，這樣可以使電動機得到充分合理的應用,。

3、拖動電動機的選擇

電動機的選擇主要有電動機的類型,、結構型式,、容量、額定電壓與額定轉速,。

電動機選擇的基本原則是：

（1）根據(jù)生產(chǎn)機械調(diào)速的要求選擇電動機的種類,。

（2）工作過程中電動機容量要得到充分利用。

（3）根據(jù)工作環(huán)境選擇電動機的結構型式,。

應該強調(diào),，在滿足設計要求情況下優(yōu)先考慮采用結構簡單，價格便宜,，使用維護方便的三相交流異步電動機,。

正確選擇電動機容量是電動機選擇中的關鍵問題。電動機容量計算有兩種方法,，一種是分析計算法,，另一種是統(tǒng)計類比法。分析計算法是按照機械功率估計電動機的工作情況,，預選一臺電動機,，然后按照電動機實際負載情況做出負載圖，根據(jù)負載圖校驗溫升情況,，確定預選電動機是否合適,，不合適時再重新選擇，直到電動機合適為止,。

電動機容量的分析計算在有關論著中有詳細介紹,，這里不再重復。

在比較簡單,、無特殊要求,、生產(chǎn)數(shù)量又不多的電力拖動系統(tǒng)中，電動機容量的選擇往往采用統(tǒng)計類比法,，或者根據(jù)經(jīng)驗采用工程估算的方法來選用,，通常選擇較大的容量，預留一定的裕量,。

4,、選擇控制方式

控制方式要實現(xiàn)拖動方案的控制要求。隨著現(xiàn)代電氣技術的迅速發(fā)展，生產(chǎn)機械電力拖動的控制方式從傳統(tǒng)的繼電接觸器控制向PLC控制,、CNC控制、計算機網(wǎng)絡控制等方面發(fā)展,，控制方式越來越多,。控制方式的選擇應在經(jīng)濟,、安全的前提下,，最大限度地滿足工藝的要求。

5,、設計電氣控制原理圖,，并合理選用元器件，編制元器件明細表,。

6,、設計電氣設備的各種施工圖紙。

7,、編寫設計說明書和使用說明書;

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