【電氣(qi)控制系統(tong)】電氣(qi)控制系統(tong)設(she)計的一(yi)般原則和設(she)計程序(xu)

電氣控制系統主要功能

為了(le)保證一次(ci)設(she)(she)備(bei)運(yun)行(xing)的(de)可靠與安(an)全，需要有(you)許多輔助電(dian)氣設(she)(she)備(bei)為之服務，能夠實現某項控(kong)制功(gong)能的(de)若干個電(dian)器組件的(de)組合(he)，稱為控(kong)制回(hui)路或二次(ci)回(hui)路。這些設(she)(she)備(bei)要有(you)以下功(gong)能：

(1)自動(dong)(dong)控(kong)制(zhi)功能。高壓和大(da)電流(liu)開關(guan)設(she)備(bei)的體積(ji)是(shi)很大(da)的，一(yi)般都(dou)采(cai)用操作系統來控(kong)制(zhi)分、合閘，特別(bie)是(shi)當設(she)備(bei)出了故障時，需要開關(guan)自動(dong)(dong)切斷(duan)電路，要有一(yi)套自動(dong)(dong)控(kong)制(zhi)的電氣操作設(she)備(bei)，對供電設(she)備(bei)進行自動(dong)(dong)控(kong)制(zhi)。

(2)保護功能。電氣設備與線路在運行過(guo)程中會發生故(gu)障，電流(liu)(或電壓)會(hui)超(chao)過設(she)(she)備與(yu)線路(lu)允許(xu)工作的(de)范圍與(yu)限度，這就需要(yao)一套檢測這些(xie)故障(zhang)信號并對設(she)(she)備和(he)線路(lu)進行自動調整(zheng)(斷開(kai)、切換等)的(de)保(bao)護(hu)設(she)備。

(3)監(jian)視(shi)功能(neng)。電是眼睛(jing)看(kan)不見(jian)的(de)，一臺設(she)(she)備(bei)是否帶電或斷(duan)電，從外表看(kan)無(wu)法分(fen)辨，這就需要設(she)(she)置各種視(shi)聽信號，如燈(deng)光和音響等，對一次設(she)(she)備(bei)進行電氣監(jian)視(shi)。

(4)測量功(gong)能(neng)。燈光和音響信號(hao)只能(neng)定(ding)性地表明設備的(de)工作狀態(有電或斷電)，如果想定量(liang)地知道(dao)電(dian)氣設備的(de)(de)工作情(qing)況，還(huan)需要有各種儀表測量(liang)設備，測量(liang)線路的(de)(de)各種參數，如電(dian)壓、電(dian)流、頻率和功(gong)率的(de)(de)大小等(deng)。

在設(she)備(bei)操作(zuo)與監(jian)視當(dang)中，傳統的(de)(de)操作(zuo)組件、控制(zhi)(zhi)電(dian)(dian)器、儀表和信號等(deng)設(she)備(bei)大多可被電(dian)(dian)腦控制(zhi)(zhi)系統及(ji)電(dian)(dian)子組件所取代，但在小(xiao)型設(she)備(bei)和就地(di)局部控制(zhi)(zhi)的(de)(de)電(dian)(dian)路(lu)中仍(reng)有一定的(de)(de)應(ying)用(yong)范圍(wei)。這也都是(shi)電(dian)(dian)路(lu)實現微機自(zi)動化控制(zhi)(zhi)的(de)(de)基礎。

電氣控制系統系統組成

常用(yong)的控制(zhi)線路的基本回路由以(yi)下幾部分組成。

(1)電(dian)源供電(dian)回路(lu)。供電(dian)回路(lu)的供電(dian)電(dian)源有交流(liu)AC380V、220V和直流24V等(deng)多(duo)種。

(2)保護回路。保護(輔助(zhu))回路的工作電源(yuan)有單(dan)相220（交流）、36V（直流）或直流220（交流）、24V（直流）等多種，對電(dian)(dian)氣(qi)設備和(he)線路(lu)進(jin)行短路(lu)、過(guo)載和(he)失壓(ya)(ya)(ya)等各種保護，由熔斷器、熱(re)繼電(dian)(dian)器、失壓(ya)(ya)(ya)線圈、整(zheng)流組件(jian)和(he)穩壓(ya)(ya)(ya)組件(jian)等保護組件(jian)組成。

(3)信號回(hui)路(lu)(lu)。能及時反映或顯示設(she)備和線(xian)路(lu)(lu)正常與非正常工作(zuo)狀態信息(xi)的回(hui)路(lu)(lu)，如不同顏色(se)的信號燈，不同聲響的音(yin)響設(she)備等。

(4)自動(dong)與(yu)手(shou)動(dong)回路(lu)。電氣設備(bei)為了提高工作效(xiao)率，一般(ban)都設有自動(dong)環(huan)節，但在安裝、調試及(ji)緊急事故(gu)的處(chu)理中，控(kong)制線路(lu)中還(huan)需(xu)要設置手(shou)動(dong)環(huan)節，用于(yu)調試。通(tong)過組(zu)合開(kai)(kai)關或(huo)轉換(huan)開(kai)(kai)關等實現自動(dong)與(yu)手(shou)動(dong)方式(shi)的轉換(huan)。

(5)制(zhi)動(dong)停車回路(lu)。切斷電路(lu)的(de)供電電源，并采取某(mou)些制(zhi)動(dong)措施，使電動(dong)機迅速停車的(de)控制(zhi)環節(jie)，如能耗制(zhi)動(dong)、電源反(fan)接制(zhi)動(dong)，倒拉反(fan)接制(zhi)動(dong)和(he)再生發(fa)電制(zhi)動(dong)等。

(6)自(zi)鎖及閉(bi)鎖回路(lu)。啟(qi)動(dong)按鈕松(song)開后，線(xian)路(lu)保持通電(dian)，電(dian)氣設備能繼(ji)續工作的(de)(de)(de)電(dian)氣環節(jie)叫自(zi)鎖環節(jie)，如(ru)接觸器(qi)的(de)(de)(de)動(dong)合觸點(dian)串(chuan)聯在(zai)線(xian)圈電(dian)路(lu)中。兩臺或兩臺以上(shang)的(de)(de)(de)電(dian)氣裝置和組(zu)件，為了保證設備運(yun)行的(de)(de)(de)安全與可靠，只能一臺通電(dian)啟(qi)動(dong)，另一臺不能通電(dian)啟(qi)動(dong)的(de)(de)(de)保護環節(jie)，叫閉(bi)鎖環節(jie)。如(ru)：兩個接觸器(qi)的(de)(de)(de)動(dong)斷觸點(dian)分別(bie)串(chuan)聯在(zai)對方(fang)線(xian)圈電(dian)路(lu)中。

電氣控制系統設計的一般原則和設計程序

第一講電氣控制系統的設計

生產機(ji)械電氣(qi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)統的(de)設(she)計(ji)(ji)，包含兩(liang)個基本內容：一(yi)(yi)個是(shi)(shi)原理設(she)計(ji)(ji)，即(ji)要滿足(zu)生產機(ji)械和(he)工藝的(de)各(ge)種控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)要求，另一(yi)(yi)個是(shi)(shi)工藝設(she)計(ji)(ji)，即(ji)要滿足(zu)電氣(qi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)裝置本身的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)造、使(shi)(shi)用和(he)維修的(de)需要。原理設(she)計(ji)(ji)決定著(zhu)生產機(ji)械設(she)備的(de)合理性(xing)(xing)與(yu)先進(jin)性(xing)(xing)，工藝設(she)計(ji)(ji)決定電氣(qi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)統是(shi)(shi)否具(ju)有(you)生產可行性(xing)(xing)、經濟性(xing)(xing)、美觀(guan)、使(shi)(shi)用維修方(fang)便等特點，所以電氣(qi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)統設(she)計(ji)(ji)要全(quan)面(mian)考慮(lv)兩(liang)方(fang)面(mian)的(de)內容。在熟練掌握典型環節控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)電路、具(ju)有(you)對一(yi)(yi)般電氣(qi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)電路分析能力之后，設(she)計(ji)(ji)者應(ying)能舉一(yi)(yi)反(fan)三，對受(shou)控(kong)生產機(ji)械進(jin)行電氣(qi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)統的(de)設(she)計(ji)(ji)并提供一(yi)(yi)套(tao)完整的(de)技術(shu)資(zi)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(sheng)產機(ji)械種類(lei)繁多，其電氣控制方(fang)案各異，但(dan)電氣控制系統的(de)設計(ji)原則和(he)設計(ji)方(fang)法基(ji)本相同。設計(ji)工作的(de)首要問(wen)題是樹立正確的(de)設計(ji)思想和(he)工程實踐的(de)觀點，它(ta)是高質量完成設計(ji)任務的(de)基(ji)本保(bao)證。

一、電氣控制系統設計的一般原則

1．最大限度地滿足生(sheng)產機(ji)械和生(sheng)產工(gong)藝(yi)對電氣(qi)控制系統(tong)的要求(qiu)。電氣(qi)控制系統(tong)設計(ji)的依據主要來源(yuan)于生(sheng)產機(ji)械和生(sheng)產工(gong)藝(yi)的要求(qiu)。

2．設(she)計(ji)方案要(yao)合(he)理。在滿足(zu)控制要(yao)求(qiu)(qiu)的前提(ti)下，設(she)計(ji)方案應力求(qiu)(qiu)簡(jian)單、經濟、便于操作和維修，不要(yao)盲目追求(qiu)(qiu)高指標和自動化。

3．機械設(she)計與電(dian)氣(qi)設(she)計應相互配合。許多(duo)生產機械采用(yong)機電(dian)結合控制的方(fang)式來實現控制要求(qiu)，因(yin)此要從工藝要求(qiu)、制造成本、結構復雜性、使(shi)用(yong)維護方(fang)便等(deng)方(fang)面協(xie)調處理好機械和電(dian)氣(qi)的關系。

4．確(que)保控制系(xi)統安全可靠地工作。

二、電氣控制系統設計的基本任務、內容

電(dian)氣(qi)控制(zhi)(zhi)系(xi)統設(she)(she)計(ji)的(de)(de)基(ji)本(ben)任務是根(gen)據(ju)控制(zhi)(zhi)要求設(she)(she)計(ji)、編(bian)制(zhi)(zhi)出設(she)(she)備(bei)制(zhi)(zhi)造和使用維修過(guo)程中所必須的(de)(de)圖(tu)紙(zhi)、資料(liao)等。圖(tu)紙(zhi)包括電(dian)氣(qi)原理圖(tu)、電(dian)氣(qi)系(xi)統的(de)(de)組件(jian)(jian)劃分圖(tu)、元(yuan)器件(jian)(jian)布(bu)置圖(tu)、安裝接線(xian)圖(tu)、電(dian)氣(qi)箱圖(tu)、控制(zhi)(zhi)面板(ban)圖(tu)、電(dian)器元(yuan)件(jian)(jian)安裝底板(ban)圖(tu)和非標(biao)準件(jian)(jian)加工圖(tu)等，另外還要編(bian)制(zhi)(zhi)外購件(jian)(jian)目錄、單臺材料(liao)消(xiao)耗清單、設(she)(she)備(bei)說明(ming)書等文字資料(liao)。

電氣控制系統設計(ji)的內(nei)容主要包含原理設計(ji)與工(gong)藝設計(ji)兩個(ge)部分，以電力(li)拖動控制設備為(wei)例，設計(ji)內(nei)容主要有：

1、原理設計內容

電氣控制系統原理設計的(de)主要(yao)內(nei)容包括：

（l）擬訂(ding)電氣(qi)設計任務(wu)書。

（2）確定電力(li)拖動方案，選擇電動機。

（3）設計電氣控制(zhi)原理圖，計算主要技術(shu)參數。

（4）選(xuan)擇電器(qi)元件，制(zhi)訂元器(qi)件明(ming)細(xi)表。

（5）編寫設計說明書(shu)。

電(dian)氣原理圖是整個設(she)計的中心(xin)環節，它為工藝設(she)計和制訂其(qi)他技(ji)術(shu)資(zi)料提供依據。

2、工藝設計內容

進行工藝(yi)設(she)計主(zhu)要是為了便于組織(zhi)電氣控制(zhi)(zhi)系統的制(zhi)(zhi)造，從而實現原理設(she)計提(ti)出的各(ge)項(xiang)技術指標，并為設(she)備的調試、維護(hu)與使用提(ti)供相關的圖(tu)紙資料。工藝(yi)設(she)計的主(zhu)要內(nei)容有：

（l）設(she)計電氣總布置(zhi)圖(tu)、總安裝圖(tu)與總接線圖(tu)。

（2）設計組件布置(zhi)圖、安裝圖和(he)接線(xian)圖。

（3）設計電(dian)氣箱、操作臺及非標準元(yuan)件。

（4）列出(chu)元件清單。

（5）編寫使用維護說(shuo)明書。

三、電氣控制系統設計的一般步驟

1、擬訂設計任務書

設(she)計(ji)任務書是(shi)整(zheng)個(ge)電氣控制系(xi)統的(de)設(she)計(ji)依(yi)據，又是(shi)設(she)備竣(jun)工驗收的(de)依(yi)據。設(she)計(ji)任務的(de)擬(ni)定(ding)一般由技術(shu)領導部門、設(she)備使用部門和任務設(she)計(ji)部門等幾方面共同完成(cheng)的(de)。

電氣控制系統的設計任務書中，主要(yao)包括以下內容：

（1）設(she)備名稱、用途(tu)、基本結構、動作要求及工藝過程介紹。

（2）電(dian)力拖動的(de)方式及控制要求等。

（3）聯鎖、保護要求(qiu)。

（4）自動化程度(du)、穩定性(xing)及抗(kang)干擾要求。

（5）操作臺、照明、信號指示、報警方(fang)式(shi)等要求。

（6）設備驗(yan)收(shou)標準。

（7）其它要求(qiu)。

2、確定電力拖動方案

電(dian)力拖動方案(an)選擇是(shi)電(dian)氣控(kong)制系統設(she)計的主要內(nei)容之一，也是(shi)以后各(ge)部分(fen)設(she)計內(nei)容的基礎和先決條件。

所謂電(dian)力(li)拖(tuo)動(dong)方案是指根據零件加工精度(du)、加工效(xiao)率要求、生產機械的結(jie)構(gou)、運(yun)(yun)動(dong)部件的數(shu)量、運(yun)(yun)動(dong)要求、負(fu)載性質(zhi)、調(diao)(diao)速要求以(yi)及投資(zi)額(e)等條件去確(que)定(ding)電(dian)動(dong)機的類型(xing)、數(shu)量、傳(chuan)動(dong)方式以(yi)及擬訂電(dian)動(dong)機起動(dong)、運(yun)(yun)行(xing)、調(diao)(diao)速、轉向、制(zhi)動(dong)等控制(zhi)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(dian)力拖(tuo)動(dong)(dong)方式(shi)分獨立拖(tuo)動(dong)(dong)和集中拖(tuo)動(dong)(dong)。電(dian)氣傳動(dong)(dong)的趨勢是多電(dian)動(dong)(dong)機(ji)拖(tuo)動(dong)(dong)，這不僅能縮短機(ji)械(xie)傳動(dong)(dong)鏈，提高傳動(dong)(dong)效率，而且(qie)能簡化(hua)總體結(jie)構，便于實現(xian)自動(dong)(dong)化(hua)。具體選擇時，可根據工(gong)藝與結(jie)構決定(ding)電(dian)動(dong)(dong)機(ji)的數量。

（2）調速方案的選擇

大(da)型(xing)、重(zhong)型(xing)設備(bei)的(de)主運動和(he)進給運動，應(ying)盡可(ke)能采用(yong)無(wu)(wu)級(ji)調速，有(you)利于(yu)簡(jian)(jian)化(hua)機械結構、降低成本；精(jing)密機械設備(bei)為保證加工精(jing)度也應(ying)采用(yong)無(wu)(wu)級(ji)調速；對于(yu)一般中小型(xing)設備(bei)，在沒有(you)特殊要(yao)求時(shi)，可(ke)選用(yong)經濟、簡(jian)(jian)單、可(ke)靠的(de)三相(xiang)籠型(xing)異步(bu)電動機。

（3）電動機調速性質要與負載特性適應

對于(yu)恒(heng)功(gong)率負載(zai)和恒(heng)轉矩負載(zai)，在選(xuan)擇電動(dong)機調速方(fang)案時(shi)，要使電動(dong)機的調速特(te)性與(yu)生(sheng)產機械的負載(zai)特(te)性相適應，這樣(yang)可(ke)以(yi)使電動(dong)機得到充(chong)分合(he)理的應用。

3、拖動電動機的選擇

電動機的選擇(ze)主要(yao)有電動機的類型、結構型式、容量(liang)、額定電壓與額定轉速。

電動機選(xuan)擇(ze)的(de)基(ji)本(ben)原則(ze)是：

（1）根據生產機(ji)(ji)械(xie)調速的(de)(de)要求選擇電動機(ji)(ji)的(de)(de)種類。

（2）工作(zuo)過程中電動機容量要得(de)到充(chong)分利用。

（3）根(gen)據工作環境選擇電(dian)動(dong)機(ji)的結(jie)構型式。

應(ying)該強(qiang)調，在(zai)滿足設計(ji)要求情況下優(you)先考慮采(cai)用結構(gou)簡(jian)單，價格便宜，使用維(wei)護方便的(de)三相交(jiao)流異步電動機。

正確(que)選(xuan)擇電(dian)動機(ji)(ji)容量是(shi)電(dian)動機(ji)(ji)選(xuan)擇中(zhong)的(de)關鍵問題。電(dian)動機(ji)(ji)容量計算(suan)有兩(liang)種(zhong)方法(fa)，一(yi)種(zhong)是(shi)分析計算(suan)法(fa)，另一(yi)種(zhong)是(shi)統(tong)計類比法(fa)。分析計算(suan)法(fa)是(shi)按照(zhao)機(ji)(ji)械功率(lv)估計電(dian)動機(ji)(ji)的(de)工作(zuo)情況，預(yu)選(xuan)一(yi)臺電(dian)動機(ji)(ji)，然后按照(zhao)電(dian)動機(ji)(ji)實(shi)際(ji)負載(zai)情況做出負載(zai)圖，根據(ju)負載(zai)圖校驗溫升情況，確(que)定預(yu)選(xuan)電(dian)動機(ji)(ji)是(shi)否合適(shi)(shi)，不合適(shi)(shi)時再重新選(xuan)擇，直到電(dian)動機(ji)(ji)合適(shi)(shi)為(wei)止。

電動(dong)機容量的(de)分(fen)析計算在有關論著中(zhong)有詳細介紹，這里不再重復。

在比較簡單、無特殊(shu)要求(qiu)、生產(chan)數量又不多的電力拖動系統(tong)中，電動機容量的選(xuan)擇往(wang)往(wang)采用統(tong)計(ji)類比法，或者(zhe)根據(ju)經驗采用工程估(gu)算的方法來選(xuan)用，通常選(xuan)擇較大的容量，預留一定的裕量。

4、選擇控制方式

控制方式要實現拖動方案的控制要求。隨著現代電氣技術的迅速發展，生產機械電力拖動的控制方式從傳統的繼電接觸器控制向PLC控(kong)制、CNC控(kong)制、計算機(ji)網絡控(kong)制等方(fang)面發展，控(kong)制方(fang)式越來越多。控(kong)制方(fang)式的(de)選擇應在經濟、安全的(de)前提(ti)下，最大限(xian)度地滿足(zu)工藝的(de)要求。

5、設計電氣(qi)控(kong)制原理圖，并合理選用元器(qi)件，編制元器(qi)件明(ming)細(xi)表。

6、設(she)計電氣(qi)設(she)備的各種施(shi)工圖(tu)紙(zhi)。

7、編寫設(she)計說(shuo)明書和使(shi)用說(shuo)明書;

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