【電氣(qi)控(kong)制系(xi)統】電氣(qi)控(kong)制系(xi)統設(she)(she)計的一(yi)般原則和設(she)(she)計程序

電氣控制系統主要功能

為(wei)了(le)保證一(yi)次設(she)備運行(xing)的(de)可(ke)靠與安全，需要有許多輔助電氣設(she)備為(wei)之服務，能(neng)夠實(shi)現某項控(kong)制功能(neng)的(de)若(ruo)干個電器(qi)組件的(de)組合，稱為(wei)控(kong)制回路(lu)或二次回路(lu)。這(zhe)些設(she)備要有以下功能(neng)：

(1)自動(dong)控(kong)制(zhi)功能。高壓和(he)大電(dian)(dian)流開關設(she)備的(de)體積是(shi)(shi)很大的(de)，一般都采(cai)用操作系統來(lai)控(kong)制(zhi)分(fen)、合閘，特別是(shi)(shi)當設(she)備出了故障時，需要開關自動(dong)切斷電(dian)(dian)路，要有一套(tao)自動(dong)控(kong)制(zhi)的(de)電(dian)(dian)氣操作設(she)備，對(dui)供電(dian)(dian)設(she)備進行自動(dong)控(kong)制(zhi)。

(2)保(bao)護(hu)功能。電氣設備與線路(lu)在運(yun)行過程(cheng)中會發生故(gu)障，電流(或電(dian)壓(ya))會(hui)超過(guo)設備與(yu)線路(lu)允許工作的范圍與(yu)限度，這(zhe)就需要一套檢(jian)測(ce)這(zhe)些故(gu)障信號并對設備和線路(lu)進行自(zi)動調(diao)整(斷(duan)開、切換等)的保護設備。

(3)監視(shi)功能。電(dian)(dian)是(shi)眼(yan)睛(jing)看不見的，一臺設備(bei)是(shi)否帶電(dian)(dian)或(huo)斷電(dian)(dian)，從外表看無(wu)法分辨，這就需要設置各種視(shi)聽信號，如燈光和(he)音響等，對一次設備(bei)進行電(dian)(dian)氣監視(shi)。

(4)測量功能(neng)。燈光和(he)音(yin)響信號只能(neng)定性(xing)地表明設(she)備的工作狀態(有(you)電(dian)或(huo)斷電(dian))，如果(guo)想定量地知(zhi)道電氣設(she)備的工作情況，還需要有各(ge)種(zhong)儀表測(ce)量設(she)備，測(ce)量線(xian)路的各(ge)種(zhong)參數，如電壓、電流、頻(pin)率(lv)和功(gong)率(lv)的大(da)小等。

在設(she)備(bei)操作(zuo)與監視當中，傳統(tong)的(de)(de)操作(zuo)組件、控(kong)制(zhi)電(dian)器、儀表和信(xin)號等設(she)備(bei)大多可(ke)被電(dian)腦控(kong)制(zhi)系統(tong)及電(dian)子組件所取(qu)代，但在小型設(she)備(bei)和就(jiu)地(di)局部控(kong)制(zhi)的(de)(de)電(dian)路(lu)中仍有(you)一(yi)定的(de)(de)應(ying)用范圍。這也都(dou)是電(dian)路(lu)實(shi)現微機(ji)自動(dong)化(hua)控(kong)制(zhi)的(de)(de)基礎。

電氣控制系統系統組成

常(chang)用(yong)的控(kong)制線路(lu)的基本回路(lu)由(you)以下(xia)幾(ji)部分組(zu)成。

(1)電(dian)(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)(dian)回(hui)路。供(gong)電(dian)(dian)回(hui)路的供(gong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)源(yuan)有交流AC380V、220V和(he)直流(liu)24V等(deng)多種。

(2)保護回路(lu)。保護(輔助)回路的工作電源有單相220（交流）、36V（直(zhi)流(liu)）或直(zhi)流(liu)220（交流）、24V（直流(liu)(liu)）等(deng)多種，對(dui)電氣(qi)設備和(he)線(xian)路進行(xing)短路、過載和(he)失(shi)壓等(deng)各種保(bao)護，由熔斷器、熱繼電器、失(shi)壓線(xian)圈(quan)、整流(liu)(liu)組(zu)(zu)件和(he)穩壓組(zu)(zu)件等(deng)保(bao)護組(zu)(zu)件組(zu)(zu)成。

(3)信號回路。能及時反映或顯示(shi)設(she)備(bei)和線路正常與非正常工作狀態信息的回路，如不同顏色的信號燈，不同聲響的音響設(she)備(bei)等。

(4)自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)與手動(dong)(dong)(dong)回路。電氣設(she)(she)備(bei)為了提高工作效率，一般都設(she)(she)有自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)環節，但在安(an)裝、調(diao)試及緊急事故的處理中，控制線路中還需要設(she)(she)置手動(dong)(dong)(dong)環節，用于調(diao)試。通(tong)過組(zu)合開關或轉換(huan)開關等實現自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)與手動(dong)(dong)(dong)方式的轉換(huan)。

(5)制(zhi)(zhi)動(dong)停(ting)(ting)車回路。切斷電(dian)路的(de)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)，并采(cai)取某些制(zhi)(zhi)動(dong)措施，使電(dian)動(dong)機迅速停(ting)(ting)車的(de)控(kong)制(zhi)(zhi)環節，如能耗制(zhi)(zhi)動(dong)、電(dian)源(yuan)反接(jie)制(zhi)(zhi)動(dong)，倒拉反接(jie)制(zhi)(zhi)動(dong)和再生發電(dian)制(zhi)(zhi)動(dong)等。

(6)自鎖(suo)及閉鎖(suo)回(hui)路(lu)。啟(qi)動(dong)按鈕松開后，線路(lu)保(bao)持通(tong)(tong)電(dian)，電(dian)氣設備能(neng)(neng)繼續工作的(de)(de)電(dian)氣環(huan)(huan)節叫(jiao)(jiao)自鎖(suo)環(huan)(huan)節，如接觸(chu)(chu)器的(de)(de)動(dong)合觸(chu)(chu)點串(chuan)聯在線圈(quan)電(dian)路(lu)中(zhong)(zhong)。兩臺或兩臺以上(shang)的(de)(de)電(dian)氣裝(zhuang)置(zhi)和組件(jian)，為了(le)保(bao)證(zheng)設備運行(xing)的(de)(de)安全與可靠，只(zhi)能(neng)(neng)一(yi)臺通(tong)(tong)電(dian)啟(qi)動(dong)，另一(yi)臺不能(neng)(neng)通(tong)(tong)電(dian)啟(qi)動(dong)的(de)(de)保(bao)護環(huan)(huan)節，叫(jiao)(jiao)閉鎖(suo)環(huan)(huan)節。如：兩個接觸(chu)(chu)器的(de)(de)動(dong)斷觸(chu)(chu)點分別串(chuan)聯在對方線圈(quan)電(dian)路(lu)中(zhong)(zhong)。

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(sheng)(sheng)產機械電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)的(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)，包(bao)含兩個(ge)基本(ben)內容：一(yi)個(ge)是(shi)(shi)原理設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)，即要(yao)滿(man)足生(sheng)(sheng)產機械和(he)工(gong)藝的(de)各種控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)要(yao)求，另(ling)一(yi)個(ge)是(shi)(shi)工(gong)藝設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)，即要(yao)滿(man)足電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)裝置本(ben)身的(de)制(zhi)(zhi)造(zao)、使用(yong)(yong)和(he)維修的(de)需要(yao)。原理設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)決(jue)定著(zhu)生(sheng)(sheng)產機械設(she)(she)(she)備的(de)合理性(xing)與先進(jin)性(xing)，工(gong)藝設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)決(jue)定電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)是(shi)(shi)否具(ju)有生(sheng)(sheng)產可行性(xing)、經濟性(xing)、美觀(guan)、使用(yong)(yong)維修方便等特(te)點，所以(yi)電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)要(yao)全面考慮兩方面的(de)內容。在熟練掌握典型環(huan)節控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)路、具(ju)有對一(yi)般電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)路分析能力之(zhi)后(hou)，設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)者應能舉一(yi)反三(san)，對受控(kong)(kong)(kong)(kong)生(sheng)(sheng)產機械進(jin)行電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)的(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)并提供一(yi)套完(wan)整(zheng)的(de)技(ji)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(chan)機械種(zhong)類繁多(duo)，其電氣(qi)控(kong)制(zhi)方案各(ge)異，但(dan)電氣(qi)控(kong)制(zhi)系統的(de)(de)設(she)計原則和設(she)計方法(fa)基(ji)本相同。設(she)計工作的(de)(de)首要問題是樹立正(zheng)確(que)的(de)(de)設(she)計思想(xiang)和工程實踐的(de)(de)觀點(dian)，它(ta)是高質量完成設(she)計任務的(de)(de)基(ji)本保證。

一、電氣控制系統設計的一般原則

1．最大(da)限(xian)度地滿足生(sheng)產(chan)機(ji)械和(he)生(sheng)產(chan)工藝對電氣控(kong)制(zhi)系統(tong)的(de)要求。電氣控(kong)制(zhi)系統(tong)設計的(de)依據(ju)主要來源于生(sheng)產(chan)機(ji)械和(he)生(sheng)產(chan)工藝的(de)要求。

2．設計方案(an)要(yao)(yao)合理。在滿(man)足(zu)控制要(yao)(yao)求的前提下，設計方案(an)應力求簡單(dan)、經濟(ji)、便于操(cao)作(zuo)和維修，不要(yao)(yao)盲目(mu)追求高指標和自動化。

3．機(ji)械設計與電氣(qi)設計應(ying)相互配合。許多生產(chan)機(ji)械采用機(ji)電結(jie)合控制的方(fang)式來實現控制要(yao)(yao)求(qiu)，因此要(yao)(yao)從工(gong)藝(yi)要(yao)(yao)求(qiu)、制造成本、結(jie)構復雜性、使用維護方(fang)便(bian)等(deng)方(fang)面協調處(chu)理(li)好機(ji)械和電氣(qi)的關系(xi)。

4．確保控制系(xi)統安(an)全可靠地工作。

二、電氣控制系統設計的基本任務、內容

電氣(qi)(qi)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)設計的基本任務是根據控(kong)制(zhi)要求(qiu)設計、編制(zhi)出設備制(zhi)造和使用(yong)維修過程中所(suo)必須(xu)的圖(tu)(tu)(tu)(tu)紙、資(zi)料等。圖(tu)(tu)(tu)(tu)紙包(bao)括電氣(qi)(qi)原理圖(tu)(tu)(tu)(tu)、電氣(qi)(qi)系(xi)統(tong)的組件劃分圖(tu)(tu)(tu)(tu)、元器件布(bu)置圖(tu)(tu)(tu)(tu)、安(an)裝接線圖(tu)(tu)(tu)(tu)、電氣(qi)(qi)箱圖(tu)(tu)(tu)(tu)、控(kong)制(zhi)面板(ban)(ban)圖(tu)(tu)(tu)(tu)、電器元件安(an)裝底板(ban)(ban)圖(tu)(tu)(tu)(tu)和非(fei)標準件加工圖(tu)(tu)(tu)(tu)等，另外還要編制(zhi)外購件目(mu)錄、單臺(tai)材料消耗清(qing)單、設備說明(ming)書等文(wen)字資(zi)料。

電(dian)氣控制系統設(she)計(ji)(ji)的內容(rong)主要包(bao)含原理設(she)計(ji)(ji)與(yu)工藝設(she)計(ji)(ji)兩個部分，以(yi)電(dian)力拖動控制設(she)備為例，設(she)計(ji)(ji)內容(rong)主要有：

1、原理設計內容

電氣(qi)控制系(xi)統原理(li)設計(ji)的主要內(nei)容包括：

（l）擬訂電氣設計任務書。

（2）確定電力拖動方案(an)，選擇電動機。

（3）設計電氣控制原理(li)圖，計算主要(yao)技術參數。

（4）選擇電器(qi)元件(jian)，制訂元器(qi)件(jian)明細表(biao)。

（5）編寫設計說明書。

電(dian)氣原理(li)圖(tu)是整個設計(ji)的中心環節，它為工藝設計(ji)和(he)制(zhi)訂其他技術資料提供(gong)依(yi)據。

2、工藝設計內容

進行(xing)工藝設(she)計(ji)主(zhu)要(yao)(yao)是為(wei)了便于(yu)組織電氣(qi)控制系統的制造，從而實現原理設(she)計(ji)提(ti)出的各項技術(shu)指標，并為(wei)設(she)備的調試、維護與使用提(ti)供(gong)相關的圖紙(zhi)資(zi)料(liao)。工藝設(she)計(ji)的主(zhu)要(yao)(yao)內容有：

（l）設計(ji)電氣總布(bu)置圖、總安裝圖與總接線圖。

（2）設計組件布置(zhi)圖、安裝(zhuang)圖和接線圖。

（3）設(she)計電氣箱、操作臺(tai)及(ji)非標準元件。

（4）列出(chu)元件清單(dan)。

（5）編寫使用維(wei)護(hu)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)(she)計(ji)任(ren)務書是(shi)整(zheng)個電氣控制系統的(de)設(she)(she)計(ji)依(yi)據(ju)，又是(shi)設(she)(she)備竣(jun)工(gong)驗收的(de)依(yi)據(ju)。設(she)(she)計(ji)任(ren)務的(de)擬定一般(ban)由技術(shu)領導部(bu)門、設(she)(she)備使(shi)用部(bu)門和任(ren)務設(she)(she)計(ji)部(bu)門等(deng)幾(ji)方面(mian)共同完成(cheng)的(de)。

電氣控制系(xi)統的設(she)計任(ren)務書中，主要包括(kuo)以下內容(rong)：

（1）設備名稱、用途、基本結構、動作要求及(ji)工藝過(guo)程介紹。

（2）電力拖動的方式(shi)及(ji)控(kong)制要求等。

（3）聯鎖、保護要求。

（4）自動(dong)化程度、穩(wen)定性及抗干擾要求(qiu)。

（5）操作臺、照(zhao)明、信號(hao)指示、報(bao)警方式等要(yao)求(qiu)。

（6）設備驗收標準。

（7）其它(ta)要求(qiu)。

2、確定電力拖動方案

電力拖動方(fang)案選(xuan)擇是電氣控(kong)制(zhi)系統設計(ji)的主要內(nei)容(rong)(rong)之一，也是以后(hou)各(ge)部(bu)分(fen)設計(ji)內(nei)容(rong)(rong)的基礎和(he)先決條(tiao)件。

所謂(wei)電(dian)力拖動(dong)(dong)方(fang)(fang)案是指根(gen)據零(ling)件(jian)加(jia)工精度(du)、加(jia)工效(xiao)率要(yao)求、生(sheng)產機械(xie)的結構、運動(dong)(dong)部件(jian)的數量、運動(dong)(dong)要(yao)求、負載(zai)性(xing)質、調(diao)速要(yao)求以及投資額等(deng)條(tiao)件(jian)去確(que)定電(dian)動(dong)(dong)機的類型、數量、傳(chuan)動(dong)(dong)方(fang)(fang)式(shi)以及擬訂(ding)電(dian)動(dong)(dong)機起動(dong)(dong)、運行(xing)、調(diao)速、轉向、制動(dong)(dong)等(deng)控制要(yao)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(li)拖動方式(shi)分獨(du)立(li)拖動和(he)集中拖動。電氣傳動的(de)(de)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(lv)，而且(qie)能簡化(hua)總(zong)體(ti)結(jie)構，便(bian)于實現自動化(hua)。具體(ti)選擇時，可根據工藝與結(jie)構決定電動機的(de)(de)數量(liang)。

（2）調速方案的選擇

大型(xing)、重(zhong)型(xing)設備(bei)的(de)主運動(dong)(dong)和進給(gei)運動(dong)(dong)，應盡可(ke)能采用無(wu)(wu)級調速，有利(li)于簡(jian)化(hua)機(ji)械結(jie)構(gou)、降低成(cheng)本；精密機(ji)械設備(bei)為保證加(jia)工精度也應采用無(wu)(wu)級調速；對于一般中(zhong)小型(xing)設備(bei)，在沒有特殊要求時(shi)，可(ke)選用經濟、簡(jian)單、可(ke)靠的(de)三相籠型(xing)異步電動(dong)(dong)機(ji)。

（3）電動機調速性質要與負載特性適應

對于恒(heng)功(gong)率負(fu)載(zai)和恒(heng)轉(zhuan)矩負(fu)載(zai)，在選擇電動(dong)機(ji)(ji)調速方案時，要(yao)使(shi)電動(dong)機(ji)(ji)的(de)調速特性(xing)與(yu)生產機(ji)(ji)械的(de)負(fu)載(zai)特性(xing)相適應(ying)，這(zhe)樣可以(yi)使(shi)電動(dong)機(ji)(ji)得到充分(fen)合理(li)的(de)應(ying)用。

3、拖動電動機的選擇

電(dian)動(dong)機(ji)的選擇主要(yao)有電(dian)動(dong)機(ji)的類(lei)型(xing)(xing)、結構型(xing)(xing)式、容(rong)量、額定(ding)電(dian)壓(ya)與額定(ding)轉(zhuan)速。

電動機(ji)選擇的基本(ben)原則是：

（1）根據生(sheng)產機(ji)械調速的要求(qiu)選擇電動機(ji)的種(zhong)類(lei)。

（2）工作過(guo)程中電(dian)動機容量要得(de)到充分利用(yong)。

（3）根據(ju)工作環境(jing)選擇電(dian)動(dong)機(ji)的結構型式。

應該強調，在滿足設計要求(qiu)情況(kuang)下優先考慮采用結構簡(jian)單(dan)，價格便(bian)(bian)宜，使用維護方便(bian)(bian)的三(san)相交流異步(bu)電動機(ji)。

正確(que)(que)選(xuan)(xuan)擇電動(dong)(dong)機(ji)容量(liang)是(shi)(shi)電動(dong)(dong)機(ji)選(xuan)(xuan)擇中的關鍵問(wen)題。電動(dong)(dong)機(ji)容量(liang)計算(suan)有(you)兩種(zhong)方法(fa)(fa)(fa)，一(yi)(yi)種(zhong)是(shi)(shi)分析(xi)計算(suan)法(fa)(fa)(fa)，另一(yi)(yi)種(zhong)是(shi)(shi)統計類比法(fa)(fa)(fa)。分析(xi)計算(suan)法(fa)(fa)(fa)是(shi)(shi)按(an)照機(ji)械功率估(gu)計電動(dong)(dong)機(ji)的工(gong)作情況(kuang)，預選(xuan)(xuan)一(yi)(yi)臺(tai)電動(dong)(dong)機(ji)，然后按(an)照電動(dong)(dong)機(ji)實際負載情況(kuang)做(zuo)出負載圖(tu)，根據(ju)負載圖(tu)校驗溫升(sheng)情況(kuang)，確(que)(que)定(ding)預選(xuan)(xuan)電動(dong)(dong)機(ji)是(shi)(shi)否合(he)(he)適，不合(he)(he)適時再重新選(xuan)(xuan)擇，直到電動(dong)(dong)機(ji)合(he)(he)適為止。

電動機容(rong)量的分析計(ji)算在有(you)關(guan)論(lun)著中有(you)詳(xiang)細(xi)介紹，這里不(bu)再重(zhong)復。

在比較(jiao)簡單(dan)、無特(te)殊(shu)要求、生(sheng)產數量(liang)又不多的(de)電力拖(tuo)動系(xi)統(tong)(tong)中(zhong)，電動機容量(liang)的(de)選擇往(wang)往(wang)采用(yong)統(tong)(tong)計類(lei)比法(fa)，或者根據經驗采用(yong)工程估算的(de)方法(fa)來選用(yong)，通(tong)常選擇較(jiao)大的(de)容量(liang)，預留(liu)一定的(de)裕量(liang)。

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控制(zhi)、CNC控(kong)制、計算機網絡(luo)控(kong)制等方面發展，控(kong)制方式(shi)越(yue)來越(yue)多。控(kong)制方式(shi)的(de)選擇應在(zai)經濟、安全的(de)前提(ti)下，最大限度地滿足工(gong)藝的(de)要求(qiu)。

5、設計電(dian)氣(qi)控制原(yuan)理圖，并(bing)合(he)理選用(yong)元器件，編(bian)制元器件明(ming)細表。

6、設計電氣(qi)設備的各種施工圖紙。

7、編寫設計說明(ming)書(shu)和使用說明(ming)書(shu);

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