【電(dian)氣控制(zhi)(zhi)系統】電(dian)氣控制(zhi)(zhi)系統設計的一(yi)般原則和(he)設計程序

電氣控制系統主要功能

為(wei)了保證(zheng)一次設(she)備(bei)(bei)運行的(de)可靠與(yu)安全，需要有許多輔(fu)助電(dian)氣設(she)備(bei)(bei)為(wei)之服務，能夠(gou)實現某項(xiang)控制(zhi)功能的(de)若干個電(dian)器組件的(de)組合，稱為(wei)控制(zhi)回路或二次回路。這(zhe)些設(she)備(bei)(bei)要有以(yi)下功能：

(1)自(zi)動控制功能。高壓和大電流開(kai)(kai)關設(she)備(bei)的體積是很大的，一(yi)般(ban)都采用操作系(xi)統來控制分、合閘，特別是當設(she)備(bei)出了故(gu)障時，需要開(kai)(kai)關自(zi)動切斷(duan)電路，要有一(yi)套自(zi)動控制的電氣操作設(she)備(bei)，對供電設(she)備(bei)進行自(zi)動控制。

(2)保(bao)護功能。電(dian)氣設(she)備與線(xian)路(lu)在運行過程中會發(fa)生(sheng)故障，電(dian)流(或電(dian)壓(ya))會超過設(she)備與(yu)線(xian)路允(yun)許工作的(de)范圍與(yu)限(xian)度，這就需(xu)要一套(tao)檢測這些(xie)故障信號并對設(she)備和線(xian)路進行自(zi)動調整(zheng)(斷開、切換等(deng))的(de)保護設(she)備。

(3)監(jian)視功能(neng)。電(dian)是(shi)眼(yan)睛看不見(jian)的，一(yi)臺設備是(shi)否帶電(dian)或斷電(dian)，從(cong)外表看無法分辨，這就需要設置各種視聽信號，如燈(deng)光(guang)和音(yin)響等，對一(yi)次設備進行電(dian)氣監(jian)視。

(4)測量(liang)功能。燈光和音響信號只能定性地表明(ming)設備的(de)工作狀(zhuang)態(有(you)電或斷電)，如果想定量地知(zhi)道電氣設備(bei)的工作情況，還需要有各種(zhong)(zhong)儀表測(ce)(ce)量設備(bei)，測(ce)(ce)量線路(lu)的各種(zhong)(zhong)參數，如電壓、電流、頻率(lv)和功率(lv)的大小等。

在設(she)備(bei)(bei)操作(zuo)與監視當中，傳統的操作(zuo)組件、控制電(dian)器、儀表和信號等設(she)備(bei)(bei)大多可被(bei)電(dian)腦(nao)控制系統及電(dian)子組件所取代，但(dan)在小(xiao)型設(she)備(bei)(bei)和就地局部控制的電(dian)路中仍有一定的應(ying)用范圍。這也都(dou)是電(dian)路實現微機(ji)自動化控制的基礎。

電氣控制系統系統組成

常用的控(kong)制線(xian)路(lu)的基本回路(lu)由以下(xia)幾部分組成。

(1)電(dian)(dian)源(yuan)供電(dian)(dian)回路。供電(dian)(dian)回路的供電(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(fu)助)回路的工(gong)作電(dian)源有單相220（交流）、36V（直流）或(huo)直流220（交流）、24V（直(zhi)流）等多種(zhong)，對(dui)電(dian)氣設(she)備和(he)線(xian)路(lu)進行短(duan)路(lu)、過載和(he)失壓(ya)等各種(zhong)保護，由(you)熔斷器(qi)、熱繼(ji)電(dian)器(qi)、失壓(ya)線(xian)圈(quan)、整(zheng)流組件(jian)和(he)穩(wen)壓(ya)組件(jian)等保護組件(jian)組成。

(3)信(xin)號回(hui)路。能及時反映或顯示設備(bei)和線路正常(chang)與(yu)非正常(chang)工作狀態信(xin)息的回(hui)路，如不同顏(yan)色的信(xin)號燈(deng)，不同聲響的音響設備(bei)等。

(4)自(zi)(zi)動(dong)與(yu)手動(dong)回路(lu)。電氣設(she)(she)備(bei)為了(le)提高工(gong)作(zuo)效率，一般都設(she)(she)有自(zi)(zi)動(dong)環節，但在安裝、調(diao)試及緊急事故的處理中(zhong)，控制線路(lu)中(zhong)還(huan)需要設(she)(she)置(zhi)手動(dong)環節，用于調(diao)試。通過組合開關或轉換開關等(deng)實現(xian)自(zi)(zi)動(dong)與(yu)手動(dong)方式的轉換。

(5)制(zhi)(zhi)動(dong)(dong)停(ting)車回路。切斷電路的供(gong)電電源，并采取某些制(zhi)(zhi)動(dong)(dong)措施，使(shi)電動(dong)(dong)機迅速(su)停(ting)車的控制(zhi)(zhi)環節，如能耗制(zhi)(zhi)動(dong)(dong)、電源反(fan)接(jie)制(zhi)(zhi)動(dong)(dong)，倒拉反(fan)接(jie)制(zhi)(zhi)動(dong)(dong)和再生(sheng)發電制(zhi)(zhi)動(dong)(dong)等(deng)。

(6)自(zi)(zi)鎖及閉鎖回(hui)路(lu)。啟(qi)動(dong)按鈕松開(kai)后，線路(lu)保持(chi)通(tong)電(dian)，電(dian)氣設(she)(she)備能(neng)繼續工作(zuo)的(de)(de)電(dian)氣環節(jie)叫自(zi)(zi)鎖環節(jie)，如(ru)接(jie)觸器的(de)(de)動(dong)合觸點(dian)串聯(lian)在線圈電(dian)路(lu)中。兩臺或兩臺以上的(de)(de)電(dian)氣裝置和(he)組件，為了保證設(she)(she)備運行的(de)(de)安(an)全與可(ke)靠，只能(neng)一臺通(tong)電(dian)啟(qi)動(dong)，另一臺不能(neng)通(tong)電(dian)啟(qi)動(dong)的(de)(de)保護環節(jie)，叫閉鎖環節(jie)。如(ru)：兩個接(jie)觸器的(de)(de)動(dong)斷觸點(dian)分(fen)別串聯(lian)在對(dui)方線圈電(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(sheng)(sheng)產機(ji)(ji)械(xie)電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統的(de)設(she)(she)計(ji)，包含兩(liang)個(ge)基本內容：一個(ge)是原(yuan)理設(she)(she)計(ji)，即(ji)要滿足(zu)生(sheng)(sheng)產機(ji)(ji)械(xie)和工藝(yi)的(de)各種控(kong)(kong)(kong)制(zhi)要求(qiu)，另(ling)一個(ge)是工藝(yi)設(she)(she)計(ji)，即(ji)要滿足(zu)電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)制(zhi)裝置本身的(de)制(zhi)造、使用和維修(xiu)的(de)需要。原(yuan)理設(she)(she)計(ji)決(jue)定著生(sheng)(sheng)產機(ji)(ji)械(xie)設(she)(she)備的(de)合理性(xing)(xing)(xing)與先進性(xing)(xing)(xing)，工藝(yi)設(she)(she)計(ji)決(jue)定電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統是否具有生(sheng)(sheng)產可行(xing)(xing)性(xing)(xing)(xing)、經(jing)濟性(xing)(xing)(xing)、美觀、使用維修(xiu)方便等特點，所(suo)以電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統設(she)(she)計(ji)要全(quan)面考慮(lv)兩(liang)方面的(de)內容。在熟練掌(zhang)握典型環(huan)節控(kong)(kong)(kong)制(zhi)電(dian)(dian)(dian)路(lu)、具有對一般電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)制(zhi)電(dian)(dian)(dian)路(lu)分(fen)析能力之后，設(she)(she)計(ji)者應(ying)能舉(ju)一反三，對受控(kong)(kong)(kong)生(sheng)(sheng)產機(ji)(ji)械(xie)進行(xing)(xing)電(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統的(de)設(she)(she)計(ji)并提供一套完整的(de)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(ji)械種類繁多，其電氣(qi)(qi)控制(zhi)方案各異，但電氣(qi)(qi)控制(zhi)系統的(de)設(she)計(ji)原則和(he)設(she)計(ji)方法基本相同。設(she)計(ji)工作(zuo)的(de)首要問題(ti)是樹立(li)正確的(de)設(she)計(ji)思想(xiang)和(he)工程實踐(jian)的(de)觀點，它是高質量完成設(she)計(ji)任務的(de)基本保證(zheng)。

一、電氣控制系統設計的一般原則

1．最大(da)限度地(di)滿足(zu)生(sheng)產機械(xie)和生(sheng)產工藝對電(dian)氣控制(zhi)系統(tong)的要求。電(dian)氣控制(zhi)系統(tong)設計的依據(ju)主要來源于生(sheng)產機械(xie)和生(sheng)產工藝的要求。

2．設(she)計方(fang)案(an)(an)要(yao)合理。在滿足控(kong)制要(yao)求的前提下，設(she)計方(fang)案(an)(an)應力求簡單、經濟、便于操作和維修，不要(yao)盲(mang)目追求高指標和自(zi)動化。

3．機(ji)(ji)械設計與(yu)電氣(qi)設計應相互配合。許多(duo)生產機(ji)(ji)械采用機(ji)(ji)電結(jie)合控制的方式來實現控制要(yao)求，因(yin)此要(yao)從工藝要(yao)求、制造(zao)成本、結(jie)構復雜(za)性、使用維(wei)護方便(bian)等(deng)方面(mian)協調處理好(hao)機(ji)(ji)械和(he)電氣(qi)的關系。

4．確保控制系統安全可(ke)靠地工作。

二、電氣控制系統設計的基本任務、內容

電(dian)氣控(kong)(kong)制(zhi)系統設(she)計(ji)的基本任務是(shi)根據(ju)控(kong)(kong)制(zhi)要(yao)求設(she)計(ji)、編(bian)(bian)制(zhi)出設(she)備(bei)制(zhi)造和使用維修過程中所(suo)必須(xu)的圖(tu)紙、資(zi)料等(deng)。圖(tu)紙包括電(dian)氣原理(li)圖(tu)、電(dian)氣系統的組件劃分圖(tu)、元(yuan)器(qi)件布置圖(tu)、安裝接線圖(tu)、電(dian)氣箱(xiang)圖(tu)、控(kong)(kong)制(zhi)面(mian)板圖(tu)、電(dian)器(qi)元(yuan)件安裝底板圖(tu)和非(fei)標準件加工圖(tu)等(deng)，另外還要(yao)編(bian)(bian)制(zhi)外購件目錄、單臺材料消耗清單、設(she)備(bei)說(shuo)明書等(deng)文字資(zi)料。

電(dian)氣控(kong)制系(xi)統設(she)(she)計(ji)的內容主要(yao)包含原理設(she)(she)計(ji)與工藝設(she)(she)計(ji)兩個部分(fen)，以電(dian)力拖動控(kong)制設(she)(she)備為例，設(she)(she)計(ji)內容主要(yao)有(you)：

1、原理設計內容

電氣控(kong)制系統原(yuan)理設計的(de)主(zhu)要內容包括：

（l）擬訂(ding)電氣設計任務(wu)書(shu)。

（2）確定電力(li)拖動方案，選擇電動機。

（3）設計電氣控制原理圖，計算(suan)主要(yao)技術參數。

（4）選擇電器(qi)元(yuan)件，制訂元(yuan)器(qi)件明細表。

（5）編寫設計說明(ming)書。

電氣(qi)原理圖(tu)是整個設(she)計的中心環節(jie)，它為工藝設(she)計和制訂其他技術(shu)資料提供依據。

2、工藝設計內容

進行工藝設(she)計主要是為(wei)了便(bian)于組織電(dian)氣控制(zhi)系統的(de)制(zhi)造，從而實現原(yuan)理設(she)計提出的(de)各項技術(shu)指標，并為(wei)設(she)備(bei)的(de)調(diao)試、維(wei)護與使用提供相關的(de)圖紙資料(liao)。工藝設(she)計的(de)主要內容有：

（l）設(she)計電(dian)氣總(zong)(zong)布置圖(tu)、總(zong)(zong)安裝圖(tu)與總(zong)(zong)接線(xian)圖(tu)。

（2）設(she)計(ji)組件布置圖(tu)、安裝圖(tu)和接(jie)線圖(tu)。

（3）設計電氣箱(xiang)、操作(zuo)臺(tai)及非標準元(yuan)件(jian)。

（4）列出元件(jian)清單。

（5）編寫使用(yong)維(wei)護說明書。

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(wu)書是整個電氣控制系統的設(she)計(ji)依據，又是設(she)備(bei)竣工驗收的依據。設(she)計(ji)任務(wu)的擬(ni)定一般由技術領(ling)導部(bu)門(men)、設(she)備(bei)使(shi)用部(bu)門(men)和任務(wu)設(she)計(ji)部(bu)門(men)等幾方面共同完成的。

電氣控制系(xi)統的設計任(ren)務書中，主要包括以下內容：

（1）設備名(ming)稱、用途、基本結構、動作要(yao)求及工藝過程介紹(shao)。

（2）電(dian)力拖動的方(fang)式及控制要求等。

（3）聯鎖、保護要求。

（4）自動化程度、穩定性及抗干擾要(yao)求(qiu)。

（5）操作臺、照明、信號指示(shi)、報警方式等要求(qiu)。

（6）設(she)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(zhi)系統設(she)計(ji)的(de)主要內容之一，也是以后各部(bu)分設(she)計(ji)內容的(de)基礎和先(xian)決條件。

所謂電力拖動(dong)(dong)方(fang)案是指根據零件(jian)加工精度、加工效率要(yao)求、生產機(ji)械的結構、運動(dong)(dong)部件(jian)的數量、運動(dong)(dong)要(yao)求、負載性質(zhi)、調(diao)速要(yao)求以及投資額(e)等(deng)條件(jian)去確定(ding)電動(dong)(dong)機(ji)的類(lei)型、數量、傳動(dong)(dong)方(fang)式以及擬訂電動(dong)(dong)機(ji)起動(dong)(dong)、運行、調(diao)速、轉向、制(zhi)動(dong)(dong)等(deng)控制(zhi)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

電力拖(tuo)動(dong)(dong)方式(shi)分獨立(li)拖(tuo)動(dong)(dong)和集中拖(tuo)動(dong)(dong)。電氣傳動(dong)(dong)的趨(qu)勢是多(duo)電動(dong)(dong)機(ji)拖(tuo)動(dong)(dong)，這不僅能縮短機(ji)械傳動(dong)(dong)鏈，提高傳動(dong)(dong)效率，而(er)且能簡化(hua)總體(ti)結構，便于實(shi)現自動(dong)(dong)化(hua)。具體(ti)選擇時，可根據工藝與結構決定電動(dong)(dong)機(ji)的數量。

（2）調速方案的選擇

大(da)型(xing)(xing)(xing)、重型(xing)(xing)(xing)設(she)備(bei)的主運動和進給運動，應盡可(ke)能采用(yong)(yong)無級調(diao)速，有利于簡(jian)化機(ji)械(xie)結構、降低成本；精(jing)(jing)密機(ji)械(xie)設(she)備(bei)為保(bao)證加工精(jing)(jing)度(du)也應采用(yong)(yong)無級調(diao)速；對于一般中小型(xing)(xing)(xing)設(she)備(bei)，在沒有特殊(shu)要求時，可(ke)選用(yong)(yong)經濟、簡(jian)單、可(ke)靠的三相籠型(xing)(xing)(xing)異步電(dian)動機(ji)。

（3）電動機調速性質要與負載特性適應

對于恒功(gong)率負(fu)(fu)載和恒轉(zhuan)矩負(fu)(fu)載，在(zai)選擇電(dian)動機(ji)(ji)調(diao)(diao)速方案(an)時，要使(shi)電(dian)動機(ji)(ji)的調(diao)(diao)速特性(xing)與(yu)生產機(ji)(ji)械的負(fu)(fu)載特性(xing)相(xiang)適應(ying)(ying)，這(zhe)樣可以使(shi)電(dian)動機(ji)(ji)得(de)到充分合(he)理的應(ying)(ying)用。

3、拖動電動機的選擇

電動機的(de)選擇主要有電動機的(de)類(lei)型、結構型式(shi)、容量、額(e)定電壓與額(e)定轉速(su)。

電(dian)動機選擇(ze)的基本(ben)原則是(shi)：

（1）根(gen)據生產機(ji)(ji)械調速的要(yao)求(qiu)選擇(ze)電(dian)動機(ji)(ji)的種類(lei)。

（2）工作過(guo)程中電動(dong)機容(rong)量要得(de)到(dao)充分利用。

（3）根據工作環境選(xuan)擇電(dian)動機的結構型(xing)式(shi)。

應該強調，在(zai)滿足設計要求情況下優(you)先(xian)考慮采(cai)用結(jie)構簡單，價格便宜(yi)，使(shi)用維護方便的三相交流異步電(dian)動機。

正確(que)選(xuan)擇(ze)電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)容(rong)量(liang)是(shi)電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)選(xuan)擇(ze)中的關鍵問題。電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)容(rong)量(liang)計(ji)算(suan)有兩種(zhong)方(fang)法(fa)，一種(zhong)是(shi)分析(xi)計(ji)算(suan)法(fa)，另一種(zhong)是(shi)統計(ji)類比法(fa)。分析(xi)計(ji)算(suan)法(fa)是(shi)按照機(ji)(ji)械(xie)功率估(gu)計(ji)電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)的工(gong)作(zuo)情況，預選(xuan)一臺電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)，然后(hou)按照電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)實際負載情況做出負載圖，根據負載圖校驗溫升情況，確(que)定預選(xuan)電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)是(shi)否(fou)合(he)適，不合(he)適時再重新選(xuan)擇(ze)，直到電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)合(he)適為止(zhi)。

電動機容量的分析計算在有關(guan)論著中有詳細(xi)介紹，這里不再重復。

在比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)、無特殊要(yao)求、生產數(shu)量(liang)又不多(duo)的(de)(de)電力拖動(dong)(dong)系統中，電動(dong)(dong)機容(rong)量(liang)的(de)(de)選(xuan)擇往(wang)往(wang)采用統計類比(bi)法，或者根(gen)據經驗采用工程(cheng)估算的(de)(de)方法來選(xuan)用，通常選(xuan)擇較(jiao)大的(de)(de)容(rong)量(liang)，預留(liu)一定的(de)(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控制(zhi)(zhi)(zhi)、計(ji)算機網(wang)絡控制(zhi)(zhi)(zhi)等方(fang)面(mian)發展，控制(zhi)(zhi)(zhi)方(fang)式越來(lai)越多(duo)。控制(zhi)(zhi)(zhi)方(fang)式的選擇應在經濟、安全的前提下(xia)，最大限度(du)地滿足(zu)工藝(yi)的要求。

5、設計電氣控制(zhi)原(yuan)理(li)圖，并合理(li)選用元(yuan)器件(jian)，編制(zhi)元(yuan)器件(jian)明細表。

6、設計電氣設備的各種施工圖(tu)紙(zhi)。

7、編寫(xie)設計說明書(shu)(shu)和使用說明書(shu)(shu);

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