第4章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、電氣控制與PLC 浙江水利水電?？茖W(xué)校浙江水利水電?？茖W(xué)校孫平孫平 教授教授第4章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1電氣原理圖的設(shè)計(jì)電氣原理圖的設(shè)計(jì) 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)4.1.1設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則 滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求，操作、維修方便的基本要求。通過優(yōu)選器件，提高可靠性，延長壽命，提高產(chǎn)品的競爭力。4.1.2電氣設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容電氣設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1、擬訂設(shè)計(jì)的任務(wù)書。2、選擇拖動(dòng)方案和控制方式。3、設(shè)計(jì)電氣原理圖及合理選擇元件（原理設(shè)計(jì)）。4、繪制電氣安裝接線圖（工藝設(shè)計(jì)）。5、匯總資料，編寫說明書。4.2電氣原理圖4.2.1電氣設(shè)計(jì)的一般規(guī)律1、選用典型環(huán)節(jié)2、合理設(shè)計(jì)電路 必要時(shí)，可以使用

2、邏輯代數(shù)化簡電路，優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)電氣原理圖時(shí)，還要考慮工程施工的要求。 例如，圖4.2.1b與圖4.2.1a相比，具有節(jié)省連接導(dǎo)線，可靠性高（減小電流流經(jīng)的觸點(diǎn)數(shù)）等優(yōu)點(diǎn)。 2、合理設(shè)計(jì)電路 減少控制觸點(diǎn)，提高可靠性 例如，圖4.2.2a電路中，繼電器線圈電流需要依次流過多個(gè)觸點(diǎn)。 圖4.2.2b的控制電路每一個(gè)繼電器線圈電流僅流過一個(gè)觸點(diǎn)，可靠性得到提高。2、合理設(shè)計(jì)電路防止競爭現(xiàn)象 圖4.2.4a為反身自停電路，存在電氣導(dǎo)通的競爭現(xiàn)象。 圖4.2.4b為無競爭的反身自停電路。 結(jié)論：繼電、接觸器控制電路不得用自身觸點(diǎn)切斷線圈的導(dǎo)電電路。K TK AS B 2S B 1K TS B 1

3、S B 2K TK TK Tb)K Aa)3、控制電源與導(dǎo)線的選擇 控制電源選擇控制電源選擇 交流控制電路電源有36、127、220、380V等規(guī)格，電路結(jié)構(gòu)簡單的可使用220V或380V電源，電路復(fù)雜，故障多發(fā)，宜選用低壓電源，但須經(jīng)變壓器降壓獲得。其次，還可以根據(jù)安全照明和工作狀態(tài)指示的要求，以及電磁線圈（電磁鐵）的負(fù)載性質(zhì)等綜合考慮。 變壓器容量估算：STKTSXC 式中：ST -變壓器所需容量； SXC為電器元件的吸持功率； SXC -控制電路在最大負(fù)載時(shí)工作電器所需要的功率； KT-變壓器容量的儲備系數(shù)，一般取1.11.25。 導(dǎo)線的選擇導(dǎo)線的選擇 導(dǎo)線的選擇包括導(dǎo)線的種類選擇和導(dǎo)線

4、的截面積的選擇。導(dǎo)線有單股或多股導(dǎo)線，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線的走線方式和美觀要求進(jìn)行選擇。銅芯導(dǎo)線截面積一般可按5A/mm 2來估算。 4.2.2電氣控制原理設(shè)計(jì)方法o 電氣控制原理設(shè)計(jì)方法有兩種，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法。o1、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法o 電氣控制設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括主電路、控制電路和輔助電路的設(shè)計(jì)。o設(shè)計(jì)步驟o主電路：主要考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)及多速控制的要求。o控制電路：滿足設(shè)備和設(shè)計(jì)任務(wù)要求的各種自動(dòng)、手動(dòng)的電氣控制電路。o輔助電路：完善控制電路要求的設(shè)計(jì)，包括短路、過流、過載、零壓、連鎖（互鎖）、限位等電路保護(hù)措施，以及信號指示、照明等電路。o反復(fù)審核：根據(jù)設(shè)計(jì)原則審核電氣設(shè)計(jì)原理圖，

5、有必要時(shí)可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，修改和完善電路設(shè)計(jì)，直至符合設(shè)計(jì)要求。o常用的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法o根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求，選用典型環(huán)節(jié)，將它們有機(jī)的組合起來，并加以補(bǔ)充修改，綜合成所需的控制電路。o沒有典型環(huán)節(jié)，可以根據(jù)工藝要求自行設(shè)計(jì)，采用邊分析邊畫圖的方法，不斷增加電器元件和控制觸點(diǎn)，以滿足給定的工作條件和要求。4.2.2電氣控制原理設(shè)計(jì)方法o經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)o設(shè)計(jì)方法簡單易于掌握，使用廣泛。o要求設(shè)計(jì)者有一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，需要反復(fù)修改圖紙，設(shè)計(jì)速度較慢。o設(shè)計(jì)程序不固定，一般需要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。o不宜獲得最佳設(shè)計(jì)方案。o2、邏輯設(shè)計(jì)法o 利用邏輯代數(shù)，從生產(chǎn)工藝出發(fā)，考慮控制電路中邏輯變量關(guān)系，在狀態(tài)波形圖的

6、基礎(chǔ)上，按照一定的設(shè)計(jì)方法和步驟，設(shè)計(jì)出符合要求的控制電路。 o 該方法設(shè)計(jì)出的電路較為合理、精練可靠，特別在復(fù)雜電路設(shè)計(jì)時(shí)，可以顯示出邏輯設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)。4.3基于導(dǎo)線二維標(biāo)注法電氣接線圖設(shè)計(jì)1、電氣接線圖的繪制規(guī)則 用途：電氣接線圖用來表示電氣配電盤內(nèi)部器件之間導(dǎo)線的連接關(guān)系。 標(biāo)線號： 在電氣原理圖上用數(shù)字標(biāo)注線號，每經(jīng)過一個(gè)器件改變一次線號（接線端子除外）。 布置器件： 根據(jù)電氣原理圖，將電氣元件在配電盤或控制盤上按先上后下，先左后右的規(guī)則排列，并以接線圖的表示方法畫出電器元件（方框+電氣符號）。標(biāo)器件號： 給安放位置固定的器件標(biāo)注編號（包括接線端子）。二維標(biāo)注： 在導(dǎo)線上標(biāo)注導(dǎo)線線

7、號和指示導(dǎo)線去向的器件號。注意：配電盤的引出、引入導(dǎo)線均須采用接線端子連接。2、電氣互連圖繪制規(guī)則電氣互連圖的用途： 電氣互連圖表示電氣配電盤與盤之間，盤與外部設(shè)備之間的連線關(guān)系。電氣互連圖繪制規(guī)則： 導(dǎo)線連接關(guān)系 控制盤（板）之間，控制盤與外設(shè)之間用導(dǎo)線束表示導(dǎo)線的連接關(guān)系，原理圖中應(yīng)注明導(dǎo)線的顏色、數(shù)量、長度、載流面積等參數(shù)。 穿線管的使用 為保護(hù)設(shè)備外部的連接導(dǎo)線，經(jīng)常使用穿線管走線方式。使用穿線管時(shí)，應(yīng)在原理圖中注明穿線管種類、內(nèi)經(jīng)、長度、及所穿導(dǎo)線根數(shù)（含備用）。 4.4 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例o設(shè)計(jì)選題 電動(dòng)機(jī)的起?？刂齐娐?1、電氣原理圖 原理設(shè)計(jì)時(shí)以起?？刂齐娐吩頌橹?，兼顧

8、電路的工作狀態(tài)指示和設(shè)備工作點(diǎn)的局部照明電路。 圖中標(biāo)注了線號、導(dǎo)線截面積等參數(shù)。 元器件清單見P92，表4.1，穿線用管及導(dǎo)線參數(shù)見表4.2。PE11.5m m2TSRQF電 源 開 關(guān)7652M 23N342AFU12KM567HLHLEL2AFU2KMVUW3SB2KMSB11主 電 動(dòng) 機(jī)起 停 控 制 線 路SA1m m2照 明 和 信 號2、電氣安裝位置圖 電氣安裝位置圖用來表示元器件清單中所有電器元件的相對安裝位置。通常，電器元件布置在主配電盤和操作面板上。 電氣安裝位置圖應(yīng)考慮電器元件的實(shí)際安裝方法和結(jié)構(gòu)尺寸，最終確定主配電盤和操作面板、以及控制柜結(jié)構(gòu)和外形尺寸。3、電氣接線圖

9、 按照電氣安裝位置圖的設(shè)計(jì)思想，電氣接線圖也分為主配電盤接線圖和操作面板接線圖兩部分。 圖中線側(cè)數(shù)字表示線號（17），線端數(shù)字表示器件編號（1025）。2320DZ2L1 L2 L322242424RR122117642 3524ST242124QF232517317521761771724925212323321電 源S T4NPE22125U24 2424M75 6U V8W2W25V255252010EL7206DZ32023L1N2052523 23L3L2320224FU12122KM12420241L32322FU2DZ11256372020120520 2032420617151

10、1171410114SB11313 11314131715141131011HL1101711HL2SB2175131711726SA121574、電氣互連圖 電氣互連圖表示電氣控制柜配電盤之間、以及和外部器件之間的接線關(guān)系。 圖中用導(dǎo)線束將照明燈、操作面板、電動(dòng)機(jī)、電源引入線與控制主盤連接起來，并注明了穿線管的規(guī)格、電纜線的參數(shù)等數(shù)據(jù)，詳見表4.2。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意接地裝置的設(shè)計(jì)（安全） 。 R1*1.5mm（白）3*1.5mm（紅）電源進(jìn)線1*1.5mm（黃綠）2*1mm（紅）包塑金屬軟管d10mm*2m照明燈接地螺栓包塑金屬軟管d20mm*1m包塑金屬軟管d20mm*2m控制面板91022

11、22STNPE UV W123563*1.5mm（紅）1*1.5mm（黃綠）配電盤底板22圖4 電氣接線圖 5、安裝調(diào)試 安裝無誤后，接通三相電源，作空載實(shí)驗(yàn)，通過操作按鈕，檢驗(yàn)電氣裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性及指示的正確性，空載實(shí)驗(yàn)無誤后，接上負(fù)載作負(fù)載試驗(yàn)，反復(fù)調(diào)試直至設(shè)備正常工作為止。小結(jié) 本章通過應(yīng)用示例，系統(tǒng)的介紹了電氣控制線路（原理）設(shè)計(jì)，電氣安裝位置圖、電氣接線圖、電氣互連圖等工藝設(shè)計(jì)方法。 工藝設(shè)計(jì)是在理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的重要設(shè)計(jì)內(nèi)容，實(shí)踐性很強(qiáng)、工作量很大，電氣設(shè)備的質(zhì)量和制造成本在很大程度上取決于工藝設(shè)計(jì)水平。所以，也是電氣工程師的必修內(nèi)容。謝謝收看4.2.1 兩地控制電路4.2.2

12、 順序控制電路4.2.3 電壓線圈并聯(lián)圖4.2.4 反身自停電路4.4.2 主盤電氣安裝位置圖 4.4.3 操作面板電氣安裝位置圖4.4.4電氣安裝接線圖（主板）2320D Z 2L 1L 2 L 322242424RR122117642 3524S T242124Q F232517317521761771724925212323321電 源S T4NPE22125U242424M75 6U V8W2W25V255252010EL7206D Z 32023L 1N2052523 23L 3L 2320224FU 12122K M12420241L 32322FU 24.4.5電氣安裝接線圖（操作面板）DZ11256372020120520 20324206171511171410114SB11313 11314131715141131011HL1101711HL2SB2175131711726SA121574.4.6電氣互連圖 R1*1.5mm（白）3*1.5mm（紅）電源進(jìn)線1*1.5mm（黃綠）2*1mm（紅）包塑金屬軟管d10m