第3章電氣控制系統(tǒng)設計(6,7)

1、(1)(1)擬定設計任務書擬定設計任務書。 (2)(2)確定電拖方案、控制方式。確定電拖方案、控制方式。(3)(3)選擇電動機，包括電動機類型、電壓等級、容量及選擇電動機，包括電動機類型、電壓等級、容量及 轉速，確定具體型號轉速，確定具體型號 。(4)(4)設計電氣原理框圖，包括主電路、控制電路和輔助設計電氣原理框圖，包括主電路、控制電路和輔助 控制電路，確定各部分關系，擬定各部分技術要求。控制電路，確定各部分關系，擬定各部分技術要求。(5)(5)設計電控原理圖、主要技術參數(shù)。設計電控原理圖、主要技術參數(shù)。 (6)(6)選擇元器件，目錄清單。選擇元器件，目錄清單。 (7)(7)編寫設計說明書。

2、編寫設計說明書。 第第3 3章章 電氣控制系統(tǒng)設計電氣控制系統(tǒng)設計3.1 3.1 電氣控制系統(tǒng)設計的內容電氣控制系統(tǒng)設計的內容一、原理設計內容一、原理設計內容(1)(1)根據(jù)原理圖及選定器件，設計電氣設備總體配置，根據(jù)原理圖及選定器件，設計電氣設備總體配置， 繪制總裝配圖、總接線圖。繪制總裝配圖、總接線圖。(2)(2)繪制組件原理電路圖，列元件目錄表，組件進出線繪制組件原理電路圖，列元件目錄表，組件進出線 號。號。(3)(3)設計組件電器裝配圖（元件布置與安裝圖）、接線設計組件電器裝配圖（元件布置與安裝圖）、接線 圖。圖。 (4)(4)繪制電器安裝板和非標電器安裝零件圖樣。繪制電器安裝板和非標

3、電器安裝零件圖樣。(5)(5)設計電氣箱、確定電氣柜結構和外形尺寸。設計電氣箱、確定電氣柜結構和外形尺寸。 (6)(6)匯總資料（總原理圖、總裝配圖、各組件原理圖。匯總資料（總原理圖、總裝配圖、各組件原理圖。 (7)(7)編寫使用維護說明書。編寫使用維護說明書。 二、工藝設計內容二、工藝設計內容一、電氣控制線路設計的原則一、電氣控制線路設計的原則最大限度滿足生產機械對電氣控制要求。最大限度滿足生產機械對電氣控制要求。2.2.滿足要求前提下，設計方案力求簡單、經濟。滿足要求前提下，設計方案力求簡單、經濟。選用標準電器元件。選用標準電器元件。選用典型環(huán)節(jié)或基本電氣控制線路。選用典型環(huán)節(jié)或基本電氣控

4、制線路。 簡化電氣控制線路。盡量減少不必要的觸點，常用減簡化電氣控制線路。盡量減少不必要的觸點，常用減少觸頭數(shù)量方法：少觸頭數(shù)量方法：3.2 3.2 電氣控制線路的設計電氣控制線路的設計合并同類觸頭。合并同類觸頭。利用帶轉換觸頭的中間繼電器將兩對觸頭合并。利用帶轉換觸頭的中間繼電器將兩對觸頭合并。利用二極管單向導電性減少觸頭數(shù)量。利用二極管單向導電性減少觸頭數(shù)量。利用邏輯代數(shù)方法減少觸頭數(shù)量。利用邏輯代數(shù)方法減少觸頭數(shù)量。 圖圖3-5 3-5 電器的合理連接電器的合理連接 圖圖3-6 3-6 節(jié)省連接導線的方法節(jié)省連接導線的方法盡量減少連接導線數(shù)量和長度。盡量減少連接導線數(shù)量和長度。 減少通電

5、電器。減少通電電器。圖圖3-7 3-7 減少通電電器的線路減少通電電器的線路 3.3.保證電氣控制線路工作可靠性。保證電氣控制線路工作可靠性。正確連接電器元件觸頭。正確連接電器元件觸頭。 圖圖3-8 3-8 觸頭的連接觸頭的連接 正確連接電器線圈。正確連接電器線圈。 交流線路中，不允許兩個電器元件線圈串聯(lián)。交流線路中，不允許兩個電器元件線圈串聯(lián)。圖圖3-9 3-9 線圈的連接線圈的連接 兩電感量懸殊的直流線圈不能直接并聯(lián)。兩電感量懸殊的直流線圈不能直接并聯(lián)。圖圖3-10 3-10 電磁鐵與繼電器線圈的連接電磁鐵與繼電器線圈的連接 (3)(3)避免出現(xiàn)寄生電路。避免出現(xiàn)寄生電路。圖圖3-11 3

6、-11 防止寄生電路防止寄生電路 避免多個電器元件依次動作。避免多個電器元件依次動作。 電氣聯(lián)鎖和機械聯(lián)鎖。電氣聯(lián)鎖和機械聯(lián)鎖。 電氣控制線路應能適應所在電網(wǎng)。電氣控制線路應能適應所在電網(wǎng)。 充分考慮繼電器觸頭的接通和分斷能力。充分考慮繼電器觸頭的接通和分斷能力。4.4.保證線路工作的安全性。保證線路工作的安全性。5.5.應力求使操作、維護、檢修方便。應力求使操作、維護、檢修方便。二、電氣控制線路設計的規(guī)律二、電氣控制線路設計的規(guī)律1.1.擬定設計任務書擬定設計任務書 簡要說明機械設備的型號、用途、工藝過程、技術簡要說明機械設備的型號、用途、工藝過程、技術性能、傳動要求、工作條件、使用環(huán)境等，

7、還應說明以性能、傳動要求、工作條件、使用環(huán)境等，還應說明以下技術指標及要求：下技術指標及要求：控制精度，生產效率要求；控制精度，生產效率要求；有關電力拖動的基本特性，如電動機數(shù)量、用途、負有關電力拖動的基本特性，如電動機數(shù)量、用途、負載特性、調速范圍以及對反向、啟動和制動的要求等；載特性、調速范圍以及對反向、啟動和制動的要求等；用戶供電系統(tǒng)的電源種類，電壓等級、頻率及容量等用戶供電系統(tǒng)的電源種類，電壓等級、頻率及容量等要求；要求；有關電氣控制特性，如自動控制的電氣保護，聯(lián)鎖條有關電氣控制特性，如自動控制的電氣保護，聯(lián)鎖條件，動作程序等；件，動作程序等；其他要求，如主要電氣設備的布置草圖，照明，

8、信號其他要求，如主要電氣設備的布置草圖，照明，信號指示，報警方式等；指示，報警方式等；目標成本及經費限額；目標成本及經費限額；驗收標準及方式；驗收標準及方式； 2.2.電力拖動方案與控制方式選擇電力拖動方案與控制方式選擇3.3.電動機選擇電動機選擇基本原則：基本原則：機械特性滿足生產機械要求，與負載特性相適應。機械特性滿足生產機械要求，與負載特性相適應。 電動機電動機容量容量得到充分利用。得到充分利用。 電動機結構型式滿足機械安裝要求，適應工作環(huán)境。電動機結構型式滿足機械安裝要求，適應工作環(huán)境。優(yōu)先采用籠型異步電動機（結構簡單、價廉、維護方優(yōu)先采用籠型異步電動機（結構簡單、價廉、維護方便）。便

9、）。 4.4.確定電氣控制方案確定電氣控制方案主要原則：主要原則：自動化程度與國情相適應。自動化程度與國情相適應。控制方式與設備的通用及專用化相適應。控制方式與設備的通用及專用化相適應。 控制方式隨控制過程的復雜程度而變化?？刂品绞诫S控制過程的復雜程度而變化。 控制系統(tǒng)的工作方式應滿足工藝要求。控制系統(tǒng)的工作方式應滿足工藝要求。5.5.設計電氣控制原理圖設計電氣控制原理圖6.6.設計電氣設備施工圖設計電氣設備施工圖7.7.編寫說明書編寫說明書三、電控線路設計的步驟和方法三、電控線路設計的步驟和方法 分析設計法、邏輯設計法分析設計法、邏輯設計法1.1.分析設計法（分析設計法（經驗設計法、一般設計

10、法經驗設計法、一般設計法） 根據(jù)生產機械的工藝要求和生產過程，選擇適根據(jù)生產機械的工藝要求和生產過程，選擇適當?shù)幕经h(huán)節(jié)或典型電路綜合而成的電氣控制線路。當?shù)幕经h(huán)節(jié)或典型電路綜合而成的電氣控制線路。要求：要求：設計人員必須熟悉和掌握大量基本環(huán)節(jié)和典設計人員必須熟悉和掌握大量基本環(huán)節(jié)和典 型電路，有豐富實際設計經驗。適于不太復型電路，有豐富實際設計經驗。適于不太復 雜的雜的( (繼電接觸式繼電接觸式) )電氣控制線路設計。電氣控制線路設計。 特點：特點：易于掌握，便于推廣，但需反復修改設計草易于掌握，便于推廣，但需反復修改設計草 圖才能得到最佳方案。圖才能得到最佳方案。 (1)(1)設計的基本

11、步驟設計的基本步驟主電路設計主電路設計 控制電路設計控制電路設計 聯(lián)結各單元環(huán)節(jié)，構成整機線路。聯(lián)結各單元環(huán)節(jié)，構成整機線路。聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)設計聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)設計 輔助電路設計輔助電路設計 線路的綜合審查線路的綜合審查 (2)(2)設計基本方法設計基本方法根據(jù)生產機械工藝要求和工作過程，適當選用已根據(jù)生產機械工藝要求和工作過程，適當選用已有典型環(huán)節(jié)，加以適當補充和修改，綜合成所需有典型環(huán)節(jié)，加以適當補充和修改，綜合成所需電路。電路。若無適合典型環(huán)節(jié)，則根據(jù)控制要求自行設計，若無適合典型環(huán)節(jié)，則根據(jù)控制要求自行設計，邊分析邊畫圖。邊分析邊畫圖。 (3)(3)設計舉例設計舉例例例: :設計三條皮帶運輸

12、機構成的散料運輸線控制線路。設計三條皮帶運輸機構成的散料運輸線控制線路。 圖圖3-123-12皮帶運輸機工作示意圖皮帶運輸機工作示意圖 皮帶運輸機的工藝要求皮帶運輸機的工藝要求啟動順序為啟動順序為3#3#、2#2#、1#1#，并要有一定時間間隔，并要有一定時間間隔，以免貨物在皮帶上堆積。以免貨物在皮帶上堆積。停車順序為停車順序為1#1#，2#2#、3#3#，也要有一定時間間隔，也要有一定時間間隔，保證停車后皮帶上不殘存貨物。保證停車后皮帶上不殘存貨物。不論不論2#2#或或3#3#哪一個出故障，哪一個出故障，1#1#必須停車，以免繼必須停車，以免繼續(xù)進料，造成貨物堆積。續(xù)進料，造成貨物堆積。必要

13、的保護。必要的保護。 圖圖3-13 3-13 皮帶運輸機主電路圖皮帶運輸機主電路圖圖圖3-14 3-14 控制電路的基本部分控制電路的基本部分 控制線路特殊部分設計控制線路特殊部分設計圖圖3-15 3-15 控制電路的聯(lián)鎖部分控制電路的聯(lián)鎖部分圖圖3-16 3-16 完整的電路圖完整的電路圖 線路綜合審查線路綜合審查設計聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)設計聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)2.2.邏輯設計法邏輯設計法方法：方法：將控制電路中接觸器、繼電器線圈的通電、斷將控制電路中接觸器、繼電器線圈的通電、斷電，觸頭的閉合、斷開，主令元件的接通、斷開看成電，觸頭的閉合、斷開，主令元件的接通、斷開看成邏輯變量，列出邏輯函數(shù)式。運用邏輯函數(shù)

14、基本公式邏輯變量，列出邏輯函數(shù)式。運用邏輯函數(shù)基本公式和運算規(guī)律，對邏輯函數(shù)式進行化簡。再畫出電路結和運算規(guī)律，對邏輯函數(shù)式進行化簡。再畫出電路結構圖，獲得最佳設計方案。構圖，獲得最佳設計方案。(1)(1)邏輯代數(shù)基礎邏輯代數(shù)基礎邏輯代數(shù)中的邏輯代數(shù)中的邏輯變量邏輯變量和和邏輯函數(shù)邏輯函數(shù) 邏輯變量邏輯變量 在邏輯代數(shù)中，將具有兩種互為對立的在邏輯代數(shù)中，將具有兩種互為對立的工作狀工作狀態(tài)態(tài)的物理量稱為邏輯變量的物理量稱為邏輯變量 。電器元件的線圈通電為。電器元件的線圈通電為“1”1”狀態(tài)，失電為狀態(tài)，失電為“0”0”狀態(tài)；狀態(tài)； 電器元件電器元件KAKA1 1，KAKA2 2，的常開觸頭分別

15、用的常開觸頭分別用KAKA1 1，KAKA2 2，表示；常閉觸頭則分別用表示；常閉觸頭則分別用 ， ，表示。表示。 邏輯函數(shù)邏輯函數(shù) 在繼電接觸器控制線路中，把表示在繼電接觸器控制線路中，把表示觸頭觸頭狀態(tài)的狀態(tài)的邏輯變量稱為邏輯變量稱為輸入邏輯變量輸入邏輯變量；表示接觸器、繼電器；表示接觸器、繼電器線圈線圈等受控元件的邏輯變量稱為等受控元件的邏輯變量稱為輸出邏輯變量輸出邏輯變量。輸。輸出邏輯變量與輸入邏輯變量之間所滿足的相互關系出邏輯變量與輸入邏輯變量之間所滿足的相互關系稱為稱為邏輯函數(shù)關系。邏輯函數(shù)關系。邏輯代數(shù)的運算法則邏輯代數(shù)的運算法則邏輯與：邏輯與：觸頭串聯(lián)。邏輯表達式為：觸頭串聯(lián)。

16、邏輯表達式為：K=AK=AB B 只有當觸頭只有當觸頭A A與與B B都閉合時，線圈都閉合時，線圈K K才得電。才得電。 邏輯或：邏輯或：觸頭并聯(lián)。邏輯表達式為：觸頭并聯(lián)。邏輯表達式為：K=A+B K=A+B 觸頭觸頭A A與與B B只要有一個閉合，線圈只要有一個閉合，線圈K K就可以得電。就可以得電。 邏輯非：邏輯非：動斷觸頭。邏輯表達式為：動斷觸頭。邏輯表達式為： 觸頭觸頭A A不動作，則線圈不動作，則線圈K K通電。通電。 A邏輯代數(shù)的基本定理邏輯代數(shù)的基本定理交換律：交換律：A AB = BB = BA A，A+B = B+AA+B = B+A結合律：結合律：A A(B(BC)=(AC

17、)=(AB)B)C C，A+(B+C)=(A+B)+CA+(B+C)=(A+B)+C分配律：分配律：A A(B+C)=A(B+C)=AB+AB+AC C，A+(BA+(BC) =(A+B)C) =(A+B)(A+C)(A+C)重疊律：重疊律：A AA = AA = A，A+A = AA+A = A吸收律：吸收律：A+AB = AA+AB = A，A A(A+B) = A(A+B) = A非非律：非非律： 反演律：反演律：邏輯代數(shù)的化簡邏輯代數(shù)的化簡化簡時常用的常量和變量的關系化簡時常用的常量和變量的關系化簡時常用到的方法有：化簡時常用到的方法有： 合并項法合并項法: 吸收法吸收法: 消去法消去

18、法: 配項法配項法:繼電繼電-接觸器開關的邏輯函數(shù)接觸器開關的邏輯函數(shù)Fk=X開主X開約+（X關主+ X關約）.KFk= （X關主+ X關約）(X開主X開約+K)圖圖3-20 3-20 啟、停自鎖電路啟、停自鎖電路(2)(2)設計基本步驟設計基本步驟 根據(jù)生產工藝要求，作出工作循環(huán)示意圖。根據(jù)生產工藝要求，作出工作循環(huán)示意圖。確定確定執(zhí)行元件執(zhí)行元件和和檢測元件檢測元件，并根據(jù)工作循環(huán)示意圖作，并根據(jù)工作循環(huán)示意圖作出出執(zhí)行元件的動作節(jié)拍表執(zhí)行元件的動作節(jié)拍表和和檢測元件狀態(tài)表檢測元件狀態(tài)表。 根據(jù)根據(jù)主令元件主令元件和檢測元件狀態(tài)表寫出各程序的和檢測元件狀態(tài)表寫出各程序的特征數(shù)，特征數(shù)，確定

19、確定待相區(qū)分組待相區(qū)分組，增設必要的，增設必要的中間記憶元件中間記憶元件，使待相區(qū)，使待相區(qū)分組的所有程序區(qū)分開。分組的所有程序區(qū)分開。 列出中間記憶元件的開關邏輯函數(shù)和執(zhí)行元件的邏輯列出中間記憶元件的開關邏輯函數(shù)和執(zhí)行元件的邏輯函數(shù)。函數(shù)。根據(jù)邏輯函數(shù)式建立電氣控制線路圖。根據(jù)邏輯函數(shù)式建立電氣控制線路圖。進一步檢查、化簡、完善電路，增加必要的保護和聯(lián)進一步檢查、化簡、完善電路，增加必要的保護和聯(lián)鎖環(huán)節(jié)。鎖環(huán)節(jié)。 (3)(3)設計舉例設計舉例例例3-2 3-2 用邏輯設計法設計皮帶運輸機的電氣控制線路。用邏輯設計法設計皮帶運輸機的電氣控制線路。 皮帶運輸機的工藝要求皮帶運輸機的工藝要求啟動順

20、序為啟動順序為3#3#、2#2#、1#1#，并要有一定時間間隔，并要有一定時間間隔，以免貨物在皮帶上堆積。以免貨物在皮帶上堆積。停車順序為停車順序為1#1#，2#2#、3#3#，也要有一定時間間隔，也要有一定時間間隔，保證停車后皮帶上不殘存貨物。保證停車后皮帶上不殘存貨物。不論不論2#2#或或3#3#哪一個出故障，哪一個出故障，1#1#必須停車，以免繼必須停車，以免繼續(xù)進料，造成貨物堆積。續(xù)進料，造成貨物堆積。必要的保護。必要的保護。 作出作出執(zhí)行元件的動作節(jié)拍表執(zhí)行元件的動作節(jié)拍表和和檢測元件的狀態(tài)表檢測元件的狀態(tài)表 表表3-1 3-1 接觸器和時間繼電器線圈狀態(tài)表接觸器和時間繼電器線圈狀態(tài)

21、表表表3-3 3-3 時間繼電器及按鈕觸頭狀態(tài)表時間繼電器及按鈕觸頭狀態(tài)表 決定待相區(qū)分組，設置中間記憶元件決定待相區(qū)分組，設置中間記憶元件 列出輸出元件的邏輯函數(shù)式列出輸出元件的邏輯函數(shù)式 按邏輯函數(shù)式畫出電氣控制線路圖按邏輯函數(shù)式畫出電氣控制線路圖 進一步完善電路，增加必要的聯(lián)鎖和保護環(huán)節(jié)進一步完善電路，增加必要的聯(lián)鎖和保護環(huán)節(jié)3.33.3 常用電器元件選擇常用電器元件選擇選擇原則：選擇原則：(1)(1)按功能要求確定電器元件類型。按功能要求確定電器元件類型。(2)(2)根據(jù)所控制的電壓、電流及功率大小確定電器元根據(jù)所控制的電壓、電流及功率大小確定電器元 件規(guī)格。件規(guī)格。(3)(3)根據(jù)工

22、作環(huán)境及元件供應情況選擇。根據(jù)工作環(huán)境及元件供應情況選擇。(4)(4)根據(jù)電器元件所要求的可靠性進行選擇。根據(jù)電器元件所要求的可靠性進行選擇。(5)(5)確定電器元件的使用類別。確定電器元件的使用類別。一、按鈕、開關類電器選擇一、按鈕、開關類電器選擇1.1.按鈕按鈕 主要根據(jù)所需觸頭數(shù)、使用場合、顏色標注、主要根據(jù)所需觸頭數(shù)、使用場合、顏色標注、額定電壓、額定電流進行選擇。額定電壓、額定電流進行選擇?！巴Ｖ雇Ｖ埂焙秃汀奔蓖＜蓖！卑粹o必須是紅色。按鈕必須是紅色?！皢訂印卑粹o顏色是綠色。按鈕顏色是綠色。“啟動啟動”與與“停止停止”交替動作的按鈕必須是黑色、白交替動作的按鈕必須是黑色、白色或灰色

23、。色或灰色。 點動按鈕必須是黑色。點動按鈕必須是黑色。復位按鈕必須是藍色。如果還有停止作用，則必須是復位按鈕必須是藍色。如果還有停止作用，則必須是紅色。紅色。 按鈕顏色的含義及應用見表按鈕顏色的含義及應用見表3-103-10（P102P102），），LA38LA38系系列按鈕主要技術參數(shù)見表列按鈕主要技術參數(shù)見表3-113-11。 2.2.行程開關行程開關 主要根據(jù)機械設備運動方式與安裝位置，擋鐵形狀、主要根據(jù)機械設備運動方式與安裝位置，擋鐵形狀、速度、工作力、工作行程、觸頭數(shù)量，以及額定電壓、速度、工作力、工作行程、觸頭數(shù)量，以及額定電壓、額定電流選擇。額定電流選擇。3.3.萬能轉換開關萬能轉換開關 根據(jù)控制對象的接線方式、觸頭型式與數(shù)量、動根據(jù)控制對象的接線方式、觸頭型式與數(shù)量、動作順序和額定電壓、額