電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)秀課件

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第一節(jié)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則、基本內(nèi)容和設(shè)計(jì)程序一、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則

1．最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)主要來(lái)源于生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝的要求。

2．設(shè)計(jì)方案要合理。在滿足控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、便于操作和維修，不要盲目追求高指標(biāo)和自動(dòng)化。

3．機(jī)械設(shè)計(jì)與電氣設(shè)計(jì)應(yīng)相互配合。許多生產(chǎn)機(jī)械采用機(jī)電結(jié)合控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求，因此要從工藝要求、制造成本、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、使用維護(hù)方便等方面協(xié)調(diào)處理好機(jī)械和電氣的關(guān)系。4．確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)、編制出設(shè)備制造和使用維修過(guò)程中所必須的圖紙、資料等。圖紙包括電氣原理圖、電氣系統(tǒng)的組件劃分圖、元器件布置圖、安裝接線圖、電氣箱圖、控制面板圖、電器元件安裝底板圖和非標(biāo)準(zhǔn)件加工圖等。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包含原理設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)部分：1、原理設(shè)計(jì)內(nèi)容（l）擬訂電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。（2）確定電力拖動(dòng)方案，選擇電動(dòng)機(jī)。（3）設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)。

二、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)、內(nèi)容（4）選擇電器元件，制訂元器件明細(xì)表。（5）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。2、工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容（l）設(shè)計(jì)電氣總布置圖、總安裝圖與總接線圖。（2）設(shè)計(jì)組件布置圖、安裝圖和接線圖。（3）設(shè)計(jì)電氣箱、操作臺(tái)及非標(biāo)準(zhǔn)元件。（4）列出元件清單。（5）編寫(xiě)使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)。主要從幾個(gè)方面考慮電力拖動(dòng)方案：（1）拖動(dòng)方式的選擇：電力拖動(dòng)方式，獨(dú)立拖動(dòng)？集中拖動(dòng)？（2）調(diào)速方案的選擇：大型、重型設(shè)備的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，應(yīng)盡可能采用無(wú)級(jí)調(diào)速；精密機(jī)械設(shè)備為保證加工精度也應(yīng)采用無(wú)級(jí)調(diào)速；對(duì)于一般中小型設(shè)備，在沒(méi)有特殊要求時(shí)，可選用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可靠的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。（3）電動(dòng)機(jī)調(diào)速性質(zhì)要與負(fù)載特性適應(yīng)恒功率負(fù)載？恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載？在選擇電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案時(shí)，要使電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性相適應(yīng)，使電動(dòng)機(jī)得到充分合理應(yīng)用。3、拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇基本原則（1）根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速的要求選擇電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)。（2）工作過(guò)程中電動(dòng)機(jī)容量要得到充分利用。（3）根據(jù)工作環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。4、選擇控制方式控制方式要實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)方案的控制要求。隨著現(xiàn)代電氣技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)機(jī)械電力拖動(dòng)的控制方式從傳統(tǒng)的繼電接觸器控制向PLC控制、CNC控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制等方面發(fā)展，控制方式越來(lái)越多?？刂品绞降倪x擇應(yīng)在經(jīng)濟(jì)、安全的前提下，最大限度地滿足工藝的要求。5、設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，并合理選用元器件，編制元器件明細(xì)表。6、設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的各種施工圖紙。

7、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和使用說(shuō)明書(shū)。

一、電氣控制原理電路的基本設(shè)計(jì)方法電氣控制原理電路設(shè)計(jì)的方法有分析設(shè)計(jì)法和邏輯設(shè)計(jì)法。1、分析設(shè)計(jì)法分析設(shè)計(jì)法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求選擇適當(dāng)?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)（單元電路）或?qū)⒈容^成熟的電路按其聯(lián)鎖條件組合起來(lái)，并經(jīng)補(bǔ)充和修改，將其綜合成滿足控制要求的完整線路。當(dāng)沒(méi)有現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時(shí)，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計(jì)。

優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，無(wú)固定的設(shè)計(jì)程序，它容易為初學(xué)者所掌握，在電氣設(shè)計(jì)中被普遍采用；

缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)出的方案不一定是最佳方案，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)不足或考慮不周全時(shí)會(huì)影響線路工作的可靠性。

第二節(jié)電氣控制原理電路設(shè)計(jì)的方法與步驟三、原理圖設(shè)計(jì)的一般要求1、電氣控制原理應(yīng)滿足工藝的要求在設(shè)計(jì)之前必須對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的工作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際加工情況有充分的了解，并在此基礎(chǔ)上來(lái)考慮控制方式，起動(dòng)、反向、制動(dòng)及調(diào)速的要求，設(shè)置各種聯(lián)鎖及保護(hù)裝置。2、控制電路電源種類(lèi)與電壓數(shù)值的要求對(duì)于比較簡(jiǎn)單的控制電路，往往直接采用交流380V或220V電源，不用控制電源變壓器。對(duì)于比較復(fù)雜的控制電路，應(yīng)采用控制電源變壓器，將控制電壓降到110V或48V、24V。對(duì)于操作比較頻繁的直流電力傳動(dòng)的控制電路，常用220V或110V直流電源供電。直流電磁鐵及電磁離合器的控制電路，常采用24V直流電源供電。

交流控制電路的電壓必須是下列規(guī)定電壓的一種或幾種：6V，24V，48V，110V（優(yōu)選值），220V，380V，50Hz。直流控制電路的電壓必須是下列規(guī)定電壓的一種或幾種：6V，12V，24V，48V，110V，220V。

（1）電器元件的工作要穩(wěn)定可靠，符合使用環(huán)境條件，并且動(dòng)作時(shí)間的配合不致引起競(jìng)爭(zhēng)。復(fù)雜控制電路中，在某一控制信號(hào)作用下，電路從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種穩(wěn)定狀態(tài)，常常有幾個(gè)電器元件的狀態(tài)同時(shí)變化，考慮到電器元件總有一定的動(dòng)作時(shí)間，對(duì)時(shí)序電路來(lái)說(shuō)，就會(huì)得到幾個(gè)不同的輸出狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為電路的“競(jìng)爭(zhēng)”。而對(duì)于開(kāi)關(guān)電路，由于電器元件的釋放延時(shí)作用，也會(huì)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)元件不按要求的邏輯功能輸出的可能性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“冒險(xiǎn)”?！案?jìng)爭(zhēng)”與“冒險(xiǎn)”現(xiàn)象都將造成控制電路不能按照要求動(dòng)作，當(dāng)電器元件的動(dòng)作時(shí)間可能影響到控制電路的動(dòng)作時(shí)，需要用能精確反映元件動(dòng)作時(shí)間及其互相配合的方法（如時(shí)間圖法）來(lái)準(zhǔn)確分析動(dòng)作時(shí)間，從而保證電路正常工作。3、確保電氣控制電路工作的可靠性、安全性

電器元件圖形符號(hào)應(yīng)符合GB4728中的規(guī)定，繪制時(shí)要合理安排版面。例如，主電路一般安排在左面或上面，控制電路或輔助電路排在右面或下面，元器件目錄表安排在標(biāo)題上方。在實(shí)際連接時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（2）電器元件的線圈和觸點(diǎn)的連接應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定①正確連接電器線圈。交流電壓線圈通常不能串聯(lián)使用，即使是兩個(gè)同型號(hào)電壓線圈也不能采用串聯(lián)后，接在兩倍線圈額定電壓的交流電源上，以免電壓分配不均引起工作不可靠。②合理安排電器元件和觸點(diǎn)的位置。對(duì)于某些回路，電器元件或觸點(diǎn)位置互換時(shí)，并不影響其工作原理，但在實(shí)際運(yùn)行中，影響電路安全并關(guān)系到導(dǎo)線長(zhǎng)短，如圖a）接法既不安全又浪費(fèi)導(dǎo)線。圖b）所示的接法較為合理。

④盡量減少連接導(dǎo)線的數(shù)量，縮短連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度。⑤控制電路工作時(shí)，應(yīng)盡量減少通電電器的數(shù)量，以降低故障的可能性并節(jié)約電能。⑥在電路中采用小容量的繼電器觸點(diǎn)來(lái)斷開(kāi)或接通大容量接觸器線圈時(shí)，要分析觸點(diǎn)容量的大小，若不夠時(shí)，必須加大繼電器容量或增加中間繼電器，否則工作不可靠。4、應(yīng)具有必要的保護(hù)環(huán)節(jié)控制電路在事故情況下，應(yīng)能保證操作人員、電氣設(shè)備、生產(chǎn)機(jī)械的安全，并能有效地制止事故的擴(kuò)大。為此，在控制電路中應(yīng)采取一定的保護(hù)措施，必要時(shí)還可設(shè)置相應(yīng)的指示信號(hào)。5、操作、維修方便控制電路應(yīng)從操作與維修人員的工作出發(fā)，力求操作簡(jiǎn)單、維修方便。

6、控制電路力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)在滿足工藝要求的前提下，控制電路應(yīng)力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。盡量選用標(biāo)準(zhǔn)電氣控制環(huán)節(jié)和電路，縮減電器的數(shù)量，采用標(biāo)準(zhǔn)件和盡可能選用相同型號(hào)的電器。

電氣控制系統(tǒng)在完成原理設(shè)計(jì)和電器元件選擇之后，下一步就是進(jìn)行電氣工藝設(shè)計(jì)并付之實(shí)施。主要有電氣控制設(shè)備總體布置，總接線圖設(shè)計(jì)，各部分的電器裝配圖與接線圖，各部分的元件目錄、進(jìn)出線號(hào)、主要材料清單及使用說(shuō)明書(shū)等。一、電氣設(shè)備的總體布置設(shè)計(jì)電氣設(shè)備總體布置設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)電氣控制原理圖，將控制系統(tǒng)按照一定要求劃分為若干個(gè)部件，再根據(jù)電氣設(shè)備的復(fù)雜程度，將每一部件劃分成若干單元，并根據(jù)接線關(guān)系整理出各部分的進(jìn)線和出線號(hào)，調(diào)整它們之間的連接方式。單元?jiǎng)澐值脑瓌t：（1）功能類(lèi)似的元件組合在一起。如按鈕、控制開(kāi)關(guān)、指示燈、指示儀表可以集中在操作臺(tái)上；接觸器、繼電器、熔斷器、控制變壓器等控制電器可以安裝在控制柜中。（2）接線關(guān)系密切的控制電器劃為同一單元，減少單元間的連線。（3）強(qiáng)弱電分開(kāi)，以防干擾。（4）需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護(hù)和易損元件組合在一起以便于檢查與調(diào)試。第三節(jié)電氣控制裝置的工藝設(shè)計(jì)電氣控制裝置的接線圖表示整套裝置的連接關(guān)系，繪制原則：（l）接線圖的繪制應(yīng)符合GB6988中5-86《電氣制圖接線圖和接線表》的規(guī)定。（2）在接線圖中，各電器元件的外形和相對(duì)位置要與實(shí)際安裝的相對(duì)位置一致。（3）電器元件及其接線座的標(biāo)注與電氣原理圖中標(biāo)注應(yīng)一致，采用同樣的文字符號(hào)和線號(hào)。項(xiàng)目代號(hào)、端子號(hào)及導(dǎo)線號(hào)的編制分別應(yīng)符合GB5904-85《電氣技術(shù)中的項(xiàng)目代號(hào)》、GB4026-83《電器接線端子的識(shí)別和用字母數(shù)字符號(hào)標(biāo)志接線端子的通則》及GB4884-85《絕緣導(dǎo)線標(biāo)記》等規(guī)定。（4）接線圖應(yīng)將同一電器元件的各帶電部分（如線圈、觸點(diǎn)等）畫(huà)在一起，并用細(xì)實(shí)線框住。（5）接線圖采用細(xì)線條繪制，應(yīng)清楚地表示出各電器元件的接線關(guān)系和接線去向。

接線圖的接線關(guān)系有兩種畫(huà)法：①直接接線法。②符號(hào)標(biāo)注接線法。三、繪制電氣控制裝置的接線圖

（6）接線圖中要標(biāo)注出各種導(dǎo)線的型號(hào)、規(guī)格、截面積和顏色。（7）接線端子板上各接線點(diǎn)按線號(hào)順序排列，并將動(dòng)力線、交流控制線、直流控制線分類(lèi)排開(kāi)。元件的進(jìn)出線除大截面導(dǎo)線外，都應(yīng)經(jīng)過(guò)接線板，不得直接進(jìn)出。

四、電控柜和非標(biāo)準(zhǔn)零件圖的設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單時(shí)，控制電器可以安裝在生產(chǎn)機(jī)械內(nèi)部，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜或操作需要時(shí)，都要有單獨(dú)的電氣控制柜。電氣控制柜設(shè)計(jì)要考慮以下幾方面問(wèn)題：（1）根據(jù)控制面板和控制柜內(nèi)各電器元件的數(shù)量確定電控柜總體尺寸。（2）電控柜結(jié)構(gòu)要緊湊、便于安裝、調(diào)整及維修、外形美觀，并與生產(chǎn)機(jī)械相匹配。（3）在柜體的適當(dāng)部位設(shè)計(jì)通風(fēng)孔或通風(fēng)槽，便于柜內(nèi)散熱。（4）應(yīng)設(shè)計(jì)起吊鉤或柜體底部帶活動(dòng)輪，便于電控柜的移動(dòng)。

電控柜結(jié)構(gòu)常設(shè)計(jì)成立式或工作臺(tái)式，小型控制設(shè)備則設(shè)計(jì)成臺(tái)式或懸掛式。電控柜的品種繁多，結(jié)構(gòu)各異。設(shè)計(jì)中要吸取各種型式的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出適合的電控柜。

非標(biāo)準(zhǔn)的電器安裝零件，如開(kāi)關(guān)支架、電氣安裝底板、控制柜的有機(jī)玻璃面板、扶手等，應(yīng)根據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)要求，繪制其零件圖。