单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,电气控制与,PLC,*,第四章,电气控制系统的设计,4.1,电气控制系统设计的基本内容,4.1.1 电气控制系统设计的基本内容,电气控制系统设计的,基本内容,就是根据电气设备的控制要求，设计和编制电气图样和资料。电气图样包括电气控制原理图、电器元件布置图、电气安装接线图及控制面板图等。设计资料包括外购件清单、材料消耗清单和电气设备说明书等。,设计的主要内容则是：电气控制原理图设计和电气工艺设计,。,1电气原理图设计内容,（,1,）确定电力拖动方案。,（,2,）选择电动机的类型、容量及转速，并选择具体型号。,（,3,）设计电气控制的原理框图，确定各部分之间的关系，拟订各部分的技术要求。,（,4,）设计并绘制电气原理图，计算主要技术参数。,（,5,）选择电器元件，制定电机和电器元件明细表。,（6）编写设计说明书。,11/17/2024,第四章 电气控制系统的设计 4.1 电气控制系统设计的基,1,2,电气工艺设计内容,（,1,）根据已设计好的电气原理图及选定的电器元件，设计电气设备的总体配置，绘制电气控制系统的总装配图及总接线图。总图应反映出电动机、执行电器、电气箱各组件、操作台布置、电源以及检测元件的分布情况和各部分之间的接线关系及联接方式，以供总体装配、调试以及日常维护使用。,（,2,）按照原理框图或划分的组件，对总原理图进行编号，绘制各组件原理电路图，列出各组件的元件目录表，并根据总图编号标出各组件的进出线号。,（,3,）根据组件原理电路图及选定的元件目录表，设计各组件的电器装配图（包括电器元件布置图和安装图）、接线图，图中要反映出各电器元件的安装方式和接线方式。这部分资料是组件装配和生产管理的依据。,（,4,）根据组件的安装要求，绘制零件图纸，这些图纸是机械加工的技术资料。,（,5,）设计电气箱，根据组件的尺寸及安装要求，确定电气箱的结构与外形尺寸，设置安装支架，标明安装方式，各组件的连接方式，通风散热及开门方式等。,（,6,）根据总原理图、总装配图及各组件原理图等资料，列出外购件清单、标准件清单及主要材料消耗定额等。这些是生产管理和成本核算必备的技术资料。,（,7,）编写电气设备使用说明书。,11/17/2024,2电气工艺设计内容10/6/2023,2,4.1.2 电力拖动方案确定的原则,1,拖动方式的选择,电力拖动方式有单独拖动和集中拖动两种。电气传动发展的趋向是电动机逐步接近工作机构，形成多电动机的拖动方式。在具体选择时，应根据工艺及结构具体情况决定电动机的数量。,2调速方案的选择,各种生产机械往往要求具有一定的调速范围和调速精度，为此，应选用不同的调速方案，如采用机械变速、多速电动机变速、变频调速等。,3电动机调速性质应与负载特性相适应,机械设备的各个工作机构，具有各自不同的负载特性，如机床的主运动为恒功率负载，而进给运动为恒转矩负载。在选择电动机调速方案时，要使电动机的调速性质与生产机械的负载特性相适应，以使电动机获得充分合理的使用。,11/17/2024,4.1.2 电力拖动方案确定的原则 10/6/2023,3,4.2,电气原理图的设计方法与步骤,4.2.1 电气原理图的设计方法,1,经验设计法,经验设计法又称分析设计法，是根据生产工艺要求和生产过程，选用适当的基本控制环节，综合成所需要的电气控制线路。如没有现成的典型环节可使用，可根据实际经验自行设计，边分析边画图，通过反复修改设计以得到最佳的设计方案。,2,逻辑设计法,逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来设计电气控制线路。从生产机械设备的工艺要求出发，将控制电路中的接触器、继电器等电器元件线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，以及主令元件的接通与断开等看成是逻辑变量，根据控制线路中各逻辑变量之间所要满足的逻辑关系，按照一定的方法和步骤设计出符合生产工艺要求的电气控制线路。,11/17/2024,4.2 电气原理图的设计方法与步骤 10/6/2023,4,4.2.2 经验设计法的基本步骤,1、设计主电路,主要考虑电动机的启动、正反转、调速和制动等。,、设计控制电路,主要是设计满足各电动机的运转功能和工作状态相对应的控制线路，以及满足执行元件实现规定动作相适应的指令信号的控制线路。,、设计联锁保护环节,主要考虑如何完善整个控制线路的设计，包括各种联锁环节以及短路、过载、失压等保护环节。,、线路的综合审查,反复审查所设计电路的工作情况，对复杂电路应进行模拟试验，发现问题及时修改，直到电路动作准确无误，满足生产工艺要求为止。,11/17/2024,4.2.2 经验设计法的基本步骤 10/6/2023,5,4.2.3 经验设计法举例,某机床有左、右两个铣削动力头，各由一台交流电动机拖动；另外有一个安装工件的滑台，由另一台交流电动机拖动。加工工艺要求是滑台先快速移动，到达加工位置后，自动变为慢速进给，进给到指定位置后自动停止，再由操作者发出指令使滑台快速返回，回到原位后自动停车。要求两动力头在滑台电动机正向起动后才能起动，在滑台电动机正向停车时也停车。,1,主电路设计,动力头拖动电动机只要求单方向旋转，为使两台电动机同步起动，可用一只接触器,KM3,控制。滑台拖动电动机需要正反转，可用两只接触器,KM1,、,KM2,控制。滑台的快速移动由电磁铁,YA,改变机械传动链来实现，由接触器,KM4,来控制。三台电动机共用一个熔断器来做短路保护，分别用三个热继电器来做过载保护。主电路如图,4-1,所示。,11/17/2024,4.2.3 经验设计法举例 10/6/2023,6,11/17/2024,10/6/2023,7,2,控制电路设计,滑台电动机的正反转分别用两个按钮,SB1,和,SB2,控制，停车则分别用,SB3,和,SB4,控制。由于动力头电动机在滑台电动机正转后起动，停车时也停车，故可用接触器,KM1,的常开辅助触点控制,KM3,的线圈，如图,4-2(a),所示。,滑台的快速移动采用电磁铁,YA,通电时改变凸轮的变速比来实现。滑台的快速前进与返回分别用,KM1,和,KM2,的辅助触点控制,KM4,，再由,KM4,触点去通断电磁铁,YA,。滑台快速前进到加工位置时，要求慢速进给，因而在,KM1,触点控制,KM4,线圈的支路上串联行程开关,SQ3,的常闭触点，此部分电路如图,4-2(b),所示。,11/17/2024,2控制电路设计 10/6/2023,8,图,4-2,控制电路草图,11/17/2024,图4-2 控制电路草图 10/6/2023,9,3,联锁与保护环节设计,用行程开关,SQ1,的常闭触点控制滑台慢速进给到位时的停车；用行程开关,SQ2,的常闭触点控制滑台快速返回到原位时的自动停车。接触器,KM1,和,KM2,之间应有电气互锁。三个热继电器的常闭触点串联作过载保护。完整的控制电路如图,4-3,所示。,11/17/2024,3联锁与保护环节设计 10/6/2023,10,4,电路的完善,图,4-3,中用了三个,KM1,的常开辅助触点，而一般的接触器只有两个常开辅助触点，所以必须进行修改。分析电路的工作情况可知，,KM3,的常开辅助触点完全可以代替,KM1,的常开辅助触点去控制电磁铁,YA,，修改后的电路如图,4-4,所示。,11/17/2024,4电路的完善 10/6/2023,11,4.2.4 设计控制线路时应注意的问题,1,尽量减少连接导线,设计控制电路时，应根据实际环境情况，合理考虑安排各种电气设备和电器元件的位置及实际连线，以保证它们之间的连接导线的数量最少，导线的长度最短。如图,4-5(a),是不合理的。因为按钮装在操作台上，接触器装在电气柜内，这样接线就需要由电气柜二次引出连接线到操作台上，所以一般都将启动按钮和停止按钮直接连接，就可以减少一次引出线，如图,4-5(b),所示。,11/17/2024,4.2.4 设计控制线路时应注意的问题 10/6/2023,12,2,正确连接电器元件的触点,同一电器元件的常开和常闭触点靠的很近，如果分别接在电源的不同相上，如图,4-6(a),所示的限位开关,SQ,的常开和常闭触点，常开触点接在电源的一相，常闭触点接在电源的另一相上，当触点断开产生电弧时，可能会在两触点间形成飞弧造成电源短路。若改成图,4-6(b),的形式，由于两触点间的电位相同，则不会造成电源短路。因此，设计控制线路时，应使分布,在线路不同位置的同一电器触点尽量,接到同一个极或共接同一等电位点，,以避免在电器触点上引起短路。,11/17/2024,2正确连接电器元件的触点 10/6/2023,13,3,正确连接电器的线圈,电压线圈不允许串联使用，即使外加电压是两个线圈额定电压之和也不可以，如图,4-7(a),所示。若需要两个电器元件同时工作，其线圈应并联连接。,两电感量相差悬殊的电压线圈不能直接并联。如图,4-7(b),中的直流电磁铁,YA,与继电器,KA,并联，在接通电源时可正常工作，但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大很多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产生的自感电势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继电器的误动作。为此，解决方法可各用一个接触器的触点来控制，如图,4-7(c),所示。,11/17/2024,3正确连接电器的线圈 10/6/2023,14,4,避免出现寄生电路,在控制电路运行中，由正常操作而产生意外接通的电路称为,寄生电路,。如图,4-8,所示是,一个具有指示灯和过载保护的电动机正反向控制电路。正常工作时，能完成正反向启,动、停止和信号指示。,但当热继电器,FR,动作,时，线路中就会出现,图中虚线所示的寄生,电路，使接触器不能,可靠释放，起不到保,护作用。若将,FR,常闭,触点移接到,SB1,上端,就可避免寄生电路。,11/17/2024,4避免出现寄生电路 10/6/2023,15,5,尽量减少电器元件的数量、选用标准件和相同型号的电器,尽量减少不必要的触点以简化线路，提高线路工作的可靠性。如图,4-9(a),的线路改成图,4-9(b),后可减少一个触点。,11/17/2024,5尽量减少电器元件的数量、选用标准件和相同型号的电器 10,16,6,多个电器的依次动作问题,在控制线路中应尽量避免许多电器元件依次动作才能接通另一个电器元件的线路。,7,可逆线路的联锁,在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器之间要有电气联锁和机械联锁。,8,要有完善的保护措施,在电气控制线路中，为保证操作人员、电气设备及生产机械的安全，一定要有完善的保护措施。常用的保护有漏电流、短路、过载、过流、失压等环节，有时还设有合闸、断开、事故和安全等必须的指示信号。,11/17/2024,6多个电器的依次动作问题 10/6/2023,17,4.3,电路设计中元器件的选择,4.3.1 电动机的选择,电动机是生产机械电力拖动系统的拖动元件，选择电动机时，主要应考虑电动机的功率、结构型式、额定转速和额定电压等。,1,电动机功率的选择,选择电动机功率的依据是,负载功率,。电动机功率选得过大，设备投资大将造成浪费，同时由于电动机欠载运行，会导致效率和功率因数降低，运行费用也会提高。反之，功率选得过小，电动机过载运行，会使电动机寿命降低。,当主拖动和进给拖动用一台电动机拖动时，应按主拖动电动机的功率计算。若采用单独的进给拖动电动机，且具有快速移动功能时，应按快速移动所需功率来计算。快速移动所需功率一般按经验数据来选择，可查阅有关资料。,11/17/2024,4.3 电路设计中元器件的选择 10/6/2023,18,2,电动机结构型式的选择,电动机的结构型式按其安装方式的不同可分为卧式（轴是水平的）和立式（轴是垂直的）。以电动机与工作机构的连接方便、紧凑为原则来选择，如立式钻床、龙门铣等机床的主轴都是垂直于工作台的，所以采用立式电动机更为合适。,电动机具有不同的防护方式，如开启式、防护式、封闭式和防爆式等，具体要根据电动机的工