【電氣(qi)控(kong)制(zhi)系(xi)統】電氣(qi)控(kong)制(zhi)系(xi)統設計的(de)一般原則和設計程序

電氣控制系統主要功能

為了保證一次設備運行的(de)可(ke)靠與安全，需要有(you)許多輔(fu)助電氣設備為之服務，能(neng)夠(gou)實現(xian)某(mou)項控制功能(neng)的(de)若干個電器組件(jian)的(de)組合，稱(cheng)為控制回路(lu)或二(er)次回路(lu)。這些設備要有(you)以下功能(neng)：

(1)自動(dong)控(kong)制功(gong)能。高(gao)壓和大電(dian)流開關設(she)備(bei)的體積是很大的，一(yi)般都采用操作系統來控(kong)制分、合閘，特別是當設(she)備(bei)出了故障時，需要(yao)開關自動(dong)切斷電(dian)路(lu)，要(yao)有一(yi)套(tao)自動(dong)控(kong)制的電(dian)氣操作設(she)備(bei)，對供電(dian)設(she)備(bei)進行(xing)自動(dong)控(kong)制。

(2)保(bao)護(hu)功能。電(dian)氣設備(bei)與線路在運(yun)行過程(cheng)中會(hui)發生故障，電(dian)流(liu)(或(huo)電(dian)壓)會超過(guo)設(she)備與線路(lu)允許工作的范圍與限度，這就需要(yao)一套檢測這些故(gu)障信號并對設(she)備和線路(lu)進行自動(dong)調整(斷開、切換(huan)等)的保護設備。

(3)監(jian)視(shi)功能(neng)。電(dian)(dian)是眼睛看(kan)不(bu)見的，一臺設(she)備(bei)是否帶(dai)電(dian)(dian)或斷電(dian)(dian)，從外表(biao)看(kan)無法分辨，這就需要設(she)置(zhi)各種視(shi)聽信號，如(ru)燈(deng)光和音響等，對一次設(she)備(bei)進行電(dian)(dian)氣監(jian)視(shi)。

(4)測量(liang)功能。燈光和(he)音響(xiang)信號(hao)只能定性地表(biao)明設備的工作狀態(有(you)電或斷(duan)電)，如果想(xiang)定量地知道電(dian)氣設(she)備的工作情(qing)況，還需(xu)要(yao)有各種儀表測量設(she)備，測量線路的各種參數(shu)，如電(dian)壓、電(dian)流、頻(pin)率(lv)和功率(lv)的大小等(deng)。

在設備(bei)操作(zuo)與監視當中(zhong)，傳統的(de)操作(zuo)組件、控(kong)制電(dian)器、儀(yi)表(biao)和信號(hao)等設備(bei)大多可被電(dian)腦控(kong)制系(xi)統及電(dian)子組件所取代，但在小型設備(bei)和就地局部控(kong)制的(de)電(dian)路中(zhong)仍有一定的(de)應用范圍。這也都(dou)是電(dian)路實現微機自動(dong)化控(kong)制的(de)基礎。

電氣控制系統系統組成

常用的控(kong)制線路的基本回(hui)路由(you)以下(xia)幾部分(fen)組成。

(1)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)(dian)(dian)回路。供(gong)電(dian)(dian)(dian)回路的供(gong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)有(you)交(jiao)流(liu)AC380V、220V和直流24V等多種。

(2)保護回路。保護(輔助(zhu))回路的工作電(dian)源有單相220（交流）、36V（直(zhi)流）或直(zhi)流220（交流）、24V（直流(liu)(liu)）等(deng)多種，對電氣設備(bei)和線路進行短路、過載(zai)和失(shi)(shi)壓(ya)等(deng)各種保(bao)護，由熔(rong)斷器、熱繼電器、失(shi)(shi)壓(ya)線圈、整流(liu)(liu)組件(jian)和穩壓(ya)組件(jian)等(deng)保(bao)護組件(jian)組成。

(3)信(xin)號回(hui)路。能及(ji)時(shi)反映或顯示(shi)設備和線路正常與非正常工作狀態信(xin)息的(de)回(hui)路，如不(bu)同顏(yan)色(se)的(de)信(xin)號燈，不(bu)同聲(sheng)響的(de)音響設備等。

(4)自(zi)動(dong)(dong)(dong)與手(shou)動(dong)(dong)(dong)回(hui)路(lu)。電氣設備為(wei)了提高工作(zuo)效(xiao)率，一般都設有自(zi)動(dong)(dong)(dong)環節(jie)，但在安(an)裝、調試及緊急事故的處(chu)理中，控制線路(lu)中還(huan)需要設置手(shou)動(dong)(dong)(dong)環節(jie)，用(yong)于(yu)調試。通過組合開(kai)關或轉(zhuan)換開(kai)關等實現(xian)自(zi)動(dong)(dong)(dong)與手(shou)動(dong)(dong)(dong)方式的轉(zhuan)換。

(5)制動(dong)停車回路。切斷電(dian)路的供電(dian)電(dian)源，并采取某些制動(dong)措施(shi)，使電(dian)動(dong)機迅速(su)停車的控制環節，如能耗制動(dong)、電(dian)源反接制動(dong)，倒拉反接制動(dong)和再(zai)生(sheng)發電(dian)制動(dong)等。

(6)自鎖及閉鎖回路(lu)。啟(qi)動(dong)(dong)按鈕松開(kai)后，線(xian)路(lu)保(bao)持通(tong)電(dian)，電(dian)氣設備(bei)能繼續工作的(de)(de)電(dian)氣環節(jie)叫(jiao)自鎖環節(jie)，如(ru)接觸器的(de)(de)動(dong)(dong)合觸點串聯在線(xian)圈電(dian)路(lu)中。兩臺(tai)或兩臺(tai)以上的(de)(de)電(dian)氣裝置(zhi)和組件(jian)，為了保(bao)證設備(bei)運行的(de)(de)安全與(yu)可靠，只能一(yi)臺(tai)通(tong)電(dian)啟(qi)動(dong)(dong)，另一(yi)臺(tai)不能通(tong)電(dian)啟(qi)動(dong)(dong)的(de)(de)保(bao)護環節(jie)，叫(jiao)閉鎖環節(jie)。如(ru)：兩個(ge)接觸器的(de)(de)動(dong)(dong)斷(duan)觸點分別串聯在對方線(xian)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

生產(chan)(chan)機(ji)械(xie)電(dian)(dian)(dian)氣(qi)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)的設(she)計(ji)(ji)，包含兩(liang)個(ge)基本內容：一(yi)個(ge)是原理設(she)計(ji)(ji)，即要(yao)(yao)滿足生產(chan)(chan)機(ji)械(xie)和工藝的各種控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)要(yao)(yao)求，另一(yi)個(ge)是工藝設(she)計(ji)(ji)，即要(yao)(yao)滿足電(dian)(dian)(dian)氣(qi)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)裝置本身的制(zhi)(zhi)(zhi)造、使(shi)(shi)用和維修的需(xu)要(yao)(yao)。原理設(she)計(ji)(ji)決定(ding)著(zhu)生產(chan)(chan)機(ji)械(xie)設(she)備(bei)的合(he)理性(xing)與(yu)先進性(xing)，工藝設(she)計(ji)(ji)決定(ding)電(dian)(dian)(dian)氣(qi)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)是否具有生產(chan)(chan)可(ke)行性(xing)、經濟性(xing)、美觀、使(shi)(shi)用維修方(fang)便等特點，所以電(dian)(dian)(dian)氣(qi)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)設(she)計(ji)(ji)要(yao)(yao)全面(mian)考慮(lv)兩(liang)方(fang)面(mian)的內容。在熟練掌握典型環(huan)節控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)路、具有對(dui)一(yi)般電(dian)(dian)(dian)氣(qi)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)路分析(xi)能(neng)力之后(hou)，設(she)計(ji)(ji)者應能(neng)舉一(yi)反三，對(dui)受控(kong)(kong)(kong)生產(chan)(chan)機(ji)械(xie)進行電(dian)(dian)(dian)氣(qi)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)的設(she)計(ji)(ji)并提供一(yi)套完整的技術(shu)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(sheng)產機械種類繁多，其電氣控制方(fang)案各(ge)異(yi)，但(dan)電氣控制系統的(de)設(she)(she)計(ji)(ji)原(yuan)則和(he)設(she)(she)計(ji)(ji)方(fang)法基(ji)本(ben)相同。設(she)(she)計(ji)(ji)工(gong)作的(de)首要問題是(shi)樹立正確的(de)設(she)(she)計(ji)(ji)思(si)想(xiang)和(he)工(gong)程實踐的(de)觀點(dian)，它是(shi)高質(zhi)量完成設(she)(she)計(ji)(ji)任務的(de)基(ji)本(ben)保(bao)證。

一、電氣控制系統設計的一般原則

1．最大限(xian)度地滿足生產機械和生產工藝對電氣控(kong)制系(xi)統的要(yao)求(qiu)。電氣控(kong)制系(xi)統設計的依據主要(yao)來源于生產機械和生產工藝的要(yao)求(qiu)。

2．設計方案要合理。在滿足(zu)控(kong)制要求的前提(ti)下，設計方案應力(li)求簡單(dan)、經(jing)濟、便于操作和(he)維修，不要盲目追求高指標和(he)自(zi)動化。

3．機(ji)(ji)械(xie)設(she)計與電氣設(she)計應相(xiang)互配合。許(xu)多生(sheng)產機(ji)(ji)械(xie)采用機(ji)(ji)電結合控(kong)制(zhi)(zhi)的方(fang)式來實現控(kong)制(zhi)(zhi)要(yao)求，因此要(yao)從工(gong)藝要(yao)求、制(zhi)(zhi)造(zao)成(cheng)本、結構復雜性、使用維護方(fang)便等方(fang)面協調處理好機(ji)(ji)械(xie)和電氣的關系。

4．確保控制系統(tong)安全可靠地工作。

二、電氣控制系統設計的基本任務、內容

電氣(qi)(qi)控(kong)(kong)制(zhi)系統設(she)計的(de)基(ji)本任務是(shi)根據(ju)控(kong)(kong)制(zhi)要求(qiu)設(she)計、編(bian)制(zhi)出(chu)設(she)備制(zhi)造和(he)使用維修過程中所必須的(de)圖(tu)(tu)紙(zhi)、資料等(deng)。圖(tu)(tu)紙(zhi)包括電氣(qi)(qi)原理(li)圖(tu)(tu)、電氣(qi)(qi)系統的(de)組(zu)件(jian)劃分圖(tu)(tu)、元器件(jian)布置(zhi)圖(tu)(tu)、安裝(zhuang)接(jie)線圖(tu)(tu)、電氣(qi)(qi)箱圖(tu)(tu)、控(kong)(kong)制(zhi)面板圖(tu)(tu)、電器元件(jian)安裝(zhuang)底板圖(tu)(tu)和(he)非(fei)標準(zhun)件(jian)加(jia)工圖(tu)(tu)等(deng)，另外還(huan)要編(bian)制(zhi)外購件(jian)目錄、單臺(tai)材料消耗清單、設(she)備說明書(shu)等(deng)文字資料。

電氣控(kong)制系統設(she)計(ji)(ji)的內容主(zhu)要包含原(yuan)理設(she)計(ji)(ji)與工藝設(she)計(ji)(ji)兩個部分，以電力(li)拖動控(kong)制設(she)備為例，設(she)計(ji)(ji)內容主(zhu)要有：

1、原理設計內容

電(dian)氣控制(zhi)系(xi)統原(yuan)理設(she)計的(de)主(zhu)要內容包括：

（l）擬訂電氣設計任務書。

（2）確(que)定電(dian)力拖動方案(an)，選(xuan)擇電(dian)動機。

（3）設計(ji)電氣控(kong)制原理圖(tu)，計(ji)算(suan)主要技術(shu)參(can)數。

（4）選擇電器元(yuan)件，制訂(ding)元(yuan)器件明細(xi)表。

（5）編寫設計說明(ming)書(shu)。

電氣原理圖(tu)是整個設計的中心(xin)環節，它為工藝設計和制訂其他技(ji)術(shu)資料(liao)提供依據。

2、工藝設計內容

進行(xing)工藝(yi)設(she)(she)計(ji)主(zhu)要是為(wei)了便于(yu)組織電氣控制系統的(de)(de)制造，從而實現原(yuan)理設(she)(she)計(ji)提出的(de)(de)各項(xiang)技術指標，并為(wei)設(she)(she)備的(de)(de)調試、維護(hu)與使(shi)用提供相關的(de)(de)圖(tu)紙資料。工藝(yi)設(she)(she)計(ji)的(de)(de)主(zhu)要內容(rong)有：

（l）設計電(dian)氣總(zong)布置圖、總(zong)安(an)裝圖與總(zong)接線(xian)圖。

（2）設計組件布置圖(tu)、安(an)裝圖(tu)和接線圖(tu)。

（3）設(she)計電氣箱、操作臺及非標準元件(jian)。

（4）列出元件清單。

（5）編寫使用維護(hu)說明書(shu)。

三、電氣控制系統設計的一般步驟

1、擬訂設計任務書

設計任(ren)務(wu)(wu)(wu)書(shu)是整個電氣控制(zhi)系統的(de)設計依(yi)據(ju)(ju)，又是設備(bei)竣(jun)工驗(yan)收的(de)依(yi)據(ju)(ju)。設計任(ren)務(wu)(wu)(wu)的(de)擬(ni)定一般(ban)由技術領導部門(men)(men)、設備(bei)使(shi)用部門(men)(men)和任(ren)務(wu)(wu)(wu)設計部門(men)(men)等(deng)幾(ji)方面共同完(wan)成的(de)。

電氣控(kong)制(zhi)系統的設計任(ren)務書中，主(zhu)要(yao)包括以下內容(rong)：

（1）設備名稱、用途、基本結構、動作(zuo)要求及工藝過程介紹。

（2）電力拖動(dong)的方式及控制要求(qiu)等。

（3）聯鎖、保(bao)護要求。

（4）自動化程度、穩定性(xing)及抗干擾要(yao)求。

（5）操作臺、照明、信號指示、報警(jing)方式(shi)等要求。

（6）設備(bei)驗收標準。

（7）其它(ta)要(yao)求。

2、確定電力拖動方案

電力拖(tuo)動方案選擇是電氣控制系統設(she)計的主要內(nei)容之(zhi)一，也是以(yi)后各部分(fen)設(she)計內(nei)容的基(ji)礎和先決(jue)條件。

所謂電力(li)拖動(dong)方(fang)案(an)是指(zhi)根據(ju)零件加工精度、加工效率要(yao)求(qiu)、生(sheng)產機械(xie)的(de)結(jie)構、運動(dong)部(bu)件的(de)數量(liang)、運動(dong)要(yao)求(qiu)、負載性質、調(diao)速(su)要(yao)求(qiu)以(yi)及投資(zi)額(e)等(deng)(deng)條件去(qu)確定電動(dong)機的(de)類型、數量(liang)、傳(chuan)動(dong)方(fang)式以(yi)及擬訂(ding)電動(dong)機起動(dong)、運行(xing)、調(diao)速(su)、轉向、制(zhi)動(dong)等(deng)(deng)控制(zhi)要(yao)求(qiu)。

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(dian)力拖(tuo)動(dong)方式分(fen)獨立(li)拖(tuo)動(dong)和集(ji)中(zhong)拖(tuo)動(dong)。電(dian)氣傳動(dong)的趨勢是多(duo)電(dian)動(dong)機(ji)拖(tuo)動(dong)，這不僅能縮短機(ji)械(xie)傳動(dong)鏈，提高傳動(dong)效率，而(er)且(qie)能簡化總體結構，便于實現自動(dong)化。具(ju)體選擇時，可根(gen)據工藝與結構決(jue)定電(dian)動(dong)機(ji)的數量。

（2）調速方案的選擇

大型(xing)、重型(xing)設備的主運動和進給運動，應盡可(ke)能采用(yong)無(wu)級(ji)調速，有(you)(you)利于簡化機(ji)械結構、降低成本；精密機(ji)械設備為保證加工精度也(ye)應采用(yong)無(wu)級(ji)調速；對于一般中小(xiao)型(xing)設備，在沒有(you)(you)特(te)殊(shu)要求(qiu)時，可(ke)選(xuan)用(yong)經濟、簡單、可(ke)靠的三相籠型(xing)異步電動機(ji)。

（3）電動機調速性質要與負載特性適應

對于恒功率負(fu)載(zai)(zai)和恒轉矩負(fu)載(zai)(zai)，在(zai)選擇(ze)電(dian)動(dong)機調速方案時，要使(shi)電(dian)動(dong)機的調速特性與生(sheng)產機械(xie)的負(fu)載(zai)(zai)特性相適應，這(zhe)樣(yang)可(ke)以使(shi)電(dian)動(dong)機得到充分合理的應用。

3、拖動電動機的選擇

電動(dong)機的選擇主要(yao)有電動(dong)機的類型(xing)(xing)、結(jie)構型(xing)(xing)式、容量、額定電壓(ya)與額定轉速。

電動機選(xuan)擇(ze)的(de)基(ji)本(ben)原則是：

（1）根據生產機(ji)械(xie)調速的要求(qiu)選擇電動機(ji)的種類。

（2）工作過程中電動機容量要得到充分利用。

（3）根據(ju)工作(zuo)環境選擇(ze)電(dian)動機的結構型式(shi)。

應(ying)該強調，在滿足設計要求情況下優先考慮采用(yong)(yong)結(jie)構簡單，價格便宜(yi)，使用(yong)(yong)維護(hu)方(fang)便的三相(xiang)交流異(yi)步電動機。

正確(que)選擇(ze)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)容量是(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)選擇(ze)中的(de)關鍵問題。電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)容量計算(suan)有兩種方(fang)法(fa)(fa)，一種是(shi)(shi)分析計算(suan)法(fa)(fa)，另一種是(shi)(shi)統計類比法(fa)(fa)。分析計算(suan)法(fa)(fa)是(shi)(shi)按(an)照機(ji)械功率估計電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)的(de)工作情況(kuang)，預選一臺(tai)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)，然后按(an)照電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)實際(ji)負載情況(kuang)做出負載圖，根(gen)據負載圖校驗溫升情況(kuang)，確(que)定(ding)預選電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)是(shi)(shi)否合(he)適(shi)，不合(he)適(shi)時再(zai)重新選擇(ze)，直(zhi)到電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)合(he)適(shi)為止。

電(dian)動(dong)機(ji)容量(liang)的分析計算在有(you)關論著中(zhong)有(you)詳細介紹(shao)，這里不再重復。

在比較(jiao)簡單、無特殊要求、生(sheng)產數量又不多的電(dian)力拖動系(xi)統中，電(dian)動機容量的選(xuan)擇(ze)往往采用(yong)(yong)統計類比法(fa)，或者(zhe)根據經驗采用(yong)(yong)工程(cheng)估算的方(fang)法(fa)來選(xuan)用(yong)(yong)，通(tong)常選(xuan)擇(ze)較(jiao)大的容量，預留一定的裕量。

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(kong)制、CNC控(kong)制(zhi)、計算機網絡(luo)控(kong)制(zhi)等方(fang)面發展，控(kong)制(zhi)方(fang)式越來越多。控(kong)制(zhi)方(fang)式的選擇應在(zai)經濟(ji)、安全的前提(ti)下，最大限度地滿(man)足工(gong)藝的要求。

5、設計電氣控制原(yuan)理圖，并合理選用元(yuan)器件，編制元(yuan)器件明細表。

6、設計電氣設備(bei)的各種(zhong)施工圖紙。

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

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