【電(dian)氣控制系統】電(dian)氣控制系統設計(ji)的一般原則和(he)設計(ji)程序

電氣控制系統主要功能

為(wei)了(le)保證一次設備(bei)運行的(de)(de)可靠與安全，需要有(you)許多輔助電(dian)氣設備(bei)為(wei)之服務，能夠實現某項控(kong)制功(gong)能的(de)(de)若干個電(dian)器(qi)組件的(de)(de)組合(he)，稱(cheng)為(wei)控(kong)制回路(lu)或二次回路(lu)。這些設備(bei)要有(you)以下功(gong)能：

(1)自(zi)動(dong)控(kong)制功能。高壓和大(da)電(dian)流開關設(she)備的體積是很大(da)的，一般都采(cai)用操作系統來控(kong)制分(fen)、合閘，特別是當設(she)備出了故(gu)障時，需要開關自(zi)動(dong)切(qie)斷電(dian)路，要有一套自(zi)動(dong)控(kong)制的電(dian)氣操作設(she)備，對供電(dian)設(she)備進行自(zi)動(dong)控(kong)制。

(2)保(bao)護(hu)功(gong)能。電氣設備與線路(lu)在運(yun)行過程(cheng)中會發生(sheng)故障，電流(或電(dian)壓(ya))會超過設(she)備(bei)與線(xian)路允許工作的(de)范圍與限(xian)度，這就需要(yao)一(yi)套檢(jian)測這些故(gu)障信號并(bing)對設(she)備(bei)和(he)線(xian)路進行自動(dong)調整(zheng)(斷開(kai)、切換等)的保護(hu)設(she)備。

(3)監視(shi)(shi)功能。電(dian)(dian)是眼睛看不見(jian)的，一臺設(she)備(bei)是否帶電(dian)(dian)或斷電(dian)(dian)，從外表看無法分辨，這就需要(yao)設(she)置各種視(shi)(shi)聽信(xin)號，如(ru)燈(deng)光和音(yin)響(xiang)等(deng)，對(dui)一次設(she)備(bei)進行電(dian)(dian)氣監視(shi)(shi)。

(4)測(ce)量功(gong)能。燈光和音響信號只能定性地表明設備的工作狀態(有電或斷電)，如果想定(ding)量(liang)地知道電氣設備的工作情況，還需要有各種儀表(biao)測量(liang)設備，測量(liang)線(xian)路的各種參數(shu)，如電壓、電流、頻(pin)率(lv)和功率(lv)的大小等。

在設(she)備(bei)操作(zuo)與監視當中(zhong)，傳統的(de)操作(zuo)組件、控(kong)(kong)制(zhi)電(dian)器(qi)、儀表和(he)信(xin)號(hao)等設(she)備(bei)大(da)多可被電(dian)腦控(kong)(kong)制(zhi)系統及(ji)電(dian)子組件所取代，但在小(xiao)型設(she)備(bei)和(he)就地局部控(kong)(kong)制(zhi)的(de)電(dian)路中(zhong)仍(reng)有一(yi)定的(de)應用范圍。這也都是電(dian)路實現微機自動化(hua)控(kong)(kong)制(zhi)的(de)基(ji)礎。

電氣控制系統系統組成

常(chang)用的控制線(xian)路的基本回路由以下幾部分組成。

(1)電(dian)源(yuan)供電(dian)回路。供電(dian)回路的(de)供電(dian)電(dian)源(yuan)有交流(liu)AC380V、220V和直流24V等多(duo)種。

(2)保護(hu)回路。保護(hu)(輔助)回路(lu)的工作電(dian)源(yuan)有單相220（交流(liu)）、36V（直流）或直流220（交流(liu)）、24V（直流(liu)）等(deng)多種，對電(dian)(dian)氣設備和(he)(he)線(xian)路(lu)進行(xing)短路(lu)、過(guo)載(zai)和(he)(he)失壓(ya)等(deng)各種保護，由熔斷器、熱繼(ji)電(dian)(dian)器、失壓(ya)線(xian)圈、整流(liu)組(zu)(zu)(zu)件(jian)和(he)(he)穩(wen)壓(ya)組(zu)(zu)(zu)件(jian)等(deng)保護組(zu)(zu)(zu)件(jian)組(zu)(zu)(zu)成。

(3)信(xin)(xin)號回(hui)路。能及時反映或顯示設(she)備(bei)和線路正常(chang)與非正常(chang)工(gong)作狀態(tai)信(xin)(xin)息的(de)回(hui)路，如不同顏色的(de)信(xin)(xin)號燈(deng)，不同聲響(xiang)的(de)音響(xiang)設(she)備(bei)等(deng)。

(4)自動(dong)(dong)與手(shou)動(dong)(dong)回路(lu)(lu)。電氣設備為了提(ti)高工作效率，一般都設有自動(dong)(dong)環(huan)節，但在安(an)裝、調(diao)試及(ji)緊急事(shi)故的處理中，控制線路(lu)(lu)中還需要設置手(shou)動(dong)(dong)環(huan)節，用于(yu)調(diao)試。通過組合開關(guan)或轉(zhuan)換(huan)開關(guan)等(deng)實現自動(dong)(dong)與手(shou)動(dong)(dong)方式(shi)的轉(zhuan)換(huan)。

(5)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)動(dong)(dong)停(ting)車(che)回路。切斷(duan)電路的供電電源(yuan)，并采取某些制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)動(dong)(dong)措(cuo)施，使(shi)電動(dong)(dong)機迅(xun)速停(ting)車(che)的控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)環(huan)節，如能(neng)耗制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)動(dong)(dong)、電源(yuan)反(fan)(fan)接制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)動(dong)(dong)，倒(dao)拉反(fan)(fan)接制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)動(dong)(dong)和(he)再生發電制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)動(dong)(dong)等。

(6)自(zi)鎖(suo)(suo)及閉(bi)鎖(suo)(suo)回路(lu)。啟(qi)動(dong)(dong)按(an)鈕松開后，線路(lu)保(bao)持通電(dian)，電(dian)氣設備(bei)能(neng)繼續(xu)工(gong)作的(de)電(dian)氣環(huan)節(jie)(jie)叫自(zi)鎖(suo)(suo)環(huan)節(jie)(jie)，如接觸(chu)(chu)器(qi)的(de)動(dong)(dong)合觸(chu)(chu)點串(chuan)聯(lian)在線圈(quan)(quan)電(dian)路(lu)中。兩(liang)臺或兩(liang)臺以(yi)上的(de)電(dian)氣裝置和組(zu)件，為(wei)了保(bao)證設備(bei)運行的(de)安全與(yu)可靠，只(zhi)能(neng)一臺通電(dian)啟(qi)動(dong)(dong)，另一臺不能(neng)通電(dian)啟(qi)動(dong)(dong)的(de)保(bao)護環(huan)節(jie)(jie)，叫閉(bi)鎖(suo)(suo)環(huan)節(jie)(jie)。如：兩(liang)個接觸(chu)(chu)器(qi)的(de)動(dong)(dong)斷觸(chu)(chu)點分(fen)別(bie)串(chuan)聯(lian)在對方線圈(quan)(quan)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(sheng)產機械(xie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)控制(zhi)(zhi)系(xi)統的設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)，包含兩個基本內容(rong)：一個是(shi)(shi)原理(li)(li)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)，即要(yao)滿足生(sheng)產機械(xie)和工(gong)藝的各種控制(zhi)(zhi)要(yao)求，另一個是(shi)(shi)工(gong)藝設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)，即要(yao)滿足電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)控制(zhi)(zhi)裝置本身的制(zhi)(zhi)造、使(shi)用和維修的需要(yao)。原理(li)(li)設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)決(jue)定著生(sheng)產機械(xie)設(she)(she)(she)(she)備的合理(li)(li)性(xing)與先進性(xing)，工(gong)藝設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)決(jue)定電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)控制(zhi)(zhi)系(xi)統是(shi)(shi)否(fou)具(ju)有生(sheng)產可行(xing)性(xing)、經濟性(xing)、美觀(guan)、使(shi)用維修方便(bian)等特(te)點，所以電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)控制(zhi)(zhi)系(xi)統設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)要(yao)全(quan)面考慮兩方面的內容(rong)。在熟練(lian)掌握典(dian)型環節(jie)控制(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)、具(ju)有對一般電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)控制(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)分析能力之后(hou)，設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)者(zhe)應能舉(ju)一反三，對受控生(sheng)產機械(xie)進行(xing)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)控制(zhi)(zhi)系(xi)統的設(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)并(bing)提供一套完整的技(ji)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

生產機(ji)械(xie)種類繁多(duo)，其電氣控(kong)制方案各(ge)異，但電氣控(kong)制系統的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)原則(ze)和設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)方法基本(ben)相同。設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)工作(zuo)的(de)(de)(de)首要問題是樹(shu)立正確的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)思(si)想(xiang)和工程實踐的(de)(de)(de)觀(guan)點，它是高(gao)質量(liang)完成設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)任務的(de)(de)(de)基本(ben)保證(zheng)。

一、電氣控制系統設計的一般原則

1．最大限度地滿(man)足生產機(ji)械和(he)生產工藝對電氣控制系統的要求。電氣控制系統設計的依(yi)據(ju)主要來(lai)源于生產機(ji)械和(he)生產工藝的要求。

2．設(she)計方案要(yao)合理。在滿足控制要(yao)求的前提下，設(she)計方案應力求簡單、經濟、便(bian)于(yu)操作和(he)維修，不要(yao)盲(mang)目追求高指標和(he)自動化。

3．機械(xie)設(she)計與電氣設(she)計應相(xiang)互(hu)配合(he)。許多生產機械(xie)采用機電結合(he)控(kong)制的(de)方式(shi)來實(shi)現控(kong)制要(yao)求，因此要(yao)從工藝要(yao)求、制造成(cheng)本(ben)、結構復雜性(xing)、使用維護方便等(deng)方面(mian)協調處(chu)理好機械(xie)和電氣的(de)關系。

4．確保控制系統安(an)全可(ke)靠地工作(zuo)。

二、電氣控制系統設計的基本任務、內容

電氣(qi)控(kong)制(zhi)系統(tong)設(she)計(ji)的(de)基本任(ren)務是根據控(kong)制(zhi)要求設(she)計(ji)、編(bian)(bian)制(zhi)出設(she)備制(zhi)造和使用(yong)維修過(guo)程中所必(bi)須的(de)圖(tu)(tu)紙、資料等。圖(tu)(tu)紙包括電氣(qi)原理圖(tu)(tu)、電氣(qi)系統(tong)的(de)組(zu)件(jian)劃分圖(tu)(tu)、元器件(jian)布置(zhi)圖(tu)(tu)、安裝接(jie)線圖(tu)(tu)、電氣(qi)箱圖(tu)(tu)、控(kong)制(zhi)面板圖(tu)(tu)、電器元件(jian)安裝底板圖(tu)(tu)和非(fei)標準件(jian)加工圖(tu)(tu)等，另外還要編(bian)(bian)制(zhi)外購件(jian)目錄、單(dan)臺(tai)材(cai)料消耗清單(dan)、設(she)備說明書等文字資料。

電氣控制系統設(she)計(ji)(ji)的內容主要(yao)包含(han)原(yuan)理設(she)計(ji)(ji)與(yu)工藝設(she)計(ji)(ji)兩個部分，以電力拖動控制設(she)備為例，設(she)計(ji)(ji)內容主要(yao)有：

1、原理設計內容

電(dian)氣控制系統原理(li)設計的主(zhu)要內容包(bao)括：

（l）擬訂電氣設計任務(wu)書(shu)。

（2）確定電(dian)力拖(tuo)動(dong)方(fang)案(an)，選擇電(dian)動(dong)機(ji)。

（3）設計電氣控制原理圖，計算(suan)主要(yao)技術參數(shu)。

（4）選擇(ze)電器元件，制訂元器件明(ming)細表。

（5）編寫設計說明書。

電氣(qi)原理(li)圖(tu)是整個設計(ji)的(de)中心環節，它為工藝(yi)設計(ji)和制訂其(qi)他(ta)技術資(zi)料提(ti)供(gong)依據(ju)。

2、工藝設計內容

進行工(gong)(gong)藝設計(ji)主(zhu)要是為(wei)了(le)便于組(zu)織電氣(qi)控(kong)制系統的制造，從(cong)而(er)實現原理設計(ji)提出的各項技術指(zhi)標，并為(wei)設備的調試(shi)、維(wei)護與使用提供相關的圖紙資料(liao)。工(gong)(gong)藝設計(ji)的主(zhu)要內容有(you)：

（l）設計(ji)電氣總(zong)布置(zhi)圖(tu)、總(zong)安裝圖(tu)與總(zong)接線圖(tu)。

（2）設計組(zu)件(jian)布置(zhi)圖、安裝(zhuang)圖和接線圖。

（3）設(she)計電氣箱、操作臺及非標準元件。

（4）列出元件清單。

（5）編寫(xie)使用維護(hu)說(shuo)明書。

三、電氣控制系統設計的一般步驟

1、擬訂設計任務書

設計(ji)任(ren)務書(shu)是整(zheng)個電氣控制系(xi)統的(de)設計(ji)依(yi)據，又是設備竣工驗收(shou)的(de)依(yi)據。設計(ji)任(ren)務的(de)擬(ni)定一般由技術領(ling)導部(bu)(bu)(bu)門(men)、設備使用(yong)部(bu)(bu)(bu)門(men)和任(ren)務設計(ji)部(bu)(bu)(bu)門(men)等(deng)幾方(fang)面共同完成(cheng)的(de)。

電氣控制系統的設計任(ren)務書中，主要包括以下(xia)內容：

（1）設備名稱、用途、基本(ben)結構、動作要(yao)求及工藝過程介紹。

（2）電力拖動的(de)方式及控(kong)制要求(qiu)等。

（3）聯鎖、保(bao)護要(yao)求(qiu)。

（4）自動化(hua)程度、穩(wen)定性及抗干(gan)擾要求。

（5）操作臺(tai)、照明、信號指示、報警方式等要(yao)求。

（6）設備驗(yan)收標準。

（7）其它要求。

2、確定電力拖動方案

電力(li)拖動方(fang)案選擇(ze)是電氣控制系統設計的(de)主要內容(rong)之一，也是以后各部分設計內容(rong)的(de)基礎和先決(jue)條件(jian)。

所謂(wei)電(dian)力拖動方案是指根據零件(jian)加工精度、加工效率要求、生產機械的(de)結(jie)構、運(yun)動部(bu)件(jian)的(de)數量、運(yun)動要求、負載(zai)性質、調速要求以(yi)及(ji)投資(zi)額等條(tiao)件(jian)去確(que)定電(dian)動機的(de)類(lei)型、數量、傳動方式(shi)以(yi)及(ji)擬訂(ding)電(dian)動機起動、運(yun)行、調速、轉向、制動等控制要求。

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(fang)式分(fen)獨立拖(tuo)動(dong)和集中拖(tuo)動(dong)。電(dian)氣傳動(dong)的(de)趨勢是多(duo)電(dian)動(dong)機(ji)拖(tuo)動(dong)，這不僅能(neng)縮短機(ji)械傳動(dong)鏈(lian)，提高傳動(dong)效率(lv)，而且能(neng)簡化總體結構，便于實(shi)現自動(dong)化。具體選擇時，可根據(ju)工藝(yi)與(yu)結構決定電(dian)動(dong)機(ji)的(de)數量。

（2）調速方案的選擇

大型(xing)(xing)、重型(xing)(xing)設備(bei)(bei)(bei)的主運動(dong)和進給運動(dong)，應盡可能采用(yong)無(wu)級調速，有利于簡(jian)(jian)化機(ji)械(xie)結構(gou)、降低成(cheng)本(ben)；精密機(ji)械(xie)設備(bei)(bei)(bei)為保證加工精度(du)也應采用(yong)無(wu)級調速；對于一(yi)般中小型(xing)(xing)設備(bei)(bei)(bei)，在沒有特殊要求時，可選用(yong)經濟、簡(jian)(jian)單、可靠的三相(xiang)籠型(xing)(xing)異步(bu)電動(dong)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)載和恒轉矩負(fu)載，在選擇電(dian)動機(ji)調速方(fang)案時，要使電(dian)動機(ji)的調速特性(xing)與生產機(ji)械的負(fu)載特性(xing)相適應，這樣(yang)可(ke)以使電(dian)動機(ji)得到充分合(he)理的應用(yong)。

3、拖動電動機的選擇

電動機的選擇(ze)主要有電動機的類型(xing)、結(jie)構型(xing)式(shi)、容量、額定電壓與額定轉速。

電(dian)動(dong)機選擇的(de)基(ji)本原(yuan)則(ze)是：

（1）根據生產機械調(diao)速的要求選擇(ze)電動機的種類。

（2）工(gong)作過(guo)程中電動機容量要得(de)到充分利(li)用。

（3）根據工作環境(jing)選(xuan)擇電動機(ji)的結構型式。

應(ying)該強調，在滿足設計要求情(qing)況(kuang)下優先考慮采(cai)用(yong)結(jie)構簡單，價格便宜，使用(yong)維護(hu)方便的三相交流異步電動機。

正確選(xuan)擇(ze)電(dian)動(dong)(dong)機(ji)容量是電(dian)動(dong)(dong)機(ji)選(xuan)擇(ze)中的關(guan)鍵問題。電(dian)動(dong)(dong)機(ji)容量計(ji)算有兩種(zhong)方法，一(yi)種(zhong)是分析計(ji)算法，另(ling)一(yi)種(zhong)是統計(ji)類比法。分析計(ji)算法是按照(zhao)機(ji)械(xie)功率(lv)估計(ji)電(dian)動(dong)(dong)機(ji)的工作情況，預(yu)選(xuan)一(yi)臺電(dian)動(dong)(dong)機(ji)，然后(hou)按照(zhao)電(dian)動(dong)(dong)機(ji)實際負(fu)載(zai)情況做出負(fu)載(zai)圖，根據負(fu)載(zai)圖校驗(yan)溫(wen)升情況，確定預(yu)選(xuan)電(dian)動(dong)(dong)機(ji)是否合(he)(he)適，不合(he)(he)適時再重新選(xuan)擇(ze)，直到電(dian)動(dong)(dong)機(ji)合(he)(he)適為止(zhi)。

電(dian)動(dong)機容(rong)量(liang)的分析(xi)計算在有關論(lun)著(zhu)中有詳細介紹，這(zhe)里不再重(zhong)復。

在比較(jiao)(jiao)簡單(dan)、無特(te)殊要(yao)求、生產(chan)數量(liang)(liang)又(you)不多的(de)電力拖動系統中，電動機容(rong)量(liang)(liang)的(de)選擇(ze)往(wang)往(wang)采(cai)用統計類比法，或(huo)者(zhe)根(gen)據經驗采(cai)用工程(cheng)估算的(de)方法來選用，通常(chang)選擇(ze)較(jiao)(jiao)大(da)的(de)容(rong)量(liang)(liang)，預留一定的(de)裕量(liang)(liang)。

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控制、CNC控制、計算(suan)機網絡(luo)控制等方(fang)面發展，控制方(fang)式越來越多。控制方(fang)式的(de)選擇應在經濟(ji)、安全的(de)前提下(xia)，最大限度地滿足(zu)工藝的(de)要求。

5、設計電氣控制原理圖，并合理選用元器件，編制元器件明細表。

6、設(she)計(ji)電(dian)氣設(she)備(bei)的各種施工圖紙。

7、編(bian)寫設計說(shuo)明書(shu)和使(shi)用說(shuo)明書(shu);

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