电气控制与plc第3章电气控制系统设计

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1、第3章 电气控制系统设计,电气控制系统的设计任务是根据生产工艺和控制要求，设计出合乎要求的、经济的电气控制线路；并编制出设备制造、安装和维修使用过程中必须的图纸和资料，包括电气原理图、电气箱及控制面板的电器元件布置图、电气安装接线图等，以及设备清单和说明书等。,3.1 电气控制系统设计的内容,电气控制系统原理设计的基本内容 设计一台电气控制系统的新设备，一般包括以下设计内容： 1、拟定电气设计的技术条件（任务书）； 2、选择电气传动形式与控制方案； 3、选择电动机，包括电动机的类型、电压等级、容量及转速，并选择出具体型号；,电气控制系统原理设计的基本内容 设计一台电气控制系统的新设备，一般包括

2、以下设计内容： 4、设计电气原理框图，包括主电路、控制电路和辅助控制电路，确定各部分关系，拟定各部分技术要求； 5、设计并绘制电气原理图，计算主要技术参数； 6、选择电器元件，制订电机和电器元件明细表，以及装置易损件及备用件的清单； 7、编写设计说明书。,电气控制系统工艺设计的基本内容 工艺设计的主要目的是便于组织电气控制装置的制造，实现电气原理设计所要求的各项技术指标，为设备以后的安装、使用和维修提供必要的图样资料。 1、根据原理图及选定器件，设计电气设备总体配置，绘制总装配图、总接线图； 2、按照电气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，列元件目录表，标出各组件进

3、出线号； 3、设计组件电器装配图（元件布置与安装图）、接线图；,电气控制系统工艺设计的基本内容 工艺设计的主要目的是便于组织电气控制装置的制造，实现电气原理设计所要求的各项技术指标，为设备以后的安装、使用和维修提供必要的图样资料。 4、绘制电器安装板和非标电器安装零件图样； 5、设计电气箱、确定电气柜结构和外形尺寸； 6、汇总资料（总原理图、总装配图、各组件原理图），列出外购件清单、标准件清单和主要材料消耗定额； 7、编写使用说明书。,电气控制系统工艺设计的基本内容 工艺设计的主要目的是便于组织电气控制装置的制造，实现电气原理设计所要求的各项技术指标，为设备以后的安装、使用和维修提供必要的图样

4、资料。,根据机电设备的总体技术要求和电气系统的复杂程度不同，以上步骤可以有增有减，某些图纸和技术文件也可适当合并或增删。,一、电气控制线路设计的一般原则 电气控制线路的设计是电力拖动方案和控制方案的具体化，一般在设计时应该遵循以下原则： 1、最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求 控制线路是为整个设备和工艺过程服务的。因此，在设计之前，要调查清楚生产要求，对机械设备的工作性能、结构特点和实际加工情况有充分的了解。电气设计人员深入现场对同类或接近的产品进行调查，收集资料，加以分析和综合，最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求。,3.2 电气控制线路的设计,2、在满足生产要求的

5、前提下，力求使控制线路简单、经济,在设计线路时，应注意以下问题 ：,（1）选用标准电器元件 尽量减少电器元件的品种、规格与数量，同一用途的器件尽可能选用相同品牌、型号的产品。 （2）选用典型环节或基本电气控制线路 尽量选用标准的、常用的或经过实践考验的典型环节或基本电气控制线路。,（3）简化电气控制线路，减少触头数量,合并同类触头,（b）比（a）少一对触头,（3）简化电气控制线路，减少触头数量,利用具有转换触头的中间继电器将两对触头合并,（3）简化电气控制线路，减少触头数量,利用二极管单向导电性减少触头数量,（3）简化电气控制线路，减少触头数量,利用逻辑代数的方法减少触头数量,（4）尽量减少连

6、接导线的数量和长度,电器的合理连接,（4）尽量减少连接导线的数量和长度,节省连接导线的方法,（5）减少通电电器的数量,3、保证电气控制线路工作的可靠性,（1）正确连接电器元件的触头,分布在线路不同位置的同一电器触头尽量接到同一个极或尽量共接同一等位点，以避免在电器触头上引起短路。,3、保证电气控制线路工作的可靠性,（2）正确连接电器的线圈,交流线路中，不允许两个电器元件线圈串联,3、保证电气控制线路工作的可靠性,（2）正确连接电器的线圈,两个电感量相差悬殊的直流电压线圈不能直接并联,3、保证电气控制线路工作的可靠性,（3）避免出现寄生电路,3、保证电气控制线路工作的可靠性,（4）避免多个电器元

7、件依次动作,（5）电气联锁和机械联锁,（6）电气控制线路应能适应所在电网,（7）充分考虑继电器触头的接通和分断能力,4、保证电气控制线路工作的安全性,5、应力求使操作、维护、检修方便,电气控制线路有两种设计方法，一种是分析设计法（经验设计法），另一种是逻辑代数设计法。 （一）分析设计法 所谓分析设计法就是根据生产工艺要求直接设计出控制线路。在具体的设计过程中常有两种做法：一种是根据生产机械的工艺要求，适当选用现有的典型环节，将它们有机地组合起来，综合成所需要的控制线路；另一种是根据工艺要求自行设计，随时增加所需的电气元件和触点，以满足给定的工作条件。,二、电气控制线路设计的方法,分析设计法的特

8、点 1易于掌握，使用很广，但一般不易获得最佳设计方案。 2要求设计者具有一定的实际经验，在设计过程中往往会因考虑不周发生差错，影响电路的可靠性。 3当线路达不到要求时，多用增加触点或电器数量的方法来加以解决，所以设计出的线路常常不是最简单经济的。 4需要反复修改草图，一般需要进行模拟试验，设计速度慢。,分析设计法的基本步骤 1主电路设计 主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动及调速。 2控制电路设计 主要考虑如何满足电动机的各种运转功能及生产工艺要求。 3.联结各单元环节，构成整机线路 4.联锁保护环节设计 5.辅助电路设计：照明、指示、报警等 6.线路的综合审查 反复审核电路是否满足设计原

9、则及控制要求。在条件允许的情况下，进行模拟试验，逐步完善整个电气控制电路的设计直至电路动作准确无误。,设计举例,例：设计三条皮带运输机构成的散料运输线控制线路。,1、控制要求 1) 起动顺序为3#、2#、1#，有一定时间间隔，以免货物在皮带上堆积。 2) 停车顺序为1#，2#、3#，有一定时间间隔，保证停车后皮带上不残存货物。 3) 不论2#或3#哪一个出故障，1#必须停车，以免继续进料，造成货物堆积。 4) 必要的保护。,2、主电路设计,3、控制电路设计,4、设计联锁保护环节,5、线路的综合审查,控制要求： 启动后，刀架由位置1移动到位置2； 然后再由位置2退回到位置1处，停车。,【例】 刀

10、架自动循环控制线路。,刀架具有前进、后退两个运动方向，要求电动机要实现正反转控制； 自动循环控制，启动后，经过一个工作周期，自动停止。 在位置1和2处分别设置行程开关S1和S2，作为运动部件位置的检测元件，实现刀架的停止和换向运行。,刀架自动循环工作过程示意图,分析过程：,控制线路：,刀架运行过程中，如果发生意外，按下SB1，切断控制线路的各个支路，可随时中止刀架的运行。,【例】 自动往复运行控制线路 如图小车可做左、右自动往复运行。,控制要求： （1）按下启动按钮SB2，小车首先向右运动； （2）小车的撞块碰到S1时，停车，并开始延时5s； （3）延时时间到，小车自动改变运行方向，改向左运行

11、； （4）小车的撞块碰到S2时，停车，并开始延时5s； （5）延时时间到，小车再次自动改变运行方向，改向右运行； （6）依此自动往复运行，直至按下停止按钮SB1，小车停止。,【例】 自动往复运行控制线路 如图小车可做左、右自动往复运行。,分析过程： （1）小车具有左、右两个运动方向，即要求其拖动电动机能实现正反转控制； （2）小车的停止，跟小车运动过程中的行程位置有关系，需分别设置行程开关S1和S2，引入行程作为控制参量。 （3）小车换方向运行的启动，跟时间有关系，需要引入时间作为控制参量。选用时间继电器KT作为提供时间参量的器件。,控制线路：,【例】 加热炉自动上料机构控制线路,加热炉自动上

12、料机构示意图 1-推料杆；2-工件；3-炉门；加热炉,工作过程,按下启动按钮SB2M1正转，炉门开启SQ4压下M1停止M2正转，推料杆前移SQ2压下，上料结束M2反转，推料杆后退SQ1压下M2停止M1反转，炉门关闭压下SQ3M1停止。,（1）自动循环控制，按下启动按钮，自动完成一系列的运动部件的动作状态的切换，待循环结束后，自动停止运行。 （2）启动按钮只启动M1电动机的正转，电动机M2的正、反转和M1的反转都是由行程开关自动启停。 （3）启动之前，各运动部件处于原位，行程开关SQ1、SQ3都处于被压下的状态，启动的条件除启动按钮外，还有行程开关SQ1、SQ3的状态需为动作状态。,分析过程：,

13、控制线路：,SB1为停止按钮，SB2为启动按钮， SQ1SQ4行程开关。KM1、KM2分别为控制电动机M1正、反转的接触器，KM3、KM4分别为控制电动机M2正、反转的接触器。,【例】龙门刨床横梁加紧机构控制线路,控制要求： 1）横梁上、下移动的操作为点动操作； 2）按下横梁上移或下移按钮后，首先夹紧机构自动放松； 3）行程开关动作，放松到位，夹紧电动机停止运转，横梁做上移或下移； 4）移动到位后，松开按钮，横梁停止移动； 5）夹紧电动机启动，夹紧机构自动夹紧； 6）夹紧到位后，夹紧电动机停止运转。,分析过程： 1）放松到位由行程开关检测，夹紧到位由过电流继电器检测； 2）上移或下移为点动控制

14、，引入两个中间继电器作为状态继电器。,以上分析初看无问题，但仔细分析第二阶段即横梁上升或下降阶段，其条件是横梁放松到位。如果按下SB1后SB2的时间很短，横梁放松还未到位就已松开按下的按钮，致使横梁既不能放松又不能进行夹紧，容易出现事故。 改进的方法是?,线路的完善和校核:,控制面板图,简单电气控制系统,电气控制系统举例,电气箱及控制面板,（二）逻辑分析设计法 逻辑设计法是根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、化简、设计线路的方法。 这种设计方法是将控制线路中的继电器、接触器线圈的通、断，触点的断开、闭合等看成逻辑变量，并根据控制要求将它们之间的关系用逻辑函数关系式来表达，然后再运用逻辑函数

15、基本公式和运算规律进行简化，根据最简式画出相应的电路结构图，最后再作进一步的检查和完善，即能获得需要的控制线路。,逻辑设计法较为科学，能够用必须的最少的中间记忆元件（中间继电器）的数目确定实现一个自动控制线路，以达到使逻辑电路最简单的目的，设计的线路比较简化、合理。但是当设计的控制系统比较复杂时，这种方法就显得十分繁琐，工作量也大。 因此，如果将一个较大的、功能较为复杂的控制系统分成若干个互相联系的控制单元，用逻辑设计方法先完成每个单元控制线路的设计，然后再用经验设计方法把这些单元电路组合起来，各取所长，也是一种简捷的设计方法。,1、低压电器线圈与触点的逻辑表示方法,为保证电气控制线路逻辑关系

16、的一致性，特作以下规定： 1）接触器、继电器、电磁阀等元件的线圈，得电状态为“1”状态，失电状态为“0”状态； 2）各电器元件的触点，闭合状态为“1”状态，断开状态为“0”状态； 3）接触器、继电器的线圈和触点用同一字符标示； 4）常开触点用原变量形式表示，常闭触点用反变量形式表示。,2、电气控制线路与逻辑关系表达式的对应关系,2、电气控制线路与逻辑关系表达式的对应关系,2、电气控制线路与逻辑关系表达式的对应关系,3、逻辑设计方法的一般步骤 1）将电气控制系统的工作过程及控制要求用文字的形式叙述出来，或以图形的方式示意清楚； 2）根据电气控制系统的工作过程及控制要求绘制逻辑关系图； 3）写出各运算元件和执行元件的逻辑表达式； 4）根据各运算元件和执行元件的逻辑表达式绘制电气控制线路图； 5）检查并进一步完善设计线路。,4、逻辑关系图的画法 （1）检测信号 1）有效信号： 能够引起元件状态改变或能够使工步发生切换的检测信号。用竖实线表示。 2）非控信号： 不能引起元件状态改变，也不能使工步发生切换的检测信号。用竖虚线表示。,4、逻辑关系