电气控制技术 第3章 电气控制系统的设计20080221

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1、2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC SBSB1KM SB2KAKAKA判断电路功能2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLCKM1KM1SB1SB2KM1FR1FR2KM2SB3SB4KM2判断电路功能FUKM2FR2FUA BCKM1FR1QM1 3M2 32008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC判断电路功能2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC判断电路功能2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLCSB1FRSB2KM1KM1 KT1 KM2 KT2 KM3 KT3 KM4 KT1KT2KT3KM2KM4KM4KM3K

2、M2KM3QSFUKM1FRML1 L2 L3KM43RKM32RKM21R判断电路功能2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC第四章 电气控制系统的设计第一节 电气控制系统设计的一般原则、基本内容第二节 电气原理电路设计的方法与步骤第三节 电控线路设计的主要参数计算和元器件选择第四节 电气控制装置的工艺设计 第五节 设计举例2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC生产机械电气控制系统的设计，包含两个基本 内容：一个是原理设计，即要满足生产机械和工艺 的各种控制要求，另一个是工艺设计，即要满足电 气控制装置本身的制造、使用和维修的需要。第四章 电气控制系统的设计原理

3、设计决定着生产机械设备的合理性与先进 性，工艺设计决定电气控制系统是否具有生产可行 性、经济性、美观、使用维修方便等特点，所以电 气控制系统设计要全面考虑两方面的内容。2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC在熟练掌握典型环节控制电路、具有对一般电 气控制电路分析能力之后，设计者应能举一反三， 对受控生产机械进行电气控制系统的设计并提供一 套完整的技术资料。2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC第一节 电气控制系统设计的 一般原则、基本内容1最大限度地满足生产机械和生产工艺对电 气控制系统的要求。电气控制系统设计的依据主要 来源于生产机械和生产工艺的要求。2设计方

4、案要合理。在满足控制要求的前提 下，设计方案应力求简单、经济、便于操作和维修 ，不要盲目追求高指标和自动化。一、电气控制系统设计的一般原则2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC3机械设计与电气设计应相互配合。许多生 产机械采用机电结合控制的方式来实现控制要求， 因此要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用 维护方便等方面协调处理好机械和电气的关系。例如：上下瓶机4确保控制系统安全可靠地工作。2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC电气控制系统设计的基本任务是根据控制要 求设计、编制出设备制造和使用维修过程中所必须 的图纸、资料等。图纸包括电气原理图、电气系统的组件

5、划分 图、元器件布置图、安装接线图、电气箱图、控制 面板图、电器元件安装底板图和非标准件加工图等 ，另外还要编制外购件目录、单台材料消耗清单、 设备说明书等文字资料。 二、电气控制系统设计的基本任务、内容电气控制系统设计的内容主要包含原理设计与 工艺设计两个部分：2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC1、原理设计内容 （1）拟订电气设计任务书。 （2）确定电力拖动方案，选择电动机。 （3）设计电气控制原理图，计算主要技术参数。 （4）选择电器元件，制订元器件明细表。 （5）编写设计说明书。2、工艺设计内容 （1）设计电气总布置图、总安装图与总接线图。 （2）设计组件布置图、安装

6、图和接线图。 （3）设计电气箱、操作台及非标准元件。 （4）列出元件清单。 （5）编写使用维护说明书。2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC设计任务书是整个电气控制系统的设计依据， 又是设备竣工验收的依据。由技术领导部门、设备 使用部门和任务设计部门等共同完成。三、电气控制系统设计的一般步骤1、拟订设计任务书2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC（1）设备名称、用途、基本结构、动作要求及工 艺过程介绍 （2）电力拖动的方式及控制要求等 （3）联锁、保护要求 （4）自动化程度、稳定性及抗干扰要求 （5）操作台、照明、信号指示、报警方式等要求 （6）设备验收标准 （

7、7）其它要求电气控制系统的设计任务书中，主要包括以下内 容： 2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC电力拖动方案选择是电气控制系统设计的主要 内容之一，也是以后各部分设计内容的基础和先决 条件。 2、确定电力拖动方案（1）拖动方式的选择：电力拖动方式，独立拖动 ？集中拖动？主要从几个方面考虑电力拖动方案：2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC（3）电动机调速性质要与负载特性适应：恒功率 负载？恒转矩负载？在选择电动机调速方案时，要 使电动机的调速特性与生产机械的负载特性相适应 ，使电动机得到充分合理应用。（2）调速方案的选择：大型、重型设备的主运动 和进给运动，

8、应尽可能采用无级调速，有利于简 化机械结构、降低成本；精密机械设备为保证加 工精度也应采用无级调速；对于一般中小型设备 ，在没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠 的三相笼型异步电动机。2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC（1）根据生产机械调速的要求选择电动机的种类。（2）工作过程中电动机容量要得到充分利用。（3）根据工作环境选择电动机的结构型式。3、拖动电动机的选择基本原则2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC4、选择控制方式控制方式要实现拖动方案的控制要求。随着现 代电气技术的迅速发展，生产机械电力拖动的控制 方式从传统的继电接触器控制向PLC控制、CNC

9、控 制、计算机网络控制等方面发展，控制方式越来越 多。控制方式的选择应在经济、安全的前提下，最 大限度地满足工艺的要求。5、设计电气控制原理图，并合理选用元器件， 编制元器件明细表。6、设计电气设备的各种施工图纸。7、编写设计说明书和使用说明书。 2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC分析设计法是根据生产工艺的要求选择适当的 基本控制环节（单元电路）或将比较成熟的电路按 其联锁条件组合起来，并经补充和修改，将其综合 成满足控制要求的完整线路。当没有现成的典型环 节时，可根据控制要求边分析边设计。 第二节 电气控制原理电路设计的方法一、电气控制原理电路的基本设计方法电气控制原理电

10、路设计的方法有分析设计法和 逻辑设计法。1、分析设计法2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC分析设计法优点是设计方法简单，无固定的设 计程序，它是在熟练掌握各种电气控制电路的基本 环节和具备一定的阅读分析电气控制电路能力的基 础上进行的，容易为初学者所掌握，在电气设计中 被普遍采用；其缺点是设计出的方案不一定是最佳 方案，当经验不足或考虑不周全时会影响线路工作 的可靠性。应反复审核电路工作情况，有条件时还应进行 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。分析设计法，是一种经验设计法，设计者需要 掌握大量的成熟可靠的电路才能设计出较为合理的 控制线

11、路。2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC逻辑设计法是利用逻辑代数来进行电路设计 ，从生产机械的拖动要求和工艺要求出发，将控制 电路中的接触器、继电器线圈的通电与断电，触点 的闭合与断开，主令电器的接通与断开看成逻辑变 量，根据控制要求将它们之间的关系用逻辑关系式 来表达，然后再化简，做出相应的电路图。逻辑设计法的优点是能获得理想、经济的方 案，但这种方法设计难度较大，整个设计过程较复 杂，还要涉及一些新概念，因此，在一般常规设计 中，很少单独采用。 2、逻辑设计法2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC一、基本思路1、首先将控制系统的输入、输出电器元件的状 态用

12、状态变量进行表示。2、然后根据控制要求列出状态变量的逻辑表达 式。3、简化逻辑表达式。4、最后根据逻辑表达式绘制控制线路。2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC二、预备知识（一）状态变量的假定输入量： 触点A=1，表示触点动作（常开触点闭合、常 闭触点断开）。 触点A=0，表示触点复位（常开触点断开、常 闭触点闭合）。 输出量： 线圈K=1，表示线圈上电。 线圈K=0，表示线圈失电。2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC（二）基本逻辑表达式与控制电路A B KABK0 0 1 10 1 0 10 0 0 12）真值表ABK 1113）状态表4）逻辑表达式K=AB

13、 注：只把K=1 的状态列出1、“与”电路1）电路图2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC2、“或”电路1）电路图ABK0 0 1 10 1 0 10 1 1 12）真值表ABK 0 1 11 0 11 1 13）状态表4）逻辑表达式K=AB A KB2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC3、“非”电路1）电路图AK0 11 02）真值表3）状态表4）逻辑表达式K=AA KAK012008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC4、时序电路1）电路图SB1SB2KA 0 0 1* 1*0 1* 0 1*0 1 0 2）真值表SB1SB2KA 初态运行停止3

14、）状态表KAKASB2SB14）逻辑表达式KA=（SB2KA）SB1 注：1* 表示短 信号，1 表示长 信号。2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC1、交换率 AB=BA 2、结合率 A（BC）=（AB）CA+（B+C）=（A+B）+C 3、分配率 A（B+C）=AB+ACA+（BC）=（A+B）（B+C） 4、重迭率 AA=A，A+A=A（三）逻辑代数定理5、吸收率 A+AB=A， A(A+B)=AA+AB=A+B， A+AB=A+B 6、非非率 A=A 7、反演率 A+B=AB， AB=A+B2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC三、组合逻辑电路设计组合逻

15、辑电路：执行元件的输出状态只与同 一时刻控制元件的状态有关。即输出对输入无影 响。电路设计方法： 1、确定状态变量 2、列出状态表满足控制要求 3、写出执行元件的逻辑表达式 4、简化逻辑表达式 5、绘制控制线路2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC 设计举例KA1KA2KA3KM 0 0 0 1 1 10 1 1 0 0 11 0 1 0 1 01 1 1 1 1 1某电路只有在继电器KA1，KA2，KA3中任何一个 或两个动作时，才能运转，而在其他条件下都不运 转，试设计其控制线路1、确定状态变量 2、列状态表输入：KA1、KA2、KA3；输出：KM解：2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC2、状态表3、逻辑表达式KM= KA1KA2KA3+KA1KA2KA3+KA1KA2KA3+KA1KA2KA3+KA1KA2KA3+KA1KA2KA3+= KA1（KA2+KA3）+KA1（KA2+KA3）KA1KA2KA3KM 0 0 0 1 1 10 1 1 0 0 11 0 1 0 1 01 1 1 1 1 1KA1KA1KA2KA3KA2KA3KM4、绘制控制线路2008.2青岛大学自动化工程学院电气控制技术及PLC四、时序逻辑电路设计n时序逻辑电路的输出状态不仅与同一时刻的输入 状态有关，而且还与输出量的原有状态及其组合 顺序有关，即输出量通