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1、第4章 电气控制系统设计,4.1 电气控制系统设计的任务 4.2 电气控制系统设计的步骤 4.3 电气控制系统设计的原则 4.4 电气控制线路的设计方法,4.1 电气控制系统设计的任务,电气控制系统设计的任务是完成原理设计和工艺设计，即根据控制要求，编制出设备制造和使用维修过程中必需的图样、资料等。图样包括电气原理图、电器元件布置图、电气安装接线图，以及电气系统的组件划分图、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。,1原理设计内容 （1）拟定电气控制系统设计任务书。 （2）确定电力拖动方案，选择电动机。 （3）
2、设计电气控制原理图，计算主要技术参数。 （4）选择电器元器件，制定元器件明细表。 （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、安装图和接线图。 （3）设计电气箱、操作台及非标准件。 （4）列出全部元件清单。 （5）编写使用维护说明书。,4.2 电气控制系统设计的步骤,1拟定设计任务书 是整个系统设计的依据,要根据所设计的机械设备的总体技术要求，有条件时应聚集电气、机械工艺、机械结构三方面的设计人员，共同讨论。在电气设计任务书中，要说明所设计的机械设备型号、用途、工艺过程、技术性能、传动要求、工作条件、使用环境等。除此之外，还应说
3、明以下技术指标及要求： （1）控制精度和生产效率要求。 （2）有关电力拖动的基本特性。电动机的数量、用途、负载特性、工艺过程、动作要求、控制方式、调速范围以及对反向、启动和制动的要求等。,（3）有关电气控制的特性。自动控制的电气保护、联锁条件、控制精度、生产效率、自动化程度、动作程序、稳定性及抗干扰要求等。 （4）其它要求。主要电气设备的布置草图、安装、照明、信号指示、显示和报警方式、电源种类、电压等级、频率及容量等要求。 （5）目标成本及经费限额。 （6）验收标准及方式等。,2选择电力拖动方案与控制方式 电力拖动方案与控制方式的确定是设计的先决条件。 电力拖动方案：包括生产工艺要求、运动要求
4、、调速要求及生产机械的结构、负载性质、投资额等条件，确定电动机的类型、数量、拖动方式，并拟制定电动机启动、运行、调速、转向和制动等要求，可作为电气控制原理图设计及电器元件选择的依据。,3电动机的选择 根据选择的拖动方案，确定电动机的类型、数量、结构形式、容量、额定电压和额定转速等。 4电气控制方案的确定 5设计电气控制原理图 设计电气控制原理线路图并合理选择元器件，编制元器件目录清单 6设计电气设备的施工图 设计电气设备制造、安装、调试所必需的各种施工图纸并以此为根据编制各种材料定额清单 7编写说明书,4.3 电气控制系统设计的原则,1满足生产机械和工艺过程的要求 2控制线路应简单、经济 在满
5、足生产要求的前提下，控制线路应力求简单、经济。 1）选用标准的器件 （1）选择电源时，一般尽量减少控制电路中电源的种类，控制电压等级应符合标准等级。 （2）尽量选用标准电器元件，尽可能减少电器元件的品种、数量，同一用途的器件尽量选用相同型号的电器元件以减少备件的种类和数量,2）控制线路应标准 尽量选用典型环节或基本电气控制线路。 3）控制线路应简短 尽量缩减连接导线的数量和长度。考虑到各个元件之间的实际接线，走线进可能简化。 4）尽量减少不必要的触点 电器、触头越少则越经济，出故障的机会也就越少。 5）尽量减少通电电器的数量 在正常工作的过程中，除必要的电器元件外，其余电器应尽量减少通电时间。
6、,3保证控制线路工作的可靠和安全 1）电器元件的选择 为了保证电气控制电路工作的可靠性，最主要的是选择可靠的电器元件。 2）正确连接电器的线圈 （1）在交流控制线路中，电器的线圈不允许串联连接。 （2）对于直流电磁线圈，当两电感量相差悬殊也不能直接并联，以免使控制电路产生误动作,4设置完善的保护环节 5操作、使用、调试与维修方便,3）正确连接电器的触点,4）避免出现寄生电路,4.4 电气控制线路的设计方法,4.4.1 电气控制线路的设计步骤 电气控制线路设计包含主电路、控制电路和辅助电路设计。 主电路设计。主要考虑电动机的启动、点动、正反转、调速和制动。 控制电路设计。包括基本控制线路和控制线
7、路特殊部分的设计，以及选择控制参量和确定控制原则。主要考虑如何满足电动机的各种运转功能和生产工艺要求。 联结各单元环节。构成满足整机生产工艺要求，实现生产过程自动、半自动及调整的控制线路。 联锁保护环节设计。主要考虑如何完善整个控制线路的设计，包含各种联锁环节以及短路、过载、过流、失压等保护环节。 辅助电路设计。包括照明，声、光指示，报警等电路的设计。 线路的综合审查。反复审查所设计的控制线路是否满足设计原则和生产工艺要求。在条件允许的情况下，进行模拟实验，逐步完善整个电气控制线路的设计，直到满足生产工艺要求。,4.4.2 应用经验法的设计实例,1设计三条皮带运输机构成的散料运输线控制线路,1
8、）控制要求 （1）启动顺序为#3、#2、#1，并要有一定时 间间隔，以免货物在皮带上堆积。 （2）停车顺序为#1，#2、#3，也要有一定时间间隔，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 三条皮带运输机由三台电动机拖动，均采用笼型异步电动机。由于电网容量相对于电动机容量来讲足够大，而且三台电动机又不同时启动，所以不会对电网产生大的冲击。因此，采用直接启动，由于皮带运输机不经常启动、制动，对于制动时间和停车准确度也没有特殊要求，停止时采用自由停车。三台电动机都用熔断器作短路保护，用热继电器作过载
9、保护。,3）基本控制电路设计,4）控制线路特殊部分的设计 控制线路手动控制，为了实现自动控制，皮带运输机的启动和停车过程可以用行程信号或时间信号加以控制。由于皮带是回转运动，检测行程比较困难，而用时间信号比较方便，利用时间继电器作为输出器件的控制信号。以通电延时的常开触头作为启动信号，经断电延时的常开触头作为停车信号。为使三条皮带自动地按顺序工作，采用中间继电器KA。,通电延时继电器：接受输入信号后，延迟一定的时间输出信号才发生变化。而当输入信号消失后，输出信号瞬时复位。,断电延时继电器：接受输入信号后，瞬时产生输出信号。而当输入信号消失后，延迟一定的时间输出信号才复位。,5）设计联锁保护环节
10、 按下SB1发出停车指令时，KT1、KT2、KA同时断电，KA常开触头瞬时断开，接触器KM2、KM3若不加自锁，则KR4、KT4的延时将不起作用，KM2、KM3线圈将瞬时断电，电动机不能按顺序停车，所以需加自锁环节。三个热继电器的保护触头均串联要KA的线圈电路中，这样，无论哪一号皮带机发生过载，都能按#1、#2、#3顺序停车。线路的失压保护由继电器KA实现,6）线路综合审查 完整的控制线路,2工作台往复运动电气控制线路的设计,有一生产机械如图所示，运动部件由A点启动运行到B点，撞上行程开关SQ2后停止；2min后自动返回到A点，撞上SQ1后停止，2min后自动运行到B点，停留2min后又返回A
11、点，实现往复运动。要求电路具有短路保护、过载保护和欠压保护等功能。,1）主电路的设计 由于要实现往复运动，所以主电路应具备有正反转功能。 2）控制电路的设计,3）完善设计方案,上述方案在控制功能上已达到设计要求，但仔细分析，可发现：当运动部件运行到B点时撞上SQ2或到 A点撞上SQ1时停电，当操作人员又未拉下电源开关时，则当恢复供电后，该生产机械会自动启动。因为当SQ1或SQ2受压时，KT2或KT1的线圈通过FU、SB1和FR构成回路，延时一段时间后，KM1或KM2线圈得电，这样会造成设备的自行启动，这是不允许的，因此必须对上述电路加以完善和改正。,4）校核电气原理图 必须认真进行校核，看其是
12、否满足生产工艺要求，电路是否合理，有无需要进一步简化之处，是否存在寄生电路，电路是否安全可靠等。,这个电路是在原电路的基础上增加了一个中间继电器KA。由于KA具有失压保护功能，当断电恢复供电后设备必须重新人工启动，从而提高了系统的安全性 当然，上述这种现象出现的机会不多，但作为一名电气电路的设计人员要尽量考虑周全，做到万无一失。,思考题与习题,4.1 简述电气控制系统设计的任务、步骤和原则。 4.2 什么是经验设计法？其优缺点如何？ 4.3 为了确保电动机正常、安全运行，电动机应具备哪些综合保护措施？ 4.4 有两台三相异步电动机，主轴电动机由接触器KM控制，可集中启停和单独启停。画出符合上述要求的控制电路，分析工作原理。 4.5 有两台电动机M1和M2，M2应在M1启动10s后，才能用按钮启动；M2启动后，M1立即停转，要求有短路和过载保护。试设计主电路和控制电路图。 4.6 一小车由笼型异步电动机拖动，其动作过程如下： （1）小车由原位开始前进，到终端后自动停止； （2）在终端停留15s后，自动返回原位置停止； （3）要求在前进或后退途中任意位置都能停止或启动。,
