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1、第一章 绪论第一章 绪论1.1 引言 在生产中，机械设备的使用效能与其电气自动化的程度有着密切的关系，尤其是机电一体化已成为现代机械工业发展的总趋势，所以要搞好机电工作，就应该掌握生产设备电气控制线路的设计。通过我们以前的学习，我们已经初步掌握了低压电器、电气控制线路的基本环节以及一些典型生产机械电气控制线路基础上，本文将介绍相关的电气控制线路的设计方法和所使用的低压电器的选择方法。1.2 电气自动控制系统的发展状况 1电气拖动的发展与分类 电气控制与电气拖动有着密切的关系。20世纪初，由于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机代替蒸汽机，机床的电气拖动随电动机的发展而发展。（1）成
2、组拖动：一台电动机经天轴（或地轴）由皮带传动驱动若干台机床工作。由于这种方式存在有传动线路长、效率低、结构复杂等缺点，目前已被淘汰。（2）单电机拖动：一台电动机拖动一台机床。较之成组拖动更简化了拖动机构，缩短了传动线路，提高了传动的效率，至今中小型通用机床仍有采用单电机拖动的。（3）多电机拖动：随着机床自动化程度的提高和重型机床的发展，机床的运动增多，要求提高，出现了采用多台电动机驱动一台机床（如铣床）乃至十余台电动机拖动一台重型机床（如龙门刨床）的拖动方式，这样可以缩短机床的传动链，易于实现各工作部件运动的自动化。（4）交、直流无级调速：由于电气无级调速具有可灵活选择最佳切削用量和简化机械传
3、动结构等优点，20世纪30年代出现的交流电动机直流电动机直流电动无级调速系统，至今还在重型机床上有所应用。2电气控制系统的发展与分类(1)逻辑控制系统：又称开关量或断续控制系统，逻辑代数是它的理论基础，采用具有两个稳定工作状态的各种电气和电子器件构成各种逻辑控制系统。按自动化程度的不同分为：1）手动控制。在电气控制初期，大都采用电器开关对机床电动机的起动、停止、反向等进行手动控制，现在砂轮机、 台钻等动作简单的小型机床上仍有采用。 2）自动控制。（2）连续控制系统：对物理量（如电压、转速等）进行连续自动控制的系统，又称模拟控制系统。（3）混合控制系统：同时采用数字控制和模拟控制的系统称为混合控
4、制系统，数控机床、机器人的控制驱动系统多属于这类控制系统。1.3 本课题的主要研究内容本节重点学习电气控制线路设计的基本内容，即确定电力拖动方案、设计生产机械电力拖动自动控制线路、选择拖动电机及电气元件、进行生产机械电力装备施工设计、1河北师范大学职技学院学士学位论文编写生产机械电气控制系统的电气说明书与设计文件。在进行电力拖动方案的确定时，应遵循有关原则进行选择。应当考虑电动机的调速3特性与负载特性相适应，以求得电动机充分合理的应用；根据生产机械的调速要求如调速范围、调速平滑性、机械特性硬度、转速调节级数及工作可靠性等方面来选择合适的拖动方案；在满足技术指标的前提下，进行经济比较，最后确定最
5、佳方案。设备的电气控制方法很多，有继电器接触器的有触点控制，有无触点逻辑控制，有可编程序控制器控制、计算机控制等。总之，合理地确定控制方案，设计实现、简便、可靠、经济、适用的电力拖动控制系统的重要前提。应考虑以下几个方面：1控制方式与拖动需要相适应。控制方式并非越先进越好，而应该以经济效益为标准。2控制方式与通用化程度相适应。对于某些加工一种或几种零件的专用机床，它的通用化程度很低，但它可以有较高的自动化程度。3控制方式应最大限度满足工艺要求。根据加工对象的工艺要求，控制线路应具有自动循环、半自动循环、手动调整、紧急快退、保护性连锁、信号指示和故障诊断等功能，以最大限度满足工艺要求。4控制电路
6、的电源应当可靠。简单的控制电路可直接用电网电源，元件较多、电路较复杂的控制装置，可将电网电压隔离降压，以降低故障率。影响方案确定的因素很多，最后选定方案的技术水平和经济水平，取决于设计人员的设计经验和设计方案的灵活运用。第二章 电气控制线路的逻辑设计第二章 电气控制线路的逻辑设计 设计工作的首要问题是树立正确的设计思想，树立工程实践的观点，使设计的产品经济、使用、可靠、先进、使用及维修方便。任何一台机械设备的结构形式和使用效能与其电气自动化程度有着密切的关系，因此要求电气设计人员必须与设备的机械设计相对应，这就要求电气设计人员必须对机械设备的机械结构、加工工艺有一定的了解，这样才能设计出符合要
7、求的电气控制设备。2.1 电气控制系统设计的基本内容机械设备的控制系统绝大多数属于电力拖动控制系统，因此生产机械电气控制系统设计的基本内容有以下几个方面：1 确定电力拖动方案。2 设计生产机械电力拖动自动控制线路。3 选择拖动电机及电气元件，制定电气明细表。4 进行生产机械电力装备施工设计。5 编写生产机械电气控制系统的电气说明书与设计文件。2.2电力拖动方案确定的原则 对各类生产机械电器控制系统的设计，首要的是选择和确定合适的拖动方案。主要是根据设备的工艺要求及结构来选择电动机的数量，然后根据各生产机械的调速来确定调速方案，同时，应当考虑电动机的调速特性与负载相适应，以求的电动机充分合理的应
8、用。在满足技术指标的前提下，进行经济比较，最后确定最佳方案。2.3控制方案的确定选择设备的电气控制方法很多，由继电器接触器的有触点控制，有无触点逻辑控制，有可编程控制器控制、计算机控制等。总之，合理的确定控制方案，设计实现、简便、可靠、经济、适用的电力拖动控制系统的重要前提。控制方案的确定，应遵循以下原则：1控制方式与拖动需要相适应。控制方式并非越先进越好，而应该以经济效益为标准。控制逻辑简单、加工程序基本上固定的生产机械，采用继电器接触器控制方式比较合理；对于经常改变加工程序或控制逻辑复杂的生产机械设备，则采用可编程控制器较为合理。2控制方式与通用化程度相适应。通用化是指生产机械加工不同对象
9、的通用化程度，它与自动化是两个概念。对于某些加工一种或几种零件的专用机床，它的通用化程度比较很低、但它可以有较高的自动化程度，这种机床宜采用固定的控制电路；对于单件、小批量可以加工形状复杂零件的通用机床，宜采用数字程序控制，或采用可编程序控制器控制，因为他们可以根据不同的加工对象而设定不同的加工程序，因而有较好的通用性和灵活性。 3控制方式应最大限度满足工艺要求。根据加工工艺要求，控制线路应具有自动循环、半自动循环、手动调整、紧急快退、保护性连锁、信号指示和故障诊断等功能，以最大限度满足工艺要求。 4控制电路的电源应当可靠。简单的控制电路可直接用电网电源，元件较多、河北师范大学职技学院学士学位
10、论文电路较复杂的控制装置，可将电网电压隔离降压、以降低故障率。对于自动化程度较高的生产机械可采用直流电源，这有助于节省安装空间，便于同无触点元件连接，元件动作平稳，操作维修也比较安全。影响方案确定的因素很多，最后选定方案的技术水平和经济水平，取决于设计人员的设计经验和设计方案的灵活运用。2.4电气控制线路的设计方法。 生产机械的电气控制系统是生产机械的重要组成部分，他对生产机械能否正确可靠地工作决定性的作用。因此，设计电气控制线路前，应对生产机械的工作性能、基本机构、运动情况及加工工艺过程有充分的了解，特别要明确生产工艺对电气控制提出的要求，在此基础上，再来考虑控制方式，如控制方式、起动、反向
11、、制动、调速等控制，设置必要的保护与联锁，以保证满足生产机械的工艺要求。 在进行具体电路设计时，首先应设计主电路，然后设计控制电路，最后是信号电路及局部照明电路等。初步设计完成后，应当仔细检查，但电路是否符合设计要求，应尽可能使之完善简化，最后选择所用电器的型号与规格。2.4.1控制线路的设计要求。不同用途的电气控制线路，其控制要求有所不同，一般应满足以下要求：1.应能满足生产机械的工艺要求，能按照工艺的顺序准确而可靠地工作。2.线路结构求简单，尽量选用常用的且经过实际考验过的线路。3.操作、调整和检修方便。4.具有各种必要的保护装置和联锁环节，即使在误操作时也不会发生重大事故。5.工作稳定，
12、安全可靠，符合使用环境条件。2.4.2设计控制线路时应注意的问题设计具体线路时，为了使线路设计的简单且准确可靠，应注意以下几个问题。1.尽量减少连接导线设计控制线路时，应考虑各元器件的实际位置，尽可能减少配线时的连接导线。如图2.1（a）所示电路是不合理的。因为按钮一般是安装在操作台上的，而接触器是安装在电器柜内的，这样接线就需要由电器柜内二次引出连接线到操作台上，所以一般都将起动按钮与停止按钮直接连接，这样就可以减少一次引出线，如图2.1(b)所示为合适的连接。 （a）不合理 （b）合理 图2.1 电气连接图2正确连接电器的线圈6第二章 电气控制线路的逻辑设计电压线圈通常不能串联使用，如图2
13、.2（a）所示为不正确的连接。由于他们的阻抗不尽相同，造成两个线圈上的电压分配不等。即使是两个同型号线圈，外加电压是他们的额定电压之和，也不允许这样连接，因为电器动作总有先后，应有一个接触器先动作时，其线圈阻抗增大，该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将使线圈烧毁。电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。图2.2（b）中直流电磁铁YA与继电器KA并联，在接通电源时可正常工作，但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继电器的误动作。解决的方法是可以各用一个接触器
14、的触点来控制。如图2.2（c）所示。（a）错误 （b）错误 （c）正确图2.2 电磁线圈连接图3寄生电路中应避免出现寄生电路寄生电路是线路动作过程中意外接通的电路。如图2.3HL和热保护的正反向电路。正常工作时，能完成正反向起动、停止和信号指示。当热继电器FR动作时，线路就出现了寄生电路如图中虚线所示，使正向接触器KM1不能有效释放，起不了保护作用；反转时亦然。图2.3 寄生电路4.尽可能减少电器数量、采用标准件和相同型号的电器尽量减少不必要的触点以简化线路，提高线路可靠性。将如图2.4（a）中线路改成河北师范大学职技学院学士学位论文图2.4(b)所示的线路后，可减少一个触点。 图2.4 简化
15、线路 当控制的支路数较多，而触点数目不够时，可采用中间继电器增加控制支路的数量。5.多各电器的依次动作问题在线路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制线路。6.可逆线路的联锁在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器之间不仅要由电气联锁而且要有机械联锁。7.完善的保护措施在电气控制线路中，为保证操作人员、电气设备及生产机械的安全，一定要有完善的保护措施。常用的保护环节有漏电流、短路、过载、过流、过压、失压等保护环节。有时还应该设有合闸、断开、事故、安全等必要的指示信号。2.5 控制线路的设计方法本节重点学习分析设计法，根据机械设备的工艺要求和工作过程，将现有的典型环节加以集聚，作适当的补充和修改，综合成所需要的电气控制线路。要重点掌握设计时应当注意的问题，尽量避免发生差错，影响控制线路的可靠性和工作性能。电气线路的一般设计顺序是：首先设计主电路，然后设计控制电路。继电器-接触器控制系统的控制线路设
