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1、电气控制系统设计流程指导书 (征求意见版)天津市海王星海上工程技术有限公司 技术中心 二一二年十一月机械制图要求编写组编写人员 胡亚楠 校 核 刘广斌审 核 刘津编 辑 胡亚楠前 言 天津市海王星海上工程技术有限公司 机械制图要求编组 2012年11月 目录1电气控制系统设计的内容和方法31.1电气控制系统设计的基本原则31.2电气控制系统设计的基本任务、内容31.2.1原理设计内容31.2.2工艺设计内容31.3电气控制系统设计的一般步骤41.3.1拟订设计任务书41.3.2确定电力拖动方案41.3.3拖动电动机的选择51.3.4电动机容量的选择51.3.5选择控制方式61.3.6设计电气控
2、制原理图并合理选用元器件以及编制元器件明表61.3.7设计电气设备的各种施工图样61.3.8编写设计说明书和使用说明书62电气控制原理电路设计的方法与步骤62.1电气控制原理电路的基本设计方法62.1.1经验设计法62.1.2逻辑设计法62.2电气原理图设计的基本步骤72.3原理图设计中的一般要求72.3.1电气控制原理应满足工艺的要求72.3.2控制电路电源种类与电压数值的要求72.3.3确保电气控制电路工作的可靠性和安全性72.3.4应具有必要的保护环节92.3.5操作、维修方便92.3.6控制电路力求简单、经济93电气控制装置的工艺设计93.1电气设备的总体布置设计103.1.1组件划分
3、的原则103.1.2电气控制设备的不同组件之间的接线方式103.2电器元件布置图的设计与绘制103.3电器部件接线图的绘制113.4电气柜、箱和非标准零件图的设计113.5清单汇总124PLC控制系统设计的内容和方法124.1PLC控制系统设计的基本原则124.2PLC控制系统设计的基本内容134.3PLC控制系统设计的一般步骤134.3.1流程图功能说明144.3.2PLC程序设计的步骤154.4PLC机型的选择154.4.1PLC选型的基本原则154.4.2输入/输出模块的选择154.4.3对程序存储器容量的估算161 电气控制系统设计的内容和方法电气控制系统设计的基本内容是根据电气控制要
4、求设计和编制出设备电气控制系统制造和使用、维护中的所有图纸和资料。电气图纸主要包括电气原理图、电气安装图、电气接线图等。主要资料包括元器件清单、设备操作使用说明书、设备原理及结构、维修说明书等。1.1 电气控制系统设计的基本原则生产机械种类繁多，其电气控制方案各异，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。设计工作的首要问题是树立正确的设计思想和工程实践的观点，它是高质量完成设计任务的基本保证基本原则如下：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。2.设计方案要合理。3.机械设计与电气设计应相互配合。4.确保控制系统安全可靠地工作。1.2 电气控制系统设计的基本任务、内容电气
5、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样、资料等。图样包括电气原理图、电气系统的组件划分图、元器件布置图、安装接线图、电气箱图、控制面板图、元器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。 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，以电力拖动控制设备为例，设计内容如下。1.2.1 原理设计内容电气控制系统原理设计的主要内容包括：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. 选择电器元器件，制订元器件明细表。5. 编写设
6、计说明书。 电气原理图是整个设计的中心环节，它为工艺设计和制订其他技术资料提供依据。1.2.2 工艺设计内容进行工艺设计主要是为了便于组织电气控制系统的制造，从而实现原理设计提出的各项技术指标，并为设备的调试、维护与使用提供相关的图样资料。工艺设计的主要内容有： 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、操作台及非标准元件。 4. 列出元器件清单。 5. 编写使用维护说明书。1.3 电气控制系统设计的一般步骤1.3.1 拟订设计任务书电气控制系统的设计任务书中，主要包括以下内容：1. 设备名称、用途、基本结构、动作要求及工艺过程介绍
7、。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. 其他要求。1.3.2 确定电力拖动方案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。所谓电力拖动方案是指根据零件加工精度、加工效率要求、生产机械的结构、运动部件的数量、运动要求、负载性质、调速要求以及投资额等条件去确定电动机的类型、数量、传动方式以及拟订电动机起动、运行、调速、转向、制动等控制要求。电力拖动方案的确定要从以下几个方面考虑： 1.3.2.1 拖动方式的选择电力拖动方式有单
8、独拖动与分立拖动两种。电力拖动发展的趋向是电动机逐步接近工作机构，形成多电动机的拖动方式，这样，不仅能缩短机械传动链，提高传动效率，便于自动化，而且也能使总体结构得到简化。在具体选择时，应根据工艺要求及结构具体情况决定电动机的数量。1.3.2.2 调速方案的选择对于生产机械设备从生产工艺出发往往要求能够调速，不同的设备有不同的调速范围，调速精度等，为了满足一定的调速性能，应选用不同的调速方案，如采用机械变速，多速电动机变速，变频调速等方法来实现。随着交流调速发展，其经济技术指标不断提高，采用各种形式的变频调速技术，将是机械设备调速的主流。大型、重型设备的主运动和进给运动，应尽可能采用无极调速，
9、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极调速；对于一般中小型设备，在没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相鼠笼型异步电动机。1.3.2.3 电动机调速性质应与负载特性相适应机械设备的各个工作机构，具有各自的负载负载特性，如机床的主运动为恒功率负载，而进给运动为恒转矩负载。在选择电动机调速方案时，要使电动机的调速性质与生产机械的负载特性相适应，以使电动机获得充分合理的使用。如双速笼型异步电动机，当定子绕组由三角形联结改成双星形联结时，转速增加一倍，功率却增加很少，适用于恒功率传动；对于低速为戥联结的双速电动机改成双星形联结后，转速和功率都增加一倍，而电动机输出的
10、转矩保持不变，适用于恒转矩传动。1.3.3 拖动电动机的选择电动机的选择主要有电动机的类型、结构型式、容量、额定电压与额定转速。电动机选择的基本原则有：1. 电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求，要与负载的负载特性相适应。保证运行稳定且具有良好的起动，制动性能。2. 工作过程中电动机容量要得到充分利用，使其温升尽可能达到或接近额定温升值。3. 电动机结构型式满足机械设计提出的安装要求，并能适应周围环境工作条件。4. 在满足设计要求前提下，应优先采用结构简单，价格便宜，使用维护方便的三相笼型异步电动机。1.3.4 电动机容量的选择1.3.4.1 分析计算法根据生产机械负载图预选一台电动机，再
11、用该电动机的技术数据和生产机械负载图求出电动机的负载图。最后按电动机的负载图从发热方面进行校验，并检查电动机的过载能力与起动转矩是否满足要求，如若不合格，另选一台电动机重新计算，直到合格为止。此法计算工作量大，负载图的绘制较为困难。对于比较简单，无特殊要求，生产数量不多的电力拖动系统，电动机容量往往采用统计类比法。1.3.4.2 统计类比法将各国同类型，先进的机床电动机容量进行统计和分析，从中找出电动机容量与机床主要参数间的关系，再根据我国实际情况得出相应的计算公式来确定电动机容量的一种实用方法。当机床的主运动和进给运动由同一台电动机拖动时，则应按主运动电动机功率计算。若进给运动单独一台电动机
12、拖动，并具有快速运动功能时，则电动机功率应按快速移动所需功率来计算。此外，还有一种类比法，通过对长期动作的同类生产机械的电动机容量调查，并对机械主要参数，工作条件进行类比，然后再确定电动机的容量。1.3.5 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。1.3.6 设计电气控制原理图并合理选用元器件以及编制元器件明表1.3.7 设计电气设备的各种施工图样1.3.8 编写设计说明书和使用说
13、明书设计说明和使用说明是设计审定、调试、使用、维护过程中必不可少的技术资料。设计和使用说明书应包含：拖动方案的选择依据，本系统的主要原理与特点，主要参数的计算过程，各项技术指标的实现，设备调试的要求和方法，设备使用、维护要求，使用注意事项等。2 电气控制原理电路设计的方法与步骤电气控制原理电路设计是原理设计的核心内容，各项设计指标通过它来实现，它又是工艺设计和各种技术资料的依据。 2.1 电气控制原理电路的基本设计方法电气控制原理电路设计的方法主要有经验设计法和逻辑设计法两种。2.1.1 经验设计法经验设计法也叫分析设计法,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
14、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电路。当没有现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计。经验设计法的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，容易被初学者所掌握，对于具备一定工作经验的电气技术人员来说，能较快地完成设计任务，因此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电路工作的可靠性。为此，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。2.1.2 逻辑设计法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、触头的闭合与断开、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。其具体设计过程可参阅专门论述资料，这里不再作进一步
