西门子PLC电气控制系统设计

14.1电气控制系统设计的基本原则4.2电气控制系统设计的基本任务4.3电气控制线路的设计方法C0NTENTS第4章常用低压电器21.最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求设计之前，首先要调查清楚生产要求。一般控制线路只要求满足启动、反向和制动就可以了；有些则要求在一定范围内平滑调速和按规定的规律改变转速，出现事故时需要有必要的保护、信号预报，各部分运动要求有一定的配合和联锁关系等。4.1电气控制系统设计的基本原则32.在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单、经济(1)尽量选用标准的、成熟的环节和线路。(2)尽量缩短连接导线的数量和长度。SB1SB2KMKM(a)SB2SB1KMKM(b)4.1电气控制系统设计的基本原则4(3)尽量减少电器数量，采用标准件，尽可能选用相同型号的电器元件，以减少备用量。(4)尽量减少不必要的触头，简化控制线路以减小控制线路的故障率，提高系统工作的可靠性。为此可采用以下4种方法。①合并同类触头。如图所示，在获得同样功能的情况下，图(b)比图(a)在电路中减少了一对触头。但是在合并触头时应注意触头对额定电流值的限制。4.1电气控制系统设计的基本原则54.1电气控制系统设计的基本原则6②利用转换触头。利用具有转换触头的中间断电器，将两触头合并成一对转换触头，如图所示。4.1电气控制系统设计的基本原则7③利用半导体二极管的单向导电性来有效减少触头数，如图3.4所示。对于弱电电气控制电路，这样做既经济又可靠。4.1电气控制系统设计的基本原则8(5)线路在工作时，除必要的电路必须通电外，其余的尽量不通电以节约电能，并延长电路的使用寿命。FU1UVWSB1KM1KM2KTKM1KM2KTKM2QFFRKM3NQSM3～KM2KM1FU2SB2KM3KM3FRKT4.1电气控制系统设计的基本原则93．保证控制线路工作的可靠和安全(1)正确连接电器的触点。SQKM1KM2SQ(a)SQKM1SQ(b)KM24.1电气控制系统设计的基本原则10(2)正确连接电器的线圈。4.1电气控制系统设计的基本原则11在直流控制电路中，对于电感较大的电磁线圈，如电磁阀、电磁铁或直流电动机励磁线圈等，不宜与相同电压等级的继电器直接并联工作4.1电气控制系统设计的基本原则12(3)避免出现寄生电路在控制线路的设计中，要注意避免产生寄生电路(或叫假电路)4.1电气控制系统设计的基本原则13(4)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。4.1电气控制系统设计的基本原则14(5)避免发生触点“竞争”与“冒险”现象4.1电气控制系统设计的基本原则15(6)应考虑各种联锁关系在频繁操作的可逆运行线路中，正反向接触器之间不仅要有电气联锁，而且要有机械联锁。(7)设计的线路应能适应所在电网情况，如电网容量的大小，电压频率的波动范围，以及允许的冲击电流数值等。据此决定电动机的启动方式是直接启动还是间接(降压)启动。(8)控制线路工作的安全性电气控制线路应具有完善的保护环节，用以保护电网、电动机、控制电器以及其他电器元件，避免因误操作而发生事故。4.1电气控制系统设计的基本原则164.保证操作、安装、调整、维修方便和安全为了使电器设备维修方便，使用安全，电器元件应留有备用触头，必要时应留有备用电器元件，以便检修调整改接线路；应设置隔离电器，以免带电检修。控制机构应操作简单，能迅速而方便地由一种控制形式转换到另一种控制形式，例如由手动控制转换到自动控制。4.1电气控制系统设计的基本原则174.2电气控制系统设计的基本任务电气设计的基本任务是根据控制要求设计和编制出设备制造和使用维修过程中所必需的各种图纸、资料，其中包括电气系统的组件划分与元器件布置图、安装接线图、电气原理图、控制面板布置图等，编制设备清单、电气控制系统操作使用及维护说明书等资料。因此，电气控制系统设计包含原理设计与工艺设计两部分。184.2电气控制系统设计的基本任务1.原理设计内容电气原理设计是整个系统设计的核心，它是工艺设计和制定其他技术资料的依据，电气控制系统原理设计内容主要包括以下部分。(1)拟定电气设计任务书。(2)确定拖动方案，选择所用电动机的型号。(3)确定系统的整体控制方案。(4)设计并绘制电气原理图。(5)计算主要技术参数并选择电气元件。(6)编写元件目录清单及设计说明书，为工程技术人员的使用提供方便192.工艺设计内容工艺设计的主要目的是便于组织电气控制系统的制造，实现原理设计要求的各项技术指标，为设备的调试、维护、使用提供必要的图样资料。工艺设计的主要内容如下。(1)根据设计原理图及所选用的电器元件，设计绘制电气控制系统的总装配图及总接线图。总装配图应能反映各电动机、执行电器、各种电器元件、操作台布置、电源及检测元件的分布状况；总接线图应能反映系统中的电器元件各部分之间的接线关系与连接方式。4.2电气控制系统设计的基本任务(2)根据原理框图和划分的组件，对总原理图进行编号，绘制各组件原理电路图，列出各部分的元件目录表，并根据总图编号统计出各组件的进出线号。20(3)根据组件原理电路及选定的元件目录表，设计组件装配图(电器元件布置与安装图)、接线图，图中应反映各电器元件的安装方式与接线方式。这些资料是组件装配和生产管理的依据。(4)根据组件装配要求，绘制电器安装板和非标准的电器安装零件图，标明技术要求。这些图样是机械加工和外协作加工所必需的技术资料。(5)设计电气原理图。根据组件尺寸及安装要求确定电气柜结构与外形尺寸，设置安装支架，标明安装尺寸、面板安装方式、各组件的连接方式、通风散热以及开门方式。在电气原理图设计中，应注意操作维护方便与造型美观。4.2电气控制系统设计的基本任务21(6)根据总原理图、总装配图及各组件原理图资料进行汇总，分别列出外购件清单，标准件清单以及主要材料消耗定额。这些是生产管理(如采购、调度、配料等)和成本核算所必须具备的技术资料。(7)编写使用维护说明书。4.2电气控制系统设计的基本任务22根据电气设计的内容，电气控制系统设计的基本步骤如下。(1)拟定电气控制系统设计任务书。(2)确定拖动(传动)方案、选择电动机型号。(3)确定控制方案。(4)画出电气控制线路原理图。(5)选择电器元件，制定电机和电器元件明细表。(6)设计电气柜、操作台、电气安装板，画出电机和电器元件的总体布置图。4.3电气控制系统设计步骤(7)绘制电气控制线路装配图及接线图。(8)编写设计计算说明书和使用说明书。23电气原理设计的方法主要有分析设计法(又称经验设计法)和逻辑设计法两种，下面将分别介绍。4.4.1分析设计法所谓分析设计法指根据生产工艺的要求选择适当的基本控制环节(单元电路)或将经过考验的成熟电路按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修改，以综合成满足控制要求的完整线路。当找不到现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计，将主令信号经过适当的组合与变换，在一定条件下得到执行元件所需要的工作信号。设计过程中，要随时增减元器件和改变触头的组合方式，以满足拖动系统的工作条件和控制要求，经过反复修改得到理想的控制线路。4.4电气控制系统设计方法24例：设计一皮带运输机的电气控制系统。先M1，再M2,后M3，切断货源，防止压带,堵转开机顺序：先M3，再M2，后M1，防止压带堵转停机顺序：物流方向M1M2进口出口M3开机预警：启动时需先用蜂鸣器发出警报信号4.4.1电气控制系统设计方法---分析设计法25控制要求：1.有延时启动预警功能。在启动时需先用蜂鸣器（YV)发出警报信号，预报机器即将启动，警告人们迅速退出危险区，之后方允许机器启动。2.为了避免货物在皮带上堆积，启动要求为：A:启动顺序：皮带机3#，2#，1#B:每个皮带机启动之间要有一定的时间间隔3.为了在停机后皮带机上无货物滞留，停机要求为：A:停机顺序：皮带机1#，2#，3#B:每个皮带机停机之间要有一定的时间间隔。4.4.1电气控制系统设计方法---分析设计法261.主电路的设计分析：3台电机都采用鼠笼型异步电动机拖动，不同时启动，对电网冲击小。不经常制动，对制动时间和准确度无特殊要求。因此：2）无需制动，自由停车即可。3）加装短路和过载保护即可。1）直接启动4.4.1电气控制系统设计方法---分析设计法271）动力部分设计4.4.1电气控制系统设计方法---分析设计法282）控制部分设计①预警功能设计4.4.1电气控制系统设计方法---分析设计法292）控制部分设计顺序启动设计②4.4.1电气控制系统设计方法---分析设计法302）控制部分设计顺序停车设计③4.4.1电气控制系统设计方法---分析设计法313）保护设计必要的短路和过载保护④4.4.1电气控制系统设计方法---分析设计法324）完整控制图4.4.1电气控制系统设计方法---分析设计法334.4电气控制系统设计方法4.4.2逻辑设计法1）.将控制线路中的接触器、继电器线圈的通电与断电，触头的闭合与断开，以及主令元件的接通与断开等看成逻辑变量，并将这些逻辑变量关系表示为逻辑函数关系式.2）.运用逻辑函数基本公式和运算规律对逻辑函数式进行化简，使之成为“与”、“或”、“非”的最简关系式.3）.根据最简式画出相应的电路结构图.4）.最后再做进一步的检查和完善，得到所需的控制线路。1.1设计的基本步骤.344.4.2电气控制系统设计方法---逻辑设计法1.2继电接触式控制线路中逻辑变量的处理一般在控制线路中，电器的线圈或触头的工作存在着两个物理状态。对于接触器、继电器的线圈是通电与断电；对于触头是闭合与断开。在继电接触式控制线路中，每一个接触器或继电器的线圈、触头以及控制按钮的触头都相当于一个逻辑变量，它们都具有两个对立的物理状态，故可采用“逻辑0”和“逻辑1”来表示。任何一个逻辑问题中，“0”状态和“1”状态所代表的意义必须做出明确的规定，在继电接触式控制线路逻辑设计中规定如下。(1)对于继电器、接触器、电磁铁、电磁阀、电磁离合器等元件的线圈，通常规定通电为“1”状态，失电则规定为“0”状态。35(2)对于按钮、行程开关元件，规定压下时为“1”状态，复位时为“0”状态。(3)对于元件的触头，规定触头闭合状态为“1”状态，触头断开状态为“0”状态。分析继电器、接触器控制电路时，元件状态常以线圈通电或断电来判定。该元件线圈通电时，其本身的常开触头(动合触头)闭合，而其本身的常闭触头(动断触头)断开。因此，为了清楚地反映元件状态，元件的线圈和其常开触头的状态用同一字符来表示，而其常闭触头的状态用该字符的“非”来表示。例如对于接触器KM1来说，其常开触头的状态用KM1表示，其常闭触头的状态用则用表示。KM14.4.2电气控制系统设计方法---逻辑设计法362.继电接触式控制线路中的基本逻辑运算继电接触式控制线路中的基本逻辑运算可以概括为3种：与、或、非。(KM)K1K2f4.4.2电气控制系统设计方法---逻辑设计法下面对这3种基本逻辑运算做详细分析：1)继电接触式控制线路中的逻辑“与”372)逻辑“或”(KM)K1K2f3)逻辑“非”(KM)KAf4.4.2电气控制系统设计方法---逻辑设计法383.逻辑函数的基本公式和运算规律(1)交换律：(2)结合律：(3)分配律：(4)吸收律：(5)互补律：(6)非非律：ABBAA(BC)(AB)CA(BC)ABACABC(AB)(AC)AABAA(AB)AAABABAABABAA0AA1AA4.4.2电气控制系统设计方法---逻辑设计法39【例】化简如下电路。4.4.2电气控制系统设计方法---逻辑设计法40逻辑式为函数式化简为121323(KM)KAKAKAKAKAKAf1213231213231112132312311231321213KAKAKAKAKAKA(KM)KAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKA(