电气控制系统设计-

电气控制与PLC第四章电气控制系统设计第一节电气控制系统设计的基本内容和一般规则主要设计内容：原理设计和工艺设计一、电气设计的基本内容1、拟订设计的任务书。2、选择电气传动形式和控制方案。3、设计电气原理图及合理选择元件（原理设计）。4、绘制电气安装接线图（工艺设计）。5、汇总资料，编写说明书。二、电气控制线路设计的一般原则总原则：满足技术、经济指标要求，操作、维修方便的基本要求。通过优选器件，提高可靠性，延长寿命，提高产品的竞争力。电气设计的一般规律：1、选用典型环节2、合理设计电路必要时，可以使用逻辑代数化简电路，优化电路结构。（1）设计控制线路时应考虑到各个控制电器的实际接线，尽可能减少连接的导线如图4.1.1(b)与(d)是不适当的接线方法，而图4.1.1(a)和(c)是适当的。因为按钮在按钮站（或操纵台），电器在电器柜里，从图(a)看出向按钮站的实际引线是三条，而图(b)则是四条。图(c)和(d)考虑到SB1和SB2，SB3和SB4分别两地操作，则图(c)就比图(d)少用了一条连接导线。图4.1.1电器元件的合理接线（2）应尽量减少控制线路中所用控制电器触头的数量在控制线路中，应尽量减少触头，提高线路工作的可靠性。在简化、合并触头的过程中，应注意同类性质触头的合并，或一个触头能完成的动作，不用两个触头。合并时应注意触头的额定电流是否允许。图4.1.2列举了一些触头化简与合并的例子。图4.1.2触头的化简与合并（3）交流电器的电压线圈不能串联使用因为交流电器的线圈的感抗与它的衔铁吸合间隙有关。由于吸合时间不完全同步，只要有一个电器吸合动作，它的线圈上的压降就增大，从而使另一电器达不到所需要的动作电压。图4.1.3两只交流接触器的使用（4）控制电器的线圈应接在电源的同一端接触器、继电器以及其它执行电器的线圈的一端统一接在电源的同一侧，使所有电器的控制触头在电源的另一侧，如图4.1.4所示。这样当某一电器的触头发生短路故障时，引起电源短路。同时也便于检修和安装接线。图4.1.4控制电路中电器线圈、触头位置（5）应避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的现象。如图4.1.5（a）所示，继电器KA4是在KA1、KA2和KA3相继动作后才能接通电源，也就是说，KA4的接通要经过KA1、KA2、KA3三对触头。但图4.1.5（b）中KA4的动作只需KA2电器动作，而且只需要经过一对触头，工作就较为可靠。图4.1.5触头的合理使用图4.1.6顺序控制电路图4.1.7a）为反身自停电路，存在电气导通的竞争现象。图4.1.7b}为无竞争的反身自停电路。结论：继电、接触器控制电路不得用自身触点切断线圈的导电电路。KTKASB2SB1KTSB1SB2KTKTKTb)KAa)（6）防止竞争现象图4.1.7时间继电器组成的反身关闭电路3、控制电源与导线的选择①控制电源选择交流控制电路电源有36、127、220、380V等规格，电路结构简单的可使用220V或380V电源，电路复杂，故障多发，宜选用低压电源，但须经变压器降压获得。其次，还可以根据安全照明和工作状态指示的要求，以及电磁线圈（电磁铁）的负载性质等综合考虑。变压器容量估算：ST≥KT∑SXC式中：ST-变压器所需容量；SXC为电器元件的吸持功率；∑SXC-控制电路在最大负载时工作电器所需要的功率；KT-变压器容量的储备系数，一般取1.1~1.25。②导线的选择导线的选择包括导线的种类选择和导线的截面积的选择。导线有单股或多股导线，应根据导线的走线方式和美观要求进行选择。铜芯导线截面积一般可按5A/mm2来估算。第二节电气控制原理设计方法电气控制原理设计方法有两种，经验设计法和逻辑代数设计法。1、经验设计法电气控制设计的内容包括主电路、控制电路和辅助电路的设计。设计步骤①主电路：主要考虑电动机起动、点动、正反转、制动及多速控制的要求。②控制电路：满足设备和设计任务要求的各种自动、手动的电气控制电路。③辅助电路：完善控制电路要求的设计，包括短路、过流、过载、零压、连锁（互锁）、限位等电路保护措施，以及信号指示、照明等电路。④反复审核：根据设计原则审核电气设计原理图，有必要时可以进行模拟实验，修改和完善电路设计，直至符合设计要求。常用的经验设计方法①根据生产机械的要求，，选用典型环节，将它们有机的组合起来，并加以补充修改，综合成所需的控制电路。②没有典型环节，可以根据工艺要求自行设计，采用边分析边画图的方法，不断增加电器元件和控制触点，以满足给定的工作条件和要求。经验设计的特点①设计方法简单易于掌握，使用广泛。②要求设计者有一定的设计经验，需要反复修改图纸，设计速度较慢。③设计程序不固定，一般需要进行模拟实验。④不宜获得最佳设计方案。2、逻辑设计法利用逻辑代数，从生产工艺出发，考虑控制电路中逻辑变量关系，在状态波形图的基础上，按照一定的设计方法和步骤，设计出符合要求的控制电路。该方法设计出的电路较为合理、精练可靠，特别在复杂电路设计时，可以显示出逻辑设计法的设计优点。第三节基于导线二维标注法电气接线图设计1、电气接线图的绘制规则用途：电气接线图用来表示电气配电盘内部器件之间导线的连接关系。①标线号：在电气原理图上用数字标注线号，每经过一个器件改变一次线号（接线端子除外）。②布置器件：根据电气原理图，将电气元件在配电盘或控制盘上按先上后下，先左后右的规则排列，并以接线图的表示方法画出电器元件（方框+电气符号）。③标器件号：给安放位置固定的器件标注编号（包括接线端子）。④二维标注：在导线上标注导线线号和指示导线去向的器件号。注意：配电盘的引出、引入导线均须采用接线端子连接。2、电气互连图绘制规则电气互连图的用途：电气互连图表示电气配电盘与盘之间，盘与外部设备之间的连线关系。电气互连图绘制规则：①导线连接关系控制盘（板）之间，控制盘与外设之间用导线束表示导线的连接关系，原理图中应注明导线的颜色、数量、长度、载流面积等参数。②穿线管的使用为保护设备外部的连接导线，经常使用穿线管走线方式。使用穿线管时，应在原理图中注明穿线管种类、内经、长度、及所穿导线根数（含备用）。第四节电气控制系统设计应用举例设计选题电动机的起停控制电路1、电气原理图原理设计时以起停控制电路原理为主，兼顾电路的工作状态指示和设备工作点的局部照明电路。图中标注了线号、导线截面积等参数。PE11.5mm2TSRQF电源开关7652M23~N342AFU12KM567HLHLEL2AFU2KMVUW3SB2KMSB11主电动机起停控制线路SA1mm2照明和信号2、电气安装位置图电气安装位置图用来表示元器件清单中所有电器元件的相对安装位置。通常，电器元件布置在主配电盘和操作面板上。电气安装位置图应考虑电器元件的实际安装方法和结构尺寸，最终确定主配电盘和操作面板、以及控制柜结构和外形尺寸。3、电气接线图按照电气安装位置图的设计思想，电气接线图也分为主配电盘接线图和操作面板接线图两部分。图中线侧数字表示线号（1~7），线端数字表示器件编号（10~25）。2320DZ2L1L2L322242424RR1221176423524ST242124QF232517317521761771724925212323321电源ST4NPE22125U242424M756UV8W2W25V255252010EL7206DZ32023L1N205252323L3L2320224FU12122KM12420241L32322FU2DZ1125637202012052020324206171511171410114SB1131311314131715141131011HL1101711HL2SB2175131711726SA121574、电气互连图电气互连图表示电气控制柜配电盘之间、以及和外部器件之间的接线关系。图中用导线束将照明灯、操作面板、电动机、电源引入线与控制主盘连接起来，并注明了穿线管的规格、电缆线的参数等数据，详见表4.2。设计时应注意接地装置的设计（安全）。R1*1.5mm（白）3*1.5mm（红）电源进线1*1.5mm（黄绿）2*1mm（红）包塑金属软管d10mm*2m照明灯接地螺栓包塑金属软管d20mm*1m包塑金属软管d20mm*2m控制面板9102222STNPEUVW123563*1.5mm（红）1*1.5mm（黄绿）配电盘底板22图4电气接线图5、安装调试安装无误后，接通三相电源，作空载实验，通过操作按钮，检验电气装置动作的准确性及指示的正确性，空载实验无误后，接上负载作负载试验，反复调试直至设备正常工作为止。小结本章通过应用示例，系统的介绍了电气控制线路（原理）设计，电气安装位置图、电气接线图、电气互连图等工艺设计方法。工艺设计是在理论设计的基础上进行的重要设计内容，实践性很强、工作量很大，电气设备的质量和制造成本在很大程度上取决于工艺设计水平。所以，也是电气工程师的必修内容。图4.1.1电器元件的合理接线图4.1.2触头的化简与合并图4.1.3两只交流接触器的使用图4.1.4控制电路中电器线圈、触头位置图4.1.5触头的合理使用图4.1.6顺序控制电路图4.1.7反身自停电路4.4.2主盘电气安装位置图4.4.3操作面板电气安装位置图4.4.4电气安装接线图（主板）2320DZ2L1L2L322242424RR1221176423524ST242124QF232517317521761771724925212323321电源ST4NPE22125U242424M756UV8W2W25V255252010EL7206DZ32023L1N205252323L3L2320224FU12122KM12420241L32322FU24.4.5电气安装接线图（操作面板）DZ1125637202012052020324206171511171410114SB1131311314131715141131011HL1101711HL2SB2175131711726SA121574.4.6电气互连图R1*1.5mm（白）3*1.5mm（红）电源进线1*1.5mm（黄绿）2*1mm（红）包塑金属软管d10mm*2m照明灯接地螺栓包塑金属软管d20mm*1m包塑金属软管d20mm*2m控制面板9102222STNPEUVW123563*1.5mm（红）1*1.5mm（黄绿）配电盘底板22图4电气接线图4.4.1电气原理图PE11.5mm2TSRQF电源开关7652M23~N342AFU12KM567HLHLEL2AFU2KMVUW3SB2KMSB11主电动机起停控制线路SA1mm2照明和信号