电力托动第四章工业电气控制系统的设计

第四章工业电气控制系统的设计第四章工业电气控制系统的设计chenjianguang4.1电气控制线路设计的基本原则4.2电气控制线路设计的基本程序4.3电气控制线路设计的方法4.4电气控制线路的绘制方法第四章工业电气控制系统的设计4.1电气控制设计的基本原则陈剑光4.1.1满足生产机械和工艺要求对系统要求原则1．以满足生产过程中机械加工工艺的要求为切入点，了解设计前必须做的准备工作，即对生产设备的主要工作性能、结构特点、实际工作情况做充分的了解，做到心中有数。2．明确电气控制线路设计所包含的工作。3．在总体方案正确的前提下，确定电力拖动方案和控制方案。借鉴已经获得成功的经过生产实践检验的设备或生产工艺列出几种可选方案，根据条件和工艺要求进行选择。第四章工业电气控制系统的设计4.1.2控制线路力求简单、经济原则陈剑光(1)尽量减少电气元件的数量，选用标准电器元件，尽可能选用相同型号的电器元件以减少备用品数量。(2)尽量选用标准的、常用的或经过实践考验的典型环节或基本电气控制线路。(3)尽量减少不必要的触头，以简化电气控制线路，降低故障率，提高工作可靠性。第四章工业电气控制系统的设计陈剑光第四章工业电气控制系统的设计(4)尽量缩短连接导线和长度。将电器元件触头的位置合理安排，可减少导线根数和缩短导线的长度，以简化接线，不合理合理如图中，起动按钮和停止按钮同放置在操作台上，而接触器放置在电气柜内。从按钮到接触器要经过较远的距离，所以必须把起动按钮和停止按钮直接连接，这样可减少连接线。第四章工业电气控制系统的设计控制线路在工作时，除必要的电器元件必须长期通电外，其余电器应尽量不长期通电，以延长电器元件的使用寿命和节约电能。(5)尽量减少电器不必要的通电时间第四章工业电气控制系统的设计4.1.3保证电气控制线路工作的可靠性原则（1）选用的电器元件要可靠、牢固、动作时间少、抗干扰性能好。（2）正确连接电器元件的线圈。正确不正确第四章工业电气控制系统的设计（3）正确连接电器元件的触头。（4）在控制线路中，采用小容量继电器的触头来断开或接通大容量的接触器的线圈时，要计算小容量继电器的触头容量是否足够，不够时必须增加小容量的接触器或中间继电器（5）在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器之间不但要有电气互锁，而且还要有机械连锁。正确不正确第四章工业电气控制系统的设计（6）在电气控制线路中应尽量避免许多电器元件依次动作后才能接通另一个电器元件的现象，以增加线路的可靠性。(7)设计的电气控制线路中，应能适应所在电网的情况，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。(8)防止线路出现触头竞争现象。正确不正确第四章工业电气控制系统的设计（9）防止寄生电路控制线路在工作中出现意外接通的电路叫寄生电路。如图a，电动机正转时过载，则热继电器动作时会出现寄生电路，图中虚线所示，使接触器KM1不能断电，起不了保护作用。第四章工业电气控制系统的设计4.1.4保证电气控制电路工作的安全性原则电气控制应保证生产机械的安全运行，消除不正常工作时的影响，避免误操作发生事故。常用的保护环节有短路、过流、过压、失压、弱螆、超速、极限保护等。1）短路保护在电器控制线路中，通常采用熔断器或断路器作短路保护。2）过流保护过电流一般比短路电流要小。采用过电流继电器和接触器配合使用。3）过载保护通常采用热继电器作笼型电动机的长期过载保护。4）零电压保护零电压保护通常采用并联在起动按钮两端的接触器的自锁触头来实现。第四章工业电气控制系统的设计工业电气控制技术（四）第四章工业电气控制系统的设计•设计任务书既是整个系统设计的依据，又是设备竣工后验收的依据。没计任务书的具体技术指标及要求，是由技术部门及承担设计任务的部门等几方面共同协商、确定的。其中除简要说明所设计设备的型号、用途、工艺过程、动作要求、传动参数和工作条件外，还应说明以下主要技术指标及要求。4.2电气控制线路设计的基本程序4.2.1拟订设计任务书第四章工业电气控制系统的设计1）控制精度、生产效率。2）电气传动基本特性。3）自动化程度。4）目标成本及费用限额。5）工期、验收标准及验收方式。6）其他要求，如设备布局、安装要求、控制柜布置、稳定性、抗干扰性、照明、信号指示、报警方式等。第四章工业电气控制系统的设计生产机械的工艺要求及结构：选择电动机的数量运动机构要求的调速范围：选择调速方案。注意：电动机的调速特性与负载特性能够相适应4.2.2电力拖动方案选择1.电力拖动方式：单独拖动分立拖动第四章工业电气控制系统的设计电动机调速性质：是指电动机在整个调速范围内转矩、功率与转速的关系。调速性质分类：恒功率传动恒转矩传动电动机的调速性质应与生产机械的负载特性相适应•车床主轴运动：恒功率传动•车床进给运动：恒转矩传动•双速笼式异步电动机：Δ→YY接法为恒功率传动丫→YY接法为恒转矩传动注意：不对应调速性质：使电动机额定功率增大D倍(D为调速范围)，且使部分转矩未得到充分利用。2.电动机调速性质的确定第四章工业电气控制系统的设计3.负载特性要求电动机的调速特性与负载特性相适应，保证电机充分合理的应用。4.起动、制动和正、反转要求第四章工业电气控制系统的设计选择指标包括电动机的种类、结构形式、电动机的额定电流、电动机的额定转速、电动机的额定电压、电动机的额定功率，要考虑生产机械的调速要求，还要考虑电动机的工作环境。电动机的机械特性的选择中，应能满足机械设备提出的要求，要与负载机械特性相适应，以保证一定负载下的转速稳定，并具有一定的调速范围和良好的起动、制动性能；在电动机的工作过程中，其额定功率能得到充分利用，即温升达到额定温升值。4.2.3选择电动机的原则经济、合理、安全第四章工业电气控制系统的设计•在电动机类型的选择中，优先考虑采用结构简单、价格便宜、使用维护方便的三相交流异步电动机。•起动转矩大并有一定调速要求的机械设备，宜选用绕线式异步电动机；拖动功率大，又不要求调速的机械设备，一般采用交流同步电动机，它具有效率高并能改善电网功率因数的优点。第四章工业电气控制系统的设计(1)自动化程度与国情相适应；(2)控制方案与设备的通用化及专业化相适应；(3)控制方案随控制过程的复杂程度而变化；(4)控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，最大限度满足工艺要求。4.2.4电气控制方案的确定4.2.5控制方式的选择时间控制、速度控制、电流控制和行程控制第四章工业电气控制系统的设计•人们希望在掌握了电器控制的基本原则和基本控制环节后，不仅能分析生产机械的电器控制线路的工作原理，而且还能根据生产工艺的要求，设计电器控制线路。•电器控制线路的设计方法通常有两种：经验设计法和逻辑设计法。4.3电气控制线路的设计方法第四章工业电气控制系统的设计4.3.1经验设计法•经验设计是根据生产机械的工艺要求和加工过程，利用各种典型的基本控制环节，加以修补、补充、完善，最后得出最佳方案。若没有典型的控制环节可采用，则按照生产机械的工艺要求逐步进行设计。•经验设计法比较简单，但必须熟悉大量的控制线路，掌握多种典型线路的设计资料，同时具有丰富的实践经验。•通常是先采用一些典型的基本环节，实现工艺基本要求，然后逐步完善其功能，并加上适当的联锁与保护环节。第四章工业电气控制系统的设计•(1)主电路设计；•(2)控制电路设计；•(3)连接各单元环节，构成满足整机生产工艺要求，实现生产过程自动或半自动及调整的控制电路；•(4)联锁保护环节设计；•(5)线路的综合审查。经验设计法的基本步骤：第四章工业电气控制系统的设计4.3.2逻辑设计法•逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来设计电器控制线路，同时也可以用于线路的简化。•把电器控制线路中的接触器、继电器等电器元件线圈的通电和断电、触头的闭合和断开看成是逻辑变量，通过简单的“逻辑与”、“逻辑或”、“逻辑非”等基本运算，得出其运算结果，此结果即表明电器控制线路的结果。•对逻辑函数式进行化简，然后由简化的逻辑函数式画出相应的电气原理图，最后再进一步检查、完善，以期得到既满足工艺要求，又经济合理、安全可靠的最佳设计线路。第四章工业电气控制系统的设计•电气控制系统是由若干的电器元件按照一定的要求连接而成的。将这些电器元件及其连接用一定的图形表达出来，这种图就是电气控制图或称为电气图。•只有正确识别和使用电气图形符号和文字，才能阅读电气图和绘制出标准的电气图。4.4电气控制线路的绘制方法第四章工业电气控制系统的设计名称一般三极电源开关图形符号文字符号名称图形符号文字符号名称图形符号文字符号FRKMKV低压断路器QSQF接触器主触头常开辅助触头常闭辅助触头K、KM欠电压继电器线圈中间继电器线圈常闭触头热继电器电器图中的图形符号及文字符号第四章工业电气控制系统的设计KA相应继电器符号常开触头位置开关常闭触头复合触头SQ速度继电器助触头常开助头常闭助头线圈BV常闭触头常开触头过电流继电器线圈线圈继电器nn第四章工业电气控制系统的设计KAFUQSQS转换开关起动停止复合按钮SASB时间继电器常开延时闭合触头常闭延时打开触头常闭延时闭合触头常开延时打开触头熔断器式隔离开关熔断器式刀开关熔断器KT欠电流继电器线圈第四章工业电气控制系统的设计名称图形符号文字符号名称图形符号文字符号名称图形符号文字符号桥式整流装置蜂鸣器信号灯VCHHLMTV三相绕线转子异步电动机三相笼型异步电动机NPN型三极管PNP型三极管三相自耦变压器接触器线圈热继电器K、KM热元件FR熔断器式负荷开关QMM3～第四章工业电气控制系统的设计电阻器接插器电磁铁电磁吸盘串励直流电动机复励直流电动机RXYAYHMMGTTCRP电位器控制电路电源用变压器照明变压器整流变压器单相变压器直流发电机并励直流电动机他励直流电动机接近开关动合触头磁铁接近时动作的接近开关的动合触头接近敏感开关动合触头半导体二极管晶闸管(阴极侧受控)G～M～M～M～M～或第四章工业电气控制系统的设计电气原理图绘制的原则电路图是用图形符号并按工作顺序排列，详细表示电路或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。在绘制电气原理图时，一般应遵循以下原则：(1)表示导线、信号通路、连接导线等图线都应是交叉和折弯最少的直线；可以水平布置，也可以采用斜的交叉线。(2)电路或元件应按功能布置，并尽可能按工作顺序排列，对因果次序清楚的简图，其布局顺序应该是从左到右和从上到下。第四章工业电气控制系统的设计(3)为了突出和区分某些电路、功能等，导线符号、信号通路、连接线等可采用粗细不同的线条来表示。(4)元件、器件和设备的可动部分通常应表示在非激励或不工作的状态或位置。(5)所用图形符号应符合国家标准规定。如果采用了国家标准中未规定的图形符号，则必须加以说明。(6)同一电器元件不同部分的线圈和触点均应采用同一文字符号标明。第四章工业电气控制系统的设计电器元件布置图绘制电器元件布置图应遵循的原则：(1)体积大和较重的电器应安装在控制柜的下方；(2)安装发热元件时，要注意控制柜内所有元件的温升保持在它们允许极限内；(3)为提高电子设备的抗干扰能力，弱电部分应加屏蔽和隔离；第四章工业电气控制系统的设计(4)元件安装必须遵循规定的间隔和爬电距离；(5)需要经常维护检修的电器，安装位置不宜过高或过低；(6)尽量将外形及结构尺寸相同的元件安装一起；(7)电器布置应考虑对称。第四章工业电气控制系统的设计电气接线图的绘制它是按电气原理图及各电气元件安装的位置来绘制的。电气接线图是安装电气设备或检查线路故障的依据。在电气安装图里要表示出各电气元器件的相对位置及各元器件之间的相互接线关系。所以接线图中各电气元器件的相对位置与电器位置图中的位置一致，并且与电气原理图不同的是同一个电器的元件必须画在一起，而且各电气元器件的文字符号与原理图一致。电气安装图中对外部的接线应通过端子板进行，并注明外部接线的去向