4.3-电气控制电路设计

XiamenUniversity电气控制实践训练MOOC课程团队4.3电气控制电路的设计2017.3厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队电气控制电路设计的一般过程是首先了解被控对象的工艺过程、特性以及控制要求，根据工艺特性对控制的要求选择控制方法，然后设计具体控制电路，最后对设计的电路进行检查和校正。电气控制电路的设计应最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制电路的要求。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队电气控制电路设计原则1.保证控制电路安全可靠原则1）选用可靠的元件。选用可靠的元件就是选用机械和电气寿命长、结构坚实、容量充足、动作可靠、抗干扰性能好的电器。2）应具有完善的保护环节和必要的信号指示。完善的保护环节包括过载、短路、过电流、过电压、失电压等保护环节，它们可以避免因误操作或其他原因而发生的事故，防止事故扩大。有时还应该设置合闸、跳闸，事故，安全等必要的指示信号，用以提示人们，从而达到减少误操作的目的。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队2.保证控制电路正确合理原则1.正确连接电器的线圈。2.正确连接电器的触点。3.尽量避免多个电器元件依次动作后才能接通另一个电器元件。4.应考虑电器触点的接通和分断能力是否足够。5.应考虑电器触点的“竞争问题”。6.防止寄生电路。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队1）正确连接电器的线圈两个电压型交流线圈不能串联，否则，总会有一个线圈对应的电器拒绝动作而导致控制系统出错，如图所示，每一个线圈上分配的电压与线圈阻抗成正比，两个电器动作有先有后，不可能同时吸合。KM1KM2KAKM1KM2a)b)KA图4-3交流线圈的连接a）串联（错误）b)并联（正确）厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队2）正确连接电器的触点同一电器的触点应尽可能接到电源的同一相上。当同一电器的常开和常闭触点位置靠的很近时，不能分别接在电源的不同相上。不正确的触点连接如图4-4a所示。限位开关的常开触点和常闭触点由于不是等电位的，当触点断开产生电弧时很可能在两触点间形成飞弧而造成电源短路，此外，绝缘不好也会造成短路。正确的连接方法如图4-4b所示。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队图4-4电器触点的连接a)错误b)正确厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队3）尽量避免多个电器元件依次动作后才能接通另一个电器元件。不易采用的接线如图4-5a所示。线圈KA3的接通要经过KM、KA1、KA2三对常开触点，若这三对常开触点中有一个损坏或者接触不良，线圈KM3就不会接通，故动作不可靠，若改为如图4-5b所示的接线，即每一个线圈的通电只需经过一个常开触点，电路就会可靠。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队KMKA2KA1KMKA1KA2KA1KA2KA3KA3a)b)KA1KA2图4-5多个电器元件连接a)不宜采用b)宜采用厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队4）应考虑电器触点的接通和分断能力是否足够触点的接通或分断能力不足，即触点容量不够，会导致触点损坏，从而导致控制电路工作出错，如图4-6a所示。触点的接通能力不足，电弧会使触点熔焊在一起。此时可用两个触点并联增加接通能力，或在线路中增加中间继电器转换，以解决触点接通能力不足的问题，如图4-6b和4-6d所示。触点的分断能力不足，电弧熄灭不了，电弧会烧坏触点。这可用同一元件的两个触点串联增加分断能力，或在线路中增加中间继电器转换，以解决触点分断能力不足的问题，如图4-6c、图4-6d所示。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队a)b)c)d)KAKAKAKAKA1KMKAKAKA1KMKMKM图4-6增加触点容量a)触点容量不足b)触点并联c）触点串联d）用中间继电器KA增加触点KA的容量厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队5）应考虑电器触点的“竞争问题”不同电器的线圈同时得电时，其触点本应同时动作，但由于各触点动作时间不同，可能造成电路工作不可靠或误动作，如电动机点动与连续运行控制电路设计，解决触点竞争的一种办法是加入中间继电器。同一继电器的常开触点和常闭触点有“先断后合”型和“先合后断”型。通电时，常闭触点先断开，常开触点后闭合；断电时，常开触点先断开，常闭触点后闭合，属于“先断后合”型，反之，属于“先合后断”，如果触点动作先后发生“竞争”，则电路工作不可靠。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队触点竞争电路如图4-7所示。若继电器KA1采用“先合后断”型，则其常开触点KA1起自锁作用；如果继电器KA1采用“先断后合”，则其常开触点KA1不起自锁作用。KA1KA1KAKA1图4-7电器触点竞争厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队6）防止寄生电路在控制电路的动作过程中，意外接通的电路称为寄生电路（又称假回路）。寄生电路会破坏路的正常工作，造成误动作。下图中是一个具有过载保护和指示灯显示的正、反向起动电路。在正常工作时，能完成正、反转起动，停止和信号指示。但当电动机正转过载，热继电器FR断开时出现了寄生电路，如虚线所示，使正向接触器KM1不能释放，电动机不能断电，起不到保护电动机的作用。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队FRM3~KM1KM2KM1KM2FRKM1KM2KM1KM2SB2SB3HL1HL2正向起动电路反向起动电路QSL1L3L2具有过载保护和指示灯显示的正、反向起动电路为了防止寄生电路的形成，可将指示灯HL1（或HL2）直接并联到接触器KM1（或KM2）两端，也可附加指示电路，用KM1或KM2的常开触点控制HL1或HL2。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队3．控制电路力求简单、经济原则1）尽量减少元器件及触点数目电器触点用得越少越经济，而且系统出故障的机会越小。a)多一个触点b)减少一个触点厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队2）尽量减少电源的种类；尽可能直接采用电网电源，以省去控制变压器等电路。3）尽量减少连接导线将电器元件触点的位置合理安排可以减少导线根数和缩短导线的长度，以简化接线。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队如图4-9a所示连线不合理，因为SB1、SB2在操作台上，而接触器KM在电控柜内，需要四根导线才能把两个按钮接到电控柜上，而用如图4-9b所示连线，用三根导线即可。图4-9电气连接图a)不合理b)合理厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队a）四条线连接b）三条线连接，更简单可靠厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队4）尽量减少长期通电的电器减少长期通电的电器，可以延长元器件的寿命和节约电能。如图4-10a所示，为了减少长期通电的电器，KA1最好采用常开触点，否则KA1回路一直有电流通过，消耗电能。如图4-10b所示，电动机不需供电时，除了断路器QF打开，隔离开关QS也要打开，否则，变压器会长期通过空载电流，消耗电能。PLC主机柜CKAKA1a)b)MQSQFa）PLC输入回路b）电动机的供电回路厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队4．使系统灵活，操作和维修方便原则例如，设置转换开关，可使系统灵活，如图4-11所示。通过转换开关Q可由自动控制转换为手动控制，反之亦然。操作方便指尽量减少操作程序。维修方便需注意不要带电维修，如图供电回路的设计，QS的设置可使熔断器FU和断路器QF检修方便而安全。图4-11自动与手动可切换的控制电路图4-12供电回路厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队电气控制电路设计法1．经验设计法经验设计方法是利用典型环节直接设计控制电路，根据生产工艺要求逐步设计电路进行修改、完善功能。最终综合成满足控制要求的完整电气控制电路。优点：该设计方法简单、灵活，易学，使用广泛。对于具有一定工作经验的电气人员来说，能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队缺点：该设计方法没有固定模式，设计出的电路使用电器及触点不一定最少，不易获得最佳设计方案，当经验不足或考虑不周时会影响电路工作的可靠性。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队2．逻辑设计法逻辑设计方法是利用逻辑代数来进行电路设计，该方法从生产工艺要求出发，把控制电路中的接触器、继电器线圈的通电与断电、触点的闭合与断开、主令电器的接通与断开作为逻辑变量，根据控制要求将它们之间的关系用逻辑关系式来表达，然后运用逻辑定律进行化简，设计出满足控制要求的电气电路图。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队优点：逻辑设计法比较科学，设计的电路简化、合理，能获得理想、经济的方案，适用于设计简单系统的设计。缺点：逻辑设计法设计过程较复杂、难度较大、不易掌握。特别在设计复杂系统时，工作量大，设计繁琐，容易出错。以上两种方法各有优缺点。将经验设计法和逻辑设计法结合起来，各取所长，相互配合，就是我们所说的综合设计法。例如，我们可以用一般设计法进行初步设计，用逻辑设计方法对控制电路进行优化。XiamenUniversity电气控制实践训练MOOC课程团队