第4章 工业电气控制系统的设计

1、第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计第第4章章工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计基本要求基本要求了解了解电力拖动系统设计电力拖动系统设计的基本原则；的基本原则； 掌握掌握电气控制线路设计电气控制线路设计的基本规律和注意事项；的基本规律和注意事项；以国标为准，掌握电气控制线路图的以国标为准，掌握电气控制线路图的绘图方法绘图方法。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计机电设备的设计工作包括：机电设备的设计工作包括：机械设计机械设计和和电气设计电气设计。电气设计通常是和机械设计电气设计通常是和机械设计同时开始，交叉进行同时开始，交叉进行的。的。

2、4.1 电气控制线路设计的基本原则电气控制线路设计的基本原则 1 、满足生产机械和、满足生产机械和工艺工艺对电气控制系统要求原则对电气控制系统要求原则2、 控制线路力求简单、经济原则控制线路力求简单、经济原则1） 尽量减少电器元件的数量，选用标准电器元件，尽量减少电器元件的数量，选用标准电器元件，尽可尽可能选用相同型号的电器元件能选用相同型号的电器元件以减少备用品的数量。以减少备用品的数量。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。或基本电气控制线路。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3） 尽

3、量减少不必要的触头，以简化电气控制线路，尽量减少不必要的触头，以简化电气控制线路，降低故障几率，提高工作可靠性。降低故障几率，提高工作可靠性。（1）合并同类触头）合并同类触头 （2）利用转换触头）利用转换触头第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计（3） 在直流电路中利用半导体二极管的单向在直流电路中利用半导体二极管的单向导电性导电性 。+-（4）利用逻辑代数对电路化简以减少触头的数目。）利用逻辑代数对电路化简以减少触头的数目。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4）尽量缩短连接导线和长度。）尽量缩短连接导线和长度。 设计控制电路时考虑到各元件之间的

4、实际位置，如控制设计控制电路时考虑到各元件之间的实际位置，如控制柜、操作台、限位开关等。柜、操作台、限位开关等。5）尽量减少电器不必要的通电时间）尽量减少电器不必要的通电时间第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3 、保证电气控制电路工作的可靠性原则、保证电气控制电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。）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。）正确连接电器元件的线圈。 在交流控制线路中，若需要在交流控制线路中，若需要两个电器元件同时动作时两个电器元件同时动作时，即使外加电压是，即使外加电压是

5、两个线圈额定电压之和，也两个线圈额定电压之和，也不允许不允许两个电器元件的两个电器元件的线圈串联使用，应该并联线圈串联使用，应该并联连接。连接。 两电感量相差悬殊的直流电压线圈不能直接并联。两电感量相差悬殊的直流电压线圈不能直接并联。 YAYA为电感量较大的电磁铁线圈为电感量较大的电磁铁线圈 KAKA为电感量较小的中间继电器线圈。为电感量较小的中间继电器线圈。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3）正确连接电器元件的触头）正确连接电器元件的触头 SQ常开和常闭触点分别接在常开和常闭触点分别接在电源的不同相上，当触头断开产电源的不同相上，当触头断开产生电弧时，可能在两触头

6、间形成生电弧时，可能在两触头间形成飞弧造成电源短路。飞弧造成电源短路。 由于两触头间的电位相同，由于两触头间的电位相同，就不会造成电源短路。就不会造成电源短路。 可减少导线段数和缩短导可减少导线段数和缩短导线长度。线长度。 第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计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接触器的线圈时，要计算继电器触头断开或接通容量是否足够，接触器的线圈时，要计算继电器触头断开或接通容量是否足够，不够时必须加小容量的接触器或中间继电器，否则工作不可靠。不够时必须加小容量的接触器或中间继

7、电器，否则工作不可靠。若要若要增加接通能力，可用多触头并联增加接通能力，可用多触头并联；若要；若要增加分断能力，可用增加分断能力，可用多触头串联多触头串联。 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联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联锁，而且还要有机械联锁。锁，而且还要有机械联锁。6） 设计的电气控制线路应能适应所在电网的情况，如电网容量大设计的电气控制线路应能适应所在电网的情况，如电网容量大小，电压频率的波动范围，以及允许的冲击电流数值等。并据此小，电压频率的波动范围，以及允许的冲击电流数值等。并据此来决定电动机的起动方式是直接起动或是间接起动。来决定电

8、动机的起动方式是直接起动或是间接起动。 第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计7） 在电气控制线路中应尽量避免许多电器元件依次动作才能接通另一在电气控制线路中应尽量避免许多电器元件依次动作才能接通另一个电器元件的现象，以增加线路的可靠性。个电器元件的现象，以增加线路的可靠性。 8） 防止出现寄生回路在电气控制线路的动作过程中，意外接通的电路称为防止出现寄生回路在电气控制线路的动作过程中，意外接通的电路称为寄寄生回路生回路。寄生回路将破坏电器元件和控制线路的工作顺序或造成误动作热继电。寄生回路将破坏电器元件和控制线路的工作顺序或造成误动作热继电器器FR起不了保护作用。起不了

9、保护作用。 。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计9）防止线路出现）防止线路出现触头竞争触头竞争现象现象 KT整定的延时时间太短，甚至小于其瞬时触点的动作时间，则无整定的延时时间太短，甚至小于其瞬时触点的动作时间，则无法使法使KT的线圈失电。的线圈失电。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4、保证电气控制电路工作的安全性原则、保证电气控制电路工作的安全性原则 在自动控制系统中，常用的保护环节有：在自动控制系统中，常用的保护环节有：短路保护短路保护 （FU或或QF）过流保护过流保护 （过电流继电器（过电流继电器KI ）过载保护过载保护 （FR或或Q

10、F ）失压保护失压保护防止电压恢复时电动机自行起动的保护。防止电压恢复时电动机自行起动的保护。（一般用自锁触点或零压继电器（一般用自锁触点或零压继电器KV）过压保护过压保护 （过压继电器（过压继电器KV）弱磁保护弱磁保护 （欠电流继电器（欠电流继电器KI）（超速）极限保护（超速）极限保护 （用（用SQ的常闭触点实现）的常闭触点实现）第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计5、操作、维护、检修方便原则、操作、维护、检修方便原则 电器元件应留有备用触头，必要时留有备用电器元件，以便电器元件应留有备用触头，必要时留有备用电器元件，以便检修、调整改接线路；检修、调整改接线路； 设置

11、电气隔离，避免带电检修；设置电气隔离，避免带电检修； 控制机构应操作简单、便利，能迅速而方便地实现从一种控控制机构应操作简单、便利，能迅速而方便地实现从一种控制方式到另一种控制方式的转换，如从自动控制转换到手动控制制方式到另一种控制方式的转换，如从自动控制转换到手动控制等；等； 设置多点控制，便于在生产机械旁进行调试；设置多点控制，便于在生产机械旁进行调试； 操作回路较多时，应采用主令控制器，而不采用许多按钮的操作回路较多时，应采用主令控制器，而不采用许多按钮的方式。方式。 第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4. 2 电气控制线路设计的基本程序电气控制线路设计的基本程

12、序1 、拟定电气设计任务书、拟定电气设计任务书 在任务书中，应简要说明所设计的机械设备型号、用途、工艺过在任务书中，应简要说明所设计的机械设备型号、用途、工艺过程、技术性能、传动方式及现场环境条件等。程、技术性能、传动方式及现场环境条件等。 说明以下技术指标及要求：说明以下技术指标及要求： 控制精度，生产效率要求；控制精度，生产效率要求； 用户供电电网的种类、电压等级、频率及容量；用户供电电网的种类、电压等级、频率及容量； 有关电力拖动的基本特性。如电动机的数量、用途、负载特性、有关电力拖动的基本特性。如电动机的数量、用途、负载特性、调速范围以及对起动、反向和制动的要求等；调速范围以及对起动、

13、反向和制动的要求等； 有关电气控制的特性。如电气控制的基本方式、自动工作循环有关电气控制的特性。如电气控制的基本方式、自动工作循环的组成、动作程序、电气保护及联锁条件等；的组成、动作程序、电气保护及联锁条件等； 有关操作方面的要求。如操作台的布置、测量和信号指示、故有关操作方面的要求。如操作台的布置、测量和信号指示、故障报警及照明等；障报警及照明等； 机床主要电气设备（如电动机、执行电器和行程开关等）的参数机床主要电气设备（如电动机、执行电器和行程开关等）的参数及布置草图。及布置草图。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计2、电力拖动方案的选择、电力拖动方案的选择 电力拖

14、动方案是指根据生产电力拖动方案是指根据生产工艺要求工艺要求、生产机械的结构、运动、生产机械的结构、运动部件的数量、运动要求、负载特性、部件的数量、运动要求、负载特性、调速要求调速要求及投资金额等条件，及投资金额等条件，来确定电动机的类型、数量、来确定电动机的类型、数量、拖动方式拖动方式，并拟定，并拟定电动机的起动电动机的起动、运、运行、行、调速调速、转向、转向、制动制动等控制要求，作为电气控制原理图设计及电等控制要求，作为电气控制原理图设计及电器元件选择的依据。器元件选择的依据。1）电气传动方式）电气传动方式（1）单机拖动：一台设备只有一台电动机，通过机械传动链将）单机拖动：一台设备只有一台电

15、动机，通过机械传动链将动力传送到各个工作机构。动力传送到各个工作机构。（2）分机拖动：）分机拖动：一台设备一台设备由由多台电动机多台电动机分别驱动分别驱动各个工作机构各个工作机构。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计2）调速性能）调速性能在选择调速方案时，可参考以下几点。在选择调速方案时，可参考以下几点。 （1）重型或大型设备：）重型或大型设备： 主运动主运动及进及进给运动给运动，尽可能采用，尽可能采用无级调速无级调速。有利于简化机械结构，缩小。有利于简化机械结构，缩小齿轮箱体积，降低制造成本，提高机床利用率。齿轮箱体积，降低制造成本，提高机床利用率。 （2）精密机械设

16、备）精密机械设备: 为了保证加工精度和动作的准确性，便于自动控制，也应采用为了保证加工精度和动作的准确性，便于自动控制，也应采用电气无级电气无级调速调速方案方案 。 （3）一般中小型设备）一般中小型设备: 用经济、简单、可靠的三相鼠笼式异步电动机，配以适当级数的齿轮变用经济、简单、可靠的三相鼠笼式异步电动机，配以适当级数的齿轮变速箱。当调速范围速箱。当调速范围D=23，调速级数，调速级数24时，可采用双速或多速的鼠笼式异时，可采用双速或多速的鼠笼式异步电动机。步电动机。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3）负载特性）负载特性 为使电动机得到充分合理的应用，要求电动机的

17、调速特性与负载为使电动机得到充分合理的应用，要求电动机的调速特性与负载特性相适应。特性相适应。 例如，双速鼠笼式异步电动机：例如，双速鼠笼式异步电动机： 当定子绕组由三角形联接改接成双星形联接时，转速增加当定子绕组由三角形联接改接成双星形联接时，转速增加一倍，功率却增加很少。它适用于一倍，功率却增加很少。它适用于恒功率传动恒功率传动。 对于低速为星形联接的双速电机改接成双星形后，转速和对于低速为星形联接的双速电机改接成双星形后，转速和功率都增加一倍，而电动机所输出的转矩却保持不变，它适用功率都增加一倍，而电动机所输出的转矩却保持不变，它适用于于恒转矩传动恒转矩传动。 他激直流电动机他激直流电动

18、机的调磁调速属于的调磁调速属于恒功率调速恒功率调速，而调压调速，而调压调速则属于则属于恒转矩调速恒转矩调速。 第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4）起动、制动和正、反转要求）起动、制动和正、反转要求 机械设备主运动传动系统的起动转矩一般都比较小，原则上可机械设备主运动传动系统的起动转矩一般都比较小，原则上可采用任何一种起动方式。采用任何一种起动方式。 对于它的辅助运动，在起动时往往要克服较大的静转矩，所以对于它的辅助运动，在起动时往往要克服较大的静转矩，所以在必要时可选用在必要时可选用高起动转矩的电动机高起动转矩的电动机，或采用，或采用提高起动转矩的措施提高起动转矩的

19、措施，如对如对绕线式绕线式异步电动机异步电动机转子串接对称电阻转子串接对称电阻的起动。的起动。起动的要求：起动的要求： 对于电网容量不大而起动电流较大的电动机，要对于电网容量不大而起动电流较大的电动机，要采取限制起动电采取限制起动电流的措施流的措施，常用的方法有：，常用的方法有：在定子电路中串入电阻或电抗，在定子电路中串入电阻或电抗，星三角起动星三角起动延边三角形起动延边三角形起动使用自耦变压器降压起动等使用自耦变压器降压起动等以免电网电压波动较大而造成事故。以免电网电压波动较大而造成事故。 第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计 如果对于制动的性能无特殊要求而电动机又不

20、需要反转时，则采如果对于制动的性能无特殊要求而电动机又不需要反转时，则采用用反接制动反接制动，可使控制线路简化。，可使控制线路简化。 在要求制动平稳、准确，而且在制动过程中不允许有反转可能性在要求制动平稳、准确，而且在制动过程中不允许有反转可能性时，则宜采用时，则宜采用能耗制动方式能耗制动方式。 在起吊运输设备中也常常采用具有联锁保护功能的电磁机械制动在起吊运输设备中也常常采用具有联锁保护功能的电磁机械制动（俗称（俗称电磁抱闸电磁抱闸）。）。 有些场合也采用再生发电制动（有些场合也采用再生发电制动（回馈制动回馈制动）。）。 当采用变频调速时，可根据需要设定不同的制动方式。当采用变频调速时，可根

21、据需要设定不同的制动方式。制动的要求：制动的要求：第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3、电动机的选择、电动机的选择电动机选择的基本原则：电动机选择的基本原则：1） 电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求，要与负载特性相电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求，要与负载特性相适应，以保证生产过程中运行稳定性并具有一定的调速范围和良好适应，以保证生产过程中运行稳定性并具有一定的调速范围和良好的起、制动性能。的起、制动性能。2） 电动机的结构形式应满足机械设计提出的安装要求，并适应周围电动机的结构形式应满足机械设计提出的安装要求，并适应周围环境的工作条件。环境的工作条件。

22、3） 电动机电压的选择应根据使用地点的电源电压来决定，常用为电动机电压的选择应根据使用地点的电源电压来决定，常用为380V、220V。4） 在在没有特殊要求没有特殊要求的场合，一般的场合，一般均采用交流电动机均采用交流电动机，仅，仅在起动、制在起动、制动和调速不满足要求时才选择直流电动机。动和调速不满足要求时才选择直流电动机。 5） 根据生产机械的功率负载和转矩负载选择电动机的额定功率。根据生产机械的功率负载和转矩负载选择电动机的额定功率。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计6）根据电动机的负载和工作方式，正确选择电动机的容量。根据电动机的负载和工作方式，正确选择电动机

23、的容量。 对于恒定负载长期工作制的电动机，其容量的选择应保证电动机对于恒定负载长期工作制的电动机，其容量的选择应保证电动机的额定功率等于或大于负载所需要的功率；的额定功率等于或大于负载所需要的功率； 对于变动负载长期工作制的电动机，其容量的选择应保证当负载对于变动负载长期工作制的电动机，其容量的选择应保证当负载变到最大时，电动机仍能给出所需要的功率，同时变到最大时，电动机仍能给出所需要的功率，同时电动机的温升不超电动机的温升不超过允许值过允许值； 对于短时工作制的电动机，其容量的选择应按照电动机的过载能对于短时工作制的电动机，其容量的选择应按照电动机的过载能力来选择；力来选择； 对于重复短时工

24、作制的电动机，其容量的选择原则上可按照电动对于重复短时工作制的电动机，其容量的选择原则上可按照电动机在一个工作循环内的平均功耗来选择。机在一个工作循环内的平均功耗来选择。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4、电气控制方案的确定、电气控制方案的确定 合理选择电气控制技术方案是安全、可靠、优质、经济地实现合理选择电气控制技术方案是安全、可靠、优质、经济地实现工艺要求的重要步骤。工艺要求的重要步骤。选择电气控制方案遵循的主要原则：选择电气控制方案遵循的主要原则： 自动化程度与国情相适应；自动化程度与国情相适应； 控制方案应与设备的通用化及专用化相适应；控制方案应与设备的通用

25、化及专用化相适应； 控制方案随控制过程的复杂程度而变化；控制方案随控制过程的复杂程度而变化； 控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，最大限度控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，最大限度地满足工艺要求。地满足工艺要求。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计5、控制方式的选择、控制方式的选择控制方式主要有：控制方式主要有：时间时间控制方式：控制方式： 利用时间继电器、可编程序控制器或微型计算机的延时单元，它将感测利用时间继电器、可编程序控制器或微型计算机的延时单元，它将感测系统接受的输入信号经过延时一段时间后才发出输出信号，从而实现电路切换系统接受的输入信号经过

26、延时一段时间后才发出输出信号，从而实现电路切换的时间控制。的时间控制。速度速度控制方式：控制方式： 利用速度继电器或测速发电机，间接或直接地检测某机械部件的运动速利用速度继电器或测速发电机，间接或直接地检测某机械部件的运动速度，来实现按速度原则的控制。度，来实现按速度原则的控制。电流电流控制方式：控制方式： 借助于电流继电器，它的动作反映了某一电路中的电流变化，从而实现借助于电流继电器，它的动作反映了某一电路中的电流变化，从而实现按电流原则的控制。按电流原则的控制。行程行程控制方式：控制方式： 利用生产机械运动部件与事先安排好位置的行程开关或接近开关相互配利用生产机械运动部件与事先安排好位置的

27、行程开关或接近开关相互配合，而达到位置控制的作用。合，而达到位置控制的作用。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计说明说明 时间时间控制方式一般不用于反接制动控制，而适用于异步电动控制方式一般不用于反接制动控制，而适用于异步电动机的机的能耗制动控制能耗制动控制。 一般对组合机床和自动线等的自动工作循环，为了保证加工一般对组合机床和自动线等的自动工作循环，为了保证加工精度而常用精度而常用行程控制行程控制。 对反接制动和速度反馈环节对反接制动和速度反馈环节用速度控制用速度控制。 对星三角降压起动或多速电动机的变速控制则对星三角降压起动或多速电动机的变速控制则采用时间控制采用时

28、间控制。 对过载保护、电流保护等环节则对过载保护、电流保护等环节则采用电流控制采用电流控制。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4.3 电气控制线路的设计方法电气控制线路的设计方法电气控制线路的设计有两种方法电气控制线路的设计有两种方法: 经验设计法和逻辑设计法经验设计法和逻辑设计法 1、经验设计法、经验设计法1）经验设计法的）经验设计法的基本步骤基本步骤主电路设计主电路设计 主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动和调速。主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动和调速。控制电路设计控制电路设计 主要考虑如何满足电动机的各种运转功能及生产工艺要求，包括基本控主要考虑如何

29、满足电动机的各种运转功能及生产工艺要求，包括基本控制线路和控制线路特殊部分的设计，以及选择控制参量和确定控制原则。制线路和控制线路特殊部分的设计，以及选择控制参量和确定控制原则。连接各单元环节连接各单元环节 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。电路。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计联锁保护环节设计联锁保护环节设计 主要考虑如何完善整个控制线路的设计，包含各种联锁环节及短路、主要考虑如何完善整个控制线路的设计，包含各种联锁环节及短路、过载、过流、失压等保护环节。过载、过流、失

30、压等保护环节。线路的综合审查线路的综合审查 反复审查所设计的控制线路是否满足设计原则和生产工艺要求。在条反复审查所设计的控制线路是否满足设计原则和生产工艺要求。在条件允许的情况下，进行模拟实验，直至电路动作准确无误，并逐步完善整个件允许的情况下，进行模拟实验，直至电路动作准确无误，并逐步完善整个电气控制线路的设计。电气控制线路的设计。2）经验设计法的）经验设计法的基本方法基本方法 根据生产机械的工艺要求和工作过程，将根据生产机械的工艺要求和工作过程，将现有的典型环节现有的典型环节有机有机地地组合起来组合起来加以适当的加以适当的补充和修改补充和修改，综合成所需要的电气控制线路。，综合成所需要的电

31、气控制线路。 若不能选择到适合的典型环节，则根据生产机械的工艺要求和若不能选择到适合的典型环节，则根据生产机械的工艺要求和生产过程生产过程自行设计，边分析边画图自行设计，边分析边画图，将输入的主令信号经过适当转将输入的主令信号经过适当转换，得到执行元件所需的工作信号换，得到执行元件所需的工作信号。随时增减电器元件和触头，以。随时增减电器元件和触头，以满足所给定的工作条件。满足所给定的工作条件。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3）经验设计法举例）经验设计法举例 有一台二级皮带运输机，分别由有一台二级皮带运输机，分别由M1、M2二台电动机拖动，要求：二台电动机拖动，要求

32、：（1）按先起动）按先起动M1，5s后再起动后再起动M2；（2）按先停止）按先停止M2，5s后再停止后再停止M1。M23KM2FU2FR2M13QSKM1FU1FR1L1L2L3第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计控制电路控制电路SB1KM1FU3FU312KM1FR1KM2FR2KT1KT1SB0KT2KT2KT2KT2第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计以龙门刨床的横梁升降电气控制线路为例以龙门刨床的横梁升降电气控制线路为例第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计（1）横梁机构对电气控制系统横梁机构对电气控制系统提出的要求

33、提出的要求：横梁升降横梁升降M1，点动控制；，点动控制；横梁夹紧与放松横梁夹紧与放松M2；横梁夹紧与横梁移动之间必须有一定的操作程序：按上升（下降）横梁夹紧与横梁移动之间必须有一定的操作程序：按上升（下降）移动按钮移动按钮自动放松自动放松横梁上升（下降）横梁上升（下降）到位后到位后松开按钮松开按钮横横梁自动夹紧；梁自动夹紧；横梁升降具有上下行程的限位保护；横梁升降具有上下行程的限位保护；横梁夹紧与横梁移动之间及正反向运动之间具有必要的联锁。横梁夹紧与横梁移动之间及正反向运动之间具有必要的联锁。 第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计（2）电气控制电路图设计电气控制电路图设

34、计 设计主电路设计主电路 M1横梁移动电机，横梁移动电机， KMl，KM2控制正反转控制正反转 M2横梁夹紧电机，横梁夹紧电机， KM3，KM4控制正反转控制正反转第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计 但它还不能实现在横梁放松但它还不能实现在横梁放松后才能自动升降，也不能在横梁后才能自动升降，也不能在横梁夹紧后使夹紧电机自动停止，需夹紧后使夹紧电机自动停止，需要恰当地选择控制过程中的变化要恰当地选择控制过程中的变化参量来实现上述自动控制要求。参量来实现上述自动控制要求。 选择控制参量、确定选择控制参量、确定控制原则控制原则 反映横梁放松的参量，可以反映横梁放松的参量，可

35、以有行程参量和时间参量。由于行有行程参量和时间参量。由于行程参量更加直接反映放松程度，程参量更加直接反映放松程度，因此采用行程开关进行控制。因此采用行程开关进行控制。SQ1 横梁已经放松横梁已经放松 KI 横梁已经夹紧（横梁已经夹紧（选用电流参量）选用电流参量） 设计基本控制电路设计基本控制电路 4个接触器个接触器 4个线圈个线圈 2只点动按钮，触头不够只点动按钮，触头不够（增加中间继电器）（增加中间继电器）KA1和和KA2进行控制。根据生产进行控制。根据生产对控制系统所要求的操作程序可以设计出图所示的草图。对控制系统所要求的操作程序可以设计出图所示的草图。第第4 4章章 工业电气控制系统的设

36、计工业电气控制系统的设计 设计联锁保护环节设计联锁保护环节 互锁互锁 KA1、 KA2（M1正反转）正反转） KM3、KM4（M1正反转）正反转） 顺序顺序 SQ1，实现横梁松开与移动的联锁保护。，实现横梁松开与移动的联锁保护。 限位保护限位保护 SQ2、SQ3分别实现上、下限位保护分别实现上、下限位保护 短路保护短路保护 FU 电路的完善和校核电路的完善和校核 控制电路初步设计完毕后，可能还有不合理的地方，应仔细校核。控制电路初步设计完毕后，可能还有不合理的地方，应仔细校核。例如，进一步简化以节省触头数，节省电器间连接线等，特别应该例如，进一步简化以节省触头数，节省电器间连接线等，特别应该对

37、照生产要求再次分析设计电路是否逐条予以实现，电路在误操作对照生产要求再次分析设计电路是否逐条予以实现，电路在误操作时是否会产生事故。时是否会产生事故。 上述电路中，如果按下上述电路中，如果按下SBl或或SB2的时间很短，横梁放松还未到位的时间很短，横梁放松还未到位就已松开按下的按钮，致使横梁既不能继续放松又不能进行夹紧，就已松开按下的按钮，致使横梁既不能继续放松又不能进行夹紧，容易出现事故。改进的方法是将容易出现事故。改进的方法是将KM4的辅助触头并联在的辅助触头并联在KA1，KA2两端，使横梁一旦放松，就必然连续工作至放松到位，然后可靠地两端，使横梁一旦放松，就必然连续工作至放松到位，然后可

38、靠地进入夹紧阶段。进入夹紧阶段。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计 继电器控制线路继电器控制线路实际上是按一定实际上是按一定逻辑关系逻辑关系组合的线路，或称组合的线路，或称开关开关线路线路。故可以用。故可以用逻辑代数方法逻辑代数方法分析和设计这类控制线路。分析和设计这类控制线路。 采用逻辑设计法采用逻辑设计法能获得理想、经济的方案，所用元件数量少，各能获得理想、经济的方案，所用元件数量少，各元件能充分发挥作用，当给定条件变化时，能指出电路相应变化的内元件能充分发挥作用，当给定条件变化时，能指出电路相应变化的内

39、在规律，在在规律，在设计复杂控制线路设计复杂控制线路时，更能显示出它的时，更能显示出它的优点优点。 2、逻辑设计法、逻辑设计法逻辑设计法步骤逻辑设计法步骤 将控制线路中的接触器、继电器等电器元件线圈的通电与断电，将控制线路中的接触器、继电器等电器元件线圈的通电与断电，触头的闭合与断开，以及主令元件触头的接通与断开等，作为触头的闭合与断开，以及主令元件触头的接通与断开等，作为逻辑变逻辑变量量； 根据控制要求，用根据控制要求，用逻辑函数关系式逻辑函数关系式表示这些逻辑变量之间的逻辑关表示这些逻辑变量之间的逻辑关系；系； 再运用逻辑函数基本公式和运算规律再运用逻辑函数基本公式和运算规律对逻辑函数式进

40、行对逻辑函数式进行化简化简； 最后由化简的逻辑函数式最后由化简的逻辑函数式画出相应的电气原理图画出相应的电气原理图。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计用用 、 、 、 表示其相应的表示其相应的常闭（动断）常闭（动断）触头。触头。1）电器的逻辑表示）电器的逻辑表示用用 KM、 KA、SQ、 SB分别表示接触器、继电器、行程开关、按分别表示接触器、继电器、行程开关、按钮的钮的常开（动合）触头常开（动合）触头； 电路中开关元件的受激状态（如继电器线圈得电，行程开关受电路中开关元件的受激状态（如继电器线圈得电，行程开关受压）为压）为“1”状态；状态； 开关元件的原始状态（如继

41、电器线圈失电，行程升关未受压）开关元件的原始状态（如继电器线圈失电，行程升关未受压）为为“0”状态。状态。触头闭合状态触头闭合状态为为“1”状态；状态；触头断开状态触头断开状态为为“0”状态。状态。以继电器为例：以继电器为例：KA“1”，继电器线圈处于得电状态；，继电器线圈处于得电状态；KA“0”，继电器线圈处于失电状态；，继电器线圈处于失电状态；KA“1”，继电器常开触头闭合；，继电器常开触头闭合；KA“0”，继电器常开触头断开：，继电器常开触头断开： “1”，继电器常闭触头闭合；，继电器常闭触头闭合； “0”，继电器常闭触头断开。，继电器常闭触头断开。K AKMKASQSB第第4 4章章

42、工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计 2）逻辑代数的基本逻辑关系与串、并联电路的）逻辑代数的基本逻辑关系与串、并联电路的逻辑表示逻辑表示（1）并联电路与逻辑）并联电路与逻辑“或或”相对相对应应21KAKAKM（2） 串联电路与逻辑串联电路与逻辑“与与”相对相对应应 （3）逻辑）逻辑“非非”， KA电器的常开触点；电器的常开触点； 电器的常闭触点。电器的常闭触点。KA21KAKAKMKAKM 第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3）电路的逻辑表示）电路的逻辑表示步骤：以某一控制电器的线圈为对象，写出与此对象有关的电路中各控制元步骤：以某一控制电器的线圈为对象，写出

43、与此对象有关的电路中各控制元件、信号元件、执行元件、保护元件等，它们触头间相互联接关系的逻辑函件、信号元件、执行元件、保护元件等，它们触头间相互联接关系的逻辑函数表达式（均以未受激时的状态来表示）。数表达式（均以未受激时的状态来表示）。 4）举例）举例（1） 设计要求：设计要求： 某电动机只有在继电器某电动机只有在继电器KA1、 KA2、KA3中中任何一个或两个动作时任何一个或两个动作时才能运转，而在其他条件下都不运才能运转，而在其他条件下都不运转，试设计其控制线路。转，试设计其控制线路。（2）设计步骤：）设计步骤：1）列出控制元件与执行元件的动）列出控制元件与执行元件的动作状态表。作状态表。

44、 KA1KA2KA3KM00000011010101111001101111011110第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计继电器 KA： 0 不动作，1动作。接触器 KM：0 线圈失电， 主电路中主触头断开，电动机停止运行。 1线圈得电， 主电路主触头闭合，电动机运行。要求：要求：列出KM得电时的逻辑表达式： 123123123123123123KMKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKA2） 化简化简123132KMKA (KAKA )KA (KAKA )3） 根据最简式画出控制电路根据最简式画出控制电路第第4 4章章 工业电气控制系

45、统的设计工业电气控制系统的设计4.4 电气控制线路的绘制方法电气控制线路的绘制方法电气控制线路：电气控制线路： 是把各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等电器元件，是把各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等电器元件，用导线按一定方式连接起来组成的控制线路。用导线按一定方式连接起来组成的控制线路。 作用：作用： 实现对电力拖动系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控实现对电力拖动系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控制；制； 实现对拖动系统的保护；实现对拖动系统的保护； 满足生产工艺要求实现生产过程自动化。满足生产工艺要求实现生产过程自动化。 特点是：特点是： 线路简单，设计、

46、安装、调整、维修方便；线路简单，设计、安装、调整、维修方便； 便于掌握，价格低廉，运行可靠。便于掌握，价格低廉，运行可靠。 第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计电气控制系统图一般有三种：电气控制系统图一般有三种： 、电气原理图电气原理图 、电器布置图电器布置图 、电气安装接线图。电气安装接线图。 由于它们的用途不同，绘制原则也有差别。但它们都是根据国由于它们的用途不同，绘制原则也有差别。但它们都是根据国家标准，用规定的文字符号、图形符号和规定的画法绘制而成。家标准，用规定的文字符号、图形符号和规定的画法绘制而成。 电气控制系统是由电气设备及电气元件按一定的要求连接而成电

47、气控制系统是由电气设备及电气元件按一定的要求连接而成的，为了表达电气控制系统的组成结构及工作原理，同时也为了便的，为了表达电气控制系统的组成结构及工作原理，同时也为了便于电气系统的安装、调试、使用和检修，必须用统一的工程语言，于电气系统的安装、调试、使用和检修，必须用统一的工程语言，即工程图的形式来表达，这种工程图称为即工程图的形式来表达，这种工程图称为电气控制系统图。电气控制系统图。 第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计1、常用的电气图形、文字符号、常用的电气图形、文字符号 电气控制线路图是电气工程技术的通用语言电气控制线路图是电气工程技术的通用语言。 为了便于交流与

48、沟通，国家标准局参照国际电工委员会（为了便于交流与沟通，国家标准局参照国际电工委员会（IEC）颁）颁布的有关文件，制定了我国电气设备的有关标准。布的有关文件，制定了我国电气设备的有关标准。 GB4728-1984电气图用电气图用 图形符号图形符号 GB6988-1987电气制图电气制图 GB7159-1987电气技术中的文字符号制定通则电气技术中的文字符号制定通则的规定。的规定。 图形符号由图形符号由符号要素符号要素、限定符号限定符号、一般符号一般符号以及常用的非电操作以及常用的非电操作控制的控制的动作符号动作符号（如机械控制符号等）根据不同的具体器件情况组合（如机械控制符号等）根据不同的具体

49、器件情况组合构成。构成。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计1）符号要素）符号要素 一种具有确定意义的简单图形，必须同其他图形组合以构成一个设备或概一种具有确定意义的简单图形，必须同其他图形组合以构成一个设备或概念的完整符号。如用灯丝、栅极、阳极、管壳等符号要素就组成了电子管的符念的完整符号。如用灯丝、栅极、阳极、管壳等符号要素就组成了电子管的符号。符号要素组合时，其布置可以与符号表示的设备实际结构不一致。号。符号要素组合时，其布置可以与符号表示的设备实际结构不一致。3）一般符号）一般符号 用以表示一类产品和此类产品特征的简单符号。如一般电阻器、电容器的用以表示一类产品

50、和此类产品特征的简单符号。如一般电阻器、电容器的符号。一般符号可以用来表示没有附加信息的具体元件。符号。一般符号可以用来表示没有附加信息的具体元件。2）限定符号）限定符号 用以提供用以提供附加信息附加信息的一种的一种加在其他符号上的符号加在其他符号上的符号。如在电阻器一般符号的。如在电阻器一般符号的基础上，加上不同的限定符号就可以组成可变电阻、光敏电阻器、热敏电阻器基础上，加上不同的限定符号就可以组成可变电阻、光敏电阻器、热敏电阻器等具有不同功能的电阻器。等具有不同功能的电阻器。4）方框符号）方框符号 用以表示元件、设备等的用以表示元件、设备等的组合组合及其及其功能功能。既不给出元件、设备的细

51、节也不。既不给出元件、设备的细节也不考虑所有连接的一种简单的图形符号。考虑所有连接的一种简单的图形符号。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计图形符号的几点说明图形符号的几点说明、 所有符号均所有符号均按无电压、无外力按无电压、无外力作用的正常作用的正常状态状态示出示出。如，按钮未如，按钮未按下、开关未合闸。按下、开关未合闸。、 图形符号在放大和缩小时，应保持各符号间的比列不变图形符号在放大和缩小时，应保持各符号间的比列不变。在不改在不改变符号含义的情况下，各根据需要改变方位（根据需要旋转或成镜像变符号含义的情况下，各根据需要改变方位（根据需要旋转或成镜像位置）。位置）。

52、、 图形符号中图形符号中导线符号导线符号可以可以用不同宽度的线条表示用不同宽度的线条表示，一般将，一般将电源线电源线或或主信号导线主信号导线用用加粗的实线加粗的实线表示。表示。常用电气图形、文字符号如下表所示：常用电气图形、文字符号如下表所示：第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计IIU第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计 可为电气技术中的项目代号提供电气设备、装置和元器件种类字母可为电气技术中的项目代号提供电气设备、装置和元器件种类字母代码和功能代码；可以作为限定符号与一般图形符号组合使

53、用，以派生新代码和功能代码；可以作为限定符号与一般图形符号组合使用，以派生新的图形符号。的图形符号。 基本文字符号：单字母、双字母。基本文字符号：单字母、双字母。文字符号文字符号单字母：单字母： 是按拉丁字母将各种电气设备、装置、元器件划分为是按拉丁字母将各种电气设备、装置、元器件划分为23大类大类，每个大类，每个大类用一个专用单字母符号表示。如用一个专用单字母符号表示。如C 表示电容器类、表示电容器类、R 表示电阻器类。表示电阻器类。双字母：双字母： 将大类进一步划分，以便较详细和更具体地表述电气设备、装置和元器将大类进一步划分，以便较详细和更具体地表述电气设备、装置和元器件。其组合形式为单

54、字母在前，另一个字母在后。如件。其组合形式为单字母在前，另一个字母在后。如GB 表示蓄电池，其中表示蓄电池，其中G为电源类为电源类的单字母；的单字母；F 表示部分保护器件类表示部分保护器件类，FU 熔断器、熔断器、FR 热继电器。热继电器。辅助文字符号：辅助文字符号： 用以表示电气设备、装置和元器件以及线路的用以表示电气设备、装置和元器件以及线路的功能功能、状态状态和和特征特征。如，如，RD 表示红色、表示红色、SYN表示同步。辅助文字还可以单独使用，如，表示同步。辅助文字还可以单独使用，如，ON 表示接通，表示接通，N表示中性线。表示中性线。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制

55、系统的设计第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计2、 电气原理图的绘制电气原理图的绘制电气原理图电气原理图 为了便于阅读和分析控制电路的各种功能，用各种符号、电气为了便于阅读和分析控制电路的各种功能，用各种符号、电气连接联系起来描述连接联系起来描述全部全部或或部分部分电气设备的电气设备的工作原理工作原理的的电路图。电路图。 根据结构简单、层次分明清晰的原则，电气原理图采用根据结构简单、层次分明清晰的原则，电气原理图采用电器元电器元件展开的形式绘制件展开的形式绘制，它包括了所有电器元件的，它包括了所有电器元件的导电部分导电部分和和接线端子。接线端子。但但不按照电器元件的实际

56、安装位置不按照电器元件的实际安装位置和和实际连线情况实际连线情况绘制，也不反映绘制，也不反映电器元件的大小。电器元件的大小。 电气原理图一般分电气原理图一般分: 主电路主电路和和辅助电路辅助电路两部分。两部分。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计辅助电路辅助电路: 是控制线路中除主电路以外的电路，其是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小。流过的电流比较小。辅助辅助电路包括电路包括控制控制电路、电路、照明照明电路、电路、信号信号电路和电路和保护保护电路。电路。 其中控制电路是由按钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、热其中控制电路是由按钮、接触器和继电器的线圈及

57、辅助触点、热继电器触点、保护电器触点等组成。通过的电流较小，用于控制信号继电器触点、保护电器触点等组成。通过的电流较小，用于控制信号的传递。的传递。主电路主电路: 是电气控制线路中是电气控制线路中大电流通过大电流通过的部分，用于的部分，用于能量的传送能量的传送。 包括从电源到电机之间相连的电器元件；一般由组合开关、主熔包括从电源到电机之间相连的电器元件；一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计绘制电气原理图的原则绘制电气原理图的原则1）原理图的布置）原

58、理图的布置 （1）主电路主电路用用粗实线粗实线绘制在图面的绘制在图面的左侧左侧或或上方上方。 其中其中电源电路用水平线绘制电源电路用水平线绘制，受电，受电动力设备动力设备（电动机）及其（电动机）及其保护电保护电器支路器支路，应，应垂直于电源电路画出垂直于电源电路画出。 （2）辅助电路辅助电路用用细实线细实线绘制在图面的绘制在图面的右侧右侧或或下方下方，应，应垂直绘制垂直绘制于两于两条水平电源线之间。耗能元件（如线圈、电磁铁、信号灯等）的一端条水平电源线之间。耗能元件（如线圈、电磁铁、信号灯等）的一端应直接连接在接地的水平电源线上，控制触头连接在上方水平线与耗应直接连接在接地的水平电源线上，控制

59、触头连接在上方水平线与耗能元件之间。能元件之间。2）无论主电路还是辅助电路，均无论主电路还是辅助电路，均按功能按功能布置，各元件一般尽可能布置，各元件一般尽可能按按动作顺序动作顺序从从上到下、从左到右上到下、从左到右依次排列依次排列。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3）各电器元件和部件在电气原理图中的位置）各电器元件和部件在电气原理图中的位置 应根据便于阅读的原则安排，同一应根据便于阅读的原则安排，同一电器元件的各个部件电器元件的各个部件（如线圈（如线圈和触头）可以和触头）可以不画在一起不画在一起，但需用，但需用同一文字符号同一文字符号标明。多个同一种类标明。多个同

60、一种类的电器元件，可在文字符号后面加上数字序号下标，如的电器元件，可在文字符号后面加上数字序号下标，如SB1、SB2等。等。4）所有电器元件的触头按没有通电和没有外力作）所有电器元件的触头按没有通电和没有外力作用时的开闭状态绘出用时的开闭状态绘出 控制器控制器按手柄处于按手柄处于零位零位时的时的状态状态画出；对按钮、行程开关类电器，画出；对按钮、行程开关类电器，是指没有受到外力作用时的触头状态画出；对继电器、接触器等，是是指没有受到外力作用时的触头状态画出；对继电器、接触器等，是指线圈没有通电时的触头状态画出。指线圈没有通电时的触头状态画出。5）主电路标号由文字符号和数字组成）主电路标号由文字