第3章电气控制系统设计(6,7)

1、(1)(1)拟定设计任务书拟定设计任务书。 (2)(2)确定电拖方案、控制方式。确定电拖方案、控制方式。(3)(3)选择电动机，包括电动机类型、电压等级、容量及选择电动机，包括电动机类型、电压等级、容量及 转速，确定具体型号转速，确定具体型号 。(4)(4)设计电气原理框图，包括主电路、控制电路和辅助设计电气原理框图，包括主电路、控制电路和辅助 控制电路，确定各部分关系，拟定各部分技术要求。控制电路，确定各部分关系，拟定各部分技术要求。(5)(5)设计电控原理图、主要技术参数。设计电控原理图、主要技术参数。 (6)(6)选择元器件，目录清单。选择元器件，目录清单。 (7)(7)编写设计说明书。

2、编写设计说明书。 第第3 3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.1 3.1 电气控制系统设计的内容电气控制系统设计的内容一、原理设计内容一、原理设计内容(1)(1)根据原理图及选定器件，设计电气设备总体配置，根据原理图及选定器件，设计电气设备总体配置， 绘制总装配图、总接线图。绘制总装配图、总接线图。(2)(2)绘制组件原理电路图，列元件目录表，组件进出线绘制组件原理电路图，列元件目录表，组件进出线 号。号。(3)(3)设计组件电器装配图（元件布置与安装图）、接线设计组件电器装配图（元件布置与安装图）、接线 图。图。 (4)(4)绘制电器安装板和非标电器安装零件图样。绘制电器安装板和非标

3、电器安装零件图样。(5)(5)设计电气箱、确定电气柜结构和外形尺寸。设计电气箱、确定电气柜结构和外形尺寸。 (6)(6)汇总资料（总原理图、总装配图、各组件原理图。汇总资料（总原理图、总装配图、各组件原理图。 (7)(7)编写使用维护说明书。编写使用维护说明书。 二、工艺设计内容二、工艺设计内容一、电气控制线路设计的原则一、电气控制线路设计的原则最大限度满足生产机械对电气控制要求。最大限度满足生产机械对电气控制要求。2.2.满足要求前提下，设计方案力求简单、经济。满足要求前提下，设计方案力求简单、经济。选用标准电器元件。选用标准电器元件。选用典型环节或基本电气控制线路。选用典型环节或基本电气控

4、制线路。 简化电气控制线路。尽量减少不必要的触点，常用减简化电气控制线路。尽量减少不必要的触点，常用减少触头数量方法：少触头数量方法：3.2 3.2 电气控制线路的设计电气控制线路的设计合并同类触头。合并同类触头。利用带转换触头的中间继电器将两对触头合并。利用带转换触头的中间继电器将两对触头合并。利用二极管单向导电性减少触头数量。利用二极管单向导电性减少触头数量。利用逻辑代数方法减少触头数量。利用逻辑代数方法减少触头数量。 图图3-5 3-5 电器的合理连接电器的合理连接 图图3-6 3-6 节省连接导线的方法节省连接导线的方法尽量减少连接导线数量和长度。尽量减少连接导线数量和长度。 减少通电

5、电器。减少通电电器。图图3-7 3-7 减少通电电器的线路减少通电电器的线路 3.3.保证电气控制线路工作可靠性。保证电气控制线路工作可靠性。正确连接电器元件触头。正确连接电器元件触头。 图图3-8 3-8 触头的连接触头的连接 正确连接电器线圈。正确连接电器线圈。 交流线路中，不允许两个电器元件线圈串联。交流线路中，不允许两个电器元件线圈串联。图图3-9 3-9 线圈的连接线圈的连接 两电感量悬殊的直流线圈不能直接并联。两电感量悬殊的直流线圈不能直接并联。图图3-10 3-10 电磁铁与继电器线圈的连接电磁铁与继电器线圈的连接 (3)(3)避免出现寄生电路。避免出现寄生电路。图图3-11 3

6、-11 防止寄生电路防止寄生电路 避免多个电器元件依次动作。避免多个电器元件依次动作。 电气联锁和机械联锁。电气联锁和机械联锁。 电气控制线路应能适应所在电网。电气控制线路应能适应所在电网。 充分考虑继电器触头的接通和分断能力。充分考虑继电器触头的接通和分断能力。4.4.保证线路工作的安全性。保证线路工作的安全性。5.5.应力求使操作、维护、检修方便。应力求使操作、维护、检修方便。二、电气控制线路设计的规律二、电气控制线路设计的规律1.1.拟定设计任务书拟定设计任务书 简要说明机械设备的型号、用途、工艺过程、技术简要说明机械设备的型号、用途、工艺过程、技术性能、传动要求、工作条件、使用环境等，

7、还应说明以性能、传动要求、工作条件、使用环境等，还应说明以下技术指标及要求：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；有关电力拖动的基本特性，如电动机数量、用途、负有关电力拖动的基本特性，如电动机数量、用途、负载特性、调速范围以及对反向、启动和制动的要求等；载特性、调速范围以及对反向、启动和制动的要求等；用户供电系统的电源种类，电压等级、频率及容量等用户供电系统的电源种类，电压等级、频率及容量等要求；要求；有关电气控制特性，如自动控制的电气保护，联锁条有关电气控制特性，如自动控制的电气保护，联锁条件，动作程序等；件，动作程序等；其他要求，如主要电气设备的布置草图，照明，

8、信号其他要求，如主要电气设备的布置草图，照明，信号指示，报警方式等；指示，报警方式等；目标成本及经费限额；目标成本及经费限额；验收标准及方式；验收标准及方式； 2.2.电力拖动方案与控制方式选择电力拖动方案与控制方式选择3.3.电动机选择电动机选择基本原则：基本原则：机械特性满足生产机械要求，与负载特性相适应。机械特性满足生产机械要求，与负载特性相适应。 电动机电动机容量容量得到充分利用。得到充分利用。 电动机结构型式满足机械安装要求，适应工作环境。电动机结构型式满足机械安装要求，适应工作环境。优先采用笼型异步电动机（结构简单、价廉、维护方优先采用笼型异步电动机（结构简单、价廉、维护方便）。便

9、）。 4.4.确定电气控制方案确定电气控制方案主要原则：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。控制方式与设备的通用及专用化相适应。控制方式与设备的通用及专用化相适应。 控制方式随控制过程的复杂程度而变化。控制方式随控制过程的复杂程度而变化。 控制系统的工作方式应满足工艺要求。控制系统的工作方式应满足工艺要求。5.5.设计电气控制原理图设计电气控制原理图6.6.设计电气设备施工图设计电气设备施工图7.7.编写说明书编写说明书三、电控线路设计的步骤和方法三、电控线路设计的步骤和方法 分析设计法、逻辑设计法分析设计法、逻辑设计法1.1.分析设计法（分析设计法（经验设计法、一般设计

10、法经验设计法、一般设计法） 根据生产机械的工艺要求和生产过程，选择适根据生产机械的工艺要求和生产过程，选择适当的基本环节或典型电路综合而成的电气控制线路。当的基本环节或典型电路综合而成的电气控制线路。要求：要求：设计人员必须熟悉和掌握大量基本环节和典设计人员必须熟悉和掌握大量基本环节和典 型电路，有丰富实际设计经验。适于不太复型电路，有丰富实际设计经验。适于不太复 杂的杂的( (继电接触式继电接触式) )电气控制线路设计。电气控制线路设计。 特点：特点：易于掌握，便于推广，但需反复修改设计草易于掌握，便于推广，但需反复修改设计草 图才能得到最佳方案。图才能得到最佳方案。 (1)(1)设计的基本

11、步骤设计的基本步骤主电路设计主电路设计 控制电路设计控制电路设计 联结各单元环节，构成整机线路。联结各单元环节，构成整机线路。联锁保护环节设计联锁保护环节设计 辅助电路设计辅助电路设计 线路的综合审查线路的综合审查 (2)(2)设计基本方法设计基本方法根据生产机械工艺要求和工作过程，适当选用已根据生产机械工艺要求和工作过程，适当选用已有典型环节，加以适当补充和修改，综合成所需有典型环节，加以适当补充和修改，综合成所需电路。电路。若无适合典型环节，则根据控制要求自行设计，若无适合典型环节，则根据控制要求自行设计，边分析边画图。边分析边画图。 (3)(3)设计举例设计举例例例: :设计三条皮带运输

12、机构成的散料运输线控制线路。设计三条皮带运输机构成的散料运输线控制线路。 图图3-123-12皮带运输机工作示意图皮带运输机工作示意图 皮带运输机的工艺要求皮带运输机的工艺要求启动顺序为启动顺序为3#3#、2#2#、1#1#，并要有一定时间间隔，并要有一定时间间隔，以免货物在皮带上堆积。以免货物在皮带上堆积。停车顺序为停车顺序为1#1#，2#2#、3#3#，也要有一定时间间隔，也要有一定时间间隔，保证停车后皮带上不残存货物。保证停车后皮带上不残存货物。不论不论2#2#或或3#3#哪一个出故障，哪一个出故障，1#1#必须停车，以免继必须停车，以免继续进料，造成货物堆积。续进料，造成货物堆积。必要

13、的保护。必要的保护。 图图3-13 3-13 皮带运输机主电路图皮带运输机主电路图图图3-14 3-14 控制电路的基本部分控制电路的基本部分 控制线路特殊部分设计控制线路特殊部分设计图图3-15 3-15 控制电路的联锁部分控制电路的联锁部分图图3-16 3-16 完整的电路图完整的电路图 线路综合审查线路综合审查设计联锁保护环节设计联锁保护环节2.2.逻辑设计法逻辑设计法方法：方法：将控制电路中接触器、继电器线圈的通电、断将控制电路中接触器、继电器线圈的通电、断电，触头的闭合、断开，主令元件的接通、断开看成电，触头的闭合、断开，主令元件的接通、断开看成逻辑变量，列出逻辑函数式。运用逻辑函数

14、基本公式逻辑变量，列出逻辑函数式。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。再画出电路结和运算规律，对逻辑函数式进行化简。再画出电路结构图，获得最佳设计方案。构图，获得最佳设计方案。(1)(1)逻辑代数基础逻辑代数基础逻辑代数中的逻辑代数中的逻辑变量逻辑变量和和逻辑函数逻辑函数 逻辑变量逻辑变量 在逻辑代数中，将具有两种互为对立的在逻辑代数中，将具有两种互为对立的工作状工作状态态的物理量称为逻辑变量的物理量称为逻辑变量 。电器元件的线圈通电为。电器元件的线圈通电为“1”1”状态，失电为状态，失电为“0”0”状态；状态； 电器元件电器元件KAKA1 1，KAKA2 2，的常开触头分别

15、用的常开触头分别用KAKA1 1，KAKA2 2，表示；常闭触头则分别用表示；常闭触头则分别用 ， ，表示。表示。 逻辑函数逻辑函数 在继电接触器控制线路中，把表示在继电接触器控制线路中，把表示触头触头状态的状态的逻辑变量称为逻辑变量称为输入逻辑变量输入逻辑变量；表示接触器、继电器；表示接触器、继电器线圈线圈等受控元件的逻辑变量称为等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量输出逻辑变量。输。输出逻辑变量与输入逻辑变量之间所满足的相互关系出逻辑变量与输入逻辑变量之间所满足的相互关系称为称为逻辑函数关系。逻辑函数关系。逻辑代数的运算法则逻辑代数的运算法则逻辑与：逻辑与：触头串联。逻辑表达式为：触头串联。

16、逻辑表达式为：K=AK=AB B 只有当触头只有当触头A A与与B B都闭合时，线圈都闭合时，线圈K K才得电。才得电。 逻辑或：逻辑或：触头并联。逻辑表达式为：触头并联。逻辑表达式为：K=A+B K=A+B 触头触头A A与与B B只要有一个闭合，线圈只要有一个闭合，线圈K K就可以得电。就可以得电。 逻辑非：逻辑非：动断触头。逻辑表达式为：动断触头。逻辑表达式为： 触头触头A A不动作，则线圈不动作，则线圈K K通电。通电。 A逻辑代数的基本定理逻辑代数的基本定理交换律：交换律：A AB = BB = BA A，A+B = B+AA+B = B+A结合律：结合律：A A(B(BC)=(AC

17、)=(AB)B)C C，A+(B+C)=(A+B)+CA+(B+C)=(A+B)+C分配律：分配律：A A(B+C)=A(B+C)=AB+AB+AC C，A+(BA+(BC) =(A+B)C) =(A+B)(A+C)(A+C)重叠律：重叠律：A AA = AA = A，A+A = AA+A = A吸收律：吸收律：A+AB = AA+AB = A，A A(A+B) = A(A+B) = A非非律：非非律： 反演律：反演律：逻辑代数的化简逻辑代数的化简化简时常用的常量和变量的关系化简时常用的常量和变量的关系化简时常用到的方法有：化简时常用到的方法有： 合并项法合并项法: 吸收法吸收法: 消去法消去

18、法: 配项法配项法:继电继电-接触器开关的逻辑函数接触器开关的逻辑函数Fk=X开主X开约+（X关主+ X关约）.KFk= （X关主+ X关约）(X开主X开约+K)图图3-20 3-20 启、停自锁电路启、停自锁电路(2)(2)设计基本步骤设计基本步骤 根据生产工艺要求，作出工作循环示意图。根据生产工艺要求，作出工作循环示意图。确定确定执行元件执行元件和和检测元件检测元件，并根据工作循环示意图作，并根据工作循环示意图作出出执行元件的动作节拍表执行元件的动作节拍表和和检测元件状态表检测元件状态表。 根据根据主令元件主令元件和检测元件状态表写出各程序的和检测元件状态表写出各程序的特征数，特征数，确定

19、确定待相区分组待相区分组，增设必要的，增设必要的中间记忆元件中间记忆元件，使待相区，使待相区分组的所有程序区分开。分组的所有程序区分开。 列出中间记忆元件的开关逻辑函数和执行元件的逻辑列出中间记忆元件的开关逻辑函数和执行元件的逻辑函数。函数。根据逻辑函数式建立电气控制线路图。根据逻辑函数式建立电气控制线路图。进一步检查、化简、完善电路，增加必要的保护和联进一步检查、化简、完善电路，增加必要的保护和联锁环节。锁环节。 (3)(3)设计举例设计举例例例3-2 3-2 用逻辑设计法设计皮带运输机的电气控制线路。用逻辑设计法设计皮带运输机的电气控制线路。 皮带运输机的工艺要求皮带运输机的工艺要求启动顺

20、序为启动顺序为3#3#、2#2#、1#1#，并要有一定时间间隔，并要有一定时间间隔，以免货物在皮带上堆积。以免货物在皮带上堆积。停车顺序为停车顺序为1#1#，2#2#、3#3#，也要有一定时间间隔，也要有一定时间间隔，保证停车后皮带上不残存货物。保证停车后皮带上不残存货物。不论不论2#2#或或3#3#哪一个出故障，哪一个出故障，1#1#必须停车，以免继必须停车，以免继续进料，造成货物堆积。续进料，造成货物堆积。必要的保护。必要的保护。 作出作出执行元件的动作节拍表执行元件的动作节拍表和和检测元件的状态表检测元件的状态表 表表3-1 3-1 接触器和时间继电器线圈状态表接触器和时间继电器线圈状态

21、表表表3-3 3-3 时间继电器及按钮触头状态表时间继电器及按钮触头状态表 决定待相区分组，设置中间记忆元件决定待相区分组，设置中间记忆元件 列出输出元件的逻辑函数式列出输出元件的逻辑函数式 按逻辑函数式画出电气控制线路图按逻辑函数式画出电气控制线路图 进一步完善电路，增加必要的联锁和保护环节进一步完善电路，增加必要的联锁和保护环节3.33.3 常用电器元件选择常用电器元件选择选择原则：选择原则：(1)(1)按功能要求确定电器元件类型。按功能要求确定电器元件类型。(2)(2)根据所控制的电压、电流及功率大小确定电器元根据所控制的电压、电流及功率大小确定电器元 件规格。件规格。(3)(3)根据工

22、作环境及元件供应情况选择。根据工作环境及元件供应情况选择。(4)(4)根据电器元件所要求的可靠性进行选择。根据电器元件所要求的可靠性进行选择。(5)(5)确定电器元件的使用类别。确定电器元件的使用类别。一、按钮、开关类电器选择一、按钮、开关类电器选择1.1.按钮按钮 主要根据所需触头数、使用场合、颜色标注、主要根据所需触头数、使用场合、颜色标注、额定电压、额定电流进行选择。额定电压、额定电流进行选择。“停止停止”和和”急停急停”按钮必须是红色。按钮必须是红色。“启动启动”按钮颜色是绿色。按钮颜色是绿色。“启动启动”与与“停止停止”交替动作的按钮必须是黑色、白交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色

23、。色或灰色。 点动按钮必须是黑色。点动按钮必须是黑色。复位按钮必须是蓝色。如果还有停止作用，则必须是复位按钮必须是蓝色。如果还有停止作用，则必须是红色。红色。 按钮颜色的含义及应用见表按钮颜色的含义及应用见表3-103-10（P102P102），），LA38LA38系系列按钮主要技术参数见表列按钮主要技术参数见表3-113-11。 2.2.行程开关行程开关 主要根据机械设备运动方式与安装位置，挡铁形状、主要根据机械设备运动方式与安装位置，挡铁形状、速度、工作力、工作行程、触头数量，以及额定电压、速度、工作力、工作行程、触头数量，以及额定电压、额定电流选择。额定电流选择。3.3.万能转换开关万能转换开关 根据控制对象的接线方式、触头型式与数量、动根据控制对象的接线方式、触头型式与数量、动作顺序和额定电压、额