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1、第四章 电气控制系统的设计生产机械电气控制系统的设计，包含两个基本内容：一是原理设计，就是要满足生产机械和工艺的各种控制要求，二是工艺设计，就是要满足电气控制装置本身的制造、使用和维修的需要。原理设计决定着生产机械设备的合理性与先进性，工艺设计决定了电气控制系统是否具有生产可行性、经济性、美观、使用维修方便等特点，所以电气控制系统设计要全面考虑这两方面的内容。熟练掌握典型环节控制电路、对一般电气控制电路具有一定的分析能力之后，我们应能举一反三，对受控生产机械进行电气控制系统的设计并提供一套完整的技术资料。第一节 电气控制系统设计的一般原则、基本内容和设计程序生产机械种类繁多，其电气控制方案各不

2、相同，但电气控制系统的设计原则和设计方法是基本相同。设计工作的首要问题就是树立正确的设计思想和工程实践的观点，这是高质量完成设计任务的基本保证。一、电气控制系统设计的一般原则1最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求。电气控制系统设计的主要依据来源于生产机械和生产工艺的要求。2设计方案的合理性。在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济、便于操作和维修，不要盲目追求高指标和自动化。3机械设计与电气设计要相互配合。许多生产机械采用机电结合控制的方式来实现控制要求，因此要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用维护方便等方面协调处理好机械和电气的关系。4确保控制系统工作安全可靠。二

3、、电气控制系统设计的基本任务、内容电气控制系统设计的基本任务是根据控制要求设计、编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图纸、资料等。图纸包括电气原理图、电气系统的组件划分图、元器件布置图、安装接线图、电气箱图、控制面板图、电器元件安装底板图和非标准件加工图等，另外还要编制外购件目录、单台材料消耗清单、设备说明书等文字资料。电气控制系统设计的内容主要包含原理设计与工艺设计两个部分，以电力拖动控制设备为例，设计内容主要有：1原理设计内容电气控制系统原理设计的主要内容包括：(1) 拟订电气设计任务书。(2) 确定电力拖动方案，选择电动机。(3) 设计电气控制原理图，计算主要技术参数。(4) 选择电器

4、元件，制订元器件明细表。(5) 编写设计说明书。电气原理图是整个设计的中心环节，它为工艺设计和制订其他技术资料提供依据。2工艺设计内容进行工艺设计主要是为了便于组织电气控制系统的制造，从而实现原理设计提出的各项技术指标，并为设备的调试、维护与使用提供相关的图纸资料。工艺设计的主要内容有：(1)设计电气总布置图、总安装图与总接线图。(2) 设计组件布置图、安装图和接线图。(3) 设计电气箱、操作台及非标准元件。(4) 列出元件清单。(5) 编写使用维护说明书。第二节 电气控制原理电路设计的方法与步骤电气控制原理电路设计是原理设计的核心内容，各项设计指标通过它来实现，它又是工艺设计和各种技术资料的

5、依据。一、电气控制原理电路的基本设计方法电气控制原理电路设计的方法主要有分析(经验)设计法和逻辑设计法两种。1分析(经验)设计法分析(经验)设计法是根据生产工艺的要求选择适当的基本控制环节(单元电路)或将比较成熟的电路按其联锁条件组合起来，并经补充和修改，将其综合成满足控制要求的完整线路。当没有现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计。分析(经验)设计法的优点是设计方法简单，无固定的设计程序，它是在熟练掌握各种电气控制电路的基本环节和具备一定的阅读分析电气控制电路能力的基础进行的，容易为初学者所掌握，对于具备一定工作经验的电气技术人员来说，能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用；

6、其缺点是设计出的方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不周全时会影响线路工作的可靠性。为此，应反复审核电路工作情况，有条件时还应进行模拟试验，发现问题及时修改，直到电路动作准确无误，满足生产工艺要求为止。2逻辑设计法逻辑设计法是利用逻辑代数来进行电路设计，从生产机械的拖动要求和工艺要求出发，将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看成逻辑变量，根据控制要求将它们之间的关系用逻辑关系式来表达，然后再化简，做出相应的电路图。逻辑设计法的优点是能获得理想、经济的方案，但这种方法设计难度较大，整个设计过程较复杂，还要涉及一些新概念，因此，在一般常规设计中，很

7、少单独采用。其具体设计过程可参阅专门论述资料，这里不再作进一步介绍。二、电气原理图设计的基本步骤电气原理图设计的基本步骤是：(l)根据确定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图。(2) 设计出原理框图中各个部分的具体电路。设计时按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查反复修改与完善的先后顺序进行。(3) 绘制总原理图。(4) 恰当选用电器元件，并制订元器件明细表。设计过程中，可根据控制电路的简易程度适当地选用上述步骤。三、原理图设计中的一般要求一般来说，电气控制原理图应满足生产机械加工工艺的要求，电路要具有安全可靠，操作和维修方便，设备投资少等特点，为此，必须正确地设计控制电路，合理

8、地选择电器元件。原理图设计应满足以下要求：1电气控制原理应满足工艺的要求在设计之前必须对生产机械的工作性能、结构特点和实际加工情况有充分的了解，并在此基础上来考虑控制方式，起动、反向、制动及调速的要求，设置各种联锁及保护装置。2控制电路电源种类与电压数值的要求对于比较简单的控制电路，而且电器元件不多时，往往直接采用交流380V或220V电源，不用控制电源变压器。对于比较复杂的控制电路，应采用控制电源变压器，将控制电压降到110V或48V、24V。这种方案对维修、操作以及电器元件的工作可靠均有利。对于操作比较频繁的直流电力传动的控制电路，常用220V或110V直流电源供电。直流电磁铁及电磁离合器

9、的控制电路，常采用24V直流电源供电。交流控制电路的电压必须是下列规定电压的一种或几种：6V，24V，48V，110V(优选值)，220V，380V，50Hz。直流控制电路的电压必须是下列规定电压的一种或几种：6V，12V，24V，48V，110V，220V。3确保电气控制电路工作的可靠性、安全性为保证电气控制电路可靠地工作，应考虑以下几个方面：(1) 电器元件的工作要稳定可靠，符合使用环境条件，并且动作时间的配合不致引起竞争。(2) 电器元件的线圈和触点的连接应符合国家有关标准规定电器元件图形符号应符合GB4728中的规定，绘制时要合理安排版面。例如，主电路一般安排在左面或上面，控制电路或辅

10、助电路排在右面或下面，元器件目录表安排在标题上方。为读图方便，有时以动作状态表或工艺过程图形式将主令开关的通断、电磁阀动作要求、控制流程等表示在图面上，也可以在控制电路的每一支路边上标注出控制目的。在实际连接时，应注意以下几点： 正确连接电器线圈。交流电压线圈通常不能串联使用，即使是两个同型号电压线圈也不能采用串联后，接在两倍线圈额定电压的交流电源上，以免电压分配不均引起工作不可靠。在直流控制电路中，对于电感较大的电器线圈，如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等，不宜与同电压等级的接触器或中间继电器直接并联使用。 合理安排电器元件和触点的位置。对于串联回路，电器元件或触点位置互换时，并不响其工作

11、原理，但在实际运行中，影响电路安全并关系到导线长短。防止出现寄生电路。寄生电路是指在控制电路的动作过程中，意外出现不是由于误操作而产生的接通电路。4应具有必要的保护环节控制电路在事故情况下，应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效地制止事故的扩大。为此，在控制电路中应采取一定的保护措施。常用的有漏电开关保护、过载、短路、过流、过压、失压、联锁与行程保护等措施。必要时还可设置相应的指示信号。5操作、维修方便控制电路应从操作与维修人员的工作出发，力求操作简单、维修方便。6控制电路力求简单、经济在满足工艺要求的前提下，控制电路应力求简单、经济。尽量选用标准电气控制环节和电路，缩减电器的数

12、量，采用标准件和尽可能选用相同型号的电器。第三节 设计实例【例】抽水机的电器控制要求如下：下图是农村中常用的抽水机电气原理图，它由主电路和控制电路两部分组成。抽水机的电气原理图(1) 阅读主电路。主电路上有一台笼型异步电动机，它是带动水泵的电动机，由接触器KMl、 KM2的主触头控制。当KM1的主触头闭合时，通过电阻R把电动机与电源接通；当KM2主触头闭合时，电动机直接与电源接通。至于KM1和KM2究竟在什么条件下动作，则应看控制电路。电动机的短路保护由熔断器FU1完成，过载保护由热继电器FR完成，失压和欠压保护由接触器KM1或KM2完成。(2)阅读控制电路。控制电路有接触器KMl、KM2和时

13、间继电器KT三条回路。接触器KM1和时间继电器KT是由按钮SB2控制的，接触器KM2则由时间继电器KT的延时闭合常开触头控制。当合上电源开关QS，按下起动按钮SB2时，接触器KM1线圈通电，其主触头闭合，电流经电阻R流向电动机，使电动机起动，KM1的辅助触头自锁，同时时间继电器的线圈通电。经一定时间延时后，其常开触头KT闭合，使接触器KM2线圈通电并自锁，KM2主触头闭合，把电阻R短接，使电动机直接接入电源；同时KM2的常闭触头切断KM1的线圈回路，使KM1的主触头和自锁触头断开，于是时间继电器KT也断电释放。通过以上对电路的分析可知水泵的工作情况：先是KM1通电，电动机串入电阻R起动，这时R上有一定电压降，