机电传动与控制 课件 第7章 电气控制系统设计

设备电气控制系统设计

1.控制系统设计的基本原则第1部分电气控制系统设计的基本原则和内容（1）

满足设备提出的控制要求（2）

妥善处理机与电的关系（3）

力求设计方案简单（4）

正确合理地选用电气元件（5）操作与维护方便电气控制系统设计主要从系统的功能性、安全性、合理性和经济性几方面规划目标和内容，使设计出的电气系统能够控制设备安全可靠地运行，并满足设定的要求。具体设计原则和要求主要包括以下几个方面。2.控制系统设计涉及的主要工作内容（4）设备工作环境及设施条件分析

——供电条件分析、工作场地环境分析，保证设施安全运行；

（2）电气控制方式选择

——继电器系统、PLC系统等的选择；（3）操作与维护性要求分析

——操纵台、显示、保护等要求；（5）确定技术条件与实施设计

——进行具体的技术设计；1）设备的主要技术性能分析

——传动方式、对电气控制系统的要求；2）设备的电气控制技术要求分析

——电气传动方案，根据控制要求拟订；（1）设备分析电气控制系统设计主要分为两个阶段，分别为设计准备阶段和设计实施阶段。在设计过程中，由于电气控制系统以机械部分为控制对象，因此电气设计与机械结构设计既相互独立，又紧密关联。确定技术条件与实施设计1）拟定电气控制系统设计技术任务书2）提出电气传动方案及总体框架，包括电气控制系统设计预期达到的主要技术指标，各种设计方案技术性能比较及实施可能性3）控制图设计（电气原理图、PLC程序）4）选择电气元件、编制电气元件明细表5）设计和绘制电气设备布置图、安装图、接线图6）操作台、电器柜等装置的标准构件选择与非标准构件设计7）编写电气设计说明书和使用操作说明书在前面各项分析的基础上，依据设备总体设计任务书及拟定的电气设计技术条件，即可进行电气控制系统的图纸设计和技术文件的编写。具体包括以下内容：1）确定设备的名称、用途、工艺过程、技术性能、参数及现场工作条件；2）确定供电电网种类、电压等级、频率和容量；3）确定电气控制的特性要求，如电气控制的基本方式、自动化程度、自动工作循环的组成、电气保护及联锁等；4）确定电气传动的基本要求，如传动方式、电动机选择、负载特性、调速范围、平滑度等指标要求；5）确定有关操作和显示方面的要求；6）提出电气传动控制的原理性方案及预期的主要技术指标，从技术性能方面对多个方案进行比较，并从中选择最优方案；7）估算投资费用及拟订技术经济指标。（1）初步设计阶段（方案设计）第2部分电气控制装置的设计步骤1.电气控制系统设计的设计步骤1）对电气系统设计中的某些环节进行实验，确定可行性；2）控制图设计（电气原理图、PLC程序）；3）选择电气元件、编制电气元件明细表；4）设计和绘制电气设备组合布置图、出线端子图；5）编写技术文件；（2）技术设计阶段1）非标准电气设备设计；2）绘制产品总装配图，部件装配图，零件图等；3）绘制产品接线图或接线表；（3）产品设计阶段4）图纸标准化审查与工艺会签；

电气控制系统设计的设计步骤技术设计阶段是根据初步设计阶段确定的总体方案，最终完成电气控制系统设计文件的阶段。技术设计阶段主要完成以下工作内容。产品设计阶段是根据技术设计阶段完成的技术文件，最终完成电气控制装置的所有技术文件的阶段。（1）电气系统控制方式选择第2部分电气控制装置的设计要点常用机械设备的各部分关系如图所示。选择电气控制系统应根据设备对电气控制提出的技术指标，综合考虑系统的功能、抗干扰能力、系统可靠性、环境适应性、软硬件工作量、执行速度及带载能力等因素。1）气候环境影响因素（温度、湿度、气压、灰沙）；2）机械环境影响因素（机械振动环境）；3）电磁场干扰；（下图为电气控制装置内外的电磁干扰关系图）（2）电气传动调速方式选择（3）电气系统中环境影响因素电气控制系统设计的设计要点电气传动调速方式是决定电气控制系统技术与经济指标的重要因素。电气控制系统设计时，需要综合考虑设备传动的特点与负载特性，依据调速系统的性质、调速范围、平滑度、动态性能、效率及成本等因素，科学选定调速方式。1）电气控制装置总体布置设计

——确定组件划分与连接方式、元件布局原则；2）元器件布置图绘制

——确定电气元件安装位置；3）接线图设计；4）控制面板设计制作

——确定操作界面结构，生产要求；（4）工艺设计问题5）导线选择；电气控制系统设计的设计要点工艺设计的主要内容包括电气控制装置的总体配置（总装配图）、总接线图（表）、电气柜装配设计（元器件布置）及面板导线等的设计和选用。

布置图绘制（电气元件安装图）

接线图绘制

元器件布置图

连续线绘制

中断线绘制第4部分电气控制系统设计实例（1）设备机构组成分析料仓

存放待加工零件，利用零件重力下落到送料位置。送料机构（油缸1）将待加工件推到装夹位置。定位机构

对工件进行定位。夹紧机构（油缸2）下落夹紧工件。进给机构（油缸3）推动滑台，带动工件前移。铣削头

交流电动机驱动铣刀，进行铣削加工。出料机构（油缸4）

推出加工完成的工件。

1.设备结构及运动概述（2）设备工作过程分析设备驱动元件与信号配置关系简图（油缸1）工件送加工位—＞定位—＞（油缸2）夹紧加工件—＞（油缸1）退回原位料仓中落下下一个待加工件—＞（油缸3）滑台移向铣削头完成铣削加工，到达终点位置—＞（油缸2）松开工件—＞（油缸4）工件推出加工区—＞（油缸4）返回原位

（油缸3）滑台回到原位

工作过程：

（1）设备工艺过程、传动特性及技术性能分析2.初步设计初步设计需完成电气控制系统的方案设计，自动铣削专用设备电气控制系统的方案如下。

（2）电源

（3）电气控制特性要求

（4）设备电气传动

（5）设备操作显示功能

（6）控制系统选择

（1）绘制电气控制系统电路图第4部分电气控制系统设计实例3.技术设计

（2）PLC程序设计第4部分电气控制系统设计实例3.技术设计

1）输入输出信号确定2）自动循环加工控制流程设计自动循环加工步进控制功能图如下3）控制程序设计与调试控制程序设计在自动循环加工步进控制功能图的基础上，运用编程软件，将其他两部分的控制程序进行整合，从而完成PLC程序设计、程序输入及仿真调试工作。第4部分电气控制系统设计实例系统元器件包括电动机、熔断器、接触器、开关器件、导线等。通常情况下，电动机、电磁阀等元器件在机械设计过程中己根据设备的工作模式与