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1、电气控制与PLC,浙江工业大学 信息工程学院 冯远静,第4章 电气控制系统设计,电气原理图设计 为满足生产机械及工艺要求进行的电气控制电路的设计 电气工艺设计 为电气控制装置的制造、使用、运行、维修的需要进行的生产施工设计,第一节 电气控制设计的原则和内容,一、电气控制设计的原则 1)最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求 2）在满足要求的前提下，使控制系统简单、经济、合理、便于操作、维修方便、安全可靠 3）电器元件选用合理、正确，使系统能正常工作 4）为适应工艺的改进，设备能力应留有裕量,二、电气控制设计的基本内容,1.电气原理图设计内容 1）拟定电气设计任务书 2）选择电力拖动方案

2、和控制方式 3）确定电动机的类型、型号、容量、转速 4）设计电气控制原理图 5）选择电器元件及清单 6）编写设计计算说明书,2. 电气工艺设计内容 1）设计电气设备的总体配置，绘制总装配图和总接线图 2）绘制各组件电器元件布置图与安装接线图，标明安装方式、接线方式 3）编写使用维护说明书,第二节 电力拖动方案的确定和 电动机的选择,一、电力拖动方案的确定 1、拖动方式的选择 2、调速方案的选择 3、电动机调速性质应与负载特性相适应,二、拖动电动机的选择,（一）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的要求，与负载的特性相适应 2）电动机的容量要得到充分的利用 3）电动机的结构形

3、式要满足机械设计的安装要求，适合工作环境 4）在满足设计要求前提下，优先采用三相异步电动机,（二）根据生产机械调速要求选择电动机 一般-三相笼型异步电动机、双速电机 调速、起动转矩大-三相笼型异步电动机 调速高-直流电动机、变频调速交流电动机 （三）电动机结构形式的选择 根据工作性质、安装方式、工作环境选择 （四）电动机额定电压的选择 （五）电动机额定转速的选择 （六）电动机容量的选择 (1)分析设计法,(2)统计类比法,第三节 电气控制电路设计的方法与步骤,一、电气控制电路设计方法简介 分析设计法：根据生产工艺的要求，选择一些成熟的典型基本环节来实现这些基本要求，而后再逐步完善其功能，并适当

4、配 置联锁和保护等环节，使其组合成一个整体，成为满足控制要求的完整电路。 逻辑设计法：利用逻辑代数这一数学工具设计电气控制电路。 在继电接触器控制电路中，把表示触头状态的逻辑变量称为输人逻辑变量，把表示继电器接触器线圈等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。输人、输出逻辑变量之间的相互关系称为逻辑函数关系，这种相互关系表明了电气控制电路的结构。所以，根据控制要求，将这些逻辑变量关系写出其逻辑函数关系式，再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，然后根据化简了的逻辑关系式画出相应的电路结构图，最后再作进一步的检查和优化，以期获得较为完善的设计方案。,二、分析设计法的基本步骤,l）按工艺

5、要求提出的起动、制动、反向和调速等要求设计主电路。 2）根据所设计出的主电路，设计控制电路的基本环节，即满足设计要求的起动、制动、反向和调速等的基本控制环节。 3）根据各部分运动要求的配合关系及联锁关系，确定控制参量并设计控制电路的特殊环节。 4）分析电路工作中可能出现的故障，加入必要的保护环节。 5）综合审查，仔细检查电气控制电路动作是否正确 关键环节可做必要实验，进一步完善和简化电路。,三、分析设计法设计举例,龙门刨床横梁升降机构电气控制电路设计,（一）横梁升降机构的工艺要求,（1）横梁上升时，自动按照先放松横梁一横梁上升一夹紧横梁的顺序进行。 （2）横梁下降时，自动按照放松横梁一横梁下降

6、一横梁回升一夹紧横梁的顺序进行。 （3）横梁夹紧后，夹紧电动机自动停止转动。 （4）横梁升降应设有上下行程的限位保护，夹紧电动机应设有夹紧力保护。,（二）电气控制电路设计过程,主电路设计、控制电路基本环节设计,设计控制电路的特殊环节,4、设计连锁保护环节,(3) 电气控制电路设计中应该注意的问题,一、电气控制应最大限度满足生产机械加工工艺要求 二、对控制电路电流、电压的要求 三、控制电路力求简单、经济,1.尽量缩短连接导线的长度与导线数量 2.尽量减少电器元件的品种、数量和规格,3.尽量减少电器元件触头的数目 4.尽量减少通电电器的数目,四、确保控制电路工作的安全性和可靠性,1.正确连接电器的

7、线圈 2.正确连接电器元件的触头,3.防止寄生电路 4.在控制电路中控制触头应合理布置,5.考虑触头的接通与分断能力 6.避免触头“竞争”、“冒险”现象 竞争：当控制电路状态发生变换时，常伴随电路中的电器元件的触头状态发生变换。由于电器元件总有一定的固有动作时间，对于一个时序电路来说，往往发生不按时序动作的情况，触头争先吸合，就会得到几个不同的输出状态，这种现象称为电路的“竞争”。 冒险：对于开关电路，由于电器元件的释放延时作用，也会出现开关元件不按要求的逻辑功能输出，这种现象称为“冒险”。 7.采用电气连锁与机械连锁的双重连锁,第四节电气控制的工艺设计,一、电气设备总体配置设计 总体配置设计

8、是以电气控制的总装配图与总接线图的形式表达出来的，图中是用示意方式反映各部分主要组件的位置和各部分的接线关系、走线方式及使用管线要求。,二、电气元器件布置图的设计 电柜内的电器可按下述原则布置： l）体积大或较重的电器应置于控制柜下方。 2）发热元件安装在柜的上方，并将发热元件与感温元件隔开。 3）强电弱电应分开，弱电部分应加屏蔽隔离，以防强电及外界的干扰。 4）电器的布置应考虑整齐、美观、对称。 5）电器元器件间应留有一定间距，以利布线、接线、维修和调整操作。 6）接线座的布置：用于相邻柜间连接用的接线座应布置在柜的两侧；用于与柜外电气元件连接的接线座应布置在柜的下部，且不得低于200mrn

9、。,三、电气控制装置接线图的绘制 1.接线图的绘制应符合GB698831997的规定。 2.电气元器件相对位置与实际安装相对位置一致。 3.接线图中同一电器元件中各带电部件，如线圈、触头等的绘制采用集中表示法，且在一个细实线方框内。 4.所有电器元件的文字符号及其接线端钮的线号标注均与电气控制电路图完全相符。 5.电气接线图一律采用细实线绘制， 6.接线图中应标明连接导线的型号、规格、截面积及颜色。,四、电力装备的施工 （一）电气控制柜内的配线施工 1）不同性质与作用的电路选用不同颜色导线 2）所有导线中间不许有接头 （二）电柜外部配线 1）所用导线皆为中间无接头的绝缘多股硬导线。 2）电柜外

10、部的全部导线一律都要安放在导线通道内 （三）导线截面积的选用 导线截面积应按正常工作条件下流过的最大稳定电流来选择，并考虑环境条件。,五、检查、调整于试运行 1检查接线图 2检查电器元件 对照电器元件明细表 3检查接线是否正确 4进行绝缘试验 5检查、调整电路动作的正确性,常用控制电气的选择,一、接触器的选择 1接触器种类的选择： 2接触器使用类别的选择： 3接触器额定电压的确定： 4接触器额定电流的选择： 5接触器线圈额定电压的确定： 6接触器触头数目： 7接触器额定操作频率：,二、电磁式继电器的选择 1电磁式电压继电器的选择 过电压继电器和欠电压继电器 2电磁式电流继电器的选择 过电流继电

11、器和欠电流继电器 过电流继电器：交流过电流继电器、直流过电流继电器。 欠电流继电器：只有直流欠电流继电器 3电磁式中间继电器的选择,三、热继电器的选择 热继电器主要用于电动机的过载保护，因此应根据电动机的形式、工作环境、起动情况、负载情况、工作制及电动机允许过载能力等综合考虑。 1热继电器结构形式的选择 2热继电器额定电流的选择 对于不频繁起动的电动机，可按电动机的额定电流来选择热继电器。 对于重复短时工作制的电动机，首先要确定热继电器的允许操作频率，然后再根据电动机的起动时间、起动电流和通电持续率来选择。,四、时间继电器的选择 1）电流种类和电压等级： 2）延时方式：通电延时型和断电延时型。

12、 3）触头形式和数量： 4）延时精度： 5）延时时间： 6）操作频率：,五、熔断器的选择 1.一般熔断器的选择：根据熔断器类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流来选择。 熔断器熔体额定电流 没有冲击电流的负载， IRNIN 长期工作的单台电动机，IRN（1.52.5）IN 频繁起动的单台电动机， IRN（33.5）IN 多台电动机长期共用一个熔断器， IRN（1.52.5）INMmaxINM 2.快速熔断器的选择 UFKI URE IRNKI IZmax,六、开关电器的选择 （一）刀开关的选择 刀开关主要根据使用的场合、电源种类、电压等级、负载容量及所需极数来选择。 （1）根据刀开关在线路中

13、的作用和安装位置选择其结构形式。若用于隔断电源时，选用无灭弧罩的产品；若用于分断负载时，则应选用有灭弧罩、且用杠杆来操作的产品。 （2）根据线路电压和电流来选择。刀开关的额定电压应大于或等于所在线路的额定电压；刀开关额定电流应大于负载的额定电流，当负载为异步电动机时，其额定电流应取为电动机额定电流的15倍以上。 （3）刀开关的极数应与所在电路的极数相同。,（二）组合开关的选择 组合开关主要根据电源种类、电压等级、所需触头数及电动机容量来选择。 组合开关的不能用来分断故障电流。 组合开关的操作频率不宜太高， 对用于控制电动机可逆运行的组合开关，必须在电动机完全停止转动后才允许反方向接通。 组合开

14、关本身不具备过载、短路和欠电压保护,（三）低压断路器的选择 根据保护特性要求、分断能力、电网电压类型及等级、负载电流、操作频率等方面进行选择。 低压断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路的额定电压和额定电流。 热脱扣器整定电流应与被控制电动机或负载的额定电流一致。 过电流脱扣器瞬时动作整定电流由下式确定 IZKIS 欠电压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压。,七、控制变压器的选择 根据一次和二次电压等级及所需要的变压器容量来选择。 （1）控制变压器一、二次电压应与交流电源电压、控制电路电压与辅助电路电压相符合。 （2）变压器长期运行时，最大工作负载时变压器的容量应大于或等于最大工作负载所需要的功率，计算公式为 STKT PXC 控制变压器