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电气控制线路设计方法目录：一、电气原理图设计的基本步骤1二、电气原理图的设计方法及设计实例1三、原理图设计中应注意的问题6原理线路设计是原理设计的核心内容。在总体方案确定之后，具体设计是从电气原理图开始的，各项设计指标是通过控制原理图来实现的，同时它又是工艺设计和编制各种技术资料的依据。一、电气原理图设计的基本步骤1、根据选定的拖动方案及控制方式设计系统的原理框图，拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。2、根据各部分的要求，设计出原理框图中各个部分的具体电路。对于每一部分的设计总是按主电路→控制电路→辅助电路→联锁与保护→总体检查→反复修改与完善的步骤进行。3、绘制总原理图。按系统框图结构将各部分联成一个整体。4、正确选用原理线路中每一个电器元件，并制订元器件目录清单。对于比较简单的控制线路，例如普通机床的电气配套设计，可以省略前两步，直接进行原理图设计和选用电器元件。但对于比较复杂的自动控制线路，例如专用的数控生产机械或者采用微机或电子控制的专用检测与控制系统，要求有程序预选、刀具调整与补偿和一定的加工精度、生产效率、自动显示、各种保护、故障诊断、报警、打印记录等，就必须按上述过程一步一步进行设计。只有各个独立部分都达到技术要求，才能保证总体技术要求的实现，保证总装调试的顺利进行。二、电气原理图的设计方法及设计实例电气原理图的设计方法主要有分析设计法和逻辑设计法两种，分别介绍如下。1、分析设计法所谓分析设计法是根据生产工艺的要求去选择适当的基本控制环节（单元电路）或经过考验的成熟电路，按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修改，综合成满足控制要求的完整线路。当找不到现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计，将主令信号经过适当的组合与变换，在一定条件下得到执行元件所需要的工作信号。设计过程中，要随时增减元器件和改变触点的组合方式，以满足拖动系统的工作条件和控制要求，经过反复修改得到理想的控制线路。由于这种设计方法是以熟练掌握各种电气控制线路的基本环节和具备一定的阅读分析电气控制线路的经验为基础，所以又称为经验设计法。分析设计法的特点是无固定的设计程序，设计方法简单，容易为初学者所掌握，对于具有一定工作经验的电气人员来说，也能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用。其缺点是设计方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不周时会影响线路工作的可靠性。第五篇电气控制与测试篇下面通过C534J1立式车床横梁升降电气控制原理线路的设计实例，进一步说明分析设计法的设计过程。这种机构无论在机械传动或电力传动控制的设计中都有普遍意义，在立式车床、摇臂钻床、龙门刨床等设备中均采用类似的结构和控制方法。（1）电力拖动方式及其控制要求为适应不同高度工件加工时对刀具的需要，要求安装有左、右立刀架的横梁能通过丝杠传动快速作上升下降的调整运动。丝杠的正反转由一台2JH61-4型三相交流异步电动机拖动，同时，为了保证零件的加工精度，当横梁移动到需要的高度后应立即通过夹紧机构将横梁夹紧在立柱上。每次移动前要先放松夹紧装置，因此设置另一台型（2三相交流异步电动机拖动夹紧放松机构，以实现横梁移动前的放松和到位后的夹紧动作。在夹紧、放松机构中设置两个行程开关SQ1与SQ2，如图37-1所示，分别检测已放松与已夹紧信号。 （2）横梁升降控制要求①采用短时工作的点动控制。②横梁上升控制动作过程。按上升按钮→横梁放松（夹紧电动机反转）→压下放松位置开关→停止放松→横梁自动上升（升/降电动机正转）→到位松开上升按钮一横梁停止上升→横梁自动夹紧（夹紧电动机正转）→已放松位置开关松开，已夹紧位置开关压下，达到一定夹紧紧度→上升过程结束。③横梁下降控制动作过程。按下降按钮→横梁放松→压下已放松位置开关→停止放松，横梁自动下降→到位松开下降按钮→横梁停止下降并自动短时回升（升/降电动机短时正转）→横梁自动夹紧!已放松位置开关松开，已夹紧位置开关压下并夹紧至→定紧度→下降过程结束。可见下降与上升控制的区别在于到位后多了一个自动的短时回升动作，其目的在于消除移动螺母上端面与丝杠的间隙，以防止加工过程中因横梁倾斜造成的误差，而上升过程中移动螺母上端面与丝杠之间不存在间隙。④横梁升降动作应设置上、下极限位置保护。（3）设计过程①根据拖动要求设计主电路。由于升、降电动机M1与夹紧放松电动机M2都要求正反转，所以采用KM1、KM2及KM3、KM4接触器主触点变换相序控制。考虑到横梁夹紧时有一定的紧度要求，故在M2正转即KM3动作时，其中一相串接电流继电器K1检测电流信号，当M2处于堵转状态，电流增长至动作值时，过电流继电器K1动作，使夹紧动作结束，以保证每次夹紧紧度相同。据此便可设计出如图37-1所示的主电路。②设计控制电路草图。如果暂不考虑横梁下降控制的短时回升，则上升与下降控制过程完全相同。当发出“上升”或“下降”指令时，首先是夹紧放松电动机M2反转（KM4吸合），由于平时横梁总是处于夹紧状态，行程开关SQ1（检测已放松信号）不受压，SQ2（检测已夹紧信号）处于受压状态，将SQ1常开触点串在横梁升降控制回路中，常闭触点串于放松控制回路中（SQ2常开触点串在立车工作台转动控制回路中，用于联锁控制），因此在发出上升或下降指令时（按SB1或SB2），先放松，KM4吸合（SQ2立即复位），当放松动作完成时SQ1受压，KM4释放，KM1（或KM2）自动吸合，实现横梁自动上升（或下降）。上升（或下降）到位，放开SB1（或SB2）停止上升（或下降），由于此时SQ1受压，SQ2不受压，所以KM3自动吸合，夹紧动作自动发出，直到SQ2压下，再通过K1常闭触点与KM3的常开触点串联的自锁回路，继续夹紧至过电流继电器动作（达到一定的夹紧紧度），控制过程自动结束。按此思路设计的草图如图37-1所示。③完善设计草图。图37-1设计草图功能不完善，主要是未考虑下降的短时回升。下降到位的短时回升，是满足一定条件下的结果，此条件与上升指令是“或”的逻辑关系，因此它应与)SB1并联，应该是下降动作结束即用KM2常闭触点与一个短时延时断开的时间继电器KT触点的串联组成，回升时间由时间继电器控制。于是便可设计出如图37-2所示的设计草图之二。④检查并改进设计草图。检查设计草图之二，在控制功能上已达到上述控制要求，但仔细检查会发现KM2 的辅助触点使用已超出接触器拥有数量，同时考虑到一般情况下不采用二常开二常闭的复合式按钮，因此可以采用一个中间继电器KA来完善设计。设计草图之三如图37-3所示。其中R-M、L-M为工作台驱动电动机M正反转联锁触点，即保证机床进入加工状态，不允许横梁移动。反之，横梁放松时就不允许工作台转动，是通过行程开关SQ1的常闭触点串联在R-M、L-M的控制回路中来实现。另一方面，在完善控制电路设计过程中，进一步考虑横梁的上、下极限位置保护，采用限位开关SQ3（上限位）与SQ4（下限位）的常闭触点串接在上升与下降控制回路中。⑤总体检查设计线路。控制线路设计完毕，最后必须经过总体检查，因为分析设计往往会考虑不周而存在不合理之处或有进一步简化的可能。主要检查内容有：是否满足拖动要求与控制要求；触点使用是否超出允许范围；电路工作是否安全可靠；联锁保护是否考虑周到；是否有进一步简化的可能等。2、逻辑设计法逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来进行电路设计，即根据生产机械的拖动要求及工艺要求，将执行元件需要的工作信号以及主令电器的接通与断开状态看成逻辑变量，并根据控制要求将它们之间的关系用逻辑函数关系式来表达，然后再运用逻辑函数基本公式和运算规律进行简化，使之成为需要的与或关系式，根据最简式画出相应的电路结构图，最后再作进一步的检查和完善，即能获得需要的控制线路。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在规律，在设计复杂控制线路时，更能显示出它的优点。任何控制线路，控制对象与控制条件之间都可以用逻辑函数式来表示，所以逻辑法不仅能用于线路设计，也可以用于线路简化和读图分析。逻辑代数读图法的优点是各控制元件的关系能一目了然，不会读错和遗漏。例如，前面设计所得控制电路图37-3中，横梁上升与下降动作发生条件与电路动作可以用下面的逻辑函数式来表示。在横梁动作之初总处于夹紧状态，SQ2为0（不受压），SQ2为1（受压），因此，在R-M、L-M、KM3均为0的情况下，只要发出上升或下降指令KM4得电放松（夹紧解除SQ2由1→0直到SQ1受压（状态由0→1），放松动作才结束。 可见，上升与下降动作只有在完全放松即SQ1受压情况下才能发生，当发出上升指令（SB1为1）只可能KM1为1，发出下降指令只可能KM2为1。放松结束后实现自动上升或下降的目的。达到预期高度，解除上升，KA为0，上升动作立即停止。KM3得电自动进入夹紧状态，直至恢复原始状态，即SQ1不受压，SQ2受压，自动停止夹紧动作。若解除的是下降指令，KA为0，下降动作立即停止，但由于KT失电时其触点延时动作，在延时范围内KM1短时得电使横梁回升，KT触点延时动作后，回升结束，KM3得电自动进入夹紧状态，直至过电流继电器动作，夹紧结束。逻辑电路有两种基本类型，对应的设计方法也各有不同。（1）组合逻辑电路其特点是执行元件的输出状态只与同一时刻控制元件的状态有关，输入、输出呈单方向关系，即输出量对输入量无影响。它的设计方法比较简单，可以作为经验设计法的辅助和补充，用于简单控制电路的设计，或对某些局部电路进行简化，进一步节省并合理使用电器元件与触点。举例说明如下。①设计要求。某电动机只有在继电器KA1、KA2、KA3中任何一个或两个动作时才能运转，面在其他条件下都不运转，试设计其控制线路。②设计步骤如下。列出控制元件与执行元件的动作状态表，如表37-1所示。根据表37-1写出KM的逻辑代数式：利用逻辑代数基本公式化简最简“与或”式： 根据简化了的逻辑式绘制控制电路，如图37-4所示。（2）时序逻辑电路其特点是输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，而且还与输出量的原有状态及其组合顺序有关，即输出量通过反馈作用，对输入状态产生影响。这种逻辑电路设计要设置中间记忆元件（如中间继电器等），记忆输入信号的变化，以达到各程序两两区分的目的。其设计过程比较复杂，基本步骤如下。①根据拖动要求，先设计主电路，明确各电动机及执行元件的控制要求，并选择产生控制信号（包括主令信号与检测信号）的主令元件（如按钮、控制开关、主令控制器等）和检测元件（如行程开关、压力继电器、速度继电器、过电流继电器等）。②根据工艺要求作出工作循环图，并列出主令元件、检测元件以及执行元件的状态表，写出各状态和特征码（一个以二进制表示一组状态的代码）。③为区分所有状态（重复特征码）而增设必要的中间记忆元件（中间继电器）。④根据已区分的各种状态的特征码，写出各执行元件（输出）与中间继电器、主令元件及检测元件（逻辑变量）间的逻辑关系式。⑤化简逻辑式，据此绘出相应控制线路。⑥检查并完善设计线路。由于这种方法设计难度较大，整个设计过程较复杂，在一般常规设计中，很少单独采用。具体设计过程可参阅专门论述资料，这里不再进一步介绍。一、原理图设计中应注意的问题电气控制设计中应重视设计、使用和维护人员在长期实践中总结出来的许多经验，使设计线路简单、正确、安全、可靠、结构合理、使用维护方便。通常应注意以下问题。1、选择控制电源尽量减少控制线路中电源的种类，控制电源用量，控制电压等级应符合标准等级。在控制线路比较简单的情况下，可直接采用电网电压，即交流##$%、&’$%供电，以省去控制变压器。当控制系统使用电器数量比较多时，应采用控制变压器降低控制电压，或用直流低电压控制，既节省安装空间，又便于采用晶体管无触点器件，具有动作平稳可靠、检修操作安全等优点。对于微机控制系统应注意弱电控制与强电电源之间的隔离，不能共用零线，避免引起电源干扰。照明、显示及报警等电路应采用安全电压。电气控制线路常用的电压等级如表37-2所示。 尽量减少电器元件的品种、规格与数量。在电器元件选用中，尽可能选用性能优良、价格便宜的新型器件，同一用途尽可能选用相同型号。电气控制系统的先进性总是与电器元件的不断发展、更新紧密联系在一起的，因此，设计人员必须密切关注电机、电器技术、电子技术的新发展，不断收集新产品资料，以便及时应用于控制系统设计中，使控制线路在技术指标、稳定性、可靠性等方面得到进一步的提高。3、减少通电电器的数量正常工作过程中，尽可能减少通电电器的数量，以利节能，延长电器元件寿命以及减少故障。4、合理使用电器触点在复杂的继电接触控制线路中，各类接触器、继电器数量较多，使用的触点也多，线路设计应注意以下问题。（1）主副触点的使用量不能超过限定对数，因为各类接触器、继电器的主副触点数量是一定的。设计时应注意尽可能减少触点使用数量，如图37-5（b）比（a）就节省了一对触点。因控制需要触点数量不够时，可以采用逻辑设计化简方法，改变触点的组合方式，以减少触点使用数量，或增加中间继电器来解决。 （2）检查触点容量是否满足控制要求，避免因使用不当而出现触点烧坏、熔焊的故障，要合理安排接触器主副触点的位置，避免用小容量继电器去切断大容量负载。总之，要计算触点断流容量是否满足被控制负载的要求，还要考虑负载性质（阻性、容性、感性等），以保证触点工作寿命和可靠性。5、正确连线具体应注意以下几个方面。（1）正确连接电器线圈电压线圈通常不能串联使用，即使用两个同型号电压线圈也不能采用串联施加额定电压之和的电压值，因为电器动作总有先后之差，如图37-6（a）所示。若KM1先动作，KM2后动作，就可能由于动作过程中阻抗变化造成电压分配不均匀。当需要两个电器同时工作时，其线圈应采用如图37-6（b）所示的并联接法。对于电感较大的电器线圈，例如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等则不宜与相同电压等级的接触器或中间继电器直接并联工作，否则在接通或断开电源时会造成后者的误动作。（2）合理安排电器元件及触点位置对一个串联回路，各电器元件或触点位置互换，并不影响其工作原理，但从实际连线上却影响到安全、节省导线等各方面的问题。如图!%&%所示两种接法，两者工作原理相同，但是采用图37-7（a）接法既不安全而且浪费导线。因为限位开关SQ的常开、常闭触点断开时，由于电弧可能造成电源短路，很不安全，而且采用这种接法电气箱到现场要引出四种线，很不合理，图37-7（b）所示的接法较合理。（3）注意避免出现寄生回路在控制电路的动作过程中，如果出现不是由于误操作而产生的意外接通 的电路，称为寄生回路。图37-8所示为电动机可逆运行控制线路，为了节省触点，指示灯RHL和LHL采用图中所示的接法。此线路在电动机正常工作情况下能完成启动、正反转及停止操作。如果电动机在正转中（KMR吸合）发生过载，FR触点断开时会出现图中虚线所示的寄生回路。由于RHL电阻较小，接触器在吸合状态下的释放电压较低，因而寄生回路的电流有可能使KMR无法释放，电动机在过载时得不到保护而烧毁。