第三章++电气控制线路设计ppt课件.ppt 61页

第三章电气控制线路设计电气控制系统的设计任务是根据生产工艺，设计出合乎要求的、经济的电气控制线路；并编制出设备制造、安装和维修使用过程中必须的图纸和资料，包括电气原理图、安装图和互连图以及设备清单和说明书等。由于设计是灵活多变的，即使是同一功能，不同人员设计出来的线路结构可能完全不同。因此，作为设计人员，应该随时发现和总结经验，不断丰富自己的知识，开阔思路，才能做出最为合格的设计。 电气控制系统设计的基本内容设计一台电气控制系统的新设备，一般包括以下设计内容：1、拟定电气设计的技术条件（任务书）；2、选择电气传动形式与控制方案；3、确定电动机的容量；4、设计电气控制原理图；5、选择电气元件，制订电机和电气元件明细表； 6、画出电动机、执行电磁铁、电气控制部件以及检测元件的总布置图；7、设计电气柜、操作台、电气安装板以及非标准电器和专用安装零件；8、绘制装配图和接线图；9、编写设计计算说明书和使用说明书。根据机电设备的总体技术要求和电气系统的复杂程度不同，以上步骤可以有增有减，某些图纸和技术文件也可适当合并或增删。 电气控制线路设计的一般原则当机械设备的电力拖动方案和控制方案已经确定后，就可以进行电气控制线路的设计。电气控制线路的设计是电力拖动方案和控制方案的具体化，一般在设计时应该遵循以下原则：1、最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求控制线路是为整个设备和工艺过程服务的。因此，在设计之前，要调查清楚生产要求，对机械设备的工作性能、结构特点和实际加工情况有充分的了解。电气设计人员深入现场对同类或接近的产品进行调查，收集资料，加以分析和综合，并在此基础上考虑控制方式，起动、反向、制动及调速的要求，设置各种联锁及保护装置，最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求。 2、在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单、经济，并保证控制线路工作的可靠性和安全性在设计线路时，应注意以下问题：1）尽量减少控制电源种类及用量。当控制线路比较简单的情况下，可直接采用电网电压；当控制系统所用电器数量比较多时，应采用控制变压器降低控制电压，或采用直流低电压控制。 2）尽量减少电器元件的品种、规格与数量，同一用途的器件尽可能选用相同品牌、型号的产品。注意收集各种电器新产品资料，以便及时应用于设计中，使控制线路在技术指标、先进性、稳定性、可靠性等方面得到进一步提高。3）在控制线路正常工作时，除必要的必须通电的电器外，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。 尽可能减少触头使用数量，以简化线路。当控制的支路数较多，而触点数目不够时，可采用中间继电器增加控制支路的数量。简化电路去掉不必要的KM1，简化电路，提高电路可靠性4）合理使用电器触头。 应合理安排电器元件及触点的位置图（a）的接法既不安全又使接线复杂。因为行程开关SQ的常开、常闭触头靠得很近，此种接法下，由于不是等电位，在触头断开时产生的电弧很可能在两触点间形成飞弧而造成电源短路，很不安全，而且这种接法控制柜到现场要引出五根线，很不合理；图（b）的接法只引出三根线，而且两触点电位相同，不会造成飞弧。合理安排触点位置(a)合理(b)不合理两种接法工作原理相同 5)尽量减少连接导线.设计控制电路时，应考虑电器元件的实际位置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图a是不合理的。按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直接连接，就可以减少一次引出线，如图b所示。 6）正确连接电器的线圈。电压线圈通常不能串联使用，如图a所示。由于它们的阻抗不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压之和，也是不允许。因为电器动作总有先后，当有一个接触器先动作时，则其线圈阻抗增大,该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将使电路烧毁。 7）控制电路中应避免出现寄生电路寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。如图所示具有指示灯HL和热保护的正反向电路.正常工作时，能完成正反向起动、停止和信号指示。当热继电器FR动作时，电路就出现了寄生电路，如图中虚线所示，使正向接触器KM1不能有效释放，起不了保护作用。寄生电路 “竞争”触头争先吸合，发生振荡.“冒险”触头争先释放。“竞争”与“冒险”现象都将造成控制回路不能按要求动作，引起控制失灵。KM1KM2KM2KM1SB1KA触点间的“竞争”与“冒险”8）避免发生触头“竞争”与“冒险”现象图示电路，当KA闭合时，KM1、KM2争先吸合，而它们之间又互锁，只有经过多次振荡吸合竞争后，才能稳定在一个状态上。在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制电路。当电器元件按时间顺序动作时，可采用时间继电器配合控制，从而消除竞争和冒险。 9）可逆电路的联锁在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅要有电气联锁，而且还有机械联锁。10）要有完善的保护措施常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、过电压、失电压等保护环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等必须的指示信号。 电气控制线路有两种设计方法，一种是经验设计法，另一种是逻辑代数设计法。一、经验设计法所谓经验设计法就是根据生产工艺要求直接设计出控制线路。在具体的设计过程中常有两种做法：一种是根据生产机械的工艺要求，适当选用现有的典型环节，将它们有机地组合起来，综合成所需要的控制线路；另一种是根据工艺要求自行设计，随时增加所需的电气元件和触点，以满足给定的工作条件。 （一）经验设计法的基本步骤一般的生产机械电气控制电路设计包括主电路和辅助电路等的设计。1．主电路设计主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动及多速电动机的调速，另外还考虑包括短路、过载、欠压等各种保护环节以及联锁、照明和信号等环节。2．辅助电路设计主要考虑如何满足电动机的各种运转功能及生产工艺要求。设计步骤是根据生产机械对电气控制电路的要求，首先设计出各个独立环节的控制电路，然后再根据各个控制环节之间的相互制约关系，进一步拟定联锁控制电路等辅助电路的设计，最后再考虑根据线路的简单、经济和安全、可靠，修改线路。 3．反复审核电路是否满足设计原则在条件允许的情况下，进行模拟试验，逐步完善整个电气控制电路的设计直至电路动作准确无误。（二）经验设计法的特点1．易于掌握，使用很广，但一般不易获得最佳设计方案。2．要求设计者具有一定的实际经验，在设计过程中往往会因考虑不周发生差错，影响电路的可靠性。3．当线路达不到要求时，多用增加触点或电器数量的方法来加以解决，所以设计出的线路常常不是最简单经济的。4．需要反复修改草图，一般需要进行模拟试验，设计速度慢。 控制要求：启动后，刀架由位置1移动到位置2；然后再由位置2退回到位置1处，停车。【例3-1】刀架自动循环控制线路。刀架具有前进、后退两个运动方向，要求电动机要实现正反转控制；自动循环控制，启动后，经过一个工作周期，自动停止。在位置1和2处分别设置行程开关S1和S2，作为运动部件位置的检测元件，实现刀架的停止和换向运行。刀架自动循环工作过程示意图分析过程：（三）设计举例 控制线路：刀架运行过程中，如果发生意外，按下SB1，切断控制线路的各个支路，可随时中止刀架的运行。 左右S2S1自动往复运行小车【例3-2】自动往复运行控制线路如图小车可做左、右自动往复运行。控制要求：（1）按下启动按钮SB2，小车首先向右运动；（2）小车的撞块碰到S1时，停车，并开始延时5s；（3）延时时间到，小车自动改变运行方向，改向左运行；（4）小车的撞块碰到S2时，停车，并开始延时5s；（5）延时时间到，小车再次自动改变运行方向，改向右运行；（6）依此自动往复运行，直至按下停止按钮SB1，小车停止。 左右S2S1自动往复运行小车【例3-2】自动往复运行控制线路如图小车可做左、右自动往复运行。分析过程：（1）小车具有左、右两个运动方向，即要求其拖动电动机能实现正反转控制；（2）小车的停止，跟小车运动过程中的行程位置有关系，需分别设置行程开关S1和S2，引入行程作为控制参量。（3）小车换方向运行的启动，跟时间有关系，需要引入时间作为控制参量。选用时间继电器KT作为提供时间参量的器件。 控制线路： 【例3-3】加热炉自动上料机构控制线路加热炉自动上料机构示意图1-推料杆；2-工件；3-炉门；加热炉工作过程按下启动按钮SB2→M1正转，炉门开启→SQ4压下→M1停止→M2正转，推料杆前移→SQ2压下，上料结束→M2反转，推料杆后退→SQ1压下→M2停止→M1反转，炉门关闭→压下SQ3→M1停止。（1）自动循环控制，按下启动按钮，自动完成一系列的运动部件的动作状态的切换，待循环结束后，自动停止运行。（2）启动按钮只启动M1电动机的正转，电动机M2的正、反转和M1的反转都是由行程开关自动启停。（3）启动之前，各运动部件处于原位，行程开关SQ1、SQ3都处于被压下的状态，启动的条件除启动按钮外，还有行程开关SQ1、SQ3的状态需为动作状态。分析过程： 控制线路：SB1为停止按钮，SB2为启动按钮，SQ1～SQ4行程开关。KM1、KM2分别为控制电动机M1正、反转的接触器，KM3、KM4分别为控制电动机M2正、反转的接触器。 【例3-4】龙门刨床横梁加紧机构控制线路 控制要求：1）横梁上、下移动的操作为点动操作；2）按下横梁上移或下移按钮后，首先夹紧机构自动放松；3）行程开关动作，放松到位，夹紧电动机停止运转，横梁做上移或下移；4）移动到位后，松开按钮，横梁停止移动；5）夹紧电动机启动，夹紧机构自动夹紧；6）夹紧到位后，夹紧电动机停止运转。分析过程：1）放松到位由行程开关检测，夹紧到位由过电流继电器检测；2）上移或下移为点动控制，引入两个中间继电器作为状态继电器。 以上分析初看无问题，但仔细分析第二阶段即横梁上升或下降阶段，其条件是横梁放松到位。如果按下SB1后SB2的时间很短，横梁放松还未到位就已松开按下的按钮，致使横梁既不能放松又不能进行夹紧，容易出现事故。改进的方法是?线路的完善和校核: 【例3-5】钻床电气控制电路作用：用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。分类：立式钻床、台式钻床、多轴钻床、摇臂钻床及专用钻床等。 1、结构及运动形式 2、控制要求运动部件较多，采用多电动机拖动。要求主轴及进给有较大的调速范围。主运动与进给运动由一台电动机拖动，经主轴与进给传动机构实现主轴旋转和进给。主轴要求正反转。由机械方法获得，主轴电动机只需单方向旋转。对立柱、主轴箱及摇臂的夹紧放松采用液压技术。具有必要的联锁与保护。 3、液压系统简介操纵机构液压系统:安装在主轴箱内，实现主轴正反转、停车制动、空档、预选及变速。夹紧机构液压系统:安装在摇臂背后的电器盒下部，用以夹紧松开主轴箱、摇臂及立柱。 4、电气控制电路分析主轴电动机的控制过程摇臂升降电动机的控制过程主轴箱与立柱的松开、夹紧控制过程 控制面板图 简单电气控制系统 电气控制系统举例 电气箱及控制面板 二、逻辑分析设计法逻辑设计法是根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、化简、设计线路的方法。这种设计方法是将控制线路中的继电器、接触器线圈的通、断，触点的断开、闭合等看成逻辑变量，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，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。 逻辑设计法较为科学，能够用必须的最少的中间记忆元件（中间继电器）的数目确定实现一个自动控制线路，以达到使逻辑电路最简单的目的，设计的线路比较简化、合理。但是当设计的控制系统比较复杂时，这种方法就显得十分繁琐，工作量也大。因此，如果将一个较大的、功能较为复杂的控制系统分成若干个互相联系的控制单元，用逻辑设计方法先完成每个单元控制线路的设计，然后再用经验设计方法把这些单元电路组合起来，各取所长，也是一种简捷的设计方法。 一、低压电器线圈与触点的逻辑表示方法为保证电气控制线路逻辑关系的一致性，特作以下规定：1、接触器、继电器、电磁阀等元件的线圈，得电状态为“1”状态，失电状态为“0”状态；2、各电器元件的触点，闭合状态为“1”状态，断开状态为“0”状态；3、接触器、继电器的线圈和触点用同一字符标示；4、常开触点用原变量形式表示，常闭触点用反变量形式表示。 二、电气控制线路与逻辑关系表达式的对应关系 二、电气控制线路与逻辑关系表达式的对应关系 二、电气控制线路与逻辑关系表达式的对应关系 三、逻辑设计方法的一般步骤1）将电气控制系统的工作过程及控制要求用文字的形式叙述出来，或以图形的方式示意清楚；2）根据电气控制系统的工作过程及控制要求绘制逻辑关系图；3）写出各运算元件和执行元件的逻辑表达式；4）根据各运算元件和执行元件的逻辑表达式绘制电气控制线路图；5）检查并进一步完善设计线路。 四、逻辑关系图的画法1、检测信号1）有效信号：能够引起元件状态改变或能够使工步发生切换的检测信号。用竖实线表示。2）非控信号：不能引起元件状态改变，也不能使工步发生切换的检测信号。用竖虚线表示。SB1SQ1SB2SQ2SQ3 四、逻辑关系图的画法2、检测信号的特性1）瞬时信号：有效信号的持续时间少于一个工步。用带箭头的竖实线表示。2）持续信号：有效信号的持续时间不少于一个工步。以表示持续信号的竖实线为起点，用垂直于该竖实线的带箭头的横实线来表示其持续的长短。SB1SQ1SB2SQ2SQ3 四、逻辑关系图的画法2、执行元件的工作区间用垂直于有效信号的粗的横实线来标注执行元件的工作区间。当检测信号确定之后，再确定其特性，然后布置执行元件的工作区间，这样，就绘制成了逻辑关系图。 五、由逻辑关系图列写逻辑表达式SB1SB2KM 五、由逻辑关系图列写逻辑表达式失电优先型得电优先型 【例1】试用逻辑设计法设计两台电动机顺序启动、逆序停车的控制线路。控制要求：按启动按钮SB1后，M1先启动，t1秒后，M2才启动；按下停止按钮SB2后，M2先停车，t2秒后，M1才停车。分析：用KM1、KM2分别作为M1、M2的控制接触器。启动：按下SB1KM1得电，KT1开始延时t1时间到KM2得电停止：按下SB2KM2失电，KT2开始延时t2时间到KM1失电 启动：按下SB1KM1得电，KT1开始延时t1时间到KM2得电停止：按下SB2KM2失电，KT2开始延时t2时间到KM1失电SB1SB2KT1KT2KM1KM2KT1KT2 【例2】试用逻辑设计法设计工作台往返运行的控制线路。控制要求：启动后，工作台由原位处右移，压下SQ1后停止，t秒后自动左移返回，至原位，压下SQ2后停止。分析：用KM1、KM2分别作为电动机正转（右移）、反转（左移）的控制接触器。用时间继电器KT设置延时。SBKTSQ1SQ2KM1KTKM2 控制要求：启动后，工作台由原位处右移，压下SQ1后停止，t秒后自动左移返回，至原位，压下SQ2后停止。SBKTSQ1SQ2KM1KTKM2【例2】试用逻辑设计法设计工作台往返运行的控制线路。 利用逻辑函数来简化电路需要注意以下问题：（1）注意触点容量的限制。检查化简后触点的容量是否足够，尤其是担负关断任务的触点。（2）注意线路的合理性和可靠性。一般继电器和接触器有多对触点，在有多余触点的情况下，不必强求化简，而应考虑充分发挥元件的功能，让线路的逻辑功能更明确。 本章小结电气控制线路设计的主要内容是选择电气传动方案，拟定自动控制原理，设计电气控制系统，绘制电气原理图和接线图。电气控制系统应充分满足生产工艺所提出的要求，这是电气控制线路设计的基本出发点，同时应力求可靠、安全、简单、经济。电气控制线路的设计方法有两种，即经验设计法和逻辑设计法。前者是根据经验，后者则依据于逻辑代数。目前常用的方法是根据经验设计，然后用逻辑代数进行控制线路的简化。经验设计法是将电气控制系统分为主电路和控制电路顺序设计。设计控制电路时，可根据控制对象和作用划分几个基本控制环节，并参照典型线路逐一进行设计，再根据联锁条件加以综合，最后考虑电源、信号指示等，以完善线路设计。