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1、第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计第第4章章工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计基本要求基本要求了解电力拖动系统设计的基本原则；了解电力拖动系统设计的基本原则；掌握电气控制线路设计的基本规律和掌握电气控制线路设计的基本规律和注意事项；注意事项；以国标为准，掌握电气控制线路图的以国标为准，掌握电气控制线路图的绘图方法。绘图方法。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计机电设备的设计工作包括：机电设备的设计工作包括：机械设计和电气设计机械设计和电气设计。电气设计通常是和机械设计电气设计通常是和机械设计同时开始，交叉进行同时开始，交叉进行的。的。
2、4.1 电气控制线路设计的基本原则电气控制线路设计的基本原则 1、满足生产机械和工艺、满足生产机械和工艺对电气控制系统要求原则对电气控制系统要求原则2、控制线路力求简单、经济原则控制线路力求简单、经济原则1）尽量减少电器元件的数量，选用标准电器）尽量减少电器元件的数量，选用标准电器元件，尽可能选用相同型号的电器元件以减元件，尽可能选用相同型号的电器元件以减少备用品的数量。少备用品的数量。2）尽量选用标准的、常用的或经过实践考验）尽量选用标准的、常用的或经过实践考验的典型环节或基本电气控制线路。的典型环节或基本电气控制线路。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3）尽尽量量
3、减减少少不不必必要要的的触触头头，以以简简化化电电气气控控制线路，降低故障几率，提高工作可靠性。制线路，降低故障几率，提高工作可靠性。（1）合并同类触头）合并同类触头（2）利用转换触头）利用转换触头第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计（3）在直流电路中利用半导体二极管的单向导电性）在直流电路中利用半导体二极管的单向导电性+-（4）利用逻辑代数对电路化简以减少触头的数目。）利用逻辑代数对电路化简以减少触头的数目。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4）尽量缩短连接导线和长度。）尽量缩短连接导线和长度。设计控制电路时考虑到各元件之间的实际设计控制电路
4、时考虑到各元件之间的实际位置，如控制柜、操作台、限位开关等。位置，如控制柜、操作台、限位开关等。5）尽量减少电器不必要的通电时间）尽量减少电器不必要的通电时间第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3、保证电气控制电路工作的可靠性原则、保证电气控制电路工作的可靠性原则1）选用的电器元件要可靠、牢固、动作时间少、抗干扰性能好。）选用的电器元件要可靠、牢固、动作时间少、抗干扰性能好。2）正确连接电器元件的线圈。）正确连接电器元件的线圈。两两 电电 感感 量量 相相 差差 悬悬 殊殊 的的 直直 流流 电电 压压 线线 圈圈 不不 能能 直直 接接 并并 联联。YA为为电电感感量
5、量较较大大的的电电磁磁铁铁线线圈圈，KA为为电电感感量量较较小小的的中中间间继继电电器线圈。器线圈。在在交交流流控控制制线线路路中中，若若需需要要两两个个电电器器元元件件同同时时动动作作时时，即即使使外外加加电电压压是是两两个个线线圈圈额额定定电电压压之之和和，也也不不允允许许两两个个电电器器元元件件的的线线圈串联使用，应该并联连接。圈串联使用，应该并联连接。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3）正确连接电器元件的触头）正确连接电器元件的触头SQ常常开开和和常常闭闭触触点点分分别别接接在在电电源源的的不不同同相相上上，当当触触头头断断开开产产生生电电弧弧时时，可可能能
6、在在两两触触头头间间形形成成飞飞弧造成电源短路。弧造成电源短路。由于两触头间的电位由于两触头间的电位相同，就不会造成电相同，就不会造成电源短路。源短路。可减少导线段数和缩可减少导线段数和缩短导线长度。短导线长度。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4）在控制线路中，采用小容量继电器的触头）在控制线路中，采用小容量继电器的触头来来断断开开或或接接通通大大容容量量接接触触器器的的线线圈圈时时，要要计计算算继继电电器器触触头头断断开开或或接接通通容容量量是是否否足足够够，不不够够时时必必须须加加小小容容量量的的接接触触器器或或中中间间继继电电器器，否否则则工工作作不不可可靠靠
7、。若若要要增增加加接接通通能能力力，可可用用多多触触头头并并联联；若若要要增增加加分分断断能能力力，可可用多触头串联。用多触头串联。5）在在频频繁繁操操作作的的可可逆逆线线路路中中，正正反反向向接接触触器器之之间间不不但但要有电气联锁，而且还要有机械联锁。要有电气联锁，而且还要有机械联锁。6）设设计计的的电电气气控控制制线线路路应应能能适适应应所所在在电电网网的的情情况况，如如电电网网容容量量大大小小，电电压压频频率率的的波波动动范范围围，以以及及允允许许的的冲冲击击电电流流数数值值等等。并并据据此此来来决决定定电电动动机机的的起起动动方方式式是是直直接起动或是间接起动。接起动或是间接起动。第
8、第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计7）在电气控制线路中应）在电气控制线路中应尽量避免尽量避免许多电器许多电器元件依次动作才能接通另一个电器元件的元件依次动作才能接通另一个电器元件的现象，以增加线路的可靠性。现象，以增加线路的可靠性。8）防止出现寄生回路）防止出现寄生回路 在在电电气气控控制制线线路路的的动动作作过过程程中中，意意外外接接通通的的电电路路称称为为寄寄生生回回路路。寄寄生生回回路路将将破破坏坏电电器器元元件件和和控控制制线线路路的的工工作作顺顺序序或或造造成成误误动动作。作。热继电器热继电器FR起不了保护作用。起不了保护作用。第第4 4章章 工业电气控制系统
9、的设计工业电气控制系统的设计9）防止线路出现）防止线路出现触头竞争触头竞争现象现象 KT整定的延时时间太短，甚至小于其瞬时触点的整定的延时时间太短，甚至小于其瞬时触点的动作时间，则无法使动作时间，则无法使KT的线圈失电。的线圈失电。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4、保证电气控制电路工作的安全性原则、保证电气控制电路工作的安全性原则在自动控制系统中，常用的保护环节有：在自动控制系统中，常用的保护环节有：短路保护短路保护（FU或或QF）过流保护过流保护（过电流继电器（过电流继电器KI）过载保护过载保护（FR或或QF）失压保护失压保护防止电压恢复时电动机自行起防止电压恢
10、复时电动机自行起动的保护。动的保护。（一般用自锁触点或零压继电器（一般用自锁触点或零压继电器KV）过压保护过压保护（过压继电器（过压继电器KV）弱磁保护弱磁保护（欠电流继电器（欠电流继电器KI）（超速）极限保护（超速）极限保护（用（用SQ的常闭触点实现）的常闭触点实现）第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计5、操作、维护、检修方便原则、操作、维护、检修方便原则电电器器元元件件应应留留有有备备用用触触头头，必必要要时时留留有有备备用用电电器器元件，以便检修、调整改接线路；元件，以便检修、调整改接线路；设置电气隔离，避免带电检修；设置电气隔离，避免带电检修；控控制制机机构构应
11、应操操作作简简单单、便便利利，能能迅迅速速而而方方便便地地实实现现从从一一种种控控制制方方式式到到另另一一种种控控制制方方式式的的转转换换，如如从自动控制转换到手动控制等；从自动控制转换到手动控制等；设置多点控制，便于在生产机械旁进行调试；设置多点控制，便于在生产机械旁进行调试；操操作作回回路路较较多多时时，应应采采用用主主令令控控制制器器，而而不不采采用用许多按钮的方式。许多按钮的方式。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4.2电气控制线路设计的基本程序电气控制线路设计的基本程序1、拟定电气设计任务书、拟定电气设计任务书在任务书中，应简要说明所设计的机械设备型号、用途
12、、工艺在任务书中，应简要说明所设计的机械设备型号、用途、工艺过程、技术性能、传动方式及现场环境条件等。过程、技术性能、传动方式及现场环境条件等。说明以下技术指标及要求：说明以下技术指标及要求：控制精度，生产效率要求；控制精度，生产效率要求；用户供电电网的种类、电压等级、频率及容量；用户供电电网的种类、电压等级、频率及容量；有关电力拖动的基本特性，如电动机的数量、用途、负载特有关电力拖动的基本特性，如电动机的数量、用途、负载特性、调速范围以及对起动、反向和制动的要求等；性、调速范围以及对起动、反向和制动的要求等；有关电气控制的特性，如电气控制的基本方式、自动工作循有关电气控制的特性，如电气控制的
13、基本方式、自动工作循环的组成、动作程序、电气保护及联锁条件等；环的组成、动作程序、电气保护及联锁条件等；有关操作方面的要求，如操作台的布置、测量和信号指示、有关操作方面的要求，如操作台的布置、测量和信号指示、故障报警及照明等；故障报警及照明等；机床主要电气设备（如电动机、执行电器和行程开关等）的机床主要电气设备（如电动机、执行电器和行程开关等）的参数及布置草图。参数及布置草图。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计2、电力拖动方案的选择、电力拖动方案的选择电电力力拖拖动动方方案案是是指指根根据据生生产产工工艺艺要要求求、生生产产机机械械的的结结构构、运运动动部部件件的的数
14、数量量、运运动动要要求求、负负载载特特性性、调调速速要要求求及及投投资资金金额额等等条条件件，来来确确定定电电动动机机的的类类型型、数数量量、拖拖动动方方式式，并并拟拟定定电电动动机机的的起起动动、运运行行、调调速速、转转向向、制制动动等等控控制制要要求求，作作为为电电气气控控制制原原理理图图设设计计及及电电器器元元件选择的件选择的依据依据。1）电气传动方式）电气传动方式（1）单机拖动：一台设备只有一台电动机，通过机械）单机拖动：一台设备只有一台电动机，通过机械传动链将动力传送到各个工作机构。传动链将动力传送到各个工作机构。（2）分机拖动：一台设备由多台电动机分别驱动各）分机拖动：一台设备由多
15、台电动机分别驱动各个工作机构。个工作机构。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计2）调速性能）调速性能在选择调速方案时，可参考以下几点。在选择调速方案时，可参考以下几点。（1）重型或大型设备：主运动及进给运动，尽可能）重型或大型设备：主运动及进给运动，尽可能采用采用无级调速无级调速。有利于简化机械结构，缩小齿轮箱体。有利于简化机械结构，缩小齿轮箱体积，降低制造成本，提高机床利用率。积，降低制造成本，提高机床利用率。（2）精密机械设备）精密机械设备:为了保证加工精度和动作的准确为了保证加工精度和动作的准确性，便于自动控制，也应采用性，便于自动控制，也应采用电气无级调速方案电
16、气无级调速方案。（3）一般中小型设备）一般中小型设备:用经济、简单、可靠的三相鼠用经济、简单、可靠的三相鼠笼式异步电动机，配以笼式异步电动机，配以适当级数的齿轮变速箱适当级数的齿轮变速箱。当调。当调速范围速范围D=23，调速级数，调速级数24时，可采用时，可采用双速或多速双速或多速的鼠笼式异步电动机的鼠笼式异步电动机。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3）负载特性）负载特性为使电动机得到充分合理的应用，要求为使电动机得到充分合理的应用，要求电动机的调速电动机的调速特性与负载特性相适应特性与负载特性相适应。例如，双速鼠笼式异步电动机例如，双速鼠笼式异步电动机当当定定子子
17、绕绕组组由由三三角角形形联联接接改改接接成成双双星星形形联联接接时时，转转速速增加一倍，功率却增加很少。它适用于增加一倍，功率却增加很少。它适用于恒功率传动恒功率传动。对对于于低低速速为为星星形形联联接接的的双双速速电电机机改改接接成成双双星星形形后后，转转速速和和功功率率都都增增加加一一倍倍，而而电电动动机机所所输输出出的的转转矩矩却却保保持持不变，它适用于不变，它适用于恒转矩传动恒转矩传动。他他激激直直流流电电动动机机的的调调磁磁调调速速属属于于恒恒功功率率调调速速，而而调调压压调速则属于调速则属于恒转矩调速恒转矩调速。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4）起动、
18、制动和正、反转要求）起动、制动和正、反转要求机机械械设设备备主主运运动动传传动动系系统统的的起起动动转转矩矩一一般般都都比比较较小小，原原则则上上可可采用任何一种起动方式采用任何一种起动方式。对对于于它它的的辅辅助助运运动动，在在起起动动时时往往往往要要克克服服较较大大的的静静转转矩矩，所所以以在在必必要要时时可可选选用用高高起起动动转转矩矩的的电电动动机机，或或采采用用提提高高起起动动转转矩矩的的措施措施，如对，如对绕线式绕线式异步电动机异步电动机转子串接对称电阻转子串接对称电阻的起动。的起动。起动的要求：起动的要求：对于电网容量不大而起动电流较大的电动机，要对于电网容量不大而起动电流较大的
19、电动机，要采取限制起动采取限制起动电流的措施电流的措施，常用的方法有：，常用的方法有：在定子电路中串入电阻或电抗，在定子电路中串入电阻或电抗，星三角起动星三角起动延边三角形起动延边三角形起动使用自耦变压器降压起动等使用自耦变压器降压起动等以免电网电压波动较大而造成事故。以免电网电压波动较大而造成事故。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计如如果果对对于于制制动动的的性性能能无无特特殊殊要要求求而而电电动动机机又又不不需需要要反反转时，则采用转时，则采用反接制动反接制动，可使控制线路简化。，可使控制线路简化。在在要要求求制制动动平平稳稳、准准确确，而而且且在在制制动动过过程
20、程中中不不允允许许有有反转可能性时，则宜采用反转可能性时，则宜采用能耗制动方式能耗制动方式。在在起起吊吊运运输输设设备备中中也也常常常常采采用用具具有有联联锁锁保保护护功功能能的的电电磁机械制动（俗称磁机械制动（俗称电磁抱闸电磁抱闸）。）。有些场合也采用再生发电制动（有些场合也采用再生发电制动（回馈制动回馈制动）。）。当采用变频调速时，可根据需要设定不同的制动方式。当采用变频调速时，可根据需要设定不同的制动方式。制动的要求：制动的要求：第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3、电动机的选择、电动机的选择电动机选择的基本原则：电动机选择的基本原则：1）电电动动机机的的机机械
21、械特特性性应应满满足足生生产产机机械械提提出出的的要要求求，要要与与负负载载特特性性相相适适应应，以以保保证证生生产产过过程程中中运运行行稳稳定定性性并并具具有有一一定的调速范围和良好的起、制动性能。定的调速范围和良好的起、制动性能。2）电电动动机机的的结结构构形形式式应应满满足足机机械械设设计计提提出出的的安安装装要要求求，并适应周围环境的工作条件。并适应周围环境的工作条件。3）电电动动机机电电压压的的选选择择应应根根据据使使用用地地点点的的电电源源电电压压来来决决定定，常用为常用为380V、220V。4）在在没没有有特特殊殊要要求求的的场场合合，一一般般均均采采用用交交流流电电动动机机，仅
22、仅在起动、制动和调速不满足要求时才选择直流电动机。在起动、制动和调速不满足要求时才选择直流电动机。5）根根据据生生产产机机械械的的功功率率负负载载和和转转矩矩负负载载选选择择电电动动机机的的额额定功率。定功率。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计6）根根据据电电动动机机的的负负载载和和工工作作方方式式，正正确确选选择电动机的容量。择电动机的容量。对对于于恒恒定定负负载载长长期期工工作作制制的的电电动动机机，其其容容量量的的选选择择应应保保证证电电动动机机的的额额定定功功率率等等于于或或大大于于负负载载所所需需要要的功率；的功率；对对于于变变动动负负载载长长期期工工作作制
23、制的的电电动动机机，其其容容量量的的选选择择应应保保证证当当负负载载变变到到最最大大时时，电电动动机机仍仍能能给给出出所所需需要的功率，同时电动机的温升不超过允许值；要的功率，同时电动机的温升不超过允许值；对对于于短短时时工工作作制制的的电电动动机机，其其容容量量的的选选择择应应按按照照电动机的过载能力来选择；电动机的过载能力来选择；对对于于重重复复短短时时工工作作制制的的电电动动机机，其其容容量量的的选选择择原原则则上上可可按按照照电电动动机机在在一一个个工工作作循循环环内内的的平平均均功功耗耗来来选择。选择。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4、电气控制方案的确定
24、、电气控制方案的确定合理选择电气控制技术方案是安全、可靠、优质、合理选择电气控制技术方案是安全、可靠、优质、经济地实现工艺要求的重要步骤。经济地实现工艺要求的重要步骤。选择电气控制方案遵循的选择电气控制方案遵循的主要原则：主要原则：自动化程度与国情相适应；自动化程度与国情相适应；控制方案应与设备的通用化及专用化相适应；控制方案应与设备的通用化及专用化相适应；控制方案随控制过程的复杂程度而变化；控制方案随控制过程的复杂程度而变化；控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，最大限度地满足工艺要求。最大限度地满足工艺要求。第第4 4章章 工业电气控制系统
25、的设计工业电气控制系统的设计5、控制方式的选择、控制方式的选择控制方式主要有：控制方式主要有：时时间间控控制制方方式式：利利用用时时间间继继电电器器、可可编编程程序序控控制制器器或或微微型型计计算算机机的的延延时时单单元元，它它将将感感测测系系统统接接受受的的输输入入信信号号经经过过延延时时一一段段时时间间后后才才发发出出输输出出信信号号，从从而而实实现现电电路路切切换的时间控制。换的时间控制。速速度度控控制制方方式式：利利用用速速度度继继电电器器或或测测速速发发电电机机，间间接接或或直直接接地地检检测测某某机机械械部部件件的的运运动动速速度度，来来实实现现按按速速度度原原则的控制。则的控制。
26、电流电流控制方式：借助于电流继电器，它的动作反映了控制方式：借助于电流继电器，它的动作反映了某一电路中的电流变化，从而实现按电流原则的控制。某一电路中的电流变化，从而实现按电流原则的控制。行程行程控制方式：利用生产机械运动部件与事先安排好控制方式：利用生产机械运动部件与事先安排好位置的行程开关或接近开关相互配合，而达到位置控制位置的行程开关或接近开关相互配合，而达到位置控制的作用。的作用。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计说明说明时时间间控控制制方方式式一一般般不不用用于于反反接接制制动动控控制制，而而适适用用于异步电动机的于异步电动机的能耗制动控制能耗制动控制。一一
27、般般对对组组合合机机床床和和自自动动线线等等的的自自动动工工作作循循环环，为为了保证加工精度而常用了保证加工精度而常用行程控制行程控制。对反接制动和速度反馈环节对反接制动和速度反馈环节用速度控制用速度控制。对对星星三三角角降降压压起起动动或或多多速速电电动动机机的的变变速速控控制制则则采采用时间控制用时间控制。对过载保护、电流保护等环节则对过载保护、电流保护等环节则采用电流控制采用电流控制。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4.3电气控制线路的设计方法电气控制线路的设计方法电气控制线路的设计有两种方法电气控制线路的设计有两种方法:经验设计法和逻辑设计法经验设计法和逻辑
28、设计法1、经验设计法、经验设计法1）经验设计法的）经验设计法的基本步骤基本步骤主电路设计。主电路设计。主要考虑电动机的起动、点动、正反主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动和调速。转、制动和调速。控制电路设计。控制电路设计。主要考虑如何满足电动机的各种运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，包括基本控制线路和控制线转功能及生产工艺要求，包括基本控制线路和控制线路特殊部分的设计，以及选择控制参量和确定控制原路特殊部分的设计，以及选择控制参量和确定控制原则。则。连连接接各各单单元元环环节节，构构成成满满足足整整机机生生产产工工艺艺要要求求，实实现生产过程自动或半自动及调整的控制电路
29、。现生产过程自动或半自动及调整的控制电路。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计联锁保护环节设计。联锁保护环节设计。主要考虑如何完善主要考虑如何完善整整个个控控制制线线路路的的设设计计，包包含含各各种种联联锁锁环环节节及及短短路路、过载、过流、失压等保护环节。过载、过流、失压等保护环节。线路的综合审查。线路的综合审查。反复审查所设计的控制线路是否反复审查所设计的控制线路是否满足设计原则和生产工艺要求。在条件允许的情况下，满足设计原则和生产工艺要求。在条件允许的情况下，进行模拟实验，直至电路动作准确无误，并逐步完善进行模拟实验，直至电路动作准确无误，并逐步完善整个电气控制线
30、路的设计。整个电气控制线路的设计。2）经验设计法的）经验设计法的基本方法基本方法根据生产机械的工艺要求和工作过程，将根据生产机械的工艺要求和工作过程，将现有的典型环节现有的典型环节有有机地机地组合起来组合起来加以适当的加以适当的补充和修改补充和修改，综合成所需要的电气，综合成所需要的电气控制线路。控制线路。若不能选择到适合的典型环节，则根据生产机械的工艺要求若不能选择到适合的典型环节，则根据生产机械的工艺要求和生产过程和生产过程自行设计，边分析边画图自行设计，边分析边画图，将输入的主令信号经将输入的主令信号经过适当转换，得到执行元件所需的工作信号过适当转换，得到执行元件所需的工作信号。随时增减
31、电器。随时增减电器元件和触头，以满足所给定的工作条件。元件和触头，以满足所给定的工作条件。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计3）经验设计法举例）经验设计法举例 有有一一台台二二级级皮皮带带运运输输机机，分分别别由由M1、M2二二台台电电动动机机拖动，要求：拖动，要求：（1）按先起动）按先起动M1，5s后再起动后再起动M2；（2）按先停止）按先停止M2，5s后再停止后再停止M1。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计主电路主电路M13QSKM1FU1FR1L1L2L3M23KM2FU2FR212第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统
32、的设计控制电路控制电路SB1KM1FU3FU312KM1FR1KM2FR2KT1KT1SB0KT2KT2KT2KT2第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计龙门刨床的横梁升降电气控制线路为例龙门刨床的横梁升降电气控制线路为例第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计（1）横梁机构对电气控制系统横梁机构对电气控制系统提出的要求提出的要求：横梁升降横梁升降M1，点动控制；，点动控制；横梁夹紧与放松横梁夹紧与放松M2；横横梁梁夹夹紧紧与与横横梁梁移移动动之之间间必必须须有有一一定定的的操操作作程程序序：按按上上升升（下下降降）移移动动按按钮钮自自动动放放松松横横
33、梁梁上上升升（下降）（下降）到位后到位后松开按钮松开按钮横梁自动夹紧；横梁自动夹紧；横梁升降具有上下行程的限位保护；横梁升降具有上下行程的限位保护；横横梁梁夹夹紧紧与与横横梁梁移移动动之之间间及及正正反反向向运运动动之之间间具具有有必必要的联锁。要的联锁。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计（2）电气控制电路图设计电气控制电路图设计 设计主电路设计主电路M1横梁移动电机，横梁移动电机，KMl，KM2控制正反转控制正反转M2横梁夹紧电机，横梁夹紧电机，KM3，KM4控制正反转控制正反转第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计但但它它还还不不能能实实现现
34、在在横横梁梁放放松松后后才才能能自自动动升升降降，也也不不能能在在横横梁梁夹夹紧紧后后使使夹夹紧紧电电机机自自动动停停止止，需需要要恰恰当当地地选选择择控制过程中的变化参量来实现上述自动控制要求。控制过程中的变化参量来实现上述自动控制要求。设计基本控制电路设计基本控制电路4个接触器个接触器4个线圈个线圈2只只点点动动按按钮钮，触触头头不不够够KA1和和KA2进进行行控控制制。根根据据生生产产对对控控制制系系统统所所要要求求的的操操作作程程序序可可以以设设计计出出图图所所示的草图。示的草图。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计选择控制参量、确定控制原则选择控制参量、确定控
35、制原则反映横梁放松的参量，可以有行程参量和时间反映横梁放松的参量，可以有行程参量和时间参量。由于行程参量更加直接反映放松程度，参量。由于行程参量更加直接反映放松程度，因此采用行程开关进行控制。因此采用行程开关进行控制。SQ1横梁已经放松横梁已经放松KI横梁已经夹紧，选用电流参量横梁已经夹紧，选用电流参量设计联锁保护环节设计联锁保护环节互锁互锁KA1、KA2，M1正反转；正反转；KM3、KM4，M1正反转正反转顺序顺序SQ1，实现横梁松开与移动的联锁保护。，实现横梁松开与移动的联锁保护。限位保护限位保护SQ2、SQ3分别实现上、下限位保护分别实现上、下限位保护短路保护短路保护FU第第4 4章章
36、工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计 电路的完善和校核电路的完善和校核控控制制电电路路初初步步设设计计完完毕毕后后，可可能能还还有有不不合合理理的的地地方方，应应仔仔细细校校核核。例例如如，进进一一步步简简化化以以节节省省触触头头数数，节节省省电电器器间间连连接接线线等等，特特别别应应该该对对照照生生产产要要求求再再次次分分析析设设计计电电路路是是否否逐逐条条予予以以实实现现，电电路路在在误误操操作作时时是是否否会会产产生事故。生事故。上上述述电电路路中中，如如果果按按下下SBl或或SB2的的时时间间很很短短，横横梁梁放放松松还还未未到到位位就就已已松松开开按按下下的的按按钮钮，致致使
37、使横横梁梁既既不不能能继继续续放放松松又又不不能能进进行行夹夹紧紧，容容易易出出现现事事故故。改改进进的的方方法法是是将将KM4的的辅辅助助触触头头并并联联在在KA1，KA2两两端端，使使横横梁梁一一旦旦放放松松，就就必必然然连连续续工工作作至至放放松松到到位位，然然后后可可靠靠地地进入夹紧阶段。进入夹紧阶段。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计继电器控制线路继电器控制线路实际上是按一定实际上是按一定逻辑关系逻辑关系组合的线路，或称组合的线路，或称开关开关线路线路。故可以用。故可以用逻辑代数方法逻辑代数方法分析
38、和设计这类控制线路。分析和设计这类控制线路。采用逻辑设计法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，在的内在规律，在设计复杂控制线路设计复杂控制线路时，更能显示出它的时，更能显示出它的优点优点。2、逻辑设计法、逻辑设计法逻辑设计法步骤逻辑设计法步骤将将控控制制线线路路中中的的接接触触器器、继继电电器器等等电电器器元元件件线线圈圈的的通通电电与与断断电电，触触头头的的闭闭合合与与断断开开，以以及及主主令令元元件件触触头
39、头的的接接通通与与断断开开等，作为等，作为逻辑变量逻辑变量；根根据据控控制制要要求求，用用逻逻辑辑函函数数关关系系式式表表示示这这些些逻逻辑辑变变量量之之间间的逻辑关系；的逻辑关系；再再运运用用逻逻辑辑函函数数基基本本公公式式和和运运算算规规律律对对逻逻辑辑函函数数式式进进行行化化简简；最后由化简的逻辑函数式最后由化简的逻辑函数式画出相应的电气原理图画出相应的电气原理图。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计用用、表示其相应的表示其相应的常闭（动断）常闭（动断）触头。触头。1）电器的逻辑表示）电器的逻辑表示用用KM、KA、SQ、SB分分别别表表示示接接触触器器、继继电电器
40、器、行程开关、按钮的行程开关、按钮的常开（动合）触头常开（动合）触头；电电路路中中开开关关元元件件的的受受激激状状态态（如如继继电电器器线线圈圈得得电电，行行程程开开关关受受压压）为为“1”状状态态；开开关关元元件件的的原原始始状状态态（如如继电器线圈失电，行程升关未受压）为继电器线圈失电，行程升关未受压）为“0”状态。状态。触头闭合触头闭合状态为状态为“1”状态；状态；触头断开触头断开状态为状态为“0”状态。状态。以继电器为例：以继电器为例：KA“1”，继电器线圈处于得电状态；，继电器线圈处于得电状态；KA“0”，继电器线圈处于失电状态；，继电器线圈处于失电状态；KA“1”，继电器常开触头闭
41、合；，继电器常开触头闭合；KA“0”，继电器常开触头断开：，继电器常开触头断开：“1”，继电器常闭触头闭合；，继电器常闭触头闭合；“0”，继电器常闭触头断开。，继电器常闭触头断开。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计 2）逻辑代数的基本逻辑关系与串、）逻辑代数的基本逻辑关系与串、并联电路的逻辑表示并联电路的逻辑表示（1）并并联联电电路路与与逻逻辑辑“或或”相相对对应应（2）串串联联电电路路与与逻逻辑辑“与与”相相对对应应（3）逻辑）逻辑“非非”，KA电器的常开触点；电器的常开触点；电器的常闭触点。电器的常闭触点。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设
42、计3）电路的逻辑表示）电路的逻辑表示步骤：以某一控制电器的线圈为对象，写出与此对象步骤：以某一控制电器的线圈为对象，写出与此对象有关的电路中各控制元件、信号元件、执行元件、保有关的电路中各控制元件、信号元件、执行元件、保护元件等，它们触头间相互联接关系的逻辑函数表达护元件等，它们触头间相互联接关系的逻辑函数表达式（均以未受激时的状态来表示）。式（均以未受激时的状态来表示）。4）举例）举例（1）设计要求：设计要求：某某电电动动机机只只有有在在继继电电器器KA1、KA2、KA3中中任任何何一一个个或或两两个个动动作作时时才才能能运运转转，而而在在其其他他条条件件下下都都不不运运转转，试试设计其控制
43、线路。设计其控制线路。（2）设计步骤：）设计步骤：1）列出控制元件与执行元件的动作状态表。）列出控制元件与执行元件的动作状态表。KA1KA2KA3KM00000011010101111001101111011110第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计继电器继电器KA：0不动作；不动作；1动作。动作。接触器接触器KM：0线圈失电，主电路中主触头断开，线圈失电，主电路中主触头断开，电电动动机机停停止止运运行行；1线线圈圈得得电电，主主电电路路主主触触头头闭闭合合，电动机运行。列出电动机运行。列出KM得电时的逻辑表达式：得电时的逻辑表达式：2）化简化简3）根据最简）根据最简式
44、画出控制式画出控制电路电路第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计4.4电气控制线路的绘制方法电气控制线路的绘制方法电电气气控控制制线线路路：是是把把各各种种有有触触点点的的接接触触器器、继继电电器器、按按钮钮、行行程程开开关关等等电电器器元元件件，用用导导线线按按一一定定方方式式连连接接起来组成的控制线路。起来组成的控制线路。作作用用：是是实实现现对对电电力力拖拖动动系系统统的的启启动动、调调速速、反反转转和和制制动动等等运运行行性性能能的的控控制制；实实现现对对拖拖动动系系统统的的保保护护；满满足生产工艺要求实现生产过程自动化。足生产工艺要求实现生产过程自动化。特特点点
45、是是；线线路路简简单单，设设计计、安安装装、调调整整、维维修修方方便便；便于掌握，价格低廉，运行可靠。便于掌握，价格低廉，运行可靠。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计电气控制系统图一般有三种：电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器布置图、电气安装接线图。电气原理图、电器布置图、电气安装接线图。由由于于它它们们的的用用途途不不同同，绘绘制制原原则则也也有有差差别别。但但它它们们都都是是根根据据国国家家标标准准，用用规规定定的的文文字字符符号号、图图形形符号和规定的画法绘制而成。符号和规定的画法绘制而成。电电气气控控制制系系统统是是由由电电气气设设备备及及电电气气元元
46、件件按按一一定定的的要要求求连连接接而而成成的的，为为了了表表达达电电气气控控制制系系统统的的组组成成结结构构及及工工作作原原理理，同同时时也也为为了了便便于于电电气气系系统统的的安安装装、调调试试、使使用用和和检检修修，必必须须用用统统一一的的工工程程语语言言，即即工工程程图图的的形形式式来来表表达达，这这种种工工程程图图称称为为电电气气控控制系统图。制系统图。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计1、常用的电气图形、文字符号、常用的电气图形、文字符号电气控制线路图是电气工程技术的通用语言。电气控制线路图是电气工程技术的通用语言。为为了了便便于于交交流流与与沟沟通通，国
47、国家家标标准准局局参参照照国国际际电电工工委委员员会会（IEC）颁颁布布的的有有关关文文件件，制制定定了了我我国国电电气气设设备的有关标准。备的有关标准。GB4728-1984电电气气图图用用图图形形符符号号、GB6988-1987电电气气制制图图和和GB7159-1987电电气气技技术术中中的的文字符号制定通则的规定。文字符号制定通则的规定。图形符号图形符号由由符号要素、限定符号、一般符号以及常用符号要素、限定符号、一般符号以及常用的非电操作控制的动作符号的非电操作控制的动作符号（如机械控制符号等）根（如机械控制符号等）根据不同的具体器件情况组合构成。据不同的具体器件情况组合构成。第第4 4
48、章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计1）符号要素）符号要素一一种种具具有有确确定定意意义义的的简简单单图图形形，必必须须同同其其他他图图形形组组合合以以构构成成一一个个设设备备或或概概念念的的完完整整符符号号。如如用用灯灯丝丝、栅栅极极、阳阳极极、管管壳壳等等符符号号要要素素就就组组成成了了电电子子管管的的符符号号。符符号号要要素素组组合合时时，其其布布置置可可以以与符号表示的设备实际结构不一致。与符号表示的设备实际结构不一致。2）一般符号）一般符号用用以以表表示示一一类类产产品品和和此此类类产产品品特特征征的的简简单单符符号号。如如一一般般电电阻阻器器、电电容容器器的的符符号号
49、。一一般般符符号号可可以以用用来来表表示示没没有有附附加加信信息息的的具具体体元元件。件。3）限定符号）限定符号用用以以提提供供附附加加信信息息的的一一种种加加在在其其他他符符号号上上的的符符号号。如如在在电电阻阻器器一一般般符符号号的的基基础础上上，加加上上不不同同的的限限定定符符号号就就可可以以组组成成可可变变电电阻阻、光敏电阻器、热敏电阻器等具有不同功能的电阻器。光敏电阻器、热敏电阻器等具有不同功能的电阻器。4）方框符号）方框符号用用以以表表示示元元件件、设设备备等等的的组组合合及及其其功功能能，既既不不给给出出元元件件、设设备备的细节也不考虑所有连接的一种简单的图形符号。的细节也不考虑
50、所有连接的一种简单的图形符号。第第4 4章章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计图形符号的几点说明图形符号的几点说明所所有有符符号号均均按按无无电电压压、无无外外力力作作用用的的正正常常状状态态示示出出。如，按钮未按下、开关未合闸。如，按钮未按下、开关未合闸。图图形形符符号号在在放放大大和和缩缩小小时时，应应保保持持各各符符号号间间的的比比列列不不变变。在在不不改改变变符符号号含含义义的的情情况况下下，各各根根据据需需要要改改变变方位（根据需要旋转或成镜像位置）。方位（根据需要旋转或成镜像位置）。图图形形符符号号中中导导线线符符号号可可以以用用不不同同宽宽度度的的线线条条表表示示，一