電力電氣拖動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)任務(wù)分析.doc

電力電氣拖動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)任務(wù)分析 張鵬飛 （邯鄲派瑞節(jié)能控制技術(shù)有限公司河北邯鄲056000） 【摘要】文章對(duì)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)控制原理進(jìn)行概述。并依據(jù)控制原理，提出了如何進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣控制設(shè)計(jì)任務(wù)擬定、電動(dòng)機(jī)選擇、電器控制線路設(shè)計(jì)，最后討論了如何對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)。 關(guān)鍵詞電力控制系統(tǒng)；安全保護(hù)；電器控制線路；自動(dòng)控制 Designtaskautomationandcontrolelectricalpowerdrivesystemanalysis ZhangPeng-fei (HandanPerryEnergySavingControlTechnologyCo.,LtdHandanHebei056000) 【Abstract】Thebasictaskofthearticleontheelectricalcontrolsystemdesign,electricdrivesystemtoautomaticallycontrolprinciplesoutlined.Andbasedoncontroltheory,thequestionofhowthesystemdesign,electricalcontroldesigntaskformulation,motorselection,electricalcontrolcircuitdesign,andfinallydiscusseshowelectricdrivesystemssecurity. 【Keywords】Powercontrolsystem;security;electricalcontrolcircuit;automaticcontrol 1.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù) 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)控制系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)和編制出設(shè)備制造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料，包括電氣原理圖、電氣元器件布置圖、安裝接線圖等，編制外購元器件目錄、單臺(tái)材料消耗清單、設(shè)備說明書等資料。由于系統(tǒng)從初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都與產(chǎn)品質(zhì)量和成本密切相關(guān)，因此設(shè)計(jì)工作首先要樹立科學(xué)的設(shè)計(jì)思想，樹立工程實(shí)踐的觀點(diǎn)。正確的設(shè)計(jì)思想和工程觀點(diǎn)是高質(zhì)量完成設(shè)計(jì)任務(wù)的保證。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求是： （1）熟悉所設(shè)計(jì)設(shè)備的總體技術(shù)要求及工作過程，取得電氣設(shè)計(jì)的依據(jù)，最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求。（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，妥善處理機(jī)械與電氣的關(guān)系，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選用性能價(jià)格比最佳的電氣設(shè)計(jì)方案，在滿足要求的前提下，設(shè)計(jì)簡單合理、技術(shù)先進(jìn)、工作可靠、維修方便的電路。（3）正確合理地選用電器元器件，盡可能減少元件的品種和規(guī)格。（4）取得良好的平均無故障時(shí)間指標(biāo)，確保使用的安全可靠。（5）謹(jǐn)慎積極地采用新技術(shù)、新工藝。（6）設(shè)計(jì)中貫徹最新的國家標(biāo)準(zhǔn)。 2.電力拖動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)控制原理及其設(shè)計(jì) 2.1控制原理。 （1）電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)本身有各種反饋，如：速度反饋、電流反饋、電壓反饋、頻率反饋等。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的控制部分主要是由電氣設(shè)備來完成的。控制部分即電器保護(hù)，主要包括過電流保護(hù)、熱保護(hù)、欠電壓保護(hù)、短路保護(hù)等。而啟動(dòng)連鎖、運(yùn)行連鎖、安全保護(hù)、信息顯示等是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 （2）在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，普遍通過編程、功能模塊化、邏輯計(jì)算、畫面操作等步驟來實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)控制，呈現(xiàn)給用戶的儀器驅(qū)動(dòng)程序幾乎與設(shè)備無關(guān)，這樣使用者就可以比較迅速將儀器連入自己的測試系統(tǒng)，不僅方便編程，還能促進(jìn)組態(tài)的可靠性。由于工藝條件不同，對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)及其控制的要求也就不同。但就實(shí)質(zhì)來說并沒有很大差別，通過信號(hào)輸入輸出，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的集中控制。輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)主要有啟動(dòng)連鎖、運(yùn)行連鎖、電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行信號(hào)、就地集中控制信號(hào)、熱故障信號(hào)等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出的信號(hào)主要有電動(dòng)機(jī)的啟/停，變頻調(diào)節(jié)等。電力拖動(dòng)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中的自動(dòng)控制過程如圖1所示： 2.2電動(dòng)機(jī)的選擇。當(dāng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定后，要進(jìn)一步考慮選擇電動(dòng)機(jī)類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)形式及電機(jī)功率、電流、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速等。電動(dòng)機(jī)選擇的基本原則如下： 圖1電力拖動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)控制圖 2.2.1電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)該滿足生產(chǎn)機(jī)械提出的標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠與相應(yīng)的負(fù)載很好結(jié)合，保證正常運(yùn)行。決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，需要考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、啟動(dòng)能力、允許過載能力三個(gè)主要因素。電動(dòng)機(jī)容量是選擇的關(guān)鍵，由于受到外界條件的影響，需要試驗(yàn)校驗(yàn)選出電動(dòng)機(jī)的額定功率。 2.2.2對(duì)于選擇直流電動(dòng)機(jī)還是交流電動(dòng)機(jī)要考慮生產(chǎn)機(jī)械在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面的要求，一般是盡量選擇幾個(gè)便宜的、結(jié)構(gòu)簡單的、維護(hù)比較方便的交流異步電動(dòng)機(jī)。而直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性較優(yōu)，主要應(yīng)用在調(diào)速范圍要求大、功率大的生產(chǎn)機(jī)械上。 2.2.3電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速選擇要根據(jù)電機(jī)與機(jī)械配合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)情況來決定?？梢苑譃閮煞N情況： （1）電動(dòng)機(jī)長期工作，很少啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。此時(shí)要考慮設(shè)備的投資、占地面積、維護(hù)檢修等方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)，決定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 （2）電動(dòng)機(jī)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，此時(shí)要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能儲(chǔ)存量來決定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 2.2.4電動(dòng)機(jī)的額定電壓要求電壓的等級(jí)、相數(shù)、頻率都必須與供電電網(wǎng)的電壓一致。 2.2.5電動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)形式的選擇取決于電動(dòng)機(jī)安裝位置和周圍的環(huán)境的要求，根據(jù)不同的工作方式可相應(yīng)選擇連續(xù)、短時(shí)、斷續(xù)周期性工作的電動(dòng)機(jī)。 總之，要根據(jù)不同的性質(zhì)和使用條件的要求，合理選擇不同類型和不同規(guī)格的電動(dòng)機(jī)。正確、合理的選用電動(dòng)機(jī)可以保證其具有良好的運(yùn)行特性，同時(shí)還可以保證經(jīng)濟(jì)型和可靠性。 2.3電器控制線的設(shè)計(jì)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)電器控制線的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求，作業(yè)環(huán)境，生產(chǎn)性質(zhì)來決定配備什么規(guī)格的電器控制線路與其匹配。在此基礎(chǔ)上，對(duì)控制線路的設(shè)計(jì)力求做到精煉，安全可靠，便于操作維修并達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益。一般設(shè)計(jì)電器控制線路的方法是：根據(jù)要求，參考基本線路先局部設(shè)計(jì)，然后根據(jù)各部分的相互關(guān)系，綜合成一個(gè)完整的控制線路。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循的規(guī)則如下： （1）電器線路設(shè)計(jì)者要明確生產(chǎn)要求，因?yàn)榭刂凭€路是為整個(gè)設(shè)備和工藝過程服務(wù)的，要根據(jù)實(shí)際準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)線路是首要遵循的原則。力求做到最到限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝對(duì)電器控制線路的要求。 （2）在滿足生產(chǎn)條件的要求的前提下，盡可能地讓控制線路簡單經(jīng)濟(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)就要盡量減少不必要的觸頭和電器數(shù)量，盡量選用比較標(biāo)準(zhǔn)的、常用的以及經(jīng)過實(shí)際考驗(yàn)的線路并盡可能地縮短連接導(dǎo)線的長度和數(shù)量，同時(shí)要減少通電電路。 （3）要確?？刂凭€路工作的可靠、安全，首先要選用可靠的元器件同時(shí)在具體的線路中正確地連接電器觸頭和電器線圈。此外，在線路還要盡量避免許多電器依次動(dòng)作才能接通另一個(gè)電器的控制線路并且要確保電路中有短路、過流、過壓、過載、欠壓等保護(hù)環(huán)節(jié)。 （4）應(yīng)力爭使控制機(jī)構(gòu)操作和維修方便，要求能迅速并正確地由一種控制方式轉(zhuǎn)換到另一種控制方式?？傊?，不管控制電路如何復(fù)雜，它都是由一些基本的單元電路組合而成的。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)控制線路時(shí)，只要根據(jù)生產(chǎn)和工藝的要求，選擇正確的基本環(huán)節(jié)，然后將它們合理地組合起來，就可以完成控制線路的設(shè)計(jì)。 3.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的安全保護(hù) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的安全保護(hù)有電器保護(hù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)保護(hù)，最基本的保護(hù)就是電器保護(hù)，一般包括欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、熱保護(hù)以及短路保護(hù)。而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)保護(hù)也是必不可少的保護(hù)，它是上層保護(hù)，主要包括安全鏈、運(yùn)行連鎖和啟動(dòng)連鎖以及整體系統(tǒng)故障的停車等。下面主要介紹一下安全保護(hù)作用： （1）短路保護(hù)：短路電流會(huì)造成一些電氣的絕緣設(shè)備損壞，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生較大的電動(dòng)應(yīng)力，從而使電動(dòng)機(jī)繞組和電路中的各種電器設(shè)備機(jī)械性的損壞。 （2）過流保護(hù)：如果不正確啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)或者電動(dòng)機(jī)擁有過大的負(fù)載常常會(huì)引起較大的過電流，這種電流通常是啟電流的1.2倍，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)部件的損壞。 （3）欠壓保護(hù)：在電動(dòng)機(jī)正常的運(yùn)行過程中，如果電源電壓過分降低就會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低甚至?xí)Ｖ?，?dāng)負(fù)載矩一定時(shí)，此時(shí)就要增加電源。此外電動(dòng)機(jī)的電壓降低還會(huì)引起部分電氣釋放，從而造成電路不能夠正常工作，或許還產(chǎn)生故障。因此要在電壓下降到最小允許的電壓值范圍內(nèi)盡可能地切斷電源。 （4）熱保護(hù)：如果電動(dòng)機(jī)長期的超載運(yùn)行、電動(dòng)機(jī)繞組的升溫超過了允許值，就會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的損壞，做好熱保護(hù)工作室防止這一點(diǎn)發(fā)生的有效措施。 （5）安全鏈：包括了欠壓保護(hù)和過流保護(hù)，它還包括油壓、水壓和軸瓦溫度保護(hù)。安全鏈?zhǔn)且粋€(gè)串行條件，如果其中有一個(gè)條件不滿足要求，計(jì)算機(jī)會(huì)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)將電動(dòng)機(jī)關(guān)閉。 （6）運(yùn)行連鎖和啟動(dòng)連鎖的保護(hù)：輸入信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，由計(jì)算機(jī)內(nèi)部由程序或模塊化程序來實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制過程，這一過程主要是完成在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前和運(yùn)行過程中條件不具備或信號(hào)消失時(shí)的保護(hù)。 （7）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不僅處理的信息安全可靠，而且還要系統(tǒng)本身的硬件和軟件保證自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全可靠性。一旦有什么意外發(fā)生，計(jì)算機(jī)會(huì)及時(shí)作出反應(yīng)，停運(yùn)現(xiàn)場的所有運(yùn)行設(shè)備。 4.結(jié)束語 作為一名電氣工程技術(shù)人員，必須掌握電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法以及如何安全保護(hù)電氣拖動(dòng)設(shè)備等，以便根據(jù)生產(chǎn)