第4章 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與安裝

1、第第4 4章章 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與安裝電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與安裝電子科技大學中山學院機電工程系u電氣控制系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)是是根據(jù)生產(chǎn)工藝，設(shè)計出根據(jù)生產(chǎn)工藝，設(shè)計出合乎要求的、經(jīng)濟的電氣控制線路；并編制出設(shè)備合乎要求的、經(jīng)濟的電氣控制線路；并編制出設(shè)備制造、安裝和維修使用過程中必須的圖紙和資料，制造、安裝和維修使用過程中必須的圖紙和資料，包括電氣原理圖、安裝圖和互連圖以及設(shè)備清單和包括電氣原理圖、安裝圖和互連圖以及設(shè)備清單和說明書等。說明書等。電子科技大學中山學院機電工程系4.1 4.1 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的一般原則和程序電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的一般原則和程序 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基

2、本內(nèi)容電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容 擬定電氣設(shè)計的技術(shù)條件（任務(wù)書）；擬定電氣設(shè)計的技術(shù)條件（任務(wù)書）； 選擇電氣傳動形式與控制方案；選擇電氣傳動形式與控制方案； 確定電動機的容量；確定電動機的容量； 設(shè)計電氣控制原理圖設(shè)計電氣控制原理圖； 選擇電氣元件，制訂電機和電氣元件明細表；選擇電氣元件，制訂電機和電氣元件明細表； 畫出電動機、執(zhí)行電磁鐵、電氣控制部件以及檢測元畫出電動機、執(zhí)行電磁鐵、電氣控制部件以及檢測元件的總布置圖；件的總布置圖； 設(shè)計電氣柜、操作臺、電氣安裝板以及非標準電器和設(shè)計電氣柜、操作臺、電氣安裝板以及非標準電器和專用安裝零件；專用安裝零件； 繪制裝配圖和接線圖；繪制裝配圖和接

3、線圖； 編寫設(shè)計計算說明書和使用說明書。編寫設(shè)計計算說明書和使用說明書。電子科技大學中山學院機電工程系電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的一般原則電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的一般原則電氣控制線路的設(shè)計是電力拖動方案和控制方案的具體化，電氣控制線路的設(shè)計是電力拖動方案和控制方案的具體化，一般在設(shè)計時應(yīng)該遵循以下原則：一般在設(shè)計時應(yīng)該遵循以下原則：1.1. 最大限度地實現(xiàn)生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制線路的要求；最大限度地實現(xiàn)生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制線路的要求；2.2. 在滿足生產(chǎn)要求的前提下，力求使控制線路簡單、經(jīng)濟在滿足生產(chǎn)要求的前提下，力求使控制線路簡單、經(jīng)濟(1) (1) 盡量選用標準的、常用的或經(jīng)過實際考驗過的環(huán)節(jié)和線路

4、。盡量選用標準的、常用的或經(jīng)過實際考驗過的環(huán)節(jié)和線路。(2) (2) 盡量縮短連接導線的數(shù)量和長度。設(shè)計控制線路時，應(yīng)合理安排盡量縮短連接導線的數(shù)量和長度。設(shè)計控制線路時，應(yīng)合理安排各電器的位置，考慮到各個元件之間的實際接線，要注意電氣柜、各電器的位置，考慮到各個元件之間的實際接線，要注意電氣柜、操作臺和限位開關(guān)之間的連接線。操作臺和限位開關(guān)之間的連接線。(a) (b) 電子科技大學中山學院機電工程系(3)(3)盡量減少電氣元件的品種、規(guī)格和數(shù)量，并盡可能采盡量減少電氣元件的品種、規(guī)格和數(shù)量，并盡可能采用性能優(yōu)良，價格便宜的新型器件和標準件，同一用用性能優(yōu)良，價格便宜的新型器件和標準件，同一用

5、途盡量選用相同型號的電氣元件。途盡量選用相同型號的電氣元件。(4)(4)盡量減少不必要的觸點以簡化電路。在滿足動作要求盡量減少不必要的觸點以簡化電路。在滿足動作要求的條件下，電氣元件觸點愈少，控制線路的故障機會的條件下，電氣元件觸點愈少，控制線路的故障機會率就愈低，工作的可靠性愈高。率就愈低，工作的可靠性愈高。電子科技大學中山學院機電工程系(5)(5)盡量減少電器不必要的通電時間，使電氣元件在必要盡量減少電器不必要的通電時間，使電氣元件在必要時通電，不必要時盡量不通電，可以節(jié)約電能并延長電時通電，不必要時盡量不通電，可以節(jié)約電能并延長電器的使用壽命。器的使用壽命。FU2FRSB1SB2KM1K

6、TKTKM1KM2FU2FRSB2SB1KM1KTKTKM1KM2KM2KM2KM2電子科技大學中山學院機電工程系3.3. 保證控制線路工作的可靠性和安全性保證控制線路工作的可靠性和安全性（1 1）線圈的連接）線圈的連接在交流控制線路中，不能串連接入兩個電器線圈在交流控制線路中，不能串連接入兩個電器線圈 KAKM1KM2電子科技大學中山學院機電工程系(2)(2)電器觸頭的連接電器觸頭的連接同一個電器的常開觸頭和常閉觸頭位置靠得很近，不同一個電器的常開觸頭和常閉觸頭位置靠得很近，不能分別接在電源的不同相上能分別接在電源的不同相上SQKM1KM2SQSQKM1KM2SQ電子科技大學中山學院機電工程

7、系(3)(3)線路中應(yīng)盡量減少多個電器元件依次動作后線路中應(yīng)盡量減少多個電器元件依次動作后才能接通另一個電器元件才能接通另一個電器元件KA1KA1KAKA2KA3KA2KA1KAKA2KA3KA1KA2電子科技大學中山學院機電工程系(4)(4)應(yīng)考慮電器觸頭的接通和分斷能力，增加應(yīng)考慮電器觸頭的接通和分斷能力，增加接通能接通能力力用多觸頭用多觸頭并聯(lián)連接并聯(lián)連接， 增加增加分斷能力分斷能力用多觸頭用多觸頭串串聯(lián)連接聯(lián)連接 (5)(5)考慮電器元件觸頭的考慮電器元件觸頭的“競爭競爭”問題問題 “先斷后合先斷后合”、“先合后斷先合后斷”KAKAKAKM電子科技大學中山學院機電工程系(6)(6)防止

8、寄生電路防止寄生電路寄生電路是指控制線路在工作中出現(xiàn)意外接通的電路寄生電路是指控制線路在工作中出現(xiàn)意外接通的電路電子科技大學中山學院機電工程系4.4. 操作和維修方便操作和維修方便電氣設(shè)備應(yīng)力求維修方便，使用安全。電氣元件電氣設(shè)備應(yīng)力求維修方便，使用安全。電氣元件應(yīng)留有備用觸點，必要時應(yīng)留有備用電氣元件，應(yīng)留有備用觸點，必要時應(yīng)留有備用電氣元件，以便檢修、改接線用，為避免帶電檢修應(yīng)設(shè)置隔以便檢修、改接線用，為避免帶電檢修應(yīng)設(shè)置隔離電器?？刂茩C構(gòu)應(yīng)操作簡單、便利，能迅速而離電器?？刂茩C構(gòu)應(yīng)操作簡單、便利，能迅速而方便地由一種控制形式轉(zhuǎn)換到另一種控制形式，方便地由一種控制形式轉(zhuǎn)換到另一種控制形式，

9、例如由手動控制轉(zhuǎn)換到自動控制。例如由手動控制轉(zhuǎn)換到自動控制。電子科技大學中山學院機電工程系4.2 4.2 電力拖動方案確定原則和電機的選擇電力拖動方案確定原則和電機的選擇 電力拖動方案電力拖動方案是是指確定電動機的類型、數(shù)量、指確定電動機的類型、數(shù)量、傳動方式及電動機的起動、運行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制傳動方式及電動機的起動、運行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制動等控制要求動等控制要求，是電氣設(shè)計的主要內(nèi)容之一是電氣設(shè)計的主要內(nèi)容之一，為電，為電氣控制原理圖設(shè)計及電氣元件選擇提供依據(jù)。氣控制原理圖設(shè)計及電氣元件選擇提供依據(jù)。確定電力拖動方案必須依據(jù)生產(chǎn)機械的精度、確定電力拖動方案必須依據(jù)生產(chǎn)機械的精度、工作效率、結(jié)構(gòu)

10、以及運動部件的數(shù)量、運動要求、工作效率、結(jié)構(gòu)以及運動部件的數(shù)量、運動要求、負載性質(zhì)、調(diào)速要求以及投資額等條件。負載性質(zhì)、調(diào)速要求以及投資額等條件。 電子科技大學中山學院機電工程系 1.1. 確定拖動方式確定拖動方式u單獨拖動單獨拖動: :一臺設(shè)備只有一臺電動機拖動一臺設(shè)備只有一臺電動機拖動u分立拖動分立拖動: :一臺設(shè)備由多臺電動機分別驅(qū)動各個工作機一臺設(shè)備由多臺電動機分別驅(qū)動各個工作機構(gòu)，通過機械傳動鏈連接各個工作機構(gòu)。構(gòu)，通過機械傳動鏈連接各個工作機構(gòu)。2.2.確定調(diào)速方案確定調(diào)速方案（1 1）重型或大型設(shè)備主運動及進給運動，應(yīng)盡可能采用）重型或大型設(shè)備主運動及進給運動，應(yīng)盡可能采用無級調(diào)

11、速。這有利于簡化機械結(jié)構(gòu)，縮小體積，降低無級調(diào)速。這有利于簡化機械結(jié)構(gòu)，縮小體積，降低制造成本。制造成本。（2 2）精密機械設(shè)備如坐標鏜床、精密磨床、數(shù)控機床以）精密機械設(shè)備如坐標鏜床、精密磨床、數(shù)控機床以及某些精密機械手，為了保證加工精度和動作的準確及某些精密機械手，為了保證加工精度和動作的準確性，便于自動控制也應(yīng)采用電氣無級調(diào)速方案。性，便于自動控制也應(yīng)采用電氣無級調(diào)速方案。 電子科技大學中山學院機電工程系（3 3）一般中小型設(shè)備如普通機床）一般中小型設(shè)備如普通機床沒有特殊要求時，可選沒有特殊要求時，可選用經(jīng)濟、簡單、可靠的三相鼠籠式異步電動機，配以用經(jīng)濟、簡單、可靠的三相鼠籠式異步電動機

12、，配以適當級數(shù)的齒輪變速箱。為了簡化結(jié)構(gòu)，擴大調(diào)速范適當級數(shù)的齒輪變速箱。為了簡化結(jié)構(gòu)，擴大調(diào)速范圍，也可采用雙速或多速的鼠籠式異步電動機。圍，也可采用雙速或多速的鼠籠式異步電動機。3.3. 電動機的選擇和電動機的起動、制動和反向要求電動機的選擇和電動機的起動、制動和反向要求 (1) (1) 電動機的選擇電動機的選擇一般都應(yīng)采用感應(yīng)電動機，僅在起動、制動和調(diào)速不一般都應(yīng)采用感應(yīng)電動機，僅在起動、制動和調(diào)速不滿足要求時才選用直流電動機。滿足要求時才選用直流電動機。(2) (2) 電動機起動、制動和反向要求電動機起動、制動和反向要求機械設(shè)備主運動傳動系統(tǒng)的起動轉(zhuǎn)矩一般都比較小，機械設(shè)備主運動傳動系

13、統(tǒng)的起動轉(zhuǎn)矩一般都比較小，可采用任何一種起動方式。對于它的輔助運動，在起可采用任何一種起動方式。對于它的輔助運動，在起動時往往要克服較大的靜轉(zhuǎn)矩，必要時也可選用高起動時往往要克服較大的靜轉(zhuǎn)矩，必要時也可選用高起動轉(zhuǎn)矩的電動機，或采用提高起動轉(zhuǎn)矩的措施。動轉(zhuǎn)矩的電動機，或采用提高起動轉(zhuǎn)矩的措施。電子科技大學中山學院機電工程系4.34.3電氣控制線路的經(jīng)驗設(shè)計法電氣控制線路的經(jīng)驗設(shè)計法經(jīng)驗設(shè)計法是在熟悉大量控制線路的前經(jīng)驗設(shè)計法是在熟悉大量控制線路的前提下，根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求和加工過程，提下，根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求和加工過程，利用各種典型的基本控制環(huán)節(jié)，加以修改、利用各種典型的基本控制環(huán)節(jié)，加

14、以修改、補充、完善，最后得出最佳方案補充、完善，最后得出最佳方案電子科技大學中山學院機電工程系經(jīng)驗設(shè)計法的基本步驟經(jīng)驗設(shè)計法的基本步驟STEP1:主電路設(shè)計主電路設(shè)計主要考慮電動機的起動、點動、正反轉(zhuǎn)、制動主要考慮電動機的起動、點動、正反轉(zhuǎn)、制動及多速電動機的調(diào)速，另外還考慮包括短路、過載、及多速電動機的調(diào)速，另外還考慮包括短路、過載、欠壓等各種保護環(huán)節(jié)以及聯(lián)鎖、照明和信號等環(huán)節(jié)欠壓等各種保護環(huán)節(jié)以及聯(lián)鎖、照明和信號等環(huán)節(jié)。STEP2:輔助電路設(shè)計輔助電路設(shè)計 主要考慮如何主要考慮如何滿足電動機的各種運轉(zhuǎn)功能及生滿足電動機的各種運轉(zhuǎn)功能及生產(chǎn)工藝要求產(chǎn)工藝要求。首先設(shè)計出各個獨立環(huán)節(jié)的控制電路

15、，。首先設(shè)計出各個獨立環(huán)節(jié)的控制電路，然后再根據(jù)各個控制環(huán)節(jié)之間的相互制約關(guān)系，進然后再根據(jù)各個控制環(huán)節(jié)之間的相互制約關(guān)系，進一步擬定聯(lián)鎖控制電路等輔助電路的設(shè)計，最后再一步擬定聯(lián)鎖控制電路等輔助電路的設(shè)計，最后再考慮根據(jù)線路的簡單、經(jīng)濟和安全、可靠，修改線考慮根據(jù)線路的簡單、經(jīng)濟和安全、可靠，修改線路。路。電子科技大學中山學院機電工程系STEP3:反復審核電路是否滿足設(shè)計原則反復審核電路是否滿足設(shè)計原則 在條件允許的情況下，進行模擬試驗，逐步完在條件允許的情況下，進行模擬試驗，逐步完善整個電氣控制電路的設(shè)計直至電路動作準確無誤。善整個電氣控制電路的設(shè)計直至電路動作準確無誤。經(jīng)驗設(shè)計法舉例經(jīng)驗

16、設(shè)計法舉例龍門刨床橫梁升降控制線路為例來說明經(jīng)驗設(shè)計法。龍門刨床橫梁升降控制線路為例來說明經(jīng)驗設(shè)計法。龍門刨床（或立龍門刨床（或立車）上裝有橫梁機構(gòu)，車）上裝有橫梁機構(gòu)，刀架裝在橫梁上，隨刀架裝在橫梁上，隨著加工工件大小不同著加工工件大小不同橫梁機構(gòu)需要沿立柱橫梁機構(gòu)需要沿立柱上下移動，在加工過上下移動，在加工過程中，橫梁又需要保程中，橫梁又需要保證夾緊在立柱上不松證夾緊在立柱上不松動。動。電子科技大學中山學院機電工程系橫梁機構(gòu)對電氣控制系統(tǒng)的工藝要求：橫梁機構(gòu)對電氣控制系統(tǒng)的工藝要求： 刀架裝在橫梁上，刀架裝在橫梁上，要求橫梁能沿立柱作上升、下降的調(diào)整要求橫梁能沿立柱作上升、下降的調(diào)整移動移

17、動。 在加工過程中，橫梁必須緊緊地夾在立柱上，不許松動。在加工過程中，橫梁必須緊緊地夾在立柱上，不許松動。夾緊機構(gòu)能實現(xiàn)橫梁的夾緊和放松夾緊機構(gòu)能實現(xiàn)橫梁的夾緊和放松。 在動作配合上，橫梁夾緊與橫梁移動之間必須有一定的操在動作配合上，橫梁夾緊與橫梁移動之間必須有一定的操作程序：作程序：按向上或向下移動按鈕后，首先使夾緊機構(gòu)自動放松；按向上或向下移動按鈕后，首先使夾緊機構(gòu)自動放松；橫梁放松后，自動轉(zhuǎn)換成向上或向下移動；橫梁放松后，自動轉(zhuǎn)換成向上或向下移動；移動到所需要位置后松開按鈕，橫梁自動夾緊；移動到所需要位置后松開按鈕，橫梁自動夾緊；夾緊后夾緊電動機自動停止運動。夾緊后夾緊電動機自動停止運動

18、。 橫梁在上升與下降時，應(yīng)有上下行程的橫梁在上升與下降時，應(yīng)有上下行程的限位保護限位保護。 正反向運動之間，以及橫梁夾緊與移動之間要有必要的聯(lián)正反向運動之間，以及橫梁夾緊與移動之間要有必要的聯(lián)鎖。鎖。 電子科技大學中山學院機電工程系1 1設(shè)計主電路設(shè)計主電路需要兩臺電動機需要兩臺電動機M1:橫梁升降，正反轉(zhuǎn)控制橫梁升降，正反轉(zhuǎn)控制M2:橫梁夾緊，正反轉(zhuǎn)控制橫梁夾緊，正反轉(zhuǎn)控制電子科技大學中山學院機電工程系2 2設(shè)計基本控制電路設(shè)計基本控制電路升降電機升降電機M1:正反轉(zhuǎn)控制，點動控制正反轉(zhuǎn)控制，點動控制夾緊電機夾緊電機M2:正反轉(zhuǎn)控制，點動控制正反轉(zhuǎn)控制，點動控制采用兩個點動采用兩個點動按鈕分別控制按鈕分別控制升降和夾緊放升降和夾緊放松運動松運動電子科技大學中山學院機電工程系3 3選擇控制參量，確定控制原則選擇控制參