工廠電氣與PLC控制技術(shù)_5_2課件

1、第二章 電氣控制裝置系統(tǒng)設計方法電氣控制裝置的設計兩個基本方面：1、一個是滿足生產(chǎn)機械和工藝的各種控制要求（原理） 決定一臺設備的技術(shù)指標、使用效能和自動化程 度，即決定著生產(chǎn)機械設備的先進性、合理性。 2、另一個是滿足電氣控制裝置本身的制造、使用以及維修的需要（工藝） 決定工藝設計的合理性、先進性決定電氣控制設 備的生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟性、造型美觀和使用、維 修方便與否，它同樣也是重要的。必須掌握設計的基本原則、設計內(nèi)容和一般設計方法。第一節(jié) 電氣控制裝置設計的一般原則、內(nèi)容、方法、步驟和設計程序正確的設計思想和工程觀點是高質(zhì)量設計任務的保證一、電氣控制設計的一般原則1）最大限度滿足生產(chǎn)機械和工

2、藝對電氣控制的要求2）在滿足控制要求的前提下，設計方案應力求簡單、 經(jīng)濟、不宜盲目追求自動化和高指標3）妥善處理機械與電氣關(guān)系4）正確合理的選用電器元件5）確保使用安全、可靠6）造型美觀、使用維護方便二、電氣控制設計的基本任務與內(nèi)容電氣設計的基本任務是根據(jù)控制要求設計和編制出設備制造和使用維修過程中所必須的圖樣、資料，包括電氣原理圖、電氣系統(tǒng)的組件劃分與元器件布置圖、安裝接線圖、電氣箱圖、控制面板及電器元件安裝底板、非標準緊固件加工圖等，編制外構(gòu)元件目錄、單臺材料消耗清單、設備說明書等資料。電氣控制設計包含原理設計與工藝設計兩個基本部分，以電力拖動控制設備為例，二方面的設計內(nèi)容分述如下（一）原

3、理設計內(nèi)容電氣控制系統(tǒng)原理設計內(nèi)容主要包括：1）擬訂電氣設計任務書。2）選擇拖動方案與控制方式。3）確定電動機的類型、容量、轉(zhuǎn)速，并選擇具體 型號。4）設計電氣控制原理框圖，確定各部分之間的關(guān) 系，擬訂各部分技術(shù)要求。5）設計并繪制電氣原理圖，計算主要技術(shù)參數(shù)。6）選擇電氣元件，制訂元器件目錄清單。7）編寫設計說明書。電氣原理圖是整個設計的中心環(huán)節(jié)，因為它是工藝設計和制訂其他技術(shù)資料的依據(jù)。（二）工藝設計內(nèi)容工藝設計的主要目的是便于組織電氣控制裝置的制造，實現(xiàn)原理設計要求的各項技術(shù)指標，為設備的調(diào)試、維護、使用提供必要的圖樣資料。工藝設計主要內(nèi)容是：1）根據(jù)設計的原理圖及選定的電器元件，設計電

4、氣 設備的總體配置，繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖 及總接線圖。2）按照原理框圖或劃分的組件，對總原理圖進行編 號，繪制各組件原理電路圖，列出各分的元件目 錄表，并根據(jù)總圖編號統(tǒng)計出各組件的進出線號。 3）根據(jù)組件原理電路及選定的元件目錄表，設計組件 裝配圖、接線圖，圖中應反映各電器元件的安裝方 式與接線方式4）根據(jù)組件裝配要求，繪制電器安裝板和非標準的電 器安裝零件圖紙，標明技術(shù)要求5）設計電氣箱6）根據(jù)總原理圖、總裝配圖及各組件原理圖等資料， 進行匯總，分別列出外購件清單，標準件清單以及 主要材料消耗定額7）編寫使用維護說明書三、電氣控制設計的一般程序以電力拖動控制設計項目為例，通常電氣系統(tǒng)的

5、設計程序是按以下步驟進行的。1.擬訂設計任務書 設計任務書是整個系統(tǒng)設計的依據(jù)，同時又是今后設備竣工驗收的依據(jù)。 設計任務下達部門對本系統(tǒng)的功能要求、技術(shù)指標只能描述一個粗略輪廓，涉及設備使用中應達到的各種具體的技術(shù)指標及其他各項基本要求實際是由技術(shù)領導部門、設備使用部門及承擔機電設計任務部門等幾方面共同協(xié)商，最后以技術(shù)協(xié)議形式予以確定的。電氣設計任務書中，除簡要說明的型號、用途、工藝過程、動作要求、傳動參數(shù)、工作條件外還應說明以下主要技術(shù)指標及要求：1）控制精度、生產(chǎn)效率要求2）電氣傳動基本特性運動部件數(shù)量、用途、動作 順序，負載特性、調(diào)速指標、起動、制動要求3）自動化程度4）穩(wěn)定性及抗干擾

6、5）聯(lián)鎖條件及保護6）電源種類、電壓等級、頻率及容量7）目標成本與經(jīng)費限額8）驗收標準及驗收方式9）其他要求如設備布局、安裝要求、操作臺布 置、照明、信號指示、報警方式 2.選擇拖動方案與控制方式 電力拖動方案與控制方式的確定是設計的重要部分，只有在總體方案正確，才能保證生產(chǎn)設備各項技術(shù)指標實施的可能性。 電力拖動方案是指根據(jù)零件加工精度、加工效率要求、生產(chǎn)機械的結(jié)構(gòu)、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去確定電動機的類型、數(shù)量、傳動方式以及擬訂電動機起動、運行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制動等控制要求，作為電氣控制原理圖設計及電器元件選擇的依據(jù)。 3.選擇電動機 電動機選擇的基本原則是

7、：1）電動機的機械特性應滿足生產(chǎn)機械提出的要求， 要與負載特性相適應，保證運行穩(wěn)定并具有一 定的調(diào)速范圍與良好的起動、制動性能。2）工作過程中電動機容量能得到充分利用，即溫 升盡可能達到或接近額定溫升值。3）電動機的結(jié)構(gòu)形式應滿足機械設計提出的安裝 要求，并能適應周圍環(huán)境工作條件。 應該強調(diào)，在滿足設計要求情況下優(yōu)先考慮采用結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，使用維護方便的三相交流異步電動機。 正確選定電動機容量是電動機選擇中的關(guān)鍵問題。 電動機容量計算的基本步驟是：根據(jù)生產(chǎn)機械提供的 功率負載圖 P=f（t）或 轉(zhuǎn)矩負載圖ML=f（t） 預選一臺電動機，然后根據(jù)負載進行發(fā)校驗，將校驗結(jié)果與預選電動機參數(shù)進行

8、比較。 若預選電動機的額定容量太大或太小，再重新選擇，直到電動機容量得到充分利用，最后再校驗其過載能力與起動轉(zhuǎn)矩是否滿足拖動要求。 電動機容量選擇往往采用統(tǒng)計類比法，或者根據(jù)經(jīng)驗采用工程估算的方法來選用。 4.選擇控制方式 隨著電氣技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、檢測技術(shù)以及自動控制理論的迅速發(fā)展和機械結(jié)構(gòu)與工藝水平的不斷提高，生產(chǎn)機械電力拖動的控制方式已從傳統(tǒng)的繼電接觸控制向順序控制、可編程邏輯控制、計算機聯(lián)網(wǎng)控制5.設計電氣控制原理線路圖 并合理選用元器件，編制元器件目錄清單6.設計電氣設備制造、安裝、調(diào)試 所必須的各種施工圖樣 編制各種材料定額清單7.編寫說明書 四、電氣原理圖設計的基本步驟

9、原理線路設計是原理設計的核心內(nèi)容。在總體方案確定之后具體設計是從電氣原理圖開始，各項設計指標是通過控制原理圖來實現(xiàn)的，同時它又是工藝設計和編制各種技術(shù)資料的依據(jù)。原理線路設計的基本步驟是：1）根據(jù)選定的拖動方案及控制方式設計系統(tǒng)的 原理框圖，擬訂出各部分的主要技術(shù)要求和 主要技術(shù)參數(shù)2）根據(jù)各部的要求，設計出原理框圖中各個部 分的具體電路。按主電路控制電路輔助 電路聯(lián)鎖與保護總體檢查反復修改與完 善的步驟進行3）繪制總原理圖4）正確選用原理線路中每一個電器元件，并制 訂元器件錄清單 比較簡單的控制線路，省略前兩步直接進行原理圖設計和選用電器元件。 比較復雜的自動控制線路，就必須按上述過程一步一

10、步進行設計。只有各個獨立部分都達到技術(shù)要求，才能保證總體技術(shù)要求的實現(xiàn)，保證總裝調(diào)試的順利進行 五、電氣原理圖的設計方法及設計實例電氣原理設計主要方法：分析設計法、邏輯設計法（一）分析設計法根據(jù)生產(chǎn)工藝要求去選擇適當?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)（單元電路）或經(jīng)過考驗的成熟電路按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來并加以補充和修改。 當找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時，邊分析邊設計，將主令信號經(jīng)過適當?shù)慕M合與變換，在一定條件下得到執(zhí)行元件所需要的工作信號。經(jīng)過反復修改得到理想的控制線路特點：無固定的設計程序，設計方法簡單，容易為初學 者所掌握，對于具有一定工作經(jīng)驗的電氣人員來 說，也能較快地完成設計任務。缺點：設計方案不一定是最佳

11、方案，當經(jīng)驗不足或考慮 不周時會影響線路工作的可靠性。C534JI立式車床橫梁升降原理線路的設計實例1.電力拖動方式及其控制要求 為適應不同高度工件加工時對刀的需要，要求安裝有左、右立刀架的橫梁能通過絲杠傳動快速上升下降的調(diào)整運動。絲杠的正反轉(zhuǎn)由一臺三相交流異步電動機 M1 拖動，為了保證零件的加工精密，當橫梁點動到需要的高度后應立即通過夾緊機構(gòu)將橫梁夾緊在立柱上。每次移動前要先放松夾緊裝置，因此設置另一臺三相交流異步電動機 M2 拖動夾緊放松機構(gòu)，以實現(xiàn)橫梁移動前的放松和到位后的夾緊動作。在夾緊、放松機構(gòu)中設置兩個行程開關(guān) SQ1 與 SQ2 分別檢測已放松與已夾緊信號。橫梁升降控制要求是：

12、1）采用短時工作的電動控制。2）橫梁上升控制動作過程： 按上升按鈕橫梁放松（夾緊電動機反轉(zhuǎn)）壓下放松位置開關(guān)停止放松橫梁自動上升（升/降電動機正轉(zhuǎn)）到位放開上升按鈕橫梁停止上升橫梁自動夾緊（夾緊電動機正轉(zhuǎn)）已放松位置開關(guān)松開，達到一夾緊緊度已夾緊位置開關(guān)壓下上升過程結(jié)束。3）橫梁下降控制動作過程：按下降按鈕橫梁放松壓下已放松位置開關(guān)停止放松，橫梁自動下降到位放開下降按鈕橫梁停止下降并自動短時回升（升/降電動機短時正轉(zhuǎn)）橫梁自動夾緊已放松位置開關(guān)松開，并夾緊至一定緊度已夾緊位置開關(guān)壓下下降過程結(jié)束。下降與上升控制的區(qū)別在于到位后多了一個自動的短時回升動作，其目的在于消除移動螺母上端面與絲杠的間隙

13、，以防止加工過程中因橫梁傾斜造成的誤差，而上升過程中移動螺母上端面與絲杠間不存在間隙。4）橫梁升降動作應設置上、下極限位置保護。2.設計過程1）根據(jù)拖動要求設計主電路 由于升、降電動機 M1 與夾緊放松電動機 M2 都要求正反轉(zhuǎn)，所以采用 KM1、KM2 及 KM3、KM4 接觸器主觸頭變換相序控制。 考慮到橫梁夾緊時有一定的緊度要求，故在 M2正轉(zhuǎn)即 KM3動作時，其中一相串過電流繼電器 KI 檢測電流信號，當M2處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流增長至動作值時，過電流繼電器KI動作，使夾緊動作結(jié)束，以保證每次夾緊緊度相同。由于M1、M2均為短時工作，因而不設置過載保護。據(jù)此便可設計出如圖2-1所示的主電路

14、。圖2-1 主電路與控制電路草圖之一 2）設計控制電路草圖 不考慮橫梁下降控制的短時回升，則上升與下降控制過程完全相同，當發(fā)出“上升”或“下降”指令時，首先是夾緊放松電動機 M2 反轉(zhuǎn)（KM4 吸合），由于平時橫梁總是處于夾緊狀態(tài)，行程開關(guān) SQ1（檢測已放松信號）不受壓，SQ2 處于受壓狀態(tài)（檢測已夾緊信號），將 SQ1 常開觸點串在橫梁升降控制回路中，常閉觸點串于發(fā)出上升或下降指令時（SQ2 常開觸點串在立車工作臺轉(zhuǎn)動控制回路中，用于聯(lián)鎖控制），在發(fā)出上升或下降指令時（按 SB1 或 SB2），必然時先放松（SQ2 立即復位，夾緊解除），當放松動作完成 SQ1受壓，KM4 釋放，KM1（或

15、 KM2）自動吸合實現(xiàn)橫梁自動上升（或下降）。上升（或下降）到位，放開 SB1（或 SB2）停止上升，由于此時 SQ1 受壓，SQ2 不受壓，所以 KM3 自動吸合，夾緊動作自動發(fā)出直到SQ2 壓下，再通過 KI 常閉觸點與 KM3 的常開觸點串聯(lián)的自?；芈防^續(xù)夾緊至過電流繼電器動作，控制過程自動結(jié)束。按此思路設計的草圖如2-13）完善設計草圖 圖2-1設計草圖功能不完善，主要是未考慮下降的短時回升。下降到位的短時自動回升，是滿足一定條件下的結(jié)果，此條件與上升指令是“或”的邏輯關(guān)系，因此它應與SB1并聯(lián)，應該是下降動作結(jié)束即用KM2常閉觸點與一個短時延時斷開的時間繼電器KT觸點的串聯(lián)組成，回升

16、時間有時間繼電器控制。于是便可設計出如圖2-2所示的設計草圖之二。圖2-2 控制電路設計草圖之二4）檢查并改進設計草圖 圖2-2在控制功能上已達到上述控制要求，但仔細檢查會發(fā)現(xiàn) KM2 的副觸點使用已經(jīng)超出接觸器擁有數(shù)量，同時考慮到一般情況下不采用二常開二常閉的復式按鈕，因此可采用中間繼電器 KA 來完善設計如圖2-3所示。其中 R-M、L-M 為工作臺驅(qū)動電動機正反轉(zhuǎn)聯(lián)鎖觸點，以保證機床進入加工狀態(tài)，不允許橫梁移動。反之橫梁放松時就不允許工作臺移動，是通過行程開關(guān) SQ2 的常開觸點串聯(lián)在 R-M、L-M 的控制回路中來實現(xiàn)。另一方面在完善控制電路設計過程中，進一步考慮橫梁上下極限位置保護面

17、而采用SQ3、SQ4 的常閉觸頭串接在上升與下降控制線路中圖2-3 控制電路設計草圖之三5）總體校核 控制線路設計完畢，最后需進行總體校核，檢查是否存在不合理、遺漏或進一步簡化的可能。檢查內(nèi)容包括：控制線路是否滿足拖動要求，觸頭使用是否超出允許范圍，必要的聯(lián)鎖與保護，電路工作的可靠性，照明顯示及其他輔助控制要求以及進一步簡化的可能性。（二）邏輯設計法 利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學工具來進行電路設計，即根據(jù)生產(chǎn)機械的拖動要求及工藝要求，將執(zhí)行元件需要的工作信號以及安全電氣的接通與斷開狀態(tài)看成邏輯變量，并根據(jù)控制要求將它們之間的關(guān)系用邏輯函數(shù)關(guān)系式來表達，然后再運用邏輯函數(shù)基本公式和運算規(guī)律進行簡化，成為

18、需要的最簡“與、或”關(guān)系式，根據(jù)最簡式畫出相應的電路結(jié)構(gòu)圖。優(yōu)點： 能獲得理想、經(jīng)濟的方案，所用元件數(shù)量少，各元件能充分發(fā)揮作用，當給定條件變化時，能指出電路相應變化的內(nèi)在規(guī)律，在設計復雜控制線路時，更顯方便。邏輯法不僅能用于線路設計，也可以用于線路簡化和讀圖分析。邏輯代數(shù)讀圖法的優(yōu)點是各個控制元件關(guān)系能一目了然，不會讀錯和遺漏。 邏輯電路有兩種基本類型，組合邏輯電路和時序邏輯電路組合邏輯電路： 使執(zhí)行元件的輸出狀態(tài)，只與同一時刻控制元件的狀態(tài)相關(guān)。輸入、輸出呈單方向關(guān)系，即輸出量對輸入量無影響。其設計方法比較簡單，可以作為經(jīng)驗設計法的輔助和補充，用于簡單控制電路的設計，或?qū)δ承┚植侩娐愤M行簡

19、化，進一步節(jié)省并合理使用電器元件與觸點。舉例說明如下： 設計要求：某電動機只有在繼電器 KA1、KA2、KA3中任何一個 或兩個動作時才能運轉(zhuǎn)，而在其他條件下都不運轉(zhuǎn)， 試設計其控制線路。設計步驟：1）列出控制元件與執(zhí)行元件的動作狀態(tài)表，如表2-1所示。 KA1KA2KA3KM0000 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 11 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0表2-1 狀態(tài)表 1）根據(jù)表2-1寫出 KM 的邏輯代數(shù)式2）利用邏輯代數(shù)基本公式化簡至最簡“與、或”式3）利用邏輯代數(shù)基本公式化簡至最簡“與、或”式4）根據(jù)簡化了的邏輯式繪制控制電路，如圖2-4所示。圖

20、2-4 控制電路KA1KA1KA2KA3KA2KA3時序邏輯電路特點： 輸出狀態(tài)不僅與同一時刻的輸入狀態(tài)有關(guān)，而且還與輸出量的原有狀態(tài)及其組合順序有關(guān)，即輸出量通過反饋作用，對輸入狀態(tài)產(chǎn)生影響。這種邏輯電路設計要設置中間記憶元件（如中間繼電器等），記憶輸入信號的變化，以達到各程度兩兩區(qū)分的目的。其設計過程比較復雜?；静襟E如下：1）根據(jù)拖動要求，先設計主電路，明確各電動機及執(zhí)行 元件的控制要求，并選擇產(chǎn)生控制信號（包括主令 信號與檢測信號）的主令元件（如按鈕、控制開關(guān)、 主令控制器等）和檢測元件（如行程開關(guān)、壓力繼電 器、速度繼電器、過電流繼電器等）。2）根據(jù)工藝要求作出工作循環(huán)圖，并列出主令

21、元件、 檢測元件以及執(zhí)行元件的狀態(tài)表，寫出各狀態(tài)的特征 碼。3）為區(qū)分所有狀態(tài)（重復特征碼）而增設必要的中 間記憶元件（中間繼電器）。4）根據(jù)已區(qū)分的各種狀態(tài)的特征碼，寫出各執(zhí)行元 件（輸出）與中間繼電器、主令元件及檢測元件 （邏輯變量）間的邏輯關(guān)系式。5）化簡邏輯式，據(jù)此繪出相應控制線路。6）檢查并完善設計線路。 這種方法設計難度較大，整個設計過程較復雜，還要涉及一些新概念，因此，在一般常規(guī)設計中，很少單獨采用。六、原理圖設計中應注意的問題 1）盡量減少控制線路中電流、電壓的種 類，控制電壓等級應符合標準等級。 對于微機控制系統(tǒng)應注意弱電控制與 強電電源之間的隔離，不能共用零線， 以免引起電

22、源干擾。照明、顯示及報 警等電路應采用安全電壓。電氣控制 線路常用的電壓等級如 表2-2 所示。 控制線路類型常用電壓值/ V電源設備交流電力傳動控制線路較簡單交流380、220不用控制電源變壓器交流電力傳動控制線路較復雜110（127）48采用控制電源變壓器照明及信號指示路線48、24、6采用控制電源變壓器直流電力傳動控制線路直流220、110整流器或直流發(fā)電機直流電磁鐵及電磁離合器的控制線路48、24、12整流器表2-2 常用控制電壓等級 2）盡量減少電器元件的品種、規(guī)格與數(shù) 量在電器元件選用中，盡可能選用性 能良好，價格便宜的新型器件，同一 用途盡可能選用相同型號。3）盡可能減少通電電器

23、的數(shù)量正常工作 中以利節(jié)能，延長電器元件壽命以減 少故障。4）合理使用電器觸頭與觸點 在復雜的繼電接觸控制線路中，各類接觸器、繼電器數(shù)量較多，使用的觸頭、觸點也多，線路設計應注意 主觸頭與副觸點的使用量不能超過限定對數(shù)，因為各類接觸器、繼電器的主觸頭與副觸點數(shù)量是一定的。設計時應注意盡可能減少其使用量，如 圖2-5b 比 圖2-5a就節(jié)省一對觸點。因控制需要觸點數(shù)量不夠時，可以采用邏輯設計化簡方法，改變觸點的組合方式以減少觸點使用數(shù)量或增加中間繼電器來解決。 a）不合理 b）合理圖2-5減少觸頭使用量SB4 檢查觸頭容量是否滿足控制要求，避免使用不當而出現(xiàn)觸頭燒壞、粘滯和釋放不了的故障。要合理

24、安排接觸器主觸頭與副觸點的位置，避免用小容量繼電器觸點去切斷大容量負載。總之，要計算觸頭斷流容量是否滿足被控制負載的要求，以保證觸頭工作壽命和可靠性。5）做到正確連線 具體應注意以下幾方面：正確連接電器線圈 電壓線圈通常不串聯(lián)使用，即使是兩個同型號電壓線圈也不能采用串聯(lián)施加額定電壓之和，以免電壓分配不勻引起工作不可靠，如 圖2-6 所示。對于電感較大的電器線圈，例如電磁閥、電磁鐵或直流電機勵磁線圈等則不宜與相同電壓等級的接觸器或中間繼電器直接并聯(lián)工作，否則在接通或斷開電源時會造成后者的誤動作。 a）不正確 b）正確圖2-6 線圈連接合理安排電器元件及觸點位置 對一個串聯(lián)回路，各電器元件或觸點位

25、置互換，并不影響其工作原理，但從實際連線上卻影響到安全、節(jié)省導線等方面的問題。如圖2-7 兩種接法所示，兩者工作原理相同，但是采用 圖2-7a 接法既不安全而且浪費導線。因為限位開關(guān) SQ 的常開、常閉觸頭靠得很近，在觸頭斷開時，由于電弧可能造成電源短路，很不安全，而且這種接法電氣箱到現(xiàn)場要引出4 種線，很不合理，圖2-7b所示的接法較合理。a）不合理 b）合理圖2-7 合理安排觸點位置 注意避免出現(xiàn)寄生回路 在控制線路的動作過程中，如果出現(xiàn)不是由于誤操作而產(chǎn)生的意外接通的電路，稱為寄生線路。圖2-8 所示為電動機可逆運行控制線路，F(xiàn)R 為熱繼電器保護觸點。為了節(jié)省觸點，顯示電動機工作狀態(tài)的指

26、示燈 HLR 和HLL 采用圖中所示的接法，正常情況下線路能完成起動、正反轉(zhuǎn)及停止操作。但在運行中電動機過載，F(xiàn)R 觸點斷開就會出現(xiàn)如圖中虛線所示的寄生線路，使接觸器不能可靠釋放而得不到過載保護。如果將 FR 觸點位置移接到SB1 上端就可避免產(chǎn)生寄生回路。圖2-8 寄生回路6）盡可能提高電路工作的可靠性、安全性 設計中應考慮以下幾點： 電器元件動作時間配合不良引起競爭 復雜控制電路中，在某一控制信號作用下，電路從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，常常有幾個電器元件的狀態(tài)同時變化，考慮電器元件總有一定的動作時間，對時序電路來說，就會得到幾個不同的輸出狀態(tài)。稱為電路的“競爭”。對于開關(guān)電路，由于電器元件

27、的釋放延時作用，也會出現(xiàn)開關(guān)元件不按要求的邏輯功能輸出的可能性，稱為“冒險”?！案偁帯迸c“冒險”現(xiàn)象都將造成控制回路不能按要求動作，引起控制失靈。當電氣元件的動作時間可能影響到控制線路的動作程序時，就需要用能精確反映元件動作時間及它們之間互相互配合的方法。例如用時間圖來分析執(zhí)行元件的動作可靠性。 繼電器或接觸器線圈從通電到觸點的閉合或打開，這段時間稱為吸引時間（t1）。如 圖2-9 所示，用點1 到 2 的斜線表示線圈時通電的，但其觸點要到點 2 才閉合。而線圈斷電到觸點打開這段時間稱為釋放時間（t2），以斜線 3-4 表示。在這段時間線圈已斷開，但觸點仍閉合，到點4時刻觸點才斷開。圖中點 1

28、-3 陰影部分為線圈通電時間，點 2-4 為觸點閉合時間，只有水平線 2-3 為線圈通電而觸頭也閉合時間。這種電器動作過程與時間關(guān)系圖稱為時間圖。 圖2-9 時間圖吸引時間釋放時間現(xiàn)用時間圖來分析 圖2-10a 所示的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機按電流原則起動控制線路的動作順序。在 圖2-10b 與 c 中用垂直箭頭表示元件動作作用的傳遞，水平線表示時間。由圖 2-10a 線路的靜態(tài)分析來看，電路控制作用似乎不存在什么問題。但是據(jù) 圖2-10b 時間圖來看，由于接觸器 KM1、KM2 的動作時間 t1t2、 t3t4 小于電流繼電器KI1、KI2 的動作時間，從而使 KM1、KM2 觸點在KI1、KI2

29、 觸點之前動作，使電流繼電器失去控制作用，R1、R2 不能起到限制起動電流的目的。只有圖8-10c時間圖中所示，在 t2t1 條件下，才能使 KI1 先于 KM1 動作，這樣才能實現(xiàn)按電流原則，逐級切除起動電阻，達到限制起動電流的目的。 a）起動控制線路 b）動作時間配合不好 c）動作時間配合好圖2-10 時間圖分析電動機起動過程 應使KI1先KM1動作合理 誤操作可能帶來的危害 特別是一些重要設備應仔細考慮每一控制程序之間必要的聯(lián)鎖，即使發(fā)生誤操作也不會造成設備事故。 應考慮到故障狀態(tài)下，設備的自動保護作用 應根據(jù)設備特點及使用情況設置必要的電氣保護。 7）線路設計要考慮操作、使用、調(diào)試與維

30、修的方便例如設置必要的顯示，隨時反映系統(tǒng)的運行狀態(tài)與關(guān)鍵參數(shù)，考慮到刀具調(diào)整與運動機構(gòu)修理必要的單機點動、單步及單循環(huán)動作，必要的照明，易損觸點及電器元件的備用等。8）原理圖繪制應符合國家有關(guān)標準規(guī)定 包括器件圖形符號應符合 GB4728 中 1-13 電氣圖形符號的規(guī)定，繪制時要合理安排版面，項目代號應符合GB5094電氣技術(shù)中的項目代號的規(guī)定。例如，主電路一般排在左面或上面，控制電路或輔助電路排在右面或下面，元器件目錄表排在標題上方。為了幫助讀圖，有時以動作狀態(tài)或工藝過程形式將主令開關(guān)的通斷、電磁閥動作要求、控制流程圖等表示在圖面上，也可以在控制電路的每一支路邊上標注出控制目的。 第二節(jié)

31、電氣保護類型、實現(xiàn)方法及主要參數(shù)計算電氣保護時電氣線路設計中必須考慮的一個重要問題。一、電流型保護 電氣元件在正常工作中，在額定電流以內(nèi)。短時間內(nèi)，只要溫升不超過允許值，超過額定電流也是允許的。 電器損壞是發(fā)熱引起的溫升超過絕緣材料的承受能力。在散熱條件一定的情況下，溫升決定于發(fā)熱量，而發(fā)熱量不僅決定于電流大小，與通電時間密切相關(guān)。電流型保護的基本原理是： 通過保護電器檢測電流信號，當電流達到整定值時保護電器動作。屬于電流型保護主要有以下幾種：1短路保護 短路保護要求在很短時間內(nèi)迅速切斷電源。短路保護的常用方法使采用熔斷器、斷路器或采用專門的短路保護繼電器。2. 過電流保護 這種保護的特點是電

32、流值比短路時小，一般不超過 2.5 IN。過電流保護要求有瞬時保護特征，即只要過電流值達到整定值，保護電器立即動作，切斷電源。3. 過載保護 過載也是指電動機的運行電流大于其額定電流，但超過額定電流的倍數(shù)更小些，通常在 1.5IN 以內(nèi)。過載保護要求保護電器具有反時限特性，即根據(jù)電流過載倍數(shù)的不同，其動作時間時不同的，它隨著電流的增加而減小。4. 欠電流保護 欠電流保護是指被控制電路電流低于整定值時需要動作的一種保護。欠電流保護通常時采用欠電流繼電器來實現(xiàn)的。欠電流繼電器線圈串聯(lián)在被保護電路中，正常工作時吸合，一旦發(fā)生欠電流就釋放切斷電源。5. 斷相保護 異步電動機在正常運行中，由于電網(wǎng)故障或

33、一相熔斷器熔斷引起對稱三相電壓缺少一相，電動機將在兩相電源中低速運轉(zhuǎn)或堵轉(zhuǎn)，定子電流很大，是造成電動機絕緣及繞組燒損的常見故障之一。由于熱繼電器熱元件是串接在三相電流進線中，采用普通三相式熱繼電器起不到保護作用。斷相保護可以采用專門為斷相運行而設計的斷相保護熱繼電器，也可以在三相線路上跨接兩只電壓繼電器，當發(fā)生缺相時，電壓繼電器動作帶動控制元件去切斷電源。二、電壓型保護電動機或電器元件都是在一定的額定電壓下正常工作，電壓過高、過低或者工作過程中非人為因素的突然斷電，都可以造成生產(chǎn)機械的損壞或人身事故，因此在電氣控制線路設計中，應根據(jù)要求設置失電壓保護、過電壓保護及欠電壓保護。1. 失電壓保護

34、為了防止電壓恢復時電動機的自行起動或電器元件的自行投入工作而設置的保護，稱為失電壓保護。采用接觸器及按鈕控制電動機的起停，具有失電壓保護作用。如果不是采用按鈕，而是用不能自動復位的手動開關(guān)、行程開關(guān)等控制接觸器，必須采用專門的零壓繼電器。2. 欠電壓保護 電動機或電器元件在正常運行中，電網(wǎng)電壓降低到 UN 的 6080（UN 為其額定電壓）時，就要求能自動切除電源而停止工作，這種保護稱為欠電壓保護。采用接觸器及按鈕控制方式具有欠電壓保護作用，還可以采用空氣開關(guān)或?qū)ｉT的電磁式電壓繼電器、直流高返回系數(shù)電壓繼電器來進行欠電壓保護。3. 過電壓保護 為防止電網(wǎng)電壓過高引起電流增大或絕緣擊穿而損壞電氣

35、設備的保護措施稱為過電壓保護，通常用過電壓繼電器實現(xiàn)。4. 浪涌電壓吸收保護 電磁鐵、電磁吸盤等類電感量較大負載，在切斷電源時會產(chǎn)生很高的浪涌電壓，為此需采用適當?shù)谋Ｗo。常用的保護方法是在線圈兩端并接電阻、電阻電容串聯(lián)或二極管等方式，以構(gòu)成續(xù)流回路。圖2-11 示磨床電磁吸盤的吸收保護。 圖2-11 電磁吸盤的吸收保護三、位置保護生產(chǎn)機械運動部件的行程，越位大小及運動部件的相對位置都要限制在一定范圍內(nèi)。這類保護稱為位置保護。位置保護可以采用限位開關(guān)、干簧繼電器、接近開關(guān)等類電器，當運動部件到達調(diào)定位置，使限位開關(guān)或繼電器動作，其常閉觸頭串聯(lián)在接觸器控制電路中，因常閉觸頭打開而使接觸器釋放，于是

36、，運動部件停止運動。四、溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等保護在電氣控制線路設計中，常提出對生產(chǎn)機械某一部分的溫度，液壓或氣壓系統(tǒng)的壓力和流量，運動速度等的保護要求，即要求以上各物理量限制在一定范圍以內(nèi)。各種專用的溫度、壓力、流量、速度繼電器，基本原理都是在控制回路中串聯(lián)一個受這些參數(shù)控制的常開觸點或常閉觸點。五、異步電動機有關(guān)起動、制動電阻計算（一）三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機起動轉(zhuǎn)距電阻計算 為了減少起動電流，增加起動轉(zhuǎn)距并獲得一定的調(diào)速要求，常常采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子繞組串接外加電阻的方法來實現(xiàn)。為此要確定外加電阻的級數(shù)，以及各級電阻的大小。電阻的級數(shù)越多，起動或調(diào)速時轉(zhuǎn)距波動就越小，但控制線路也就

37、越復雜。通常電阻級數(shù)可以根據(jù) 表2-3 來選取。電動機容量/kW起動電阻的級數(shù)半負荷起動全負荷起動平衡短接法不平衡短接法平衡短接法不平衡短接法100以下234級以上344級以上100400344級以上455級以上400600455級以上566級以上表2-3 電阻級數(shù)及選擇起動電阻級數(shù)確定以后,對于平衡短接法,轉(zhuǎn)子繞組中每相串聯(lián)的各級電阻值,可以用下面的公式計算：式中,m 為起動電阻級數(shù)；n 為各級起動電阻的序號，n1表示第一級，即最先被接的電阻；k 為常數(shù)；r 為最后被短接的那一級電阻值。k、r 值可分別由下列兩個公式計算：式中，s 為電動機額定轉(zhuǎn)差率； 為正常工作中電動機轉(zhuǎn)子電壓（V）； 為

38、正常工作時電動機轉(zhuǎn)子電流（A）。每相起動電阻的功率為：式中， 為轉(zhuǎn)子起動電流(A),取 1.5；R為每相串聯(lián)電阻（ ）。（二）、籠型異步電動機能耗制動參數(shù)計算圖2-12 為能耗制動整流裝置的原理圖。 圖2-12 能耗制動整流裝置的原理圖 反接制動時，三相定子回路中各相串聯(lián)的限流電阻 R 可按下面經(jīng)驗公式近似計算： 式中 為電動機定子繞組相電壓（V）； 為全壓起動電流（A）；k為系數(shù)，當要求最大反接制動電流 時，k0.13，當要求 時，k1.5。若在反接制動時，僅在兩相定子繞組中串接電阻，選用電阻值應為上述計算值的 1.5 倍，而制動電阻的功率為：式中， 為電動機額定電流；R 為每一相串接的限流

39、電阻值。根據(jù)制動頻繁程度適當選取前面系數(shù)。 六、籠型異步電動機能耗制動參數(shù)計算（一）能耗制動直流電流與電壓的計算 從制動效果來看，希望直流電流大些，但是過大的電流會引起繞組發(fā)熱，耗能增加，而且當磁路飽和后對制動力矩的提高也不明顯，通常制動直流電流按下式選取 或 式中，I0 為電動機空載電流； 為電動機額定電流。制動時，直流電壓為 式中，R 為兩相串聯(lián)定子繞組的冷電阻。（二）整流變壓器參數(shù)計算對單相橋式整流電路：1）變壓器二次交流電壓為： 2）變壓器容量計算。由于變壓器僅在能耗制動時工作，故容量允許比長期工作小。根據(jù)制動頻繁程度，取計算容量的（1/21/4）。七、控制變壓器容量計算當控制線路比較

40、復雜，控制電壓種類比較多時，需要采用控制變壓器進行電壓變換，以提高工作的可靠性和安全性?？刂谱儔浩鞯娜萘靠梢愿鶕?jù)它供電的控制線路在最大工作負載時所需要的功率來考慮，并留有一定的余量。即式中， 為控制變壓器容量（VA）； 為控制電路在最大負載時所有吸持電器消耗功率的總和（VA），對于交流電磁式電器， 應取其吸持視在功率（VA）； 為變壓器容量儲備系數(shù)，一般取1.11.25電器型號起動功率吸持功率JZ7CJ10-5CJ10-10CJ10-20CJ10-40753565140230126112232CJ0-10CJ0-20CJ0-4077156280143333MQ1-5101MQ1-5111MQ1

41、-5121MQ1-5131MQ1-5141450100017002200100000508095130480表2-4 起動與吸持功率交流電磁式電器的起動與吸持功率（均為視在功率）列于表2-4 中八、常用電器元件的選擇在控制系統(tǒng)原理圖設計完成之后，就可根據(jù)線路要求，選擇各種控制電路，并以元件目錄表形式列在標題欄上方。正確、合理地選用各種電器元件，是控制線路安全、可靠工作的保證，也是使電氣控制設備具有一定的先進性和良好的經(jīng)濟性的環(huán)節(jié)。下面介紹一些常用控制電器的選用依據(jù)。（一）按鈕、刀開關(guān)、組合開關(guān)、限位開關(guān)及斷路器的選擇 1按鈕 選用依據(jù)主要是根據(jù)需要的觸點對數(shù)、動作要求、是否需要帶指示燈，使用場

42、合以及顏色等要求。2刀開關(guān) 選用根據(jù)是電源種類、電壓等級、斷流容量及需要極數(shù)。當用刀開關(guān)來控制電動機時，其額定電流要大于電動機額定電流的 3 倍。3組合開關(guān) 選用依據(jù)是電源種類、電壓等級、觸頭數(shù)量以及斷流容量。當采用組合開關(guān)來 控制5kW以下小容量異步電動機時，其額定電流一般為（1.52.5）IN ,接通次數(shù)小于（1520）次/h，常用的組合開關(guān)為HZ10系列。4限位開關(guān) 選用根據(jù)是機械位置對開關(guān)型式的要求和控制線路對觸頭數(shù)量的要求，以及電流、電壓等級來確定其型號。5斷路器 在初步確定斷路器的類型和等級后，各級保護動作值的整定還必須注意和上、下級開關(guān)保護特性的協(xié)調(diào)配合，從總體上滿足系統(tǒng)對選擇性

43、保護的要求。（二）接觸器的選擇 交流接觸器的選用主要依據(jù)是接觸器主觸頭的額定電壓、電流要求、輔助觸頭的種類、數(shù)量以及額定電流，控制線圈電源種類、頻率與額定電壓，操作頻繁程度負載類型等因素。具體選用方法是：1）主觸頭額定電流IN的選擇。 主觸頭的額定電流應大于、等于負載電流，對于電動機負載可按下面經(jīng)驗公式計算主觸頭電流IN： 式中，PN為被控制電動機額定功率（kW）；UN為電動機額定線電壓（V）；k為經(jīng)驗系數(shù)取11.4。 在選用接觸器額定電流應大于計算值，也可以參照表2-5，按被控制電動機的容量進行選取。對于頻繁起動，制動與頻繁正反轉(zhuǎn)工作情況，為了防止主觸頭的燒蝕和過早損壞，應將接觸器的額定電流

44、降低一個等級使用，或?qū)?表2-5 中的控制容量減半選用。型號額定電流/A可控制的籠型異步電動機的最大容量/kW220V380V500VCJ10-5CJ10-10CJ10-20CJ10-40CJ10-60CJ10-100CJ10-1505102040601001501.22.25.5111730432.24.010.020.030.050752.24.010.020.030.05075表2-5 接觸器額定電流的選取2)主觸頭額定電壓 UN 應大于控制線的額定電壓。3）接觸器副觸點數(shù)量、種類應滿足控制要求， 當輔助觸點的對數(shù)不能滿足要求時，可用增設中間繼電器方法來解決。4）接觸器控制線圈的電壓種類

45、與電壓等級應根 據(jù)控制線路要求選用。 簡單控制線路可直接選用交流 380V、220V。線路復雜，使用電器較多時，應選用 127V、110V 或更低的控制電壓。 直流接觸器主要有 CZ0系列，選用方法與交流接觸器基本相同。（三）繼電器的選擇1電磁式繼電器的選用 選用的依據(jù)主要是：被控制或被保護對象的特性、觸點的種類、數(shù)量、控制電路的電壓、電流、負載性質(zhì)等因素。線圈電壓、電流應滿足控制線路的要求。如果控制電流超過繼電器觸點額定電流，可將觸點并聯(lián)使用，也可以采用觸點串聯(lián)使用方法來提高觸頭的分斷能力。2時間繼電器的選用 選用時應考慮延時方式、延時范圍、延時精度要求、外形尺寸、安裝方式、價格等因素。常用

46、的時間繼電器有氣囊式、電動式和晶體管式等，在延時要求精度不高，電源電壓波動大的場合，宜選用價格較低的電磁式或氣囊式時間繼電器。當延時范圍大，延時準確度要求高時，可選用電動式或晶體管式時間繼電器。 3熱繼電器的選用 一般的電動機都應考慮過載保護。 熱繼電器有兩相式、三相式及三相帶斷相保護式等型式。對于星型接法的電動機及電源對稱性好的情況可采用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。對于三角形接法的電動機或電源對稱性不夠好的情況則應選用三相結(jié)構(gòu)或帶斷相保護的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器。而在重要場合或容量較大的電動機，可選用半導體溫度繼電器進行過載保護。 熱繼電器發(fā)熱元件額定電流，原則上按被控制電動機的額定電流選?。ㄋ模?熔斷器

47、選擇 熔斷器選擇的主要內(nèi)容是其類型、額定電壓、熔斷器額定電流等級與熔體額定電流。根據(jù)負載保護特性、短路電流大小、各類熔斷器的適用范圍來選用熔斷器的類型。 熔體額定電流是選擇熔斷器的關(guān)鍵，它與負載大小、負載性質(zhì)密切相關(guān)。對于負載平穩(wěn)、無沖擊電流，如照明、信號、電熱水器可直接按負載額定電流選取。而對于像電動機一類有沖級電流負載，熔體額定電流可按下式計算值選取。單臺電動機長期工作多臺電動機長期共用一個熔斷器保護式中， 為容量最大一臺電動機的額定電流； 是除容量最大的電動機之外，其余電動機額定電流之和。輕載及起動時間短時，系數(shù)取 1.5，起動負載較重及起動時間長，起動次數(shù)又多的情況，則取 2.5。熔體

48、額定電流的選擇還要照顧到上下級保護的配合，以滿足選擇性保護的要求，使下一級熔斷器的分斷時間較上一級熔斷器熔體的分斷時間要小，否則將發(fā)生越級動作，擴大停電范圍。第三節(jié) 電氣控制裝置工藝設計 工藝設計的目的是為了滿足電氣控制設備的制造和使用要求。在完成電器原理設計及電器元件選擇后，就可以進行電氣控制設備總體配置，既總裝配圖、總接線圖設計，然后再設計各部分的電器裝配圖與接線圖，并列出各部分的元件目錄、進出線號以及主要材料清單等技術(shù)資料，最后編寫使用說明書。一、電氣設備總體配置設計 各種電器元件安裝位置不同，在構(gòu)成一個完整的自動控制系統(tǒng)時，必須劃分組件，同時要解決組件之間連線問題。劃分組件的原則是：1）功能類似的元件組合在一起 2）盡可能減少組件之間的連線數(shù)量接線關(guān)系密切的控制電器置于同一組件中3）強弱電控制器分離以減少干擾4）整齊美觀外形尺寸，重量近似的電器組合在一起5）便于檢查和調(diào)試需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護和易損元件組合在一起 電氣控制設備的各部分及組件之間的接線方式通常有：1） 電器板、控制板、機床電器的進出線一般采 用接線端子2） 被控制設備與電氣箱之間采用多孔接插件， 便于拆裝、搬運3） 印刷電路板及弱電控制組件之間宜采用各種 類型標準接插件二、元件配置圖的設計與繪制電氣元件布置圖是某些電器元件按一定規(guī)則的組合。電器元件布置圖的設計依據(jù)是部件原理圖（總原理圖的一部分）。同一組件