第4章电气控制系统设计

2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰1第四章电气控制线路设计1.电气控制系统设计是电气工程师必须具备的基本工程能力，是实现电气控制系统自动化、现代化的技术。本章通过实例介绍电气控制系统设计的方法和步骤。2.重点：电气控制电路设计的基本原则、方法。电气控制电路的测绘方法。3.技能目标：能设计简单生产机械的电气控制电路。能对生产设备的电气控制电路进行测绘。4.教学方法：课堂教学+互动交流2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰21.概述一般设计法：又称为经验设计法。它主要是根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接设计控制电路。逻辑设计法：它根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、设计控制线路。为什么要对设计方法进行改进？2.电气控制电路的设计原则设计的几个主要原则1）最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制线路的控制要求和保护要求。4.1电气控制线路设计概述2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰32）在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。尽量减少电器的数量尽量选用相同型号的电器和标准件，以减少备品量，尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的线路和环节。尽量减少控制线路中电源的种类尽可能直接采用电网电压，以省去控制变压器。尽量缩短连接导线的长度和数量设计控制线路时，应考虑各个元件之间的实际接线。4.1电气控制线路设计概述2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰42）在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。正确连接触点在控制电路中，应尽量将所有触点接在线圈的左端或上端，线圈的右端或下端直接接到电源的另一根母线上（左右端和上下端是针对控制电路水平绘制或垂直绘制而言的）。这样可以减少线路内产生虚假回路的可能性，还可以简化电气柜的出线。正确连接电器的线圈在交流控制电路中不能串联两个电器的线圈。4.1电气控制线路设计概述为什么？2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰52）在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。元器件的连接应尽量减少多个元件依次通电后才接通另一个电器元件的情况。要注意电器之间的联锁和其他安全保护环节4.1电气控制线路设计概述2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰63）保证控制的安全性和可靠性。4）操作和维修方便。4.1电气控制线路设计概述2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰73.电气控制电路的设计内容1）确定电力拖动方案和控制方案。2）选择拖动电动机的结构形式、型号和容量。3）设计电气控制系统原理图。4）绘制电气安装位置图、电气系统互连图。5）设计和选择电气设备元器件，并列出电器元件明细表。6）编写电气控制系统工作原理和使用说明书。你知道电路设计的内容有哪些吗？第四章电气控制系统设计2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰84.电气控制电路的设计方法常用的电气控制电路的设计方法有：经验设计法逻辑分析设计法(逻辑设计法)经验设计法是根据生产工艺的要求去选择适当的基本控制环节或经过考验成熟的电路，按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修改，综合成满足控制要求的完整电路。经验设计法——一般设计简单电路经常使用逻辑分析设计法，是根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、化简、设计电路的方法。逻辑分析设计法———一般设计较复杂电路使用一般技术人员常用经验设计法第四章电气控制系统设计2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰91、逻辑设计法简介逻辑设计法中继电器、触点的逻辑函数电气控制线路中的典型控制对象继电器逻辑开关函数表达式：21)(BSKASBFKA2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰10逻辑表达式的一般形式：•X开为控制对象的开启信号，应选取在开启边界线上发生状态改变的逻辑变量；•X关为控制对象的关断信号，应选取在控制对象关闭边界线上发生状态改变的逻辑变量。•在线路图中使用的触点K为输出对象本身的常开触点，属于控制对象的内部反馈逻辑变量，起自锁作用，以维持控制对象得电后的吸合状态。关开XKXFK)(2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰11X开和X关的选择•X开和X关一般要选短信号，这样可以有效防止启/停信号波动的影响，保证了系统的可靠性。2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰12更进一步的表达式：在某些实际应用中，为进一步增加系统的可靠性和安全性，X开和X关往往带有约束条件。对约束条件的说明）（关约关开约开XXKXXFK)(2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰132.简单设计法介绍简单设计法定义：一般设计法中的重要设计原则和逻辑设计法中的控制对象的开关逻辑函数就组成了简单设计法。设计步骤找出控制对象的开启信号、关断信号；如果有约束条件，则找出相应的开启约束条件和关断约束条件；把各种已知信号带入公式中，写出控制对象的逻辑函数（熟练后可省去该步）；结合一般设计法的设计原则和逻辑函数，画出该控制对象的电气线路图。最后根据工艺要求做进一步的检查工作。2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰142.简单设计法介绍简单设计法关键：简单设计法的核心内容是找出控制对象的开启条件（短信号）和关断条件（短信号），然后所有的设计问题就很简单了，当然一些控制对象的开启条件和关断条件的短信号不容易找出来，这时就要采取一些其他技巧和措施配合使用才能解决问题。2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰153.简单设计法应用举例三台电动机的顺序启停控制现有三台电动机M1、M2、M3，要求启动顺序为：先启动M1，经T1后启动M2，再经T2后启动M3；停车时要求：先停M3，经T3后再停M2，再经T4后停M1。三台电机使用的接触器分别为KM1、KM2和KM3。试设计该三台电动机的启/停控制线路。2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰16三台电动机的顺序启停控制设计过程2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰175.电气控制电路的设计步骤1）分析设计要求2）确定拖动方案和控制方式3）设计主电路4）设计控制电路5）将主电路和控制电路合并6）检查与完善如果你设计电路你会做哪些工作？第四章电气控制系统设计2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰181．分析设计要求分析所设计设备的总体要求及工作过程，明了设备生产工艺对电气控制电路的总体要求。通过技术分析，选择合理的传动方案和最佳控制方案。保证设计的安全可靠性。对初步设计的电路进行模拟试验，验证控制电路能否满足设计要求。第四章电气控制系统设计2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰192．确定拖动方案和控制方式电力拖动方案主要包括：起动、制动、正反转和传动的调速方式等。电气控制方案主要有:继电——接触器控制系统、可编程序控制器控制、数控装置及微机控制等。控制方式的选择主要有:时间控制、速度控制、电流控制及行程控制。经验设计法的设计过程为：主电路控制电路联锁和保护电路总体检查与完善第四章电气控制系统设计2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰203．设计主电路按着电气控制要求、保护要求，根据经验绘制主电路原理草图。4．设计控制电路几个规律：1）当要求在几个条件中，只要具备其中任何一个条件被控电器的线圈就能得电时，可用几个常开触头并联后与被控线圈串联来实现。2）当要求在几个条件中，只要具备其中任何一个条件被控电器的线圈就能断电时，可用几个常闭触头串联后与被控线圈串联来实现。3）当要求必须同时具备几个条件，被控电器的线圈才能得电时，可用几个常开触头与被控线圈串联来实现。4）当要求必须同时具备几个条件，被控电器的线圈才能断电时，可用几个常闭触头并联后与被控线圈串联来实现。第四章电气控制系统设计2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰215．将主电路和控制电路合并将设计好的主电路和控制电路合并成一个完整的电气控制电路。6．检查与完善控制电路初步设计完成后，可能还有不可靠、不合理和不安全的地方，应进一步仔细校验是否符合控制要求，对不符合控制要求的地方做进一步的完善和修改，直至完全符合控制要求为止，以确保电路的正确性和实用性。第四章电气控制系统设计2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰226.电路设计注意事项1．合理选择控制电源2．正确连接电器的线圈3．正确连接电器的触头4．简化电路，减少电器的数量及触头5.合理放置电器触头位置，减少连接导线的数量或长度6.尽量减少电器不必要通电时间7.避免出现寄生电路8.保证控制电路工作可靠和安全9.电路应设有必要的保护环节设计电路应注意哪些问题？第四章电气控制系统设计2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰231．合理选择控制电源1）电路较简单，电器较少时：控制电路直接选用主电路电源，380V或220V；2）电路较复杂，电器较多时：采用控制变压器，将控制电压降到110V以下。3）直流电磁器件：采用直流电源，如液压系统的电磁阀第四章电气控制系统设计2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰242．正确连接电器的线圈图1电器元件线圈应并联接入电路a)不正确×（达不到额定电压吸力不够）b)正确√哪个电路接线正确？？第四章电气控制系统设计2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰253．正确连接电器的触头图2a)不合理×（出盘线4根，按钮常开、常闭触头不等电位）b)合理√（出盘线3根）第四章电气控制系统设计2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰264．简化电路，减少电器的数量及触头例一：哪个电路更合理？第四章电气控制系统设计图3简化电路，减少电器数量a)不合理×（多用一个KM1常开，SB4亦可省略）b)合理√2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰27例二：哪个电路更合理？第四章电气控制系统设计图4简化电路，减少触头数量a)不合理×（多用一个常开触头KA1）b)合理√2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰285.合理放置电器触头位置，减少连接导线的数量或长度哪个电路更合理？第四章电气控制系统设计图5合理放置电器触头的位置a)不合理×（出盘线4根）b)合理√（出盘线3根）2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰296.尽量减少电器不必要通电时间哪个电路更合理？第四章电气控制系统设计图6减少电器不必要通电时间a）电动机降压起动后KM1、KT一直处于通电状态，不合理b）合理2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰307.避免出现寄生电路下图是一个具有指示电路和过载保护的正反转控制电路，试分析如果电动机出现过载，FR能否切断控制电路使电动机停转？动脑筋分析电路功能？第四章电气控制系统设计不能！电流可以沿着1，2，3，5，7，6，8形成回路，无法实现过载保护。2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰318.保证控制电路工作可靠和安全最主要的是选用可靠的电器元件。•在选用电器时，尽量选用机械和电气寿命长、结构合理、动作可靠、抗干扰性能好的电器。•在电路中采用小容量继电器的触头接通和断开大容量接触器的线圈时，要计算电器触头和接通容量是否足够。若不够，必须加大继电器容量或增加中间继电器。9.电路应设有必要的保护环节•一般选用过载、短路、过流、过压、失压、弱磁等保护环节，必要时还应考虑设置合闸、断开、事故、安全等指示信号，以保证即时在误操作情况下也不至于造成事故。第四章电气控制系统设计跳转2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰32电气控制电路设计举例设计要求：某控制机床需要两台电动机拖动，电动机型号均为Y132M—6，4KW，9.4A，△接。该机床可以两地控制，其中一台电动机M1需拖动生产机械做往返运动，另一台电动机M2拖动生产机械旋转，要求M1启动3min后M2才可以启动，而且逆序停止。并且要求要过载、短路、失压欠压保护。你的设计思路是什么？工艺分析电路的初步设计（主电路、控制电路）控制电路的检查与完善电动机和电器元件的选择2020/2/26现代电气控制技术－－李晓峰331．工艺分析基本功能：两地控制、正反转控制