电气控制系统(如何设计电气控制系统？)

一、电气控制系统设计的一般原则

1.最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求。电气控制系统设计的依据主要来源于生产机械和生产工艺的要求。

2.设计方案要合理。在满足控制要求的前提下，设计方案应简单、经济、易于操作和维护，不要盲目追求高指标和自动化。

3.机械设计和电气设计要相互配合。很多生产机械都是采用机械和电气控制相结合的方式来实现控制要求，所以要从工艺要求、制造成本、结构复杂程度、使用维护方便等方面来协调和处理好机械和电气的关系。

4.确保控制系统安全可靠地工作。

电气控制系统设计的基本任务是设计和编制必要的图纸、数据等。在设备制造、使用和维护过程中按控制要求进行。包括电气原理图、电气系统元件划分图、元件布置图、安装接线图、电气箱图、控制面板图、电气元件安装底板图、非标准件加工图等。

电气控制系统的设计主要包括两部分:原理设计和工艺设计；

1、原则设计内容

(l)起草电气设计任务书。

(2)确定电气驱动方案，选择电机。

(3)设计电气控制原理图，计算主要技术参数。

(4)选择电气元件并制作元件清单。

(5)编写设计说明书。

2.工艺设计内容

(l)设计电气总布置、总安装和总接线图。

(2)设计元件布局、安装和接线图。

(3)设计电气箱、操作台和非标准部件。

(4)列出组件。

(5)编写操作和维护说明书。

三。电气控制系统设计的一般步骤

1.起草设计任务书

设计任务书是整个电气控制系统的设计依据，也是设备竣工验收的依据。由技术领导部门、设备使用部门、任务设计部门共同完成。

电气控制系统设计任务书主要包括以下内容:

(1)设备名称、用途、基本结构、动作要求和工艺介绍。

(2)电力驱动的方式和控制要求等。

(3)联锁和保护要求。

(4)自动化程度、稳定性和抗干扰要求。

(5)操作台、照明、信号指示和报警方式的要求。

(6)设备验收标准。

(七)其他要求。

2.确定电力驱动方案。

电气传动方案的选择是电气控制系统设计的主要内容之一，也是今后各部分设计内容的基础和前提。

电驱动方案主要从几个方面考虑:

(1)拖动方式的选择:电动拖动方式，独立拖动？集中拖？

(2)调速方案的选择:

大型、重型设备的主运动和进给运动应尽可能采用无级调速；精密机械设备也应采用无级调速，保证加工精度；对于一般中小型设备，当无特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相笼型异步电动机。

(3)电动机的调速性能应适应负载特性。

恒功率负载？恒扭矩负载？选择电机调速方案时，电机的调速特性应与生产机械的负载特性相适应，使电机得到充分合理的应用。

3.牵引电机选择的基本原则

(1)根据生产机械的调速要求选择电机类型。

(2)工作过程中应充分利用电机的容量。

(3)根据工作环境选择电机的结构类型。

4.选择控制模式

控制模式来实现拖动方案的控制要求。随着现代电气技术的快速发展，生产机械电气传动的控制方式已经从传统的继电器接触器控制发展到PLC控制、CNC控制、计算机网络控制等，并且控制方式越来越多。控制方式的选择应在经济和安全的前提下，最大限度地满足工艺要求。

5.设计电气控制原理图，合理选择元器件，编制元器件清单。

6.设计各种电气设备的施工图。

7.编写设计说明书和操作说明书。

二、电气控制原理电路设计的方法和步骤

一、电气控制原理电路的基本设计方法

电气控制原理电路设计的方法包括分析设计法和逻辑设计法。

1.分析和设计方法

分析方法是根据生产工艺要求选择合适的基本控制环节(单元电路)或根据其联锁条件组合成熟的电路，通过补充和修改合成为满足控制要求的完整电路。当没有现成的典型环节时，可以根据控制要求进行分析设计。

优点是设计方法简单，没有固定的设计程序，易于初学者掌握，广泛应用于电气设计中；

缺点是设计的方案不一定是最好的，在经验不足或者考虑不全面的情况下会影响线路的可靠性。

2.逻辑设计方法

逻辑设计方法是用逻辑代数来设计电路。从生产机械的拖动要求和工艺要求出发，将接触器和继电器线圈的通断、触点的闭合和断开、控制电路中主要电器的通断视为逻辑变量。根据控制要求，用逻辑关系表示它们之间的关系，然后简化，做出相应的电路图。

优点是可以获得理想且经济的方案。

缺点是这种方法设计难度大，整个设计过程比较复杂，涉及到一些新概念。因此在一般常规设计中很少单独使用。

二、电气原理图设计的基本步骤

(l)根据确定的拖动方案和控制方式，设计系统的原理框图。

(2)设计原理框图中各部分的具体电路。设计应按主回路、控制回路、辅助回路、联锁和保护、一般检查的反复修改和改进的顺序进行。

(3)画出总原理图。

(4)合理选择电气元件，并编制元件清单。

三。原理图设计的一般要求

1、电气控制原理应满足工艺要求。

设计前必须对生产机械的工作性能、结构特点和实际加工情况有充分的了解，并在此基础上考虑控制方式、起动、换向、制动和调速的要求，设置各种联锁和保护装置。

2.控制电路的电源类型和电压值要求

对于相对简单的控制电路，往往直接使用交流380V或220V电源，不需要控制电源变压器。对于复杂的控制电路，应使用控制电源变压器将控制电压降至110V或48V或24v。220v或110V DC电源通常用于频繁操作的DC电源驱动控制电路。DC电磁铁和电磁离合器的控制电路通常由24V DC电源供电。

空调控制电路的电压必须是以下一个或多个规定电压:

6V、24V、48V、110V(优选值)、220V、380V、50Hz。

DC控制电路的电压必须是以下一个或多个规定电压:

6V，12V，24V，48V，110V，220V .

3.确保电气控制电路的可靠性和安全性。

(1)电器元件的工作应稳定可靠，满足使用环境条件，动作时间的协调不会引起竞争。

在复杂的控制电路中，在某种控制信号的作用下，电路从一种稳定状态变为另一种稳定状态，往往几个电气元件的状态同时发生变化。考虑到电气元件总是有一定的动作时间，时序电路会得到几种不同的输出状态。这种现象被称为电路的“竞争”。至于开关电路，由于电器元件的释放延迟，也有开关元件不按要求的逻辑功能输出的可能，这就是所谓的“冒险”。

“竞争”和“冒险”现象都会导致控制电路不能按要求动作。当电气元件的动作时间可能影响控制电路的动作时，需要用一种能准确反映元件动作时间及其相互配合的方法(如时序图法)来准确分析动作时间，以保证电路的正常运行。

2)电气元件的线圈和触点之间的连接应符合相关国家标准。

电气元件的图形符号应符合GB4728的规定，绘制时应合理布置布局。比如主电路一般安排在左侧或上方，控制电路或辅助电路安排在右侧或下方，元器件目录安排在标题上方。

在实际连接中，应注意以下几点:

①正确连接电气线圈。交流电压线圈通常不串联使用，即使是两个同类型的电压线圈也不能串联到线圈额定电压两倍的交流电源上，以免电压分布不均匀造成工作不可靠。

在DC控制电路中，具有大电感的电气线圈，如电磁阀、电磁铁或DC电机励磁线圈，不应直接与相同电压等级的接触器或中间继电器并联使用。如图，当触点KM断开时，电磁铁YA的线圈两端产生较大的感应电动势，加在中间继电器KA的线圈上，导致KA误动作。为此，放电电阻R并联在YA线圈两端，KM常开触点接在KA支路，如图B)，能可靠工作。

②合理布置电气元件和触点的位置。对于某些电路，当电气元件或触点的位置互换时，并不影响其工作原理，但在实际运行中，影响电路安全并与导线长度有关，如图A)，连接不安全，浪费导线。图b)所示的连接更合理。

③防止寄生电路。寄生电路是指在控制电路工作过程中，意外发生的、非误操作引起的导通电路。图为带指示灯和过载保护的电机正反转控制电路。正常工作时，能完成正向和反向的启动、停止和信号指示。但当FR动作关断时，电路中出现如图中虚线所示的寄生电路，使接触器KM1不能可靠脱扣而得到过载保护。如果将FR触点位置移到SB1的上端，可以避免寄生电路。

④尽量减少连接线的数量和长度。

⑤控制电路工作时，应尽可能减少带电电器的数量，以降低故障的可能性，节约电能。

⑥在电路中使用小容量继电器触点断开或接通大容量接触器线圈时，需要分析触点容量的大小。如果不够，就要增加继电器容量或者增加中间继电器，否则工作不可靠。

4.应提供必要的保护链接。

发生事故时，控制回路应能保证操作人员、电气设备和生产机械的安全，并有效地制止事故的扩大。因此，在控制电路中应采取一定的保护措施，必要时可设置相应的指示信号。

5.操作和维护方便

控制回路应从运行人员和维护人员的工作出发，力求操作简单，维护方便。

6.控制电路应该简单且经济。

在满足工艺要求的前提下，控制电路应简单、经济。尽可能选择标准的电气控制环节和电路，减少电器数量，采用标准件，尽可能选择同型号的电器。