文档电气控制系统设计演示文档PPT课件

1、作 业P134:P134: 2 2第1页/共88页 为电气控制装置本身的制造、使用、运行及维修的需要而进行的生产工艺设计。1、电气原理图设计 为满足生产机械及其工艺要求而进行的电气控制设计。2、电气工艺设计第2页/共88页第一节 电气控制设计的原则、内容和程序()一、电气控制设计的一般原则1）最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，这些生产工艺要求是电气控制设计的依据。 2）在满足控制要求前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不要盲目追求自动化和高指标。 3）正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作。 4）为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力留有适当裕

2、量。第3页/共88页二、电气控制设计的基本内容 电气控制系统设计的基本内容是根据控制要求，设计和编制出电气设备制造和使用维修中必备的图样和资料等。 包括电气原理图设计和电气工艺设计两部分。 第4页/共88页（一）电气原理图设计内容1）拟定电气设计任务书 2）选择电气拖动方案和控制方式 3）确定电动机类型、型号、容量、转速4 4）设计电气控制原理框图、确定各部分之间的关系设计电气控制原理框图、确定各部分之间的关系5）设计并绘制电气控制原理图，计算主要技术参数7）编写设计说明书6）选择电器元件，制定元器件清单第5页/共88页（二）电气工艺设计内容1 1）根据设计出的电气原理图及选定的电气元件根据设

3、计出的电气原理图及选定的电气元件, ,设计电设计电气设备的总体配置气设备的总体配置, ,绘制电气控制系统的总装配图及绘制电气控制系统的总装配图及总接线图。总接线图。2 2）按照原理框图或划分的组件，对总原理图进行编号，按照原理框图或划分的组件，对总原理图进行编号，绘制各组件原理电路图，列出各部件的元件目录表，绘制各组件原理电路图，列出各部件的元件目录表，并根据总图编号列出各组件的进出线号并根据总图编号列出各组件的进出线号 。3 3）根据组件原理电路图及选定的元件目录表，设计组根据组件原理电路图及选定的元件目录表，设计组件电器装配图（电器元件布置与安装图）、接线图、件电器装配图（电器元件布置与安

4、装图）、接线图、图中应反映出各电器元件的安装方式和接线方式。图中应反映出各电器元件的安装方式和接线方式。 第6页/共88页4）根据组件装配要求，绘制电器安装板和非标准根据组件装配要求，绘制电器安装板和非标准的电器安装零件图样的电器安装零件图样。5）设计电气箱，根据组件尺寸及安装要求确定电设计电气箱，根据组件尺寸及安装要求确定电气柜结构与外形尺寸，设置安装支架，标明安气柜结构与外形尺寸，设置安装支架，标明安装方式，各组件的连接方式，通风散热方式及装方式，各组件的连接方式，通风散热方式及开门方式等开门方式等 。6）汇总总原理图、总装配图及各组件原理图等资汇总总原理图、总装配图及各组件原理图等资料，

5、列出外构件清单，标准件清单，主要材料料，列出外构件清单，标准件清单，主要材料消耗定额等消耗定额等 。7）编写使用维护说明书。编写使用维护说明书。 第7页/共88页三、电气控制设计的一般程序1 拟定设计任务书拟定设计任务书 2 选择拖动方案选择拖动方案 3 3 选择电动机选择电动机4 4 选择控制方式选择控制方式 5 5 设计电气控制原理图设计电气控制原理图 6 6 设计电气设备制造、安装、调试所必需的设计电气设备制造、安装、调试所必需的各种施工图各种施工图 7 7 编写设计说明书编写设计说明书 第8页/共88页第二节 电力拖动方案的确定和电动机的选择()一、电力拖动方案的确定（三）电动机调速性

6、质应与负载特性相适应（一）拖动方式的选择（二）调速方案的选择第9页/共88页二、拖动电动机的选择1）电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求，要与负载的负载特性相适应。保证运行稳定且具有良好的起动、制动性能。2）工作过程中电动机容量能得到充分利用，使其温升尽可能达到或接近额定温升值。3）电动机结构型式满足机械设计提出的安装要求，并能适应周围环境工作条件。4）在满足设计要求前提下，应优先采用结构简单、价格便宜、使用维护方便的三相笼型异步电动机。第10页/共88页1分析计算法 根据生产机械负载图预选一台电动机，再用该电动机的技术数据和生产机械负载图求出电动机的负载图。最后按电动机的负载图从发热的方

7、面进行校验，并检查电动机的过载能力与起动转矩是否满足要求，如若不合格，另选一台电动机重新计算，直到合格为止。第11页/共88页2统计类比法 将各国同类型、先进的电动机容量进行统计和分析，从中找出电动机容量与机床主要参数间的关系，再根据国情得出相应的计算公式来确定电动机容量的一种实用方法。DP54. 15 .36式中： P电动机容量，单位为KW； D工件最大直径，单位为m。（1）车床第12页/共88页DP88. 020（2）立式车床式中 ： P电动机容量，单位为KW； D工件最大直径，单位为m。DP19.10646.0式中：D最大钻孔直径，单位为mm。（3）摇臂钻床第13页/共88页（4）卧式镗

8、床DP7 . 1004. 0式中：D镗杆直径，单位为mm。KBP1 . 0（5）外圆磨床式中： B砂轮宽度，单位为mm。 K砂轮主轴用滚动轴承时，K=0.81.1, 砂轮主轴用滑动轴承时，K=1.01.3。第14页/共88页（6）龙门铣床16616. 1BP 式中：B工作台宽度，单位为mm。第15页/共88页一、电气控制原理图设计的基本步骤 1）设计系统原理框图 2）设计出原理框图中各个部分的具体电路 3）绘制系统总原理图 4）选择电气原理图中每一电器元件，编制 出元器件目录清单 第16页/共88页二、电气控制原理图的设计方法 根据生产工艺的要求，利用各种典型的基本控制环节或比较成熟的电路，按

9、各部分的联锁条件组合起来，加以补充、修改、完善，最后得出完整控制电路。 设计方法简单，易为初学者掌握，在电气设计中被普遍采用；不易获得最佳方案，当经验不足或考虑不周全时会影响线路工作的可靠性。第17页/共88页 它是根据生产工艺要求，利用逻辑代数来分析、设计线路。能获得理想、经济的方案。难度较大，不易掌握；设计过程较复杂，在一般常规设计中，很少单独采用。第18页/共88页1、电气控制原理图设计中应注意的问题 交流控制电路电压必须是下列规定电压的一种或几种： 6V，24V，48V，110V（优选值），220V，380V。 直流控制电路电压必须是下列规定电压的一种或几种： 6V，12V，24V，4

10、8V，110V，220V。 （一）分析设计法 第19页/共88页 对于较简单交流控制电路，常直接采用交流380V或220V电源。 对于较复杂交流控制电路，应采用变压器，将控制电压降到110V或48V、24V。 对于操作较频繁的直流电力传动控制电路，常用220V或110V直流电源供电。 对于直流电磁铁及电磁离合器的控制电路，常采用24V直流电源供电。 第20页/共88页节约电能、延长电器元件使用寿命、减少线路故障。 如：P56 Y减压起动控制中的时间继电器尽量减少触头数量，若触头数量不够可增加中间继电器。第21页/共88页第22页/共88页直流电路第23页/共88页CBABAfK)1 (CBAB

11、A第24页/共88页 两个同型号电压线圈也不能串联后接在两倍线圈额定电压的交流电源上，以免电压分配不均引起工作不可靠。第25页/共88页两线圈吸合快慢不一致: 导致先吸合电器的磁路先闭合 阻抗 电感显著 ,其线圈上的电压也 , 导致另一个不能吸合。 同时电路电流 , 可能烧毁线圈。两个同时动作的线圈应并联连接第26页/共88页 电感较大的电器线圈（如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等）不宜与同电压等级的接触器或中间继电器直接并联使用。 原因：当触点KM断开时，电磁铁YA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，造成KA的误动作。 解决方法：电磁铁线圈LYALKA 在YA线圈两端

12、并联放电电阻R，并在KA支路串入KM常开触点，就能可靠工作。 第27页/共88页 不合理安排会影响运行安全、浪费导线。 a）不合理 原因： 1）因为行程开关SQ的常开和常闭触点靠得很近，在触点断开时，由于电弧可能造成电源短路。 2）这种接法SQ要引出四根导线，浪费导线。 b）接法较为合理，且只需引出3根导线。合理不合理第28页/共88页SQKM1KM2SQKM1KM2不合理合理第29页/共88页是指在控制电路的动作过程中，意外出现不是由于误操作而产生的接通电路。 正常工作时，能完成正反向起动、停止与信号指示。 但当FR动作，断开后，电路出现了图中虚线所示的寄生电路，使KM1不能可靠释放而得不到

13、过载保护。 （a）错误第30页/共88页（a）错误（b）正确 或将FR触点移到SB1上端也可避免产生寄生电路。第31页/共88页（a）不合理（b）合理第32页/共88页发生触点“竞争” ，防止电路中因电气元器件动作时间引起配合不良的后果。第33页/共88页第34页/共88页2、分析设计法的步骤主要考虑电动机起动、点动、正反转、制动及多速控制的要求。设计满足设备和设计任务要求的各种自动、手动的电气控制电路。构成满足整机生产工艺要求的控制电路。设计保护、联锁、检测、信号和照明等环节控制电路。第35页/共88页3、举例：龙门刨床横梁升降控制线路设计垂直刀架顶梁立柱工作台侧刀架床身横梁视频第36页/共

14、88页1）要求横梁沿立柱能上升、下降作调整运动 。2）正常情况下横梁应夹紧在立柱上，夹紧机构由夹紧电动机拖动，而横梁的上、下移动则由另一台横梁升降电动机拖动 。3）在动作配合上，当横梁上升时应按照横梁松开上移夹紧的顺序进行； 当横梁下降时应按照横梁松开下移横梁回升夹紧的顺序进行 。4）横梁升降应设有限位保护，对夹紧电动机应设有夹紧力保护 。横梁电机横梁电机第37页/共88页 a) 为了实现上下移动和夹紧放松的要求，两台电动机都要求能正反转。 b) 夹紧的判断采用过电流继电器实现。 原因：夹紧力大，定子电流也大。升降电机夹紧电机上升下降松开夹紧第38页/共88页 控制分析： a)横梁升降为调整运

15、动，故采用点动控制。 b)横梁放松到位采用复合行程开关SQ1来判断，松开到位SQ1压下，SQ1不受压表示夹紧或松开但未到位。 c）横梁上升控制动作过程： 按下上升按钮 横梁放松(夹紧电机M2正转) 停止放松横梁自动上升(升降电机M1正转) 上升到位放开上升按钮 横梁停止上升(M1停止) 横梁自动夹紧(夹紧电机M2反转) 行程开关, 过电流继电器动作 M2停转 上升结束。 d)横梁下降时暂不考虑回升，与上升控制完全相同。第39页/共88页按下上升按钮 横梁放松(夹紧电机M2正转) 停止放松横梁自动上升(升降电机M1正转) 上升到位放开上升按钮 横梁停止上升(M1停止) 横梁自动夹紧(夹紧电机M2

16、反转) 行程开关, 过电流继电器动作 M2停转 上升结束。 KM3通电KM1通电KM1断电KM4通电KM4断电 第40页/共88页上升下降松开夹紧时，SQ1释放放松时，SQ1压下夹紧升降电机夹紧电机第41页/共88页夹紧夹紧时，SQ1释放放松时，SQ1压下上升下降松开夹紧升降电机夹紧电机当松开到位后，行程开关SQ1压下，可利用行程开关SQ1实现KM1线圈通电。SB1KM1KM3FUSQ1KM3SQ1上升上升放松放松第42页/共88页夹紧夹紧时，SQ1释放放松时，SQ1压下上升下降松开夹紧升降电机夹紧电机上升到位后，上升按钮会松开，上升应停止，所以上升按钮还要使KM1线圈停电。第43页/共88页

17、夹紧夹紧时，SQ1释放放松时，SQ1压下上升下降松开夹紧升降电机夹紧电机松开上升按钮后,要执行夹紧,因此松开上升按钮的同时应使KM4线圈通电.可利用KM1常闭触点控制KM4线圈的通电.第44页/共88页夹紧夹紧时，SQ1释放放松时，SQ1压下上升下降松开夹紧升降电机夹紧电机能否这样连接？第45页/共88页夹紧夹紧时，SQ1释放放松时，SQ1压下上升下降松开夹紧升降电机夹紧电机当执行夹紧时,行程开关会释放,导致横梁未夹紧,KM4线圈就断电,所以应增加自锁触点KM4.第46页/共88页夹紧夹紧时，SQ1释放放松时，SQ1压下上升下降松开夹紧升降电机夹紧电机当夹紧后,过电流继电器动作,应使夹紧电机断

18、电,所以应将KI常闭触点串在KM4线圈电路中.第47页/共88页夹紧夹紧时，SQ1释放放松时，SQ1压下上升下降松开夹紧升降电机夹紧电机下降时, 与上升控制过程一样.因此可采用相同的方法实现.当按下降按钮时,KM3也应通电(即执行放松),所以下降按钮应与上升按钮并联.第48页/共88页夹紧夹紧时，SQ1释放放松时，SQ1压下上升下降松开夹紧升降电机夹紧电机松开到位后，行程开关SQ1压下, 使横梁下降, 可利用行程开关SQ1实现KM2线圈通电.第49页/共88页夹紧夹紧时，SQ1释放放松时，SQ1压下上升下降松开夹紧SB1SB2KM1KM3FUSQ1KIKM2KM4KM3SQ1KM1KM4KM2

19、上升上升下降下降放松放松夹紧夹紧升降电机夹紧电机当松开下降按钮后,要执行夹紧，因此松开下降按钮的同时应使夹紧电机夹紧,可采用KM2常闭触点来控制KM4线圈的通电。第50页/共88页升降电机夹紧电机夹紧夹紧时，SQ1释放放松时，SQ1压下上升下降松开夹紧上升和下降要互锁放松和夹紧要互锁第51页/共88页 上述设计的功能还不完善，缺少横梁下降时的短时间回升。 引入断电延时时间继电器，完成回升过程。KM2KT回升延时KM2KT上升 回升是有条件的，即只有下降才有回升，且在下降完成后才执行回升，所以串入常闭触点KM2。第52页/共88页 a)KM2辅助常闭触头使用数量超过其拥有量。（见P14） b)采

20、用的按钮是两对常开按钮，而通常采用一对常开一对常闭按钮。 （见P38） 因此需引入中间继电器KA，并用按钮去控制中间继电器KA。 上升中间继电器代替按钮的四个常开触头，同时代替KM2的一个常闭触头。第53页/共88页中间继电器代替按钮的四个常开触头，同时代替KM2的一个常闭触头。上升上升只需要1个KA，两个KA并联，1个KA作用相同第54页/共88页主要检查：是否满足生产工艺要求;电路是否合理;能否进一步简化;触头数量是否够;联锁与保护是否完善，电路工作是否安全可靠。 检查发现还缺乏上升和下降中的极限保护,因此引入行程开关SQ2和SQ3。上升第55页/共88页改进后改进前上升上升第56页/共8

21、8页它是根据生产工艺要求，利用逻辑代数来分析、设计线路。能获得理想、经济的方案。难度较大，不易掌握；设计过程较复杂，在一般常规设计中，很少单独采用。 对于复杂的控制系统，一般将控制系统分成若干个互相联系的控制单元，用逻辑设计方法先完成每个单元控制线路的设计，然后再用经验设计方法把这些单元电路组合起来。这样可各取所长，是一种简捷的设计方法。 （二）逻辑设计法第57页/共88页具有两个对立的、稳定的物理状态具有两个对立的、稳定的物理状态的量称为逻辑变量。的量称为逻辑变量。 接触器、继电器的线圈、触头、接触器、继电器的线圈、触头、 按钮、按钮、开关为逻辑变量，通常对电器作出如下规定：开关为逻辑变量，

22、通常对电器作出如下规定：(1) 用用KM、KA、SQ、分别表示接触器、继分别表示接触器、继电器、行程开关等电器的电器、行程开关等电器的常开触点常开触点； 表示表示常闭触点常闭触点。 (2) 触点：触点：闭合闭合时，逻辑状态为时，逻辑状态为“1”； 断开断开时，逻辑状态为时，逻辑状态为“0”； 线圈：线圈：通电通电时，为时，为“1”状态；状态； 断电断电时，为时，为“0”状态。状态。 SQ KA KM、第58页/共88页把表征把表征触点触点状态的逻辑变量状态的逻辑变量称为输入逻辑变量。称为输入逻辑变量。把表征把表征继电器、接触器继电器、接触器等等受受控元件控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。的逻辑

23、变量称为输出逻辑变量。输出逻辑变量与输入逻辑变输出逻辑变量与输入逻辑变量间所满足的相互关系称为逻辑函数关系，量间所满足的相互关系称为逻辑函数关系，简称为逻辑关系。简称为逻辑关系。第59页/共88页3 3、基本逻辑运算、基本逻辑运算(1) (1) 逻辑与21KMKAKA f(2) 逻辑或21KMKAKA f第60页/共88页(3) (3) 逻辑非KA KM f(4) 继电接触器控制线路的逻辑函数SB1: 起动信号(开启信号)SB2: 停止信号(关断信号)KM: 自锁信号一般形式：fKM = X关 (X开+KM)关闭优先起-保-停电路KM)1(SBSB2 KMf(a)KMSB1KMSB2第61页/

24、共88页一般形式：f KM=X开+X关K(b)开起优先起-保-停电路KMSB21SBKM f一般形式： X开约：开启约束信号X关约：关闭约束信号KM)SQ1)(SB1SQ2SB2( KMf(c)带约束条件的关闭优先起-保-停电路SB1KMKMSB2第62页/共88页一般形式：X开约：开启约束信号X关约：关闭约束信号)SQ2SB2KM(SQ1SB1 KMf(d)带约束条件的开启优先起-保-停电路第63页/共88页4逻辑法电路化简举例 函数式化简KA3KA2KA3KA1KA2KA1KM f)KA1KA3(KA1KA2KA3KA1KA2KA1KM f)KA1KA3KA2KA1KA3KA2KA3KA1

25、KA2KA1 KA2)KA3(1KA1KA3)KA2(1KA1 KA3KA1KA2KA1 第64页/共88页KA3KA1KA2KA1KM f化简后化简前第65页/共88页 1）按工艺要求作出工作循环图。 2）决定执行元件与检测元件，并作出执行元件动作节拍表和检测元件状态表。 3）根据检测元件状态表写出各程序的特征数，并确定待相区分组，设置中间记忆元件，使各待相区分组 所有程序区分开。 4）列写中间记忆元件开关逻辑函数式及其执行元件动作逻辑函数式并画出相应的电路结构图。 5）对按逻辑函数式画出的控制电路进行检查、化简和完善。 第66页/共88页 组合逻辑电路 （无反馈，如无自锁电路） 时序逻辑电

26、路 （有反馈，有记忆功能） 某电动机只有在继电器KA1、KA2、KA3中任何一个或任何两个继电器动作时才能运转，而在其它任何情况下都不运转。电动机的运转由接触器KM控制。第67页/共88页KA1KA2KA3KM00000011010101111001101111011110321321321321321321KAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAfKM 第68页/共88页321321321321321321KAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAfKM )()(32323213232321KAKAKAKAKAKAKAKAKAKA

27、KAKAKAKA )()(231321KAKAKAKAKAKA )()(3232323213221KAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKA 第69页/共88页)()(231321KAKAKAKAKAKAfKM 第70页/共88页以典型的液压纵、横油缸进给加工控制电路设计为例。第71页/共88页程序名称执行元件节拍表检测元件状态表转换主令待相区分组中间记忆元件1YV2YV3YV4YV5YV6YVSQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SBA B C DEF方案1方案20原始1001000KA1KA1、KA21纵快00100SB2纵工0101000 SQ23横快011000 SQ34横工0

28、110100 SQ55横退01100 SQ66纵退01000 SQ40原始0001000 SQ1_ 01010101010101第72页/共88页 a）程序特征码 所谓程序特征码，就是由对应于一个程序中所以主令元件和检测元件状态开关量所构成的二进制数码。 “0”程序特性码： 1001000 “1”程序特性码： 1001001;0001000;1001000 “2”程序特性码： 0101000 “3”程序特性码： 0111000;0110000 “4”程序特性码： 0110100 “5”程序特性码： 0110110;0110000;0110100;0110010 “6”程序特性码： 011100

29、0;0101000;0011000;0001000第73页/共88页 b）程序两两相区分与待相区分组 当两个程序中不存在相同的特征码时，该两程序就是已相区分的。 若两程序的特征码出现重复，则这两个程序是不相区分的，或说是相重复的。为检查各程序是否已两两相区分，我们应将各程序特征码两两进行比较。 比较结果，将那些相同程序特征码的程序归为一组，这就称为待相区分组。 A组：0、1程序重复了特征码：1001000 B组：1、6程序重复了特征码：0001000 C组：2、6程序重复了特征码：0101000 D组：3、5程序重复了特征码：0110000 E组：3、6程序重复了特征码：0111000 F组：

30、4、5程序重复了特征码：0110100第74页/共88页4）列写中间记忆元件开关逻辑函数式及其执行元件 动作逻辑函数式，画出相应的控制电路结构图。 a）列写中间记忆元件开关逻辑式的基本要求 b）开关逻辑式的列写 c）无记忆功能执行元件动作逻辑式地列写 d）方案1和方案2的逻辑函数式 e）绘制电气控制电路草图5）进一步检查、化简和完善电路 c）中间记忆元件的设置 当待相区分组查出后，就可设置中间记忆元件，通过这些中间记忆元件的设置来将各待相区分组区分开。 第75页/共88页51341312)41(141)41(6) 141(6543211SQKAfSQSQKAfSQKAfSQSQKAfSQSQK

31、AfSQKAfSQKASQSQSBfYVYVYVYVYVYVKA第76页/共88页图4-9 方案1的控制电路第77页/共88页512132211211)26()42(124165432121SQKAfKAKAfSQKAfSQKAfKAKAfKAfSQKASQfSQKAKAKASQSQSBfYVYVYVYVYVYVKAKA第78页/共88页图4-10 方案2的控制电路第79页/共88页图4-11 纵横油缸液压进给加工电气控制原理图 第80页/共88页第四节 电气控制工艺设计第81页/共88页一、电气设备总体配置设计 一台设备往往由若干台电动机来拖动，而各台电动机又由许多电器元件来控制，这些电动机与各类电器元件都有一定的装配位置。 由于各种电器元件安装位置不同，所以在构成一个完善的自动控制系统时，必须划分组件，解决好组件之间，电器箱之间以及电气箱与被控制装置之间