第4章 电气控制系统的设计与安装

1、第第4 4章章 电气控制系统的设计与安装电气控制系统的设计与安装电子科技大学中山学院机电工程系u电气控制系统的电气控制系统的设计任务设计任务是是根据生产工艺，设计出根据生产工艺，设计出合乎要求的、经济的电气控制线路；并编制出设备合乎要求的、经济的电气控制线路；并编制出设备制造、安装和维修使用过程中必须的图纸和资料，制造、安装和维修使用过程中必须的图纸和资料，包括电气原理图、安装图和互连图以及设备清单和包括电气原理图、安装图和互连图以及设备清单和说明书等。说明书等。电子科技大学中山学院机电工程系4.1 4.1 电气控制系统设计的一般原则和程序电气控制系统设计的一般原则和程序 电气控制系统设计的基

2、本内容电气控制系统设计的基本内容 拟定电气设计的技术条件（任务书）；拟定电气设计的技术条件（任务书）； 选择电气传动形式与控制方案；选择电气传动形式与控制方案； 确定电动机的容量；确定电动机的容量； 设计电气控制原理图设计电气控制原理图； 选择电气元件，制订电机和电气元件明细表；选择电气元件，制订电机和电气元件明细表； 画出电动机、执行电磁铁、电气控制部件以及检测元画出电动机、执行电磁铁、电气控制部件以及检测元件的总布置图；件的总布置图； 设计电气柜、操作台、电气安装板以及非标准电器和设计电气柜、操作台、电气安装板以及非标准电器和专用安装零件；专用安装零件； 绘制装配图和接线图；绘制装配图和接

3、线图； 编写设计计算说明书和使用说明书。编写设计计算说明书和使用说明书。电子科技大学中山学院机电工程系电气控制系统设计的一般原则电气控制系统设计的一般原则电气控制线路的设计是电力拖动方案和控制方案的具体化，电气控制线路的设计是电力拖动方案和控制方案的具体化，一般在设计时应该遵循以下原则：一般在设计时应该遵循以下原则：1.1. 最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求；最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求；2.2. 在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单、经济在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单、经济(1) (1) 尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的环节和线路

4、。尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的环节和线路。(2) (2) 尽量缩短连接导线的数量和长度。设计控制线路时，应合理安排尽量缩短连接导线的数量和长度。设计控制线路时，应合理安排各电器的位置，考虑到各个元件之间的实际接线，要注意电气柜、各电器的位置，考虑到各个元件之间的实际接线，要注意电气柜、操作台和限位开关之间的连接线。操作台和限位开关之间的连接线。(a) (b) 电子科技大学中山学院机电工程系(3)(3)尽量减少电气元件的品种、规格和数量，并尽可能采尽量减少电气元件的品种、规格和数量，并尽可能采用性能优良，价格便宜的新型器件和标准件，同一用用性能优良，价格便宜的新型器件和标准件，同一用

5、途尽量选用相同型号的电气元件。途尽量选用相同型号的电气元件。(4)(4)尽量减少不必要的触点以简化电路。在满足动作要求尽量减少不必要的触点以简化电路。在满足动作要求的条件下，电气元件触点愈少，控制线路的故障机会的条件下，电气元件触点愈少，控制线路的故障机会率就愈低，工作的可靠性愈高。率就愈低，工作的可靠性愈高。电子科技大学中山学院机电工程系(5)(5)尽量减少电器不必要的通电时间，使电气元件在必要尽量减少电器不必要的通电时间，使电气元件在必要时通电，不必要时尽量不通电，可以节约电能并延长电时通电，不必要时尽量不通电，可以节约电能并延长电器的使用寿命。器的使用寿命。FU2FRSB1SB2KM1K

6、TKTKM1KM2FU2FRSB2SB1KM1KTKTKM1KM2KM2KM2KM2电子科技大学中山学院机电工程系3.3. 保证控制线路工作的可靠性和安全性保证控制线路工作的可靠性和安全性（1 1）线圈的连接）线圈的连接在交流控制线路中，不能串连接入两个电器线圈在交流控制线路中，不能串连接入两个电器线圈 KAKM1KM2电子科技大学中山学院机电工程系(2)(2)电器触头的连接电器触头的连接同一个电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不同一个电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不能分别接在电源的不同相上能分别接在电源的不同相上SQKM1KM2SQSQKM1KM2SQ电子科技大学中山学院机电工程

7、系(3)(3)线路中应尽量减少多个电器元件依次动作后线路中应尽量减少多个电器元件依次动作后才能接通另一个电器元件才能接通另一个电器元件KA1KA1KAKA2KA3KA2KA1KAKA2KA3KA1KA2电子科技大学中山学院机电工程系(4)(4)应考虑电器触头的接通和分断能力，增加应考虑电器触头的接通和分断能力，增加接通能接通能力力用多触头用多触头并联连接并联连接， 增加增加分断能力分断能力用多触头用多触头串串联连接联连接 (5)(5)考虑电器元件触头的考虑电器元件触头的“竞争竞争”问题问题 “先断后合先断后合”、“先合后断先合后断”KAKAKAKM电子科技大学中山学院机电工程系(6)(6)防止

8、寄生电路防止寄生电路寄生电路是指控制线路在工作中出现意外接通的电路寄生电路是指控制线路在工作中出现意外接通的电路电子科技大学中山学院机电工程系4.4. 操作和维修方便操作和维修方便电气设备应力求维修方便，使用安全。电气元件电气设备应力求维修方便，使用安全。电气元件应留有备用触点，必要时应留有备用电气元件，应留有备用触点，必要时应留有备用电气元件，以便检修、改接线用，为避免带电检修应设置隔以便检修、改接线用，为避免带电检修应设置隔离电器。控制机构应操作简单、便利，能迅速而离电器。控制机构应操作简单、便利，能迅速而方便地由一种控制形式转换到另一种控制形式，方便地由一种控制形式转换到另一种控制形式，

9、例如由手动控制转换到自动控制。例如由手动控制转换到自动控制。电子科技大学中山学院机电工程系4.2 4.2 电力拖动方案确定原则和电机的选择电力拖动方案确定原则和电机的选择 电力拖动方案电力拖动方案是是指确定电动机的类型、数量、指确定电动机的类型、数量、传动方式及电动机的起动、运行、调速、转向、制传动方式及电动机的起动、运行、调速、转向、制动等控制要求动等控制要求，是电气设计的主要内容之一是电气设计的主要内容之一，为电，为电气控制原理图设计及电气元件选择提供依据。气控制原理图设计及电气元件选择提供依据。确定电力拖动方案必须依据生产机械的精度、确定电力拖动方案必须依据生产机械的精度、工作效率、结构

10、以及运动部件的数量、运动要求、工作效率、结构以及运动部件的数量、运动要求、负载性质、调速要求以及投资额等条件。负载性质、调速要求以及投资额等条件。 电子科技大学中山学院机电工程系 1.1. 确定拖动方式确定拖动方式u单独拖动单独拖动: :一台设备只有一台电动机拖动一台设备只有一台电动机拖动u分立拖动分立拖动: :一台设备由多台电动机分别驱动各个工作机一台设备由多台电动机分别驱动各个工作机构，通过机械传动链连接各个工作机构。构，通过机械传动链连接各个工作机构。2.2.确定调速方案确定调速方案（1 1）重型或大型设备主运动及进给运动，应尽可能采用）重型或大型设备主运动及进给运动，应尽可能采用无级调

11、速。这有利于简化机械结构，缩小体积，降低无级调速。这有利于简化机械结构，缩小体积，降低制造成本。制造成本。（2 2）精密机械设备如坐标镗床、精密磨床、数控机床以）精密机械设备如坐标镗床、精密磨床、数控机床以及某些精密机械手，为了保证加工精度和动作的准确及某些精密机械手，为了保证加工精度和动作的准确性，便于自动控制也应采用电气无级调速方案。性，便于自动控制也应采用电气无级调速方案。 电子科技大学中山学院机电工程系（3 3）一般中小型设备如普通机床）一般中小型设备如普通机床没有特殊要求时，可选没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相鼠笼式异步电动机，配以用经济、简单、可靠的三相鼠笼式异步电动机

12、，配以适当级数的齿轮变速箱。为了简化结构，扩大调速范适当级数的齿轮变速箱。为了简化结构，扩大调速范围，也可采用双速或多速的鼠笼式异步电动机。围，也可采用双速或多速的鼠笼式异步电动机。3.3. 电动机的选择和电动机的起动、制动和反向要求电动机的选择和电动机的起动、制动和反向要求 (1) (1) 电动机的选择电动机的选择一般都应采用感应电动机，仅在起动、制动和调速不一般都应采用感应电动机，仅在起动、制动和调速不满足要求时才选用直流电动机。满足要求时才选用直流电动机。(2) (2) 电动机起动、制动和反向要求电动机起动、制动和反向要求机械设备主运动传动系统的起动转矩一般都比较小，机械设备主运动传动系

13、统的起动转矩一般都比较小，可采用任何一种起动方式。对于它的辅助运动，在起可采用任何一种起动方式。对于它的辅助运动，在起动时往往要克服较大的静转矩，必要时也可选用高起动时往往要克服较大的静转矩，必要时也可选用高起动转矩的电动机，或采用提高起动转矩的措施。动转矩的电动机，或采用提高起动转矩的措施。电子科技大学中山学院机电工程系4.34.3电气控制线路的经验设计法电气控制线路的经验设计法经验设计法是在熟悉大量控制线路的前经验设计法是在熟悉大量控制线路的前提下，根据生产机械的工艺要求和加工过程，提下，根据生产机械的工艺要求和加工过程，利用各种典型的基本控制环节，加以修改、利用各种典型的基本控制环节，加

14、以修改、补充、完善，最后得出最佳方案补充、完善，最后得出最佳方案电子科技大学中山学院机电工程系经验设计法的基本步骤经验设计法的基本步骤STEP1:主电路设计主电路设计主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动及多速电动机的调速，另外还考虑包括短路、过载、及多速电动机的调速，另外还考虑包括短路、过载、欠压等各种保护环节以及联锁、照明和信号等环节欠压等各种保护环节以及联锁、照明和信号等环节。STEP2:辅助电路设计辅助电路设计 主要考虑如何主要考虑如何满足电动机的各种运转功能及生满足电动机的各种运转功能及生产工艺要求产工艺要求。首先设计出各个独立环节的控制电路

15、，。首先设计出各个独立环节的控制电路，然后再根据各个控制环节之间的相互制约关系，进然后再根据各个控制环节之间的相互制约关系，进一步拟定联锁控制电路等辅助电路的设计，最后再一步拟定联锁控制电路等辅助电路的设计，最后再考虑根据线路的简单、经济和安全、可靠，修改线考虑根据线路的简单、经济和安全、可靠，修改线路。路。电子科技大学中山学院机电工程系STEP3:反复审核电路是否满足设计原则反复审核电路是否满足设计原则 在条件允许的情况下，进行模拟试验，逐步完在条件允许的情况下，进行模拟试验，逐步完善整个电气控制电路的设计直至电路动作准确无误。善整个电气控制电路的设计直至电路动作准确无误。经验设计法举例经验

16、设计法举例龙门刨床横梁升降控制线路为例来说明经验设计法。龙门刨床横梁升降控制线路为例来说明经验设计法。龙门刨床（或立龙门刨床（或立车）上装有横梁机构，车）上装有横梁机构，刀架装在横梁上，随刀架装在横梁上，随着加工工件大小不同着加工工件大小不同横梁机构需要沿立柱横梁机构需要沿立柱上下移动，在加工过上下移动，在加工过程中，横梁又需要保程中，横梁又需要保证夹紧在立柱上不松证夹紧在立柱上不松动。动。电子科技大学中山学院机电工程系横梁机构对电气控制系统的工艺要求：横梁机构对电气控制系统的工艺要求： 刀架装在横梁上，刀架装在横梁上，要求横梁能沿立柱作上升、下降的调整要求横梁能沿立柱作上升、下降的调整移动移

17、动。 在加工过程中，横梁必须紧紧地夹在立柱上，不许松动。在加工过程中，横梁必须紧紧地夹在立柱上，不许松动。夹紧机构能实现横梁的夹紧和放松夹紧机构能实现横梁的夹紧和放松。 在动作配合上，横梁夹紧与横梁移动之间必须有一定的操在动作配合上，横梁夹紧与横梁移动之间必须有一定的操作程序：作程序：按向上或向下移动按钮后，首先使夹紧机构自动放松；按向上或向下移动按钮后，首先使夹紧机构自动放松；横梁放松后，自动转换成向上或向下移动；横梁放松后，自动转换成向上或向下移动；移动到所需要位置后松开按钮，横梁自动夹紧；移动到所需要位置后松开按钮，横梁自动夹紧；夹紧后夹紧电动机自动停止运动。夹紧后夹紧电动机自动停止运动

18、。 横梁在上升与下降时，应有上下行程的横梁在上升与下降时，应有上下行程的限位保护限位保护。 正反向运动之间，以及横梁夹紧与移动之间要有必要的联正反向运动之间，以及横梁夹紧与移动之间要有必要的联锁。锁。 电子科技大学中山学院机电工程系1 1设计主电路设计主电路需要两台电动机需要两台电动机M1:横梁升降，正反转控制横梁升降，正反转控制M2:横梁夹紧，正反转控制横梁夹紧，正反转控制电子科技大学中山学院机电工程系2 2设计基本控制电路设计基本控制电路升降电机升降电机M1:正反转控制，点动控制正反转控制，点动控制夹紧电机夹紧电机M2:正反转控制，点动控制正反转控制，点动控制采用两个点动采用两个点动按钮分别控制按钮分别控制升降和夹紧放升降和夹紧放松运动松运动电子科技大学中山学院机电工程系3 3选择控制参量，确定控制原则选择控制参