《电气控制与PLC》课件-任务五 电气控制系统设计

典型控制电路课题一电气控制系统组成课题二三相异步电动机起动控制课题三三相异步电动机运行控制课题四三相异步电动机制动控制课题五电气控制系统设计学习目标

1．了解电气控制系统基本原则；2．了解电气控制系统设计步骤；3．会用经验法、逻辑法设计电气控制系统。课题二三相异步电动机起动控制课题五电气控制系统设计电气控制系统的基本概念

一、电气控制是指利用电气逻辑关系和运算完成对被控对象的控制任务，即为达到某种目的，对被控对象施加所需的操作。通常控制任务根据需求各有差异，需要将所有的被控量和控制装置按照一定的方式连接起来形成一个有机体，即电气控制系统。课题五电气控制系统设计电气控制系统包含电气控制元件、电气保护元件、电气执行元件、电气线路、机械传动装置等，电气控制除了要遵循自身的逻辑关系外，还要满足机械对控制系统的要求，所以机械设备和电气控制系统是整机设计的重要组成部分。在设计过程中，既要满足电气控制系统设计的基本原则，又要充分考虑机械设备的特点，最终形成简单、可靠、经济的控制方案。课题五电气控制系统设计电气控制系统设计的基本原则

二、满足机械设备对电气控制系统的要求1.机械设备作为被控对象首先要满足其对电气控制系统的要求，所有电气控制功能都应围绕着被控对象进行设计，同时还应适当地增加辅助功能，最大限度地保证电气控制与机械设备的协调性。课题五电气控制系统设计机电配合趋于合理，实现功能互补2.对于被控对象的控制需求，可采用机电结合的控制方案，充分利用机械、电气之间的优势形成互补，达到电气控制系统安全、可靠的目的。课题五电气控制系统设计电气控制系统力求简单、经济、实用3.电气控制系统设计应力求简单、经济、实用及制造和维修方便，但前提是应满足设备生产工艺要求。简单并不是技术含量的下降，也不是制造工艺的粗糙，而是做到控制系统的精益求精，去掉不合理的设计元素，对电路实现有效地简化。课题五电气控制系统设计合理选择电气元件和布局方案4.合理地选择电气元件是设备正常运行的有利保障，电气元件的选择并非越贵越好，应尽量减少元器件的规格种类，使电气产品具有更大的冗余度，也为备件的采购、储备、管理、使用带来方便。课题五电气控制系统设计尽量保证操作和维修的方便性5.电气控制设备一经使用最大的问题就是运行和维修，特别是维修，如果电气控制系统设计过于复杂，就会给维修人员带来维修难度，所以电气控制系统的设计应结合国家或国际的标准实现规范操作，尽量减少故障的发生。课题五电气控制系统设计电气控制系统设计的基本内容

三、

控制方案分析

控制系统设计课题五电气控制系统设计在电气控制系统设计过程中，首先要对机械结构、功能要求进行分析；其次形成电气控制系统的控制目标，依据这一目标完成电气控制系统的设计和实施；最后进行加工和生产。电气控制系统的设计内容包括电气元件的选择、电气图（电气原理图、电气元件布置图和电气安装接线图等）的设计与绘制、材料购置清单、设备使用说明书、设备调试大纲和用户手册等。课题五电气控制系统设计电气控制系统设计流程

四、拟定任务书1.设计任务书是完成整体设计方案的设计依据，也是工程结束时验收的依据。在实施电气控制系统设计时，主要依据机械设备的结构组成、电动机拖动方式、运动控制要求、速度控制要求等进行整体设计，最终拟定出合理的电气设计任务书。课题五电气控制系统设计选择电气传动形式2.电气传动形式主要是指电动机的拖动形式，设计过程中可根据被控系统中电动机的数量、类型、控制（起动、运行、调速、制动）等多个因素进行综合考虑。课题五电气控制系统设计选择电动机3.主要依据有关国家和国际标准选择电动机的类型、结构、功率、电压、电流、转速等，选择时要根据被控设备的实际生产工艺和需求进行。课题五电气控制系统设计制定控制方案4.控制方案就是控制模式，目前电气技术的发展突飞猛进，电气控制方案也在由传统的继电逻辑控制向高端的工业自动化控制过渡。因此，电气控制方案的选择应在满足工艺要求和安全生产的前提下最大可能地降低成本，优化设计，提高性价比。课题五电气控制系统设计确定技术条件与实施条件5.（1）电气控制原理设计。电气控制原理设计是确定被控设备各部分之间的逻辑控制关系，应满足各部分的技术指标要求。（2）选择电气元件。根据电气控制原理合理选择电气元件，制定电气元件明细表。课题五电气控制系统设计（3）绘制电气图样。设计完成后应将有关的电气图样（电气控制原理图、电气元件布置图、电气安装接线图、电气施工图、设备总体装配图）绘制出来。（4）设计电气柜、操作台、电气控制屏、电气安装板和非标电气安装辅件。（5）编写使用说明书、用户手册等。课题五电气控制系统设计常用的电气控制系统设计方法

五、经验设计法1.经验设计法是根据被控对象的控制要求选择适当的基本控制环节（典型单元电路）或将比较成熟的电路经过补充和修改按其联锁条件实施组合，构成满足控制要求的完整线路。当没有现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计。课题五电气控制系统设计经验设计法的优点是设计方法简单，典型单元电路运用灵活。但经验设计法要求设计人员能够熟练掌握各种电气控制电路的基本环节和具备一定的阅读分析电气控制电路的能力。经验设计法的缺点是设计出的方案不一定是最佳方案，特别是经验不足或考虑不周全时会影响线路工作的可靠性。因此，采用经验设计法完成设计后，应对控制电路进行反复的验证或控制模拟，最终达到完善的控制工艺标准。课题五电气控制系统设计逻辑设计方法2.逻辑设计法是指结合被控对象的控制要求利用逻辑代数进行电路设计。逻辑就是事物中正、反两个方面。例如，接触器线圈、继电器线圈的通电为逻辑真（用“1”表示），那么线圈断电就为逻辑假（用“0”表示）。同样，电气触头的闭合与断开也可用逻辑变量表示。这样就可以用逻辑关系式来表达被控对象的控制要求，然后在此基础上进行化简，最终得到完善的控制系统。课题五电气控制系统设计逻辑表达式是利用逻辑变量的运算得出最终的逻辑结果。常用的逻辑运算有“与”、“或”、“非”、“与非”、“或非”等。1）逻辑运算课题五电气控制系统设计

(1)“与”、“与非”运算。逻辑运算中的“与”、“与非”操作相当于继电逻辑控制中串联常开、常闭触头操作，如图7-1所示。图7-1逻辑“与”、“与非”课题五电气控制系统设计“与”逻辑真值表“与非”逻辑真值表课题五电气控制系统设计由真值表可知，A变量与B变量同时为真时，K1变量为真；C变量为真，同时D变量为假时，K2变量为真。逻辑关系表达式为K1=A·BK2=C·D课题五电气控制系统设计

(2)“或”、“或非”运算。逻辑运算中的“或”、“或非”操作相当于继电逻辑控制中的并联常开、常闭触头。逻辑“或”、“或非”课题五电气控制系统设计“或”逻辑真值表“或非”逻辑真值表课题五电气控制系统设计由真值表可知，A变量、B变量只要有一个变量为真时，K1变量为真；除C变量为假、D变量为真外，其他情况下K2变量均为真。逻辑关系表达式为K1=A+B

K2=C+D课题五电气控制系统设计(3)“非”运算。逻辑运算中的“非”即为取反操作。逻辑“非”课题五电气控制系统设计

课题五电气控制系统设计2）逻辑表达式转换逻辑表达式为K=ABC+AD+FBC+FD，该逻辑表达式中相同的逻辑变量可以提取，然后进行合并，化简过程如下。案例1课题五电气控制系统设计逻辑表达式化简前后的控制电路课题五电气控制系统设计逻辑表达式为，该逻辑表达式中

，提取相同逻辑变量并化简，化简过程如下。案例2课题五电气控制系统设计逻辑表达式化简前后的控制电路课题五电气控制系统设计逻辑表达式化简前后的控制电路课题五电气控制系统设计逻辑表达式可以转换为K=A+B+C。由此可见，逻辑变量的“或”运算可以变换成相应的“与”运算，逻辑变量的“与”运算也可以变换成相应的“或”运算。案例3课题五电气控制系统设计

继电逻辑控制电路设计方法

六、改变电气元件连接位置1.电气元件的连接位置电气元件连接位置的改变可以使安装接线状况得到改善，如图所示。课题五电气控制系统设计减少不必要的触头2.减少无效的触头连接可以缩短接触器线圈的通电时间。课题五电气控制系统设计并联线圈3.线圈连接要进行并联，不能进行串联，如右图所示。

图（a）是不正确的接法，线圈串联后得到的电压会下降，影响接触器的动作。图（b）是正确的接法，两个接触器线圈同时得电。课题五电气控制系统设计避免产生电路竞争4.用时间继电器常闭触头断开自己的线圈时，为了防止电路的竞争，应用中间继电器过渡，如图所示。避免产生电路竞争课题五电气控制系统设