第4章 电气控制系统设计-电气控制与PLC应用专业课程课件

12/18/2024

第4章电气控制系统设计 4.1

电气控制设计的原则、内容和程序4.2

电力拖动方案的确定和电动机的选择4.3

电气原理图设计的步骤与方法4.4

常用控制电器的选择4.5

电气控制工艺设计12/18/2024

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。电气控制设计包括：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12/18/20244.1电气控制设计的原则、内容和程序4.1.1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。12/18/20243）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量。12/18/20244.1.2电气控制设计的基本任务和内容

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。12/18/20241.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）设计电气控制原理框图，确定各部分之间的关系，拟订各部分技术指标与要求5）设计并绘制电气控制原理图，计算主要技术参数6）选择电气元件，制定元件目录清单7）编写设计说明书12/18/20242.电气工艺设计内容1)根据设计出的电气原理图及选定的电气元件,设计电气设备的总体配置,绘制电气控制系统的总装配图及总接线图。2）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。3）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、接线图，图中应反映元件的安装方式和接线方式。12/18/20244）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纸。5）设计电气箱。6）汇总总原理图、总装配图及各组件原理图等资料，列出外购件清单，标准件清单，主要材料消耗定额等。7）编写使用维护说明书12/18/20244.1.3电气控制设计的一般程序以电力拖动电气控制设计为例1．拟定设计任务书2．选择拖动方案3．电动机的选择4．选择控制方式5．设计电气控制原理图、合理选用元器件，编制元器件目录清单。6．设计电气设备制造、安装、调试所必需的各种施工图，并以此依据编制各种材料定额清单。7．编写设计说明书和使用说明书。12/18/20244.2电力拖动方案的确定和电动机的选择4.2.1电力拖动方案的确定3.电动机调速性质应与负载特性相适应1.拖动方式的选择2.调速方案的选择12/18/20244.2.2拖动电动机的选择1.电动机选择的基本原则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。12/18/20243）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。12/18/20242.电动机容量的选择（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。12/18/2024（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。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12/18/20242）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。式中：D—最大钻孔直径，单位为mm。3）摇臂钻床12/18/20244）卧式镗床式中：D——镗杆直径，单位为mm。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=0.8~1.1,

砂轮主轴用滑动轴承时，K=1.0~1.3。12/18/20246）龙门铣床式中：B——工作台宽度，单位为mm。12/18/20244.3电气原理图设计的步骤与方法4.3.1电气控制原理图设计的基本步骤1）根据选定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图，拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。12/18/2024

3）绘制系统总原理图。按系统框图结构将各部分电路联成一个整体，完善辅助电路，绘成系统原理图。

4）合理选择电气原理图中每一电器元件，制订出元器件目录清单。

2）根据各部分的要求，设计出原理框图中各个部分的具体电路。对于每一部分电路的设计都是按照主电路→控制电路→联锁与保护→总体检查，反复修改与完善的步骤来进行。12/18/20244.3.2电气控制原理图的设计方法1.分析设计法1）设计各控制单元环节中拖动电动机的起动、正反向运转、制动、调速、停车等的主电路或执行元件的电路。2）设计满足各电动机的运转功能和工作状态相对应的控制电路，以及满足执行元件实现规定动作相适应的指令信号的控制电路。12/18/20243）连接各单元环节构成满足整机生产工艺要求，实现加工过程自动或半自动和调整的控制电路。4）设计保护、联锁、检测、信号和照明等环节控制电路。5）全面检查所设计的电路。12/18/20242.逻辑设计法采用逻辑设计法设计电气控制电路大体按五步进行：1）按工艺要求画出工作循环图2）决定执行元件与检测元件，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码，并确定相区分组，设置中间记忆元件，使各待相区分组所有程序皆可区分。12/18/20244）列写中间记忆元件开关逻辑函数式及执行元件动作逻辑函数式，进而画出相应的电路结构图。5）对画出的电路进行检查、化简和完善。12/18/20244.3.3电气控制原理图设计中的一般要求电气控制原理图设计应满足以下要求：1．电气控制电路满足生产工艺要求2．尽量减少控制电路中电流、电压的种类，控制电压选择标准电压等级。12/18/2024常用控制电压等级表整流器48、24、12直流电磁铁及电磁离合器的控制电路整流器或直流发电机220、110直流直流电力传动的控制电路采用控制电源变压器48、24、6照明及信号指示电路采用控制电源变压器110（127）、48交流电力传动的控制电路较复杂不用控制电源变压器380、220交流交流电力传动的控制电路较简单电源设备常用的电压值/V控制电路类型12/18/20243．确保电气控制电路工作的可靠性和安全性为保证电气控制电路可靠的工作，应考虑以下几方面：1）尽量减少电器元件的品种、规格与数量。2）正常工作中，尽可能减少通电电器的数量。3）合理使用电器触头。

4）做到正确接线。12/18/2024●首先正确连接电器线圈。●第二要合理安排电器元件及触头的位置。a)不合理b）合理12/18/2024●第三要注意避免出现寄生电路。

存在寄生电路的控制电路12/18/20245）尽量减少连接导线的数量，缩短连接导线的长度。6）尽可能提高电路工作的可靠性、安全性。4．应具有必要的保护5．电路设计要考虑操作、使用、调试与维修的方便。6．电路力求简单经济。12/18/20244.4常用控制电器的选择4.4.1接触器的选用通常接触器选用的原则是：1）根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器。2）根据接触器控制对象的工作参数来确定接触器的容量等级。3）根据控制回路电压决定接触器线圈电压。4）对于特殊环境条件下工作的接触器选用派生型产品。12/18/20241.交流接触器的选用（1）电动机负载时的选用1）一般任务2）重任务3）特重任务（2）非电动机负载时的选用1）电热设备2）电容器3）变压器4）照明装置12/18/20242.直流接触器的选用（1）控制直流电动机时的选用（2）控制直流电磁铁时的选用4.4.2电磁式控制继电器的选用1.类型的选用2.使用环境的选用3.使用类别的选用12/18/20244.4.3控制变压器的选用选择控制变压器的原则：1）一、二次侧应与电源、控制电路等电压相符2）控制变压器二次侧的电磁器件起动时能可靠吸合3）温升不应超过允