电气控制技术 电气控制线路设计 学习课件

电气控制线路设计主讲人：郝称意电气控制线路设计的基本要求(1)熟悉所设计设备电气线路的总体技术要求及工作过程，取得电气设计的基本依据，最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制的要求。(2)优化设计方案、妥善处理机械与电气的关系，通过技术经济分析，选用性能价格比最佳的电气设计方案。在满足要求的前提下，设计出简单合理、技术先进、工作可靠、维修方便的电路。

(3)正确合理地选用电气元器件，尽可能减少元器件的品种和规格，降低生产成本。(4)取得良好的MTBF(平均无故障时间)指标，确保使用的安全可靠。(5)设计中贯彻最新的国家标准。电气设计的主要内容拟定电气设计任务书；确定电力传动方案和控制方案；选择传动电动机；设计电气原理图（包括主、辅电路）；选择电气元件，制定电气元件或装置易损件及备用件的清单；设计操作台，电气柜、非标准电气元件；绘制电气安装图和位置图；编写电气原理说明书和使用说明书（包括操作顺序说明、维修说明及调整办法）电气设计的技术条件在任务书中除应说明所设计的机械设备的型号、用途、工艺过程、技术性能、传动方式、工作条件、使用环境以外，还要着重说明：①用户供电系统的电压等级、频率、容量及电流种类。②有关操作方面的要求，如操作台的布置，按钮设置和作用，仪表种类，故障报警和局部照明。③有关电气控制特性。④有关电力拖动的基本特性。⑤主要电气设备的布置图和参数。电气控制设备的设计步骤电气控制设备设计一般分为3个阶段：初步设计、技术设计和产品设计。1.初步设计初步设计是研究系统和电气控制装置的组成，拟订设计任务书并寻求最佳控制方案的初步阶段，以取得技术设计的依据。初步设计可由机械设计人员和电气设计人员共同提出，也可由机械设计人员提出有关机械结构资料和工艺要求，由电气设计人员完成初步设计。这些要求常常以工作循环图、执行元器件动作节拍表、检测元器件状态表等形式提供。在进行初步设计时应尽可能收集国内外同类产品的有关资料进行仔细的分析研究。初步设计应确定以下内容：电气控制设备的设计步骤(1)机械设备名称、用途、工艺过程、技术性能、传动参数及现场工作条件。(2)用户供电电网的种类、电压、频率及容量。(3)有关电气传动的基本特性，如运动部件的数量和用途，负载特性，调速指标，电动机起动、反向和制动要求等。(4)有关电气动作的特性要求，如电气控制的基本方式，自动化程序、自动工作循环的组成、电气保护及联锁等。(5)有关操作、显示方面的要求，加操作台的布置、测量显示、故障报警及照明等要求。(6)电气自动控制的原理性方案及预期的主要技术性能指标。(7)投资费用估算及技术经济指标。初步设计是一个呈报有关部门的总体方案设计报告，是进行技木设计和产品设计的依据。如果整体方案出错将直接导致整个设计的失败。故必须进行认真的可行性分析，并在可能实现的几种方案中根据技术、经济指标及现有的条件进行综合考虑，做出正确决策。电气控制设备的设计步骤2.技术设计在通过初步设计的基础上，技术设计需要完成的内容如下。(1)对系统中某些关键环节和特殊环节作必要的实验，并写出实验研究报告。(2)绘出电气控制系统的电气原理图。(3)编写系统参数计算书。(4)选择整个系统的元器件，提出专用元器件的技术指标，编制元器件明细表。(5)编写技术设计说明书，介绍系统原理、主要技术指标以及有关运行维护条件和对施工安装的要求。(6)绘制电控装置图、出线端子图等。电气控制设备的设计步骤3.产品设计产品设计是根据初步设计和技术设计最终完成的电气控制系统设备的工作图样。产品设计需要完成以下内容：(1)绘制产品总装配图、部件装配图和零件图。(2)绘制产品接线图。(3)进行图样的标准化审核。一般来说，电气控制装置的设计应按以上3个阶段进行，每个阶段中的某些内容可根据设计项目的具体情况有所调整。电力拖动方案的确定所谓电力拖动方案是指根据生产机械的精度、工作效率、结构、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去确定电动机的类型、数量、传动方式及拟订电动机的起动、运行、调速、转向、制动等控制要求。它是电气设计的主要内容之一，作为电气控制原理图设计及电气元器件选择的依据，是以后各部分设计内容的基础和先决条件。电气控制方案的确定控制方式应与设备通用化和专用化的程度相适应。控制方式随控制过程的复杂程度而变化。控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，最大限度地满足工艺要求。电气传动形式的选择一个电气传动系统一般由电动机、电源装置及控制装置3部分组成。电气传动方式的选择，是根据生产机械的负载特性、工艺及结构的具体情况决定选用电动机的种类、数量，是单机拖动，还是多机拖动。1）单机拖动2）分机拖动电气传动发展的趋向是电动机逐步接近工作机构，形成多台电动机的拖动方式，以缩短机械传动链，提高传动效率，便于自动化和简化总体结构。因而在选择时应根据生产工艺及机械结构的具体情况决定电动机的数量。电气传动方式许多机械设备从工艺和节能诸方面，均有调速要求。在选择调速方案时，可参考以下几点。1）重型或大型设备（主运动及进给运动，尽可能采用无级调速）2）精密机械设备（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）３）一般中小型设备（如普通机床没有特殊要求，可用经济，简单，可靠的鼠笼式异步电动机，配以适当的齿轮变速箱．调速性能电动机的选择电动机的选择包括电动机的种类、结构形式、额定转速和额定功率。1)根据生产机械的调速要求选择电动机的种类和转速首先，只要能满足生产需要，则都应采用异步电动机；仅在起动、制动和调速不满足要求时才选用直流电动机。随着电力电子及控制技术的发展，交流调速装置的性能和成本已能与直流调速装置相媲美，交流调速的应用范围越来越广泛。另外，在需要补偿电网功率因数及稳定工作时，应优先考虑采用同步电动机；在要求大的起动转矩和恒功率调速时，常选用直流串级电动机。①无电气调速要求的生产机械鼠笼异步电动机负载转矩大绕线式异步电动机负载平稳容量大起制动少同步电动机不调速不频繁起动②要求电气调速的生产机械调速要求（范围﹑平滑性﹑机械特性硬度﹑

转速调节级数﹑工作可靠性）

选择拖动方案，比较确定最佳调速范围：2～3调速级数：≤2～4双速或多速鼠笼异步电动机调速范围：≤

3不要求平滑绕线式异步电动机（短时负载和重复短时负载）调速范围：

3～10要求平滑

带滑差离合器的异步电动机（长期低速时，用晶闸管直流拖动）调速范围：

10～100直流拖动系统或交流调速系统三相异步电动机的调速：定子绕组的级数转子电路的电阻变频调速和串级调速改变电动机的选择2)根据工作环境选择电动机的结构电动机的结构形式应当适应机械结构的要求。考虑到现场环境，可选用开启式、防护式、封闭式、防腐式甚至是防爆式电动机。

3)根据生产机械的功率负载和转矩负载选择电动机的额定功率首先根据生产机械的功率负载图和转矩负载图预选一台电动机；然后根据负载进行发热校验，用检验的结果修正预选的电动机，直到电动机容量得到充分利用(电动机的稳定温升接近其额定温升)；最后再校验其过载能力与起动转矩是否满足拖动要求。电动机起动、制动和反向要求一般说来，由电动机完成设备的起动、制动和反向要比机械方法简单容易。因此，机电设备主轴的起动、停止、正反转运动调整操作，只要条件允许最好由电动机完成。机械设备主运动传动系统的起动转矩一般都比较小。因此，原则上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转矩的电动机，或采用提高起动转矩的措施。另外，还要考虑电网容量。对电网容量不大而起动电流较大的电动机，一定要采用限制起动电流的措施，如串入电阻降压起动等，以免电网电压波动较大而造成事故。电动机起动、制动和反向要求传动电动机是否需要制动，应视机电设备工作循环的长短而定。对于某些高速高效金属切削机床，宜采用电动机制动。如果对于制动的性能无特殊要求而电动机又需要反转时，则采用反接制动可使线路简化。在要求制动平稳、准确，即在制动过程中不允许有反转可能性时，则宜采用能耗制动方式。电动机的频繁起动、反向或制动会使过渡过程中的损耗增加，导致电动机过载。因此在这种情况下，必须限制电动机的起动、制动电流，或者在选择电动机的类型上加以考虑。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应最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求。设计之前，首先要调查清楚生产要求。不同的场合对控制线路的要求有所不同，如一般控制线路只要求满足起动、反向和制动就可以了，有些则要求在一定范围内平滑调速和按规定的规律改变转速，出现事故时需要有必要的保护及信号预报以及各部分运动要求有一定的配合和联锁关系等。如果已经有类似设备，还应了解现有控制线路的特点以及操作者对它们的反应。这些都是在设计之前应该调查清楚的。电气设计的一般原则电气设计的一般原则

2、在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单、经济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。2）尽量选用标准电器元件，减少电器元件数量,选用同型号电器元件以减少备用品数量。3）尽量缩短连接导线的数量和长度电气设计的一般原则设计时，应根据实际情况，合理考虑并安排电气设备和元件的位置及实际连线，使连接导线数量最少，长度最短。上图中，图(a)接线不合理，从电气柜到操作台需4根导线。图(b)接线合理，从电气柜到操作台只需3根导线。注意：同一电器的不同触点在线路中应尽可能具有公共连接线。以减少导线段数和缩短导线长度，如下图所示。电气设计的一般原则(3)减少不必要的触点以简化线路。使用的触点越少，则控制线路的出故障机会就越低，工作的可靠性就越高。在简化、合并触点过程中，着眼点应放在同类性质触点的合并上，一个触点能完成的动作，不用两个触点。在简化过程中应注意触点的额定电流是否允许，也应考虑对其他回路的影响。①合并同类触点电气设计的一般原则电气设计的一般原则②利用转换触点电气设计的一般原则③利用半导体二极管的单向导电性来有效减少触头数电气设计的一般原则④利用逻辑代数进行化简，以便得到最简化的线路电气设计的一般原则5）线路在工作时，除必要的电路必须通电外，其余的尽量不通电以节约电能，并延长电路的使用寿命。电气设计的一般原则3、保证控制线路工作的可靠和安全（1）正确连接电器的触点。同一电器元件的常开和常闭触点靠得很近，如果分别接在电源不同相上，当触点断开产生电弧时，可能在两触点间形成飞弧造成电源短路。电气设计的一般原则(2）正确连接电器的线圈两个电器需要同时动作时，其线圈应当并联。在交流控制线路中，不能串联两个电器的线圈。因为它们阻抗不尽相同，造成两个线圈的电压分配不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压之和，也不允许。因电器动作总有先后，当有一个接触器先动作时，其线圈阻抗增大,该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将使电路烧毁。电气设计的一般原则直流电磁线圈，若电阻相同，可串联，但最好不要并联，特别是电感量相差较大时。对于电感较大的电器线圈，例如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等则不宜与相同电压等级的接触器或中间继电器直接并联工作，否则在接通或断开电源时会造成后者的误动作。直流电磁铁YA与继电器KM并联，如下图所示，在接通电源时，正常工作；但断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继电器的误动作。

解决方法：断电时由KM常闭触点和电阻R构成放电回路，避免接触器误动作；或可备用一个接触器的触点来控制。电气设计的一般原则电气设计的一般原则(3)应尽量避免电器依次动作的现象应减少多个器件依次通电后才接通另一个器件的情况，以保证工作的可靠性，如下图所示。电气设计的一般原则（4）在控制线路中应该避免出现寄生电路

寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。如图所示具有指示灯HL和热保护的正反向电路。正常工作时，能完成正反向起动、停止和信号指示。当热继电器FR动作时，电路就出现了寄生电路，如图中虚线所示，使正向接触器KM1不能有效释放，起不了保护作用。寄生电路电气设计的一般原则避免产生寄生电路的方法有：在设计电气控制线路时，严格按照“线圈、能耗元件下边接电源（零线），上边接触点”的原则，降低产生寄生回路的可能性；还应注意消除两个电路之间产生联系的可能性，若不可避免应加以区分、联锁隔离或采用多触点开关分离。（5）在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅要有电气联锁，而且还有机械联锁。（6）设计的线路应适用所在电网的质量和要求。（7）在线路中采用小容量继电器触点来控制大容量接触器的线圈。

(8)防止触点竞争现象电气设计的一般原则在电气控制电路中，由于某一控制信号的作用，电路从一个状态转换到另一个状态时，常常有几个电器的状态发生变化。由于电气元器件总有一定的固有动作时间，因此往往会发生不按预订时序动作的情况。触点争先吸合，发生振荡，这种现象称为电路的“竞争”。另外，由于电气元器件的固有释放延时作用，因此也会出现开关电器不按要求的逻辑功能转换状态的可能性，这种现象称为“冒险”。“竞争”与“冒险”现象都造成控制回路不能按要求动作，引起控制失灵，如图所示。电气设计的一般原则当KA闭合时，接触器KM1、KM2竞争吸合，只有经过多次振荡吸合“竞争”后，才能稳定在一个状态上；同样在KA断开时，KM1、KM2又会争先断开，产生振荡。通常分析控制电路的电器动作及触点的接通和断开都是静态分析，没有考虑其动作时间。实际上，由于电磁线圈的电磁惯性、机械惯性等因素，通断过程中总存在一定的固有时间(几十毫秒到几百毫秒)，这是电气元器件的固有特性。设计时要避免发生触点“竞争”与“冒险”现象，防止电路中因电气元器件固有特性引起配合不良的后果。电气设计的一般原则4、保证电控线路工作的安全性常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、过电压、失电压等保护环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等必须的指示信号。(1）短路保护(2）过电流保护(3）过载保护(4）失压保护(5）弱磁保护直流并励电动机，复励电动机在磁场减弱或磁场消失时，会引起电动机“飞车”。因此要加强弱磁保护环节。

电气设计的一般原则5、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，例如由手动控制转换到自动控制。

电气控制线路的经验设计法电气控制线路的设计方法通常有两种。一种是一般设计法，也叫经验设计法。它是根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接设计控制线路。它的特点是无固定的设计程序和设计模式，灵活性很大，主要靠经验进行。这种设计方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉大量的控制线路，掌握多种典型线路的设计资料，同时具有丰富的设计经验。在设计过程中往往还要经过多次反复地修改、试验，才能使线路符合设计要求。即使这样，设计出来的线路可能不是最简化线路，所用的电器及触点不一定是最少，所得出的方案不一定是最佳方案。另一种是逻辑设计法，它根据生产工艺要求，利用逻辑代数来分析、设计线路。用这种方法设计的线路比较合理，特别适合完成较复杂的生产工艺所要求的控制线路。但是相对而言，逻辑设计法难度较大，不易掌握。本节介绍一般设计法，逻辑设计法在下一节作专门介绍。电气控制线路的经验设计法一般设计法由于是靠经验进行设计的，因而灵活性很大、初步设计出来的线路可能是几个，这时要加以比较分析，甚至要通过实验加以验证，才能确定比较合理的设计方案。这种设计方法没有固定模式。通常先用一些典型线路环节拼凑起来实现某些基本要求，然后根据生产工艺要求逐步完善其功能，并添加适当的联锁与保护环节。电气控制线路的经验设计法经验设计法的基本步骤：①主电路设计。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、欠压等各种保护环节以及联锁、照明和信号等环节。

②控制电路设计。主要考虑如何满足电动机的各种运转功能等③辅助电路设计。主要考虑如何完善整个控制电路的设计、包括短路、过载、零压、联锁、照明、信号、充电测试等各种保护环节。④反复审核电路是否满足设计原则。电气控制线路的经验设计法经验设计法的特点1．易于掌握，使用很广，但一般不易获得最佳设计方案。2．要求设计者具有一定的实际经验，在设计过程中往往会因考虑不周发生差错，影响电路的可靠性。3．当线路达不到要求时，多用增加触点或电器数量的方法来加以解决，所以设计出的线路常常不是最简单经济的。4．需要反复修改草图，一般需要进行模拟试验，设计速度慢。

电气控制线路的经验设计举例下面以设计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（或立车）上装有横梁机构，刀架装在横梁上，随着加工工件大小不同横梁机构需要沿立柱上下移动，在加工过程中，横梁又需要保证夹紧在立柱上不松动。横梁的上升与下降由横梁升降电动机来驱动，横梁的夹紧与放松由横梁夹紧放松电动机来驱动。横梁升降电动机装在龙门顶上，通过蜗轮传动，使立柱上的丝杠转动，通过螺母使横梁上下移动。横梁夹紧电动机通过减速机构传动夹紧螺杆，通过杠杆作用使压块夹紧或放松。龙门刨床横梁夹紧放松示意图如图所示。

电气控制线路的经验设计举例龙门刨床横梁夹紧放松示意图电气控制线路的经验设计举例横梁机构对电气控制系统的工艺要求：（1）刀架装在横梁上，要求横梁能沿立柱作上升、下降的调整移动。（2）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。（3）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：

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；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。（4）横梁在上升与下降时，应有上下行程的限位保护。（5）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。

电气控制线路的经验设计举例在了解清楚生产工艺要求之后，可进行控制线路的设计。1．设计主电路根据横梁能升降移动和能夹紧放松的工艺要求，需要用两台电动机来驱动，且电动机能实现正反向运转。因此采用4个接触器KMl、KM2和KM3、KM4，分别控制升降电机M1和夹紧放松电动机M2的正反转，如图（a）所示。因此，主电路就是控制两台电机正反转的电路。2．设计基本控制电路由于横梁的升降和夹紧放松均为调整运动，故都采用点动控制。采用两个点动按钮分别控制升降和夹紧放松运动，仅靠两个点动按钮控制4个接触器线圈是不够的，需要增加两个中间继电器KAl和KA2。

图(a)横梁控制的主电路图(b)横梁控制的辅助电路草图

经仔细分析可知，该线路存在以下问题：①按上升点动按钮SBl后，接触器KMl和KM4同时得电吸合，横梁的上升与放松同时进行，按下降点动按钮SB2，也出现类似情况。不满足“夹紧机构先放松，横梁后移动”的工艺要求。②放松接触器线圈KM4一直通电，使夹紧机构持续放松，没有设置检测元件检查横梁放松的程度。③松开按钮SBl，横梁不再上升，横梁夹紧线圈得电吸合，横梁持续夹紧，不能自动停止。根据以上问题，需要恰当地选择控制过程中的变化参量，实现上述自动控制要求。

3．选择控制参量，确定控制原则（1）反映横梁放松程度的参量。可以采用行程开关SQl检测放松程度。当横梁放松到一定程度时，其压块压动SQ1，使常闭触点SQl断开，表示已经放松，接触器KM4线圈失电；同时，常开触点SQl闭合，使上升或下降接触器KMl和KM2通电，横梁向上或向下移动。

（2）反映横梁夹紧程度的参量可以有时间参量、行程参量和反映夹紧力的电流量。若用时间参量，不易调整准确；若用行程参量，当夹紧机构磨损后，测量也不准确。本例选用反映夹紧力的电流参量是适宜的，夹紧力大，电流也大，故可以借助过电流继电器来检测夹紧程度。在图中，夹紧电机M2的主电路中串联过电流继电器KI，将其动作电流整定在2IN。KI的常闭触点串接在KM3控制支路中。当夹紧横梁时，M2的电流逐渐增大，当电流超过KI整定值时，KI的常闭触点断开，KM3线圈失电，M2自动停止夹紧的工作。4．设计联锁保护环节采用行程开关SQ2和SQ3分别实现横梁上升、下降行程的限位保护。图4-12为修改后的完整控制线路图。采用熔断器FUl和FU2作短路保护。行程开关SQ1不仅反映了放松信号，而且还起到了横梁升降和横梁夹紧之间的联锁作用。中间继电器KAl、KA2的常闭触点，用于实现横梁升降电动机和夹紧电动机正反向运动的联锁保护。完整的控制线路图5．线路的完善和校核控制线路设计完毕后，往往还有不合理的地方，或者还有需要进一步简化之处，应认真仔细地校核。对图4-12所示线路审核是对照生产机械工艺要求，反复分析所设计线路是否能逐条实现，是否会出现误动作，是否保证了设备和人身安全，是否还要进一步简化以减少触点或节省连线等。下面分四个阶段对横梁升／降移动和夹紧／放松进行分析：（1）按下横梁上升点动按钮SBl→中间继电器KA1线圈得电→KM4线圈得电→夹紧电动机M2工作→将横梁放松。（2）当横梁放松到一定程度时，夹紧装置将SQl压下→SQl常闭触点断开→KM4线圈失电→M2停止工作；而SQ1常开触点闭合→KM１线圈得电→升降电动机M1起动→横梁在放松状态下向上移动。（3）当横梁移动到所需位置时，松开SBl→KA1线圈失电→KA1常开触点复原→KMl线圈失电→使M1停止工作；由于横梁处于放松状态，SQl的常开触点一直是闭合的→KA1常闭触点复原→KM3线圈得电→使M2反转→从而进入夹紧阶段。

（4）当M2刚起动时→IQ较大，KI动作,常闭触点虽断开了→但SQl的常开触点闭合→KM3线圈仍然得电→横梁继续夹紧→当IQ较小时→KI常闭触点复位→在夹紧过程中→SQl复位，为下次放松作准备。

当夹紧到一定程度时→KI的常闭触点断开→KM3线圈失电→M2停止→夹紧结束。

横梁下降的操作过程与横梁上升操作过程类同。一般设计法举例2M1M2M3（a）皮带运输机工作示意图皮带运输机电气控制线路设计1、特点：长期工作，不需要调速，无反转，起动转矩较大2、皮带运输机对电气控制系统提出的要求

1）有延时起动预警功能：蜂鸣器YV发出警报信号，之后方允许主机起动。

2）起动要求为：

a起动顺序：皮带机3#，2#，1#；

b每个皮带机起动之间要有一定的时间间隔。

3）停机要求为：

a停机顺序：皮带机；1#，2#，3#；

b每个皮带机停机之间要有一定的时间间隔。3、皮带运输机的电气控制线路设计1）主电路的设计采用鼠笼型异步电动机拖动，直接起动，自由停车即可。M1：KM1M2：KM2M3：KM32）设计基本控制电路该电路只能分别手动控制电动机的起停，不能实现自动控制的要求。SB5SB6KM2KM3SB4SB3KM2KM1SB1KM1SB2KM2KM1KM2KM3皮带机控制电路的基本部分KM33）设计控制电路的特殊部分a选择过程参量，确定控制原则起动控制：直接参量——行程间接参量——时间采用时间原则控制。b时间继电器数量的选择预警KT1

起动KT2，KT3

停车KT4，KT5c延时起点和延时时间的确定KT1KT3KT1KT1KT1SB1SB2KT2KT1KT1YVKM1KM2KM3KT2KT3KT2

KT2、KT3的延时整定值为工艺所定的延时值KT1KT3KT1KT1KT1SB1SB2KT2KT1KT1YVKM1KM2KM3KT2KT3

KT3的延时整定值：

KT2的延时值+KT3的工艺所定的延时值d通电延时与断电延时的选择

KT2，KT3：通电延时

KT4，KT5：断电延时KT1KT3KT1KT1KT1SB1SB2KT2KT1KT1YVKM1KM2KM3KT2KT3KT4KT5校核：SB2KT1KT4KT5FR2FR3KM3KM2KT3KT1KT1KT1SB1FR1FR2FR3KM2KM3KT2KT1M13～QSFU1FU2FU3KM1FR1皮带机的完整的电路图M13～M13～KT1YVKM1KM2KM3KT2KT3KT4KT5KAKT3KT1KT1KT1KASB2KM2KM3KT4KT5KT2KT1KT1KT1YVKM1KM2KM3KT2KT3KT4KT5SB1SB1KM3如全选用通电延时时间继电器，进行停车控制时还需要一个中间继电器方能完成控制任务。电气控制线路的逻辑设计法逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来进行电路设计。它是从工艺资料出发，将控制电路中的接触器、继电器线圈的通电与断电，触头的闭合与断开，以及主令元件的接通与断开等看成逻辑变量，并根据控制要求，将这些逻辑变量关系表示为逻辑函数关系式，再运用逻辑函数基本公式和运算规律对逻辑函数式进行化简，然后按化简后的逻辑函数式画出相应的电路结构图，最后再作进一步的检查和完善，以期获得最佳设计方案，使设计出的控制电路既符合工艺要求，又达到线路简单、工作可靠、经济合理的要求。电气控制线路的逻辑设计法1、逻辑电路中的逻辑变量和逻辑函数逻辑代数又称布尔代数或开关代数(1)逻辑变量具有两个对立的、稳定的物理状态的量称为逻辑变量。逻辑“１”——接触器、继电器线圈通电（吸合）状态；逻辑“０”——接触器、继电器线圈失电（释放）状态。逻辑“１”——接触器、继电器、开关、按钮的触点闭合状态；逻辑“０”——接触器、继电器、开关、按钮的触点断开状态。电器A、B、C、…的常开触头用a、b、c、…表示，常闭触点则用，…表示（2）逻辑函数在继电接触式控制线路中，把触点状态的逻辑变量称为输入逻辑函数，把表示继电器、接触器等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。例如下图中，KM是SB1和SB2的逻辑函数（3）3种基本逻辑运算（与、或、非）(1)交换律：(2)结合律：(3)分配律：(4)吸收律：(5)互补律：(6)非非律：2、基本公式电气控制线路的逻辑设计法继电接触器开关的逻辑电路，是以检测信号、主令信号、中间单元及输出逻辑变量的反馈触点作为输入变量，以执行元件作为输出变量而构成的电路。逻辑设计法的一般步骤按工艺要求做出工作循环图或工作示意图。按工作循环图做执行元件节拍表及检测元件状态表根据转换表，确定中间记忆元件的开关边界线，设置中间记忆元件列写中间记忆元件逻辑函数式及执行元件逻辑函数式根据逻辑函数式画出电路图进一步完善和简化。

KA1KA2KA3KM0000

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

11

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0状态表

设计要求：某电动机只有在继电器KA1、KA2、KA3中任何一个或两个动作时才能运转，而在其他条件下都不运转，试设计其控制线路。 设计步骤：1）列出控制元件与执行元件的动作状态表，如表所示。1）根据表写出KM的逻辑代数式：2）利用逻辑代数基本公式化简至最简“与或”式：图控制电路常用电气元器件的选择常用电气元器件的选择原则

(1)根据对控制元器件功能的要求，确定电气元器件的类型。例如：当元器件用于通、断功率较大的主电路时，应选用交流接触器；若有延时要求，应选用延时继电器。

(2)确定元器件承载能力的临界值及使用寿命。主要是根据电气控制的电压、电流及功率大小来确定元器件的规格。

(3)确定元器件预期的工作环境及供应情况。如防油、防尘、货源等。

(4)确定元器件在供应时所需的可靠性等。确定用以改善元器件失效率用的老化或其他筛选实验。采用与可靠性预计相适应的降额系数等，进行一些必要的核算和校核。电气控制系统的工艺设计在完成电气原理设计及电气元件选择之后，就应进行电气控制的工艺设计。工艺设计的目的是为了满足电气控制设备的制造和使用要求。工艺设计内容包括：（1）电气控制设备总体配置，即总装配图、总接线图。（2）各部分的电器装配图与接线图，并列出各部分的元件目录、进出线号以及主要材料清单等技术资料。（3）编写使用说明书。

电气设备总体配置设计各种电动机及各类电气元件根据各自的作用，都有一定的装配位置，在构成一个完整的自动控制系统时，必须划分组件。以龙门刨床为例，可划分机床电器部分（各拖动电动机，抬刀机构电磁铁，各种行程开关和控制站等）、机组部件（交磁放大机组，电动发电机组等）以及电气箱（各种控制电气、保护电器、调节电器等等）。根据各部分的复杂程度又可划分成若干组件，如印制电路组件、电器安装板组件、控制面板组件，电源组件等。同时要解决组件之间，电气箱之间以及电气箱与被控制装置之间的连线问题。

1．划分组件的原则（1）功能类似的元件组合在一起。例如用于操作的各类按钮、开关、键盘、指示检测、调节等元件集中为控制面板组件，各种继电器、接触器、熔断器、照明变压器等控制电器集中为电气板组件，各类控制电源、整流、滤波元件集中为电源组件等。（2）尽可能减少组件之间的连线数量，接线关系密切的控制电器置于同一组件中。（3）强弱电控制器分离，以减少干扰。（4）力求整齐美观，外形尺寸、重量相近的电器组合在一起。（5）便于检查与调试，需经常调节、维护和易损元件组合在一起。2．电气控制设备的各部分及组件之间的接线方式（1）电器板、控制板，机床电器的进出线一般采用接线端子（按电流大小及进出线数选用不同规格的接线端子）。（2）电器箱与被控制设备或电气箱之间采用多孔接插件，便于拆装、搬运。（3）印制电路板及弱电控制组件之间宜采用各种类型标准接插件。

总体配置设计是以电气系统的总装配图与总接线图形式来表达的。图中应以示意形式反映出各部分主要组件的位置及各部分接线关系，走线方式及使用管线要求等。总装配图、接线图是进行分部设计和协调各部分组成一个完整系统的依据。总体设计要使整个系统集中、紧凑，同时在场地允许条件下，对发热厉害、噪声和振动大的电气部件，如电动机组、起动电阻箱等尽量放在离操作者较远的地方或隔离起来；对于多工位加工的大型设备，应考虑两地操作的可能；总电源紧急停止控制应安放在方便而明显的位置。总体配置设计合理与否将影响到电气控制系统工作的可靠性，并关系到电气系统的制造、装配、调试、操作以及维护是否方便。

二、元件布置图的设计及电器部件接线图的绘制

总体配置设计确定了各组件的位置和连线后，就要对每个组件中的电气元件进行设计，电气元件的设计图包括布置图、接线图、电气箱及非标准零件图的设计。

1．电气元件布置图电气元件布置图是依据总原理图中的部件原理图设计的，是某些电器元件按一定原则的组合。布置图是根据电器元件的外形绘制，并标出各元件间距尺寸。每个电气元件的安装尺寸及其公差范围，应严格按产品手册标准标注，作为底板加工依据，以保证各电器的顺利安装。

同一组件中电器元件的布置要注意以下问题：（1）体积大和较重的电气元件应装在电器板的下面，而发热元件应安装在电器板的上面。（2）强弱电分开并注意弱电屏蔽，防止外界干扰。（3）需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。（4）电气元件的布置应考虑整齐、美观、对称，外形尺寸与结构类似的电器安放在一起，以利加工、安装和配线。（5）电气元件布置不宜过密，要留有一定的间距，若采用板前走线槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利布线和维护。

各电气元件的位置确定以后，便可绘制电气布置图。在电器布置图设计中，还要根据本部件进出线的数量（由部件原理图统计出来）和采用导线规格，选择进出线方式，并选用适当接线端子板或接插件，按一定顺序标上进出线的接线号。

2．电气部件接线图

电气部件接线图是部件中各电气元件的接线图。电气元件的接线要注意以下问题：（1）接线图和接线表的绘制应符合GB6988—86中《电气制图接线图和接线表》的规定。（2）电气元件按外形绘制，并与布置图一致，偏差不要太大。（3）所有电气元件及其引线应标注与电气原理图中相—致的文字符号及接线号。（4）与电气原理图不同，在接线图中同一电气元件的各个部分（触点、线圈等）必须画在一起。（5）电气接线图一律采用细线条，走线方式有板前走线及板后走线两种，一般采用板前走线。对于简单电气控制部件，电气元件数量较少，接线关系不复杂，可直接画出元件间的连线。但对于复杂部件，电气元件数量多，接线较复杂的情况，一般是采用走线槽，只需在各电气元件上标出接线号，不必画出各元件间连线。（6）接线图中应标出配线用的各种导线的型号、规格、截面积及颜色要求。

（7）部件的进出线除大截面导线外，都应经过接线板，不得直接进出。

3．电气箱及非标准零件图的设计在电气控制系统比较简单时，控制电器可以附在生产机械内部，而在控制系统比较复杂或由于生产环境及操作的需要，通常都带有单独的电气控制箱，以利制造、使用和维护。电气控制箱设计要考虑电气箱总体尺寸及结构方式、方便安装、调整及维修要求并利于箱内电器的通风散热。大型控制系统，电气箱常设计成立柜式或工作台式，小型控制设备则设计成台式、手提式或悬挂式。

电气控制箱设计要考虑以下几个问题。(1)根据控制面板及箱内各电气部件的尺寸确定电气箱总体尺寸及结构方式。(2)结构紧凑外形美观，要与生产机械相匹配，应提出一定的装饰要求。(3)根据控制面板及箱内电气部件的安装尺寸，设计箱内安装支架，并标出安装孔或焊接安装螺栓尺寸。(4)根据方便安装、调整及维修要求，设计其开门方式。(5)为利于箱内电器的通风散热，在箱体适当部位设计通风孔或通风槽。(6)为便于电气箱的搬动，应设计合适的起吊勾、起吊孔、扶手架或箱体底部带活动轮。根据以上要求，先勾画出箱体的外形草图，估算出各部分尺寸，然后按比例画出外形图，再从对称、美观、使用方便等方面考虑进一步调整各尺寸、比例。三、清单汇总和说明书的编写在电气控制系统原理设计及工艺设计结束后，应根据各种图纸，对本设备需要的各种零件及材料进行综合统计，按类别划出外购成件汇总清单表、标准件清单表、主要材料消耗定额表及辅助材料消耗定额表。设计及使用说明书是设计审定及调试、使用、维护过程中必不可少的技术资料。设计及使用说明书应包含以下主要内容：

（1）拖动方案选择依据及本设计的主要特点。（2）主要参数的计算过程。（3）各项技术指标的核算与评价。（4）设备调试要求与调试方法。（5）使用、维护要求及注意事项。

一、机床电气控制电路设计举例设计CW6163型卧式车床的电气控制电路。机床电气传动的特点及控制要求机床主运动和进给运动由电动机M1集中传动，主轴运动的正反向（满足螺纹加工要求）是靠两组摩擦片离合器完成。主轴制动采用液压制动器。冷却泵由电动机M2拖动。刀架快速移动由单独的快速电动机M3拖动。进给运动的纵向（左右）运动，横向（前后）运动，以及快速移动，都集中由一个手柄操纵。电动机型号：

主电动机M1：Y160M-4，1lkW，380V，23.0A，1460r/min；冷却泵电动机M2：JCB-22，0.15kW，380V，0.43A，2790r/min；快速移动电动机M3：Y90S-4，1.1kW，380V，2.8A，1400r/min。电气控制电路设计主回路设计根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机M1、M2及M3，如图所示。

三相电源由开关QS引入。

主电动机M1的过载保护由热继电器FR1实现。

主电动机的短路保护可由机床的前一级配电箱中的熔断器充任。

冷却泵电动机M2的过载保护由热继电器FR2实现。

快速移动电动机M3由于是短时工作，不设过载保护。

电动机M2、M3共同设短路保护熔断器FU1。主电路和控制电路设计控制电路设计考虑到操作方便，主电动机M1可在床头操作板上和刀架拖板上分别设起动和停止按钮SB1、SB2、SB3、SB4进行操纵。接触器KM1与控制按钮组成带自锁的起停控制电路。冷却泵电动机M2由SB5、SB6进行起停操作，装在机床头部。快速移动电动机M3工作时间短，为了操作灵活由按钮SB7与接触器KM3组成点动控制电路。信号指示与照明电路可设电源指示灯HL2（绿色），在电源开关QS接通后，立即发光显示，表示机床电气电路已处于供电状态。设指示灯HL1（红色）显示主电动机是否运行。这两个指示灯可由接触器KM1的动合和动断两对辅助触点进行切换显示，如图右上方所示。在操作板上设有交流电流表A，它串联在电动机主回路中，用以指示机床的工作电流。这样可根据电动机工作情况调整切削用量使电动机尽量满载运行，以提高生产率，并能提高电动机功率因数。EL照明灯为36V安全电压。

控制电路电源考虑安全可靠及满足照明指示灯的要求，采用变压器供电，控制电路127V，照明36V，指示灯6.3V。绘制电气原理图根据各局部电路之间互相关系和电气保护电路，画成电气原理图，如图所示。CW6163型卧式车床电气原理图

选择电气元件电源引入开关QSQS主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接起停电动机，可按电动机额定电流来选。在这里应该根据三台电动机来选。在中小型机床常用组合开关中，可选用HZl0-25/3型，额定电流为25A，三极组合开关。热继电器FR1、FR2

主电动机M1额定电流23.0A，FR1可选用JR0-40型热继电器，热元件电流为25A，电流整定范围为16~25A，工作时将额定电流调整为23.0A。

同理，FR2可选用JRl0-10型热继电器，选用1号元件，电流整定范围是0.40～0.6