老師傅教您電氣設計,這些步驟您可千萬不能漏

2020-02-02   機械學霸

一、電氣控制系統設計的一般原則


1、最大限度地滿足生產機械和生產工藝對電氣控制系統的要求。電氣控制系統設計的依據主要來源於生產機械和生產工藝的要求。

2、設計方案要合理。在滿足控制要求的前提下,設計方案應力求簡單、經濟、便於操作和維修,不要盲目追求高指標和自動化。

3、機械設計與電氣設計應相互配合。許多生產機械採用機電結合控制的方式來實現控制要求,因此要從工藝要求、製造成本、結構複雜性、使用維護方便等方面協調處理好機械和電氣的關係。

4、確保控制系統安全可靠地工作。

電氣控制系統設計的基本任務是根據控制要求設計、編制出設備製造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料等。圖紙包括電氣原理圖、電氣系統的組件劃分圖、元器件布置圖、安裝接線圖、電氣箱圖、控制面板圖、電器元件安裝底板圖和非標準件加工圖等。


電氣控制系統設計的內容主要包含原理設計與工藝設計兩個部分:

A.原理設計內容

(l)擬訂電氣設計任務書。

(2)確定電力拖動方案,選擇電動機。

(3)設計電氣控制原理圖,計算主要技術參數。

(4)選擇電器元件,制訂元器件明細表。

(5)編寫設計說明書。

B.工藝設計內容

(l)設計電氣總布置圖、總安裝圖與總接線圖。

(2)設計組件布置圖、安裝圖和接線圖。

(3)設計電氣箱、操作台及非標準元件。

(4)列出元件清單。

(5)編寫使用維護說明書。


電氣控制系統設計的一般步驟:

1、擬訂設計任務書

設計任務書是整個電氣控制系統的設計依據,又是設備竣工驗收的依據。由技術領導部門、設備使用部門和任務設計部門等共同完成。

電氣控制系統的設計任務書中,主要包括以下內容:

  1. 設備名稱、用途、基本結構、動作要求及工藝過程介紹。
  2. 電力拖動的方式及控制要求等。
  3. 聯鎖、保護要求。
  4. 自動化程度、穩定性及抗干擾要求。
  5. 作台、照明、信號指示、報警方式等要求。
  6. 設備驗收標準。
  7. 其它要求。

2、確定電力拖動方案

電力拖動方案選擇是電氣控制系統設計的主要內容之一,也是以後各部分設計內容的基礎和先決條件。

主要從幾個方面考慮電力拖動方案:

  1. 拖動方式的選擇:電力拖動方式,獨立拖動?集中拖動?
  2. 調速方案的選擇:大型、重型設備的主運動和進給運動,應儘可能採用無級調速;精密機械設備為保證加工精度也應採用無級調速;對於一般中小型設備,在沒有特殊要求時,可選用經濟、簡單、可靠的三相籠型異步電動機。
  3. 電動機調速性質要與負載特性適應恆功率負載?恆轉矩負載?在選擇電動機調速方案時,要使電動機的調速特性與生產機械的負載特性相適應,使電動機得到充分合理應用。

3、拖動電動機的選擇基本原則

  1. 根據生產機械調速的要求選擇電動機的種類。
  2. 工作過程中電動機容量要得到充分利用。
  3. 根據工作環境選擇電動機的結構型式。

4、選擇控制方式

控制方式要實現拖動方案的控制要求。隨著現代電氣技術的迅速發展,生產機械電力拖動的控制方式從傳統的繼電接觸器控制向PLC控制、CNC控制、計算機網絡控制等方面發展,控制方式越來越多。控制方式的選擇應在經濟、安全的前提下,最大限度地滿足工藝的要求。

5、設計電氣控制原理圖,併合理選用元器件,編制元器件明細表。

6、設計電氣設備的各種施工圖紙。

7、編寫設計說明書和使用說明書。


二、電氣控制原理電路設計的方法與步驟


1、電氣控制原理電路的基本設計方法

電氣控制原理電路設計的方法有分析設計法和邏輯設計法。

(1)、分析設計法

分析設計法是根據生產工藝的要求選擇適當的基本控制環節(單元電路)或將比較成熟的電路按其聯鎖條件組合起來,並經補充和修改,將其綜合成滿足控制要求的完整線路。當沒有現成的典型環節時,可根據控制要求邊分析邊設計。

優點是設計方法簡單,無固定的設計程序,它容易為初學者所掌握,在電氣設計中被普遍採用;

缺點是設計出的方案不一定是最佳方案,當經驗不足或考慮不周全時會影響線路工作的可靠性。

(2)、邏輯設計法

邏輯設計法是利用邏輯代數來進行電路設計,從生產機械的拖動要求和工藝要求出發,將控制電路中的接觸器、繼電器線圈的通電與斷電,觸點的閉合與斷開,主令電器的接通與斷開看成邏輯變量,根據控制要求將它們之間的關係用邏輯關係式來表達,然後再化簡,做出相應的電路圖。

優點是能獲得理想、經濟的方案。

缺點是這種方法設計難度較大,整個設計過程較複雜,還要涉及一些新概念,因此,在一般常規設計中,很少單獨採用。


2、電氣原理圖設計的基本步驟

(l)根據確定的拖動方案和控制方式設計系統的原理框圖。

(2)設計出原理框圖中各個部分的具體電路。設計時按主電路、控制電路 、輔助電路、聯鎖與保護、總體檢查反覆修改與完善的先後順序進行。

(3)繪製總原理圖。

(4)恰當選用電器元件,並制訂元器件明細表。


3、原理圖設計的一般要求

(1)、電氣控制原理應滿足工藝的要求

在設計之前必須對生產機械的工作性能、結構特點和實際加工情況有充分的了解,並在此基礎上來考慮控制方式,起動、反向、制動及調速的要求,設置各種聯鎖及保護裝置。

(2)、控制電路電源種類與電壓數值的要求

對於比較簡單的控制電路,往往直接採用交流380V或220V電源,不用控制電源變壓器。對於比較複雜的控制電路,應採用控制電源變壓器,將控制電壓降到110V或48V、24V。對於操作比較頻繁的直流電力傳動的控制電路,常用220V或110V直流電源供電。直流電磁鐵及電磁離合器的控制電路,常採用24V直流電源供電。

交流控制電路的電壓必須是下列規定電壓的一種或幾種:

6V,24V,48V,110V(優選值),220V,380V,50Hz。

直流控制電路的電壓必須是下列規定電壓的一種或幾種:

6V,12V,24V,48V,110V,220V。

(3)、確保電氣控制電路工作的可靠性、安全性

  1. 電器元件的工作要穩定可靠,符合使用環境條件,並且動作時間的配合不致引起競爭。複雜控制電路中,在某一控制信號作用下,電路從一種穩定狀態轉換到另一種穩定狀態,常常有幾個電器元件的狀態同時變化,考慮到電器元件總有一定的動作時間,對時序電路來說,就會得到幾個不同的輸出狀態。這種現象稱為電路的「競爭」。而對於開關電路,由於電器元件的釋放延時作用,也會出現開關元件不按要求的邏輯功能輸出的可能性,這種現象稱為「冒險」。「競爭」與「冒險」現象都將造成控制電路不能按照要求動作,當電器元件的動作時間可能影響到控制電路的動作時,需要用能精確反映元件動作時間及其互相配合的方法(如時間圖法)來準確分析動作時間,從而保證電路正常工作。
  2. 電器元件的線圈和觸點的連接應符合國家有關標準規定電器元件圖形符號應符合GB4728中的規定,繪製時要合理安排版面。例如,主電路一般安排在左面或上面,控制電路或輔助電路排在右面或下面,元器件目錄表安排在標題上方。在實際連接時,應注意以下幾點: 正確連接電器線圈。交流電壓線圈通常不能串聯使用,即使是兩個同型號電壓線圈也不能採用串聯後,接在兩倍線圈額定電壓的交流電源上,以免電壓分配不均引起工作不可靠。

在直流控制電路中,對於電感較大的電器線圈,如電磁閥、電磁鐵或直流電機勵磁線圈等,不宜與同電壓等級的接觸器或中間繼電器直接並聯使用。如圖,當觸點KM斷開時,電磁鐵YA線圈兩端產生較大的感應電動勢,加在中間繼電器KA的線圈上,造成KA的誤動作。為此在YA線圈兩端並聯放電電阻R,並在KA支路串入KM常開觸點,如圖b)就能可靠工作。

合理安排電器元件和觸點的位置。

對於某些迴路,電器元件或觸點位置互換時,並不影響其工作原理,但在實際運行中,影響電路安全並關係到導線長短,如圖a)接法既不安全又浪費導線。圖b)所示的接法較為合理。

防止出現寄生電路。

寄生電路是指在控制電路的動作過程中,意外出現不是由於誤操作而產生的接通電路。圖是一個具有指示燈和過載保護的電動機正反轉控制電路。正常工作時,能完成正反向起動、停止與信號指示。但當FR動作斷開後,電路出現了如圖中虛線所示的寄生電路,使接觸器KM1不能可靠釋放而得不到過載保護。如果將FR觸點位置移到SB1上端就可避免產生寄生電路。

儘量減少連接導線的數量,縮短連接導線的長度。

控制電路工作時,應儘量減少通電電器的數量,以降低故障的可能性並節約電能。

在電路中採用小容量的繼電器觸點來斷開或接通大容量接觸器線圈時,要分析觸點容量的大小,若不夠時,必須加大繼電器容量或增加中間繼電器,否則工作不可靠。


4、應具有必要的保護環節

控制電路在事故情況下,應能保證操作人員、電氣設備、生產機械的安全,並能有效地制止事故的擴大。為此,在控制電路中應採取一定的保護措施,必要時還可設置相應的指示信號。


5、操作、維修方便

控制電路應從操作與維修人員的工作出發,力求操作簡單、維修方便。


6、控制電路力求簡單、經濟

在滿足工藝要求的前提下,控制電路應力求簡單、經濟。儘量選用標準電氣控制環節和電路,縮減電器的數量,採用標準件和儘可能選用相同型號的電器。