1、电气控制与PLC,第四章 电气控制系统设计,第一节 电气控制系统设计的基本内容和一般规则主要设计内容：原理设计和工艺设计一、电气设计的基本内容1、拟订设计的任务书。2、选择电气传动形式和控制方案。3、设计电气原理图及合理选择元件（原理设计）。4、绘制电气安装接线图（工艺设计）。5、汇总资料，编写说明书。,二、电气控制线路设计的一般原则,总原则： 满足技术、经济指标要求，操作、维修方便的基本要求。通过优选器件，提高可靠性，延长寿命，提高产品的竞争力。 电气设计的一般规律： 1、选用典型环节 2、合理设计电路必要时，可以使用逻辑代数化简电路，优化电路结构。,（1）设计控制线路时应考虑到各个控制电器
2、的实际接线，尽可能减少连接的导线,如图4.1.1 (b )与(d)是不适当的接线方法，而图4.1.1(a)和(c)是适当的。因为按钮在按钮站（或操纵台），电器在电器柜里，从图(a)看出向按钮站的实际引线是三条，而图(b)则是四条。图(c)和(d)考虑到SB1和SB2，SB3和SB4分别两地操作，则图(c)就比图(d)少用了一条连接导线。,图4.1.1 电器元件的合理接线,（2）应尽量减少控制线路中所用控制电器触头的数量,在控制线路中，应尽量减少触头，提高线路工作的可靠性。在简化、合并触头的过程中，应注意同类性质触头的合并，或一个触头能完成的动作，不用两个触头。合并时应注意触头的额定电流是否允许
3、。图4.1.2列举了一些触头化简与合并的例子。,图4.1.2 触头的化简与合并,（3）交流电器的电压线圈不能串联使用,因为交流电器的线圈的感抗与它的衔铁吸合间隙有关。由于吸合时间不完全同步，只要有一个电器吸合动作，它的线圈上的压降就增大，从而使另一电器达不到所需要的动作电压。,图4.1.3 两只交流接触器的使用,（4）控制电器的线圈应接在电源的同一端,接触器、继电器以及其它执行电器的线圈的一端统一接在电源的同一侧，使所有电器的控制触头在电源的另一侧，如图4.1.4所示。这样当某一电器的触头发生短路故障时，引起电源短路。同时也便于检修和安装接线。,图4.1.4 控制电路中电器线圈、触头位置,（5
4、）应避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的现象。,如图4.1.5（a）所示，继电器KA4是在KA1、KA2和KA3相继动作后才能接通电源，也就是说，KA4的接通要经过KA1、KA2、KA3三对触头。但图4.1.5（b）中KA4的动作只需KA2电器动作，而且只需要经过一对触头，工作就较为可靠。,图4.1.5 触头的合理使用,图4.1.6 顺序控制电路,图4.1.7 a）为反身自停电路，存在电气导通的竞争现象。图4.1.7 b为无竞争的反身自停电路。 结论：继电、接触器控制电路不得用自身触点切断线圈的导电电路。,（6）防止竞争现象,图4.1.7 时间继电器组成的反身关闭电路,3、控制电源与导线的
5、选择, 控制电源选择交流控制电路电源有36、127、220、380V等规格，电路结构简单的可使用220V或380V电源，电路复杂，故障多发，宜选用低压电源，但须经变压器降压获得。其次，还可以根据安全照明和工作状态指示的要求，以及电磁线圈（电磁铁）的负载性质等综合考虑。变压器容量估算：STKTSXC式中：ST -变压器所需容量； SXC为电器元件的吸持功率； SXC -控制电路在最大负载时工作电器所需要的功率； KT-变压器容量的储备系数，一般取1.11.25。导线的选择导线的选择包括导线的种类选择和导线的截面积的选择。导线有单股或多股导线，应根据导线的走线方式和美观要求进行选择。铜芯导线截面积
6、一般可按5A/mm 2来估算。,第二节 电气控制原理设计方法,电气控制原理设计方法有两种，经验设计法和逻辑代数设计法。 1、经验设计法电气控制设计的内容包括主电路、控制电路和辅助电路的设计。 设计步骤 主电路：主要考虑电动机起动、点动、正反转、制动及多速控制的要求。 控制电路：满足设备和设计任务要求的各种自动、手动的电气控制电路。 辅助电路：完善控制电路要求的设计，包括短路、过流、过载、零压、连锁（互锁）、限位等电路保护措施，以及信号指示、照明等电路。 反复审核：根据设计原则审核电气设计原理图，有必要时可以进行模拟实验，修改和完善电路设计，直至符合设计要求。 常用的经验设计方法 根据生产机械的
7、要求，选用典型环节，将它们有机的组合起来，并加以补充修改，综合成所需的控制电路。 没有典型环节，可以根据工艺要求自行设计，采用边分析边画图的方法，不断增加电器元件和控制触点，以满足给定的工作条件和要求。,经验设计的特点 设计方法简单易于掌握，使用广泛。 要求设计者有一定的设计经验，需要反复修改图纸，设计速度较慢。 设计程序不固定，一般需要进行模拟实验。 不宜获得最佳设计方案。 2、逻辑设计法利用逻辑代数，从生产工艺出发，考虑控制电路中逻辑变量关系，在状态波形图的基础上，按照一定的设计方法和步骤，设计出符合要求的控制电路。 该方法设计出的电路较为合理、精练可靠，特别在复杂电路设计时，可以显示出逻
8、辑设计法的设计优点。,第三节 基于导线二维标注法电气接线图设计,1、电气接线图的绘制规则用途：电气接线图用来表示电气配电盘内部器件之间导线的连接关系。 标线号：在电气原理图上用数字标注线号，每经过一个器件改变一次线号（接线端子除外）。布置器件： 根据电气原理图，将电气元件在配电盘或控制盘上按先上后下，先左后右的规则排列，并以接线图的表示方法画出电器元件（方框+电气符号）。标器件号： 给安放位置固定的器件标注编号（包括接线端子）。二维标注：在导线上标注导线线号和指示导线去向的器件号。注意：配电盘的引出、引入导线均须采用接线端子连接。,2、电气互连图绘制规则,电气互连图的用途：电气互连图表示电气配
9、电盘与盘之间，盘与外部设备之间的连线关系。 电气互连图绘制规则：导线连接关系控制盘（板）之间，控制盘与外设之间用导线束表示导线的连接关系，原理图中应注明导线的颜色、数量、长度、载流面积等参数。穿线管的使用为保护设备外部的连接导线，经常使用穿线管走线方式。使用穿线管时，应在原理图中注明穿线管种类、内经、长度、及所穿导线根数（含备用）。,第四节 电气控制系统设计应用举例,设计选题电动机的起停控制电路1、电气原理图原理设计时以起停控制电路原理为主，兼顾电路的工作状态指示和设备工作点的局部照明电路。图中标注了线号、导线截面积等参数。,2、电气安装位置图,电气安装位置图用来表示元器件清单中所有电器元件的
10、相对安装位置。通常，电器元件布置在主配电盘和操作面板上。电气安装位置图应考虑电器元件的实际安装方法和结构尺寸，最终确定主配电盘和操作面板、以及控制柜结构和外形尺寸。,3、电气接线图,按照电气安装位置图的设计思想，电气接线图也分为主配电盘接线图和操作面板接线图两部分。图中线侧数字表示线号（17），线端数字表示器件编号（1025）。,4、电气互连图,电气互连图表示电气控制柜配电盘之间、以及和外部器件之间的接线关系。图中用导线束将照明灯、操作面板、电动机、电源引入线与控制主盘连接起来，并注明了穿线管的规格、电缆线的参数等数据，详见表4.2。设计时应注意接地装置的设计（安全） 。,5、安装调试 安装无
11、误后，接通三相电源，作空载实验，通过操作按钮，检验电气装置动作的准确性及指示的正确性，空载实验无误后，接上负载作负载试验，反复调试直至设备正常工作为止。,小结本章通过应用示例，系统的介绍了电气控制线路（原理）设计，电气安装位置图、电气接线图、电气互连图等工艺设计方法。工艺设计是在理论设计的基础上进行的重要设计内容，实践性很强、工作量很大，电气设备的质量和制造成本在很大程度上取决于工艺设计水平。所以，也是电气工程师的必修内容。,图4.1.1 电器元件的合理接线,图4.1.2 触头的化简与合并,图4.1.3 两只交流接触器的使用,图4.1.4 控制电路中电器线圈、触头位置,图4.1.5 触头的合理使用,图4.1.6 顺序控制电路,图4.1.7 反身自停电路,4.4.2 主盘电气安装位置图,4.4.3 操作面板电气安装位置图,4.4.4电气安装接线图（主板）,4.4.5电气安装接线图（操作面板）,4.4.6电气互连图,4.4.1电气原理图,
