电力托动第四章工业电气控制系统设计课件.ppt

1、第四章 工业电气控制系统的设计第四章第四章 工业电气控制系统的设计工业电气控制系统的设计chenjianguangchenjianguang4.1 4.1 电气控制线路设计的基本原则电气控制线路设计的基本原则4.2 4.2 电气控制线路设计的基本程序电气控制线路设计的基本程序4.3 4.3 电气控制线路设计的方法电气控制线路设计的方法4.4 4.4 电气控制线路的绘制方法电气控制线路的绘制方法第四章 工业电气控制系统的设计4.1 4.1 电气控制设计的基本原电气控制设计的基本原则则 陈剑光1 1以满足生产过程中机械加工工艺的要求为切入点，了以满足生产过程中机械加工工艺的要求为切入点，了解设计前

2、必须做的准备工作，即对生产设备的主要工作解设计前必须做的准备工作，即对生产设备的主要工作性能、结构特点、实际工作情况做充分的了解，做到心性能、结构特点、实际工作情况做充分的了解，做到心中有数。中有数。2 2明确电气控制线路设计所包含的工作。明确电气控制线路设计所包含的工作。3 3在总体方案正确的前提下，确定电力拖动方案和控制在总体方案正确的前提下，确定电力拖动方案和控制方案。借鉴已经获得成功的经过生产实践检验的设备或方案。借鉴已经获得成功的经过生产实践检验的设备或生产工艺列出几种可选方案，根据条件和工艺要求进行生产工艺列出几种可选方案，根据条件和工艺要求进行选择。选择。第四章 工业电气控制系统

3、的设计(1)(1)尽量减少电气元件的数量，选用标准电器元件，尽可尽量减少电气元件的数量，选用标准电器元件，尽可能选用相同型号的电器元件以减少备用品数量。能选用相同型号的电器元件以减少备用品数量。(2)(2)尽量选用标准的、常用的或经过实践考验的典型环节尽量选用标准的、常用的或经过实践考验的典型环节或基本电气控制线路。或基本电气控制线路。(3)(3)尽量减少不必要的触头，以简化电气控制线路，降低尽量减少不必要的触头，以简化电气控制线路，降低故障率，提高工作可靠性。故障率，提高工作可靠性。第四章 工业电气控制系统的设计陈剑光第四章 工业电气控制系统的设计(4)(4)尽量缩短连接导线和长度。将电器元

4、件触头的位置合理尽量缩短连接导线和长度。将电器元件触头的位置合理安排，可减少导线根数和缩短导线的长度，以简化接线，安排，可减少导线根数和缩短导线的长度，以简化接线，不合理不合理 合理合理 如图中，起动按钮和停止按钮同放置在操作台上，如图中，起动按钮和停止按钮同放置在操作台上，而接触器放置在电气柜内。从按钮到接触器要经过而接触器放置在电气柜内。从按钮到接触器要经过较远的距离，所以必须把起动按钮和停止按钮直接较远的距离，所以必须把起动按钮和停止按钮直接连接，这样可减少连接线。连接，这样可减少连接线。第四章 工业电气控制系统的设计控制线路在工作时，除必要的电器元件必须长期通电外，其余电控制线路在工作

5、时，除必要的电器元件必须长期通电外，其余电器应尽量不长期通电，以延长电器元件的使用寿命和节约电能。器应尽量不长期通电，以延长电器元件的使用寿命和节约电能。(5)(5)尽量减少电器不必要的通电时间尽量减少电器不必要的通电时间第四章 工业电气控制系统的设计（1 1）选用的电器元件要可靠、牢固、动作时间少、抗干扰）选用的电器元件要可靠、牢固、动作时间少、抗干扰性能好。性能好。（2 2）正确连接电器元件的线圈。）正确连接电器元件的线圈。正确正确 不正确不正确 第四章 工业电气控制系统的设计（3 3）正确连接电器元件的触头。）正确连接电器元件的触头。（4 4）在控制线路中，采用小容量继电器的触头来断开或

6、接）在控制线路中，采用小容量继电器的触头来断开或接通大容量的接触器的线圈时，要计算小容量继电器的触通大容量的接触器的线圈时，要计算小容量继电器的触头容量是否足够，不够时必须增加小容量的接触器或中头容量是否足够，不够时必须增加小容量的接触器或中间继电器间继电器（5 5）在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器之间不但要）在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器之间不但要有电气互锁，而且还要有机械连锁。有电气互锁，而且还要有机械连锁。正确正确 不正确不正确 第四章 工业电气控制系统的设计（6 6）在电气控制线路中应尽量避免许多电器元件依次）在电气控制线路中应尽量避免许多电器元件依次动作后才能接通另一个电器

7、元件的现象，以增加线动作后才能接通另一个电器元件的现象，以增加线路的可靠性。路的可靠性。(7)(7)设计的电气控制线路中，应能适应所在电网的情况，设计的电气控制线路中，应能适应所在电网的情况，如电网容量的大小，电压频率的波动范围，以及允如电网容量的大小，电压频率的波动范围，以及允许的冲击电流数值等。许的冲击电流数值等。(8)(8)防止线路出现触头竞争现象。防止线路出现触头竞争现象。正确正确 不正确不正确 第四章 工业电气控制系统的设计（9 9）防止寄生电路）防止寄生电路 控制线路在工作中出现意外接通的电路叫寄生电路。控制线路在工作中出现意外接通的电路叫寄生电路。如图如图a a，电，电动机正转时

8、动机正转时过载，则热过载，则热继电器动作继电器动作时会出现寄时会出现寄生电路，图生电路，图中虚线所示，中虚线所示，使接触器使接触器KMKM1 1不能断电，不能断电，起不了保护起不了保护作用。作用。第四章 工业电气控制系统的设计电气控制应保证生产机械的安全运行，消除不正常工作电气控制应保证生产机械的安全运行，消除不正常工作时的影响，避免误操作发生事故。时的影响，避免误操作发生事故。常用的保护环节有短路、过流、过压、失压、弱螆、超常用的保护环节有短路、过流、过压、失压、弱螆、超速、极限保护等。速、极限保护等。1 1）短路保护）短路保护 在电器控制线路中，通常采用熔断器在电器控制线路中，通常采用熔断

9、器或断路器作短路保护。或断路器作短路保护。2 2）过流保护）过流保护 过电流一般比短路电流要小。采用过过电流一般比短路电流要小。采用过电流继电器和接触器配合使用。电流继电器和接触器配合使用。3 3）过载保护）过载保护 通常采用热继电器作笼型电动机的长通常采用热继电器作笼型电动机的长期过载保护。期过载保护。4 4）零电压保护）零电压保护 零电压保护通常采用并联在起动按零电压保护通常采用并联在起动按钮两端的接触器的自锁触头来实现。钮两端的接触器的自锁触头来实现。第四章 工业电气控制系统的设计工业电气控制技术（四）第四章 工业电气控制系统的设计 设计任务书既是整个系统设计的依据，又是设计任务书既是整

10、个系统设计的依据，又是设备竣工后验收的依据。没计任务书的具体技术指设备竣工后验收的依据。没计任务书的具体技术指标及要求，是由技术部门及承担设计任务的部门等标及要求，是由技术部门及承担设计任务的部门等几方面共同协商、确定的。其中除简要说明所设计几方面共同协商、确定的。其中除简要说明所设计设备的型号、用途、工艺过程、动作要求、传动参设备的型号、用途、工艺过程、动作要求、传动参数和工作条件外，还应说明以下主要技术指标及要数和工作条件外，还应说明以下主要技术指标及要求。求。4.24.2电气控制线路设计的基本程序电气控制线路设计的基本程序第四章 工业电气控制系统的设计1 1）控制精度、生产效率。）控制精

11、度、生产效率。2 2）电气传动基本特性。）电气传动基本特性。3 3）自动化程度。）自动化程度。4 4）目标成本及费用限额。）目标成本及费用限额。5 5）工期、验收标准及验收方式。）工期、验收标准及验收方式。6 6）其他要求，如设备布局、安装要求、控制柜布）其他要求，如设备布局、安装要求、控制柜布置、稳定性、抗干扰性、照明、信号指示、报警方置、稳定性、抗干扰性、照明、信号指示、报警方式等。式等。第四章 工业电气控制系统的设计生产机械的工艺要求及结构：选择电动机的数量生产机械的工艺要求及结构：选择电动机的数量运动机构要求的调速范围：选择调速方案。运动机构要求的调速范围：选择调速方案。注意：电动机的

12、调速特性与负载特性能够相适应注意：电动机的调速特性与负载特性能够相适应1.1.电力拖动方式：单独拖动电力拖动方式：单独拖动 分立拖动分立拖动第四章 工业电气控制系统的设计电动机调速性质：是指电动机在整个调速范围内转矩、功率电动机调速性质：是指电动机在整个调速范围内转矩、功率与转速的关系。与转速的关系。调速性质分类：调速性质分类：恒功率传动恒功率传动 恒转矩传动恒转矩传动电动机的调速性质应与生产机械的负载特性相适应电动机的调速性质应与生产机械的负载特性相适应车床主轴运动：恒功率传动车床主轴运动：恒功率传动车床进给运动：恒转矩传动车床进给运动：恒转矩传动双速笼式异步电动机：双速笼式异步电动机：YY

13、 YY接法为恒功率传动接法为恒功率传动 丫丫 YY YY接法为恒转矩传动接法为恒转矩传动注意：不对应调速性质：使电动机额定功率增大注意：不对应调速性质：使电动机额定功率增大D D倍倍(D(D为调为调速范围速范围)，且使部分转矩未得到充分利用。，且使部分转矩未得到充分利用。2.2.电动机调速性质的确定电动机调速性质的确定第四章 工业电气控制系统的设计3.3.负载特性负载特性要求电动机的调速特性与负载特性相适应，要求电动机的调速特性与负载特性相适应，保证电机充分合理的应用。保证电机充分合理的应用。4.4.起动、制动和正、反转要求起动、制动和正、反转要求第四章 工业电气控制系统的设计选择指标包括电动

14、机的种类、结构形式、电动机的额定电流、选择指标包括电动机的种类、结构形式、电动机的额定电流、电动机的额定转速、电动机的额定电压、电动机的额定功率，电动机的额定转速、电动机的额定电压、电动机的额定功率，要考虑生产机械的调速要求，还要考虑电动机的工作环境。要考虑生产机械的调速要求，还要考虑电动机的工作环境。电动机的机械特性的选择中，应能满足机械设备提出的要求，电动机的机械特性的选择中，应能满足机械设备提出的要求，要与负载机械特性相适应，以保证一定负载下的转速稳定，要与负载机械特性相适应，以保证一定负载下的转速稳定，并具有一定的调速范围和良好的起动、制动性能；在电动机并具有一定的调速范围和良好的起动

15、、制动性能；在电动机的工作过程中，其额定功率能得到充分利用，即温升达到额的工作过程中，其额定功率能得到充分利用，即温升达到额定温升值。定温升值。经济、合理、安全经济、合理、安全第四章 工业电气控制系统的设计在电动机类型的选择中，优先考虑采用结构简单、在电动机类型的选择中，优先考虑采用结构简单、价格便宜、使用维护方便的三相交流异步电动机价格便宜、使用维护方便的三相交流异步电动机 。起动转矩大并有一定调速要求的机械设备，宜选用起动转矩大并有一定调速要求的机械设备，宜选用绕线式异步电动机；拖动功率大，又不要求调速的绕线式异步电动机；拖动功率大，又不要求调速的机械设备，一般采用交流同步电动机，它具有效

16、率机械设备，一般采用交流同步电动机，它具有效率高并能改善电网功率因数的优点。高并能改善电网功率因数的优点。第四章 工业电气控制系统的设计(1)(1)自动化程度与国情相适应；自动化程度与国情相适应；(2)(2)控制方案与设备的通用化及专业化相适应；控制方案与设备的通用化及专业化相适应；(3)(3)控制方案随控制过程的复杂程度而变化；控制方案随控制过程的复杂程度而变化；(4)(4)控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，最控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，最大限度满足工艺要求。大限度满足工艺要求。时间控制、速度控制、电流控制和行程控制时间控制、速度控制、电流控制和行程控制第四章 工业

17、电气控制系统的设计人们希望在掌握了电器控制的基本原则和基本人们希望在掌握了电器控制的基本原则和基本控制环节后，不仅能分析生产机械的电器控制线路控制环节后，不仅能分析生产机械的电器控制线路的工作原理，而且还能根据生产工艺的要求，设计的工作原理，而且还能根据生产工艺的要求，设计电器控制线路。电器控制线路。电器控制线路的设计方法通常有两种：经验电器控制线路的设计方法通常有两种：经验设计法和逻辑设计法。设计法和逻辑设计法。4.3 4.3 电气控制线路的设计方法电气控制线路的设计方法第四章 工业电气控制系统的设计 经验设计是根据生产机械的工艺要求和加工过程，经验设计是根据生产机械的工艺要求和加工过程，利

18、用各种典型的基本控制环节，加以修补、补充、完利用各种典型的基本控制环节，加以修补、补充、完善，最后得出最佳方案。若没有典型的控制环节可采善，最后得出最佳方案。若没有典型的控制环节可采用，则按照生产机械的工艺要求逐步进行设计。用，则按照生产机械的工艺要求逐步进行设计。经验设计法比较简单，但必须熟悉大量的控制线经验设计法比较简单，但必须熟悉大量的控制线路，掌握多种典型线路的设计资料，同时具有丰富的路，掌握多种典型线路的设计资料，同时具有丰富的实践经验。实践经验。通常是先采用一些典型的基本环节，实现工艺基通常是先采用一些典型的基本环节，实现工艺基本要求，然后逐步完善其功能，并加上适当的联锁与本要求，

19、然后逐步完善其功能，并加上适当的联锁与保护环节。保护环节。第四章 工业电气控制系统的设计(1)(1)主电路设计；主电路设计；(2)(2)控制电路设计；控制电路设计；(3)(3)连接各单元环节，构成满足整机生产工艺要求，实连接各单元环节，构成满足整机生产工艺要求，实现生产过程自动或半自动及调整的控制电路；现生产过程自动或半自动及调整的控制电路；(4)(4)联锁保护环节设计；联锁保护环节设计；(5)(5)线路的综合审查。线路的综合审查。经验设计法的基本步骤：经验设计法的基本步骤：第四章 工业电气控制系统的设计 逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来设计电器逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来设计

20、电器控制线路，同时也可以用于线路的简化。控制线路，同时也可以用于线路的简化。把电器控制线路中的接触器、继电器等电器元件线把电器控制线路中的接触器、继电器等电器元件线圈的通电和断电、触头的闭合和断开看成是逻辑变量，圈的通电和断电、触头的闭合和断开看成是逻辑变量，通过简单的通过简单的“逻辑与逻辑与”、“逻辑或逻辑或”、“逻辑非逻辑非”等等基本运算，得出其运算结果，此结果即表明电器控制基本运算，得出其运算结果，此结果即表明电器控制线路的结果。线路的结果。对逻辑函数式进行化简，然后由简化的逻辑函数式对逻辑函数式进行化简，然后由简化的逻辑函数式画出相应的电气原理图，最后再进一步检查、完善，画出相应的电气

21、原理图，最后再进一步检查、完善，以期得到既满足工艺要求，又经济合理、安全可靠的以期得到既满足工艺要求，又经济合理、安全可靠的最佳设计线路。最佳设计线路。第四章 工业电气控制系统的设计电气控制系统是由若干的电器元件按照一定的电气控制系统是由若干的电器元件按照一定的要求连接而成的。将这些电器元件及其连接用一定要求连接而成的。将这些电器元件及其连接用一定的图形表达出来，这种图就是电气控制图或称为电的图形表达出来，这种图就是电气控制图或称为电气图。气图。只有正确识别和使用电气图形符号只有正确识别和使用电气图形符号 和文字，才能和文字，才能阅读电气图和绘制出标准的电气图。阅读电气图和绘制出标准的电气图。

22、4.44.4电气控制线路的绘制方法电气控制线路的绘制方法第四章 工业电气控制系统的设计名 称一 般 三极 电 源开 关图 形 符 号文 字符 号名 称图 形 符 号文 字符 号名 称图 形 符 号文 字符 号FRKMKV低 压 断 路 器QSQF接触器主 触 头常 开 辅助 触 头常 闭 辅助 触 头K、KM欠 电 压继 电 器线 圈中 间 继电 器线 圈常 闭触 头热继电器电器图中的图形符号及文字符号电器图中的图形符号及文字符号第四章 工业电气控制系统的设计KA相应继电器符号常 开触 头位置开关常 闭触 头复 合触 头SQ速度继电器助 触 头常 开助 头常 闭助 头线 圈BV常 闭触 头常

23、开触 头过 电 流继 电 器线 圈线 圈继电器nn第四章 工业电气控制系统的设计KAFUQSQS转换开关起动停止复合按钮SASB时间继电器常开延时闭合触头常闭延时打开触头常闭延时闭合触头常开延时打开触头熔断器式隔离开关熔断器式刀开关熔断器KT欠电流继电器线圈第四章 工业电气控制系统的设计名 称图 形 符 号文 字符 号名 称图 形 符 号文 字符 号名 称图 形 符 号文 字符 号桥 式 整流 装 置蜂 鸣 器信 号 灯VCHHLMTV三 相 绕 线转 子 异 步电 动 机三 相 笼型 异 步电 动 机NPN型三 极 管PNP型三 极 管三 相 自 耦变 压 器接触器线 圈热继电器K、KM热

24、元 件FR熔 断 器 式负 荷 开 关QMM3第四章 工业电气控制系统的设计电 阻 器接 插 器电 磁 铁电 磁 吸 盘串 励 直 流电 动 机复 励 直 流电 动 机RXYAYHMMGTTCRP电 位 器控 制 电 路 电源 用 变 压 器照 明 变 压 器整 流 变 压 器单 相 变 压 器直 流 发 电 机并 励 直 流电 动 机他 励 直 流电 动 机接 近 开 关动 合 触 头磁 铁 接 近时 动 作 的接 近 开 关的 动 合 触 头接 近 敏 感 开关 动 合 触 头半 导 体二 极 管晶 闸 管(阴 极 侧 受 控)GMMMM或第四章 工业电气控制系统的设计电气原理图绘制的原则

25、电气原理图绘制的原则 电路图是用图形符号并按工作顺序排列，详细表示电路或电路图是用图形符号并按工作顺序排列，详细表示电路或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。的一种简图。在绘制电气原理图时，一般应遵循以下原则：在绘制电气原理图时，一般应遵循以下原则：(1)(1)表示导线、信号通路、连接导线等图线都应是交叉和表示导线、信号通路、连接导线等图线都应是交叉和折弯最少的直线；可以水平布置，也可以采用斜的交叉线。折弯最少的直线；可以水平布置，也可以采用斜的交叉线。(2)(2)电路或元件应按功能布置，并尽可能按工作顺序排电路或

26、元件应按功能布置，并尽可能按工作顺序排列，对因果次序清楚的简图，其布局顺序应该是从左到右和列，对因果次序清楚的简图，其布局顺序应该是从左到右和从上到下。从上到下。第四章 工业电气控制系统的设计(3)(3)为了突出和区分某些电路、功能等，导线符号、信号通为了突出和区分某些电路、功能等，导线符号、信号通路、连接线等可采用粗细不同的线条来表示。路、连接线等可采用粗细不同的线条来表示。(4)(4)元件、器件和设备的可动部分通常应表示在非激励或不元件、器件和设备的可动部分通常应表示在非激励或不工作的状态或位置。工作的状态或位置。(5)(5)所用图形符号应符合国家标准规定。如果采用了国家标所用图形符号应符

27、合国家标准规定。如果采用了国家标准中未规定的图形符号，则必须加以说明。准中未规定的图形符号，则必须加以说明。(6)(6)同一电器元件不同部分的线圈和触点均应采用同一文字同一电器元件不同部分的线圈和触点均应采用同一文字符号标明。符号标明。第四章 工业电气控制系统的设计电器元件布置图电器元件布置图绘制电器元件布置图应遵循的原则：绘制电器元件布置图应遵循的原则：(1)(1)体积大和较重的电器应安装在控制柜的下方；体积大和较重的电器应安装在控制柜的下方；(2)(2)安装发热元件时，要注意控制柜内所有元件的温升保安装发热元件时，要注意控制柜内所有元件的温升保持在它们允许极限内；持在它们允许极限内；(3)

28、(3)为提高电子设备的抗干扰能力，弱电部分应加屏蔽和为提高电子设备的抗干扰能力，弱电部分应加屏蔽和隔离；隔离；第四章 工业电气控制系统的设计(4)(4)元件安装必须遵循规定的间隔和爬电距离；元件安装必须遵循规定的间隔和爬电距离；(5)(5)需要经常维护检修的电器，安装位置不宜过高或过低；需要经常维护检修的电器，安装位置不宜过高或过低；(6)(6)尽量将外形及结构尺寸相同的元件安装一起；尽量将外形及结构尺寸相同的元件安装一起；(7)(7)电器布置应考虑对称。电器布置应考虑对称。第四章 工业电气控制系统的设计电气接线图的绘制电气接线图的绘制 它是按电气原理图及各电气元件安装的位置来绘制的。它是按电

29、气原理图及各电气元件安装的位置来绘制的。电气接线图是安装电气设备或检查线路故障的依据。在电气电气接线图是安装电气设备或检查线路故障的依据。在电气安装图里要安装图里要表示出各电气元器件的相对位置及各元器件之间表示出各电气元器件的相对位置及各元器件之间的相互接线关系的相互接线关系。所以。所以接线图中各电气元器件的相对位置与接线图中各电气元器件的相对位置与电器位置图中的位置一致电器位置图中的位置一致，并且与电气原理图不同的是同一，并且与电气原理图不同的是同一个电器的元件必须画在一起，而且各电气元器件的文字符号个电器的元件必须画在一起，而且各电气元器件的文字符号与原理图一致。电气安装图中与原理图一致。电气安装图中对外部的接线应通过端子板进对外部的接线应通过端子板进行，并注明外部接线的去向行，并注明外部接线的去向