滿足生產機械和工藝要求的電氣控制電路設計
電氣工藝設計
電氣控制裝置的制造、使用、操作和維護的生產和結構設計
第壹節電氣控制設計的原則和內容
壹、電氣控制設計的原則
1)最大限度地滿足生產機械和生產工藝對電氣控制的要求。
2)在滿足要求的前提下，控制系統簡單、經濟、合理、易操作、維護方便、安全可靠。
3)電氣元件的選擇合理正確，使系統能正常工作。
4)為了適應工藝的改進，設備能力應留有余量。
二、電氣控制設計的基本內容
1.電氣原理圖的設計內容
1)起草電氣設計任務書。
2)選擇電氣驅動方案和控制方式。
3)確定電機的類型、型號、容量和轉速。
4)設計電氣控制原理圖
5)選擇電氣元件並列出清單。
6)編寫設計計算說明書。
2.電氣工藝設計內容
1)設計電氣設備的總體配置，繪制總裝配圖和總接線圖。
2)畫出各部件電氣元件的布局和安裝接線圖，並註明安裝方式和接線方式。
3)編寫操作和維護說明。
第二節電氣傳動方案的確定和電機的選擇
壹、電氣傳動方案的確定
1，拖動模式的選擇
2、速度控制方案的選擇
3、電機的調速性能應與負載特性相適應。
二、拖動電機的選擇
(壹)電機選擇的基本原則
1)電動機的機械特性應滿足生產機械的要求，並適應負載的特性。
2)應充分利用電機的容量。
3)電機的結構應滿足機械設計的安裝要求，並適合工作環境。
4)在滿足設計要求的前提下，優先選用三相異步電動機。
(B)根據生產機械的調速要求，選擇電機。
通用-三相籠型異步電動機、雙速電動機
調速，大起動轉矩-三相籠型異步電動機
高速調速-DC電機、變頻調速交流電機
(3)電機結構的選擇
根據工作性質、安裝方法和工作環境。
(4)電機額定電壓的選擇
(5)電機額定轉速的選擇
(六)電機容量的選擇
1，分析計算方法:
此外，還可以調查長期運行的同類生產機械的電機容量，對比機械的主要參數和工況，進而確定電機容量。
第3節電氣控制電路設計的要求
壹、電氣控制要最大限度地滿足生產機械加工工藝的要求。
在設計之前，應對生產機械的工作性能、結構特點、運動、加工工藝和加工條件進行充分的調研。
在此基礎上，設計了控制方案，考慮了控制方式、啟動、制動、倒車和調速的要求。
安排必要的聯鎖和保護，以確保滿足生產機械加工工藝的要求。
二、控制電路的電流和電壓要求
控制電路中電流和電壓的種類應盡可能減少，控制電壓應選擇標準電壓電平。
常用的電壓等級見表10-2。
第三，控制電路應該簡單和經濟
1.盡量減少連接線的長度和數量。設計控制電路時，應考慮各種電氣元件的安裝。
直立，盡量減少連接線數量，縮短連接線長度，如圖10-L所示。
2.盡量減少電器元件的品種、數量和規格，對於用途相同的裝置盡量選擇同品牌、同型號的產品，盡量減少電器數量。
3.盡量減少電器元件的接觸次數。在控制電路中，盡量減少觸點，以改善電路運行。
例如，如圖10-2a所示。
4.盡量減少用電設備，以節約能源，延長電器元件壽命，減少故障，如圖10-3a所示。
第四，保證控制電路的安全可靠。
1.正確連接交流控制電路中電器的線圈，兩個同時動作的電器不能串聯。當兩個電磁線圈需要同時吸合時，其線圈應並聯，如圖10-4b所示。
在DC控制電路中，兩個電感值不同的DC電壓線圈不能並聯。
在設計用於正確連接電氣元件的觸點時，應將分布在電路中不同位置的相同電觸點連接到電源的同壹相，以避免電觸點上的短路故障。
3.防止寄生電路在控制電路中運行。偶然連接的電路稱為寄生電路。
4.控制觸點應合理布置在控制電路中。
5.在控制電路的設計中，應考慮繼電器觸點的通斷能力。
6.避免接觸“競爭”和“冒險”
競爭:當控制電路的狀態發生變化時，往往伴隨著電路中電器元件接觸狀態的變化。由於電器元件總是有壹定的固有動作時間，對於壹個時序電路，經常會發生觸點不按時序動作的情況，會得到幾種不同的輸出狀態。這種現象被稱為電路的“競爭”。
冒險:對於開關電路來說，由於電器元件的釋放延遲，開關元件不會輸出所需的邏輯功能，稱為“冒險”。
7.采用電氣聯鎖和機械聯鎖雙重聯鎖。
第五，具有完善的保護環節
電氣控制電路應有完善的保護環節，如漏電保護、短路、過載、過流、過壓、欠壓和零壓、弱磁、聯鎖和限位保護。
第六，要考慮操作、維護和調試的方便性
第四節電氣控制電路設計的方法和步驟
電氣控制電路設計方法簡介
電氣控制電路的設計有兩種方法，壹種是解析設計，另壹種是邏輯設計。
分析設計法(經驗設計法):根據生產工藝的要求，選擇壹些成熟典型的基本環節來實現這些基本要求，然後逐步完善其功能，適當配置聯鎖和保護環節，使其結合成壹個整體，成為壹個滿足控制要求的完整回路。
邏輯設計法:用邏輯代數作為數學工具設計電氣控制電路。
在繼電器接觸器控制電路中，表示觸點狀態的邏輯變量稱為輸入邏輯變量，表示繼電器。
接觸器線圈等受控元件的邏輯變量稱為輸出邏輯變量。輸入和輸出邏輯變量之間的相關性
稱為邏輯函數關系，它表示電氣控制電路的結構。因此，根據控制要求
這些邏輯變量關系寫出它們的邏輯函數關系，然後用邏輯函數的基本公式和運算法則來分析邏輯函數
對公式進行簡化，然後根據簡化後的邏輯關系畫出相應的電路結構圖，最後做進壹步的檢驗
和優化，以獲得更完善的設計方案。
二、分析設計方法的基本步驟
用解析設計法設計電氣控制電路的基本步驟如下:
l)根據起動、制動、換向和調速的要求設計主電路。
2)根據設計的主電路，設計控制電路的基本環節，即起動、制動、
反向、調速等基本控制環節。
3)根據各部分運動要求的協調關系和聯鎖關系，確定控制參數，設計專用控制電路。
鏈接。
4)分析電路工作中可能出現的故障，增加必要的保護環節。
5)全面復查，仔細檢查電氣控制回路的動作是否正確。可以在關鍵環節做必要的實驗，進壹步
完善和簡化電路a
三、設計實例分析
以遊梁式舉升機構的電氣控制設計為例，說明用分析設計法設計電氣控制電路的方法和手段。
臺階。
龍門刨床配有橫梁升降機構。加工工件時，橫梁要夾在立柱上。加工工件時，應調整工件的高度。
如果不壹樣，就要先松開橫梁，再順著立柱上下移動。移動到位後，橫梁應夾緊在立柱上。
因此，橫梁的升降由橫梁升降電機拖動，橫梁的松開和夾緊動作由夾緊電機、傳動裝置和
夾緊裝置配套完成。
(壹)橫梁升降機構的工藝要求:
(1)升梁時，會按照先松梁、提梁、夾梁的順序自動完成。
(2)降梁時，會按照松梁、降梁、拾梁、夾梁的順序自動執行。
(3)橫梁夾緊後，夾緊電機自動停止轉動。
(4)橫梁升降應有上下行程的限位保護，夾緊電機應有夾緊力保護。
(2)電氣控制電路的設計過程
1.主電路設計:橫梁升降機構分別由橫梁升降電機MI和橫梁夾緊松開電機W拖動。
中國電機公司和巴基斯坦電機公司的電機都是三相籠型異步電機，都需要正反轉，所以采用KM1I，KM2。
KM3和KM4接觸器分別控制M1和M2的正反轉，如圖10-9所示。
2.控制電路基本環節的設計:由於橫梁的升降屬於調節運動，M1采用點動控制，壹個壹個。
點動按鈕只能控制壹種運動，所以上升點動按鈕和下降點動按鈕用來控制橫梁的升降。但移動前需要松開橫梁，點動按鈕移動到位後需要夾緊橫梁。也就是說，點動按鈕要控制KMI-KM4的四個接觸器。所以引入上升中間繼電器KA1和下降中間繼電器KA2，然後由中間繼電器控制四個接觸器。因此，設計了用於提升橫梁的電氣控制電路的草圖之壹。
3.設計控制電路的特殊環節
1)當橫梁上升時，夾緊電機MZ必須先工作，在橫梁放松後，發出停止MZ的信號。
工作，同時使升降電機MI工作，帶動橫梁上升。按下升點按鈕，中間繼電器的KAI線圈通電吸合，其常開觸點閉合，使接觸器KM4通電吸合，MZ開始反轉，橫梁開始松弛；橫梁的松弛程度由行程開關控制。當橫梁放松到壹定程度時，妳地常閉觸點打開控制接觸器KM4線圈斷電，常開觸點閉合控制接觸器KMI線圈通電。當KMI的主觸點閉合時，MI向前旋轉，橫梁開始向上移動。
2)當升降電機拖動橫梁上升到所需位置時，松開升降點按鈕，中間繼電器KAI。
接觸器KMI線圈相繼斷電釋放，接觸器KM3線圈通電吸合，使升降電機停止工作。與此同時，
使夾緊電機正轉，夾緊橫梁。在夾緊過程中，行程開關SQI復位，因此應增加KM3。
自鎖觸點，當夾緊到壹定程度時，發出信號切斷夾緊電機的電源。這裏采用過電流繼電器控制。
夾緊程度是將過電流繼電器KA3的線圈串聯在夾緊電機主電路的任何壹相。當梁被夾緊時，
緊的時候相當於電機工作在堵轉狀態，電機定子電流增大，過流繼電器的動作電流被調節。
設置為額定電流的兩倍左右；當橫梁夾緊時，電流繼電器動作，其常閉觸點電連接接觸器KM3線圈。
這條路被切斷了
3)橫梁的下降仍采用先放松後下降的方式控制，但下降後需要壹個短時間的回彈動作，可以用壹個帶斷電延時的時間繼電器控制。時間繼電器KT的線圈由下行接觸器KMZ的常開觸點控制，其具有斷電延時的常開觸點與箝位接觸器KM3的常開觸點串聯，並連接到上行電路的中間繼電器KAI的常開觸點兩端。這樣，當橫梁下降時，時間繼電器的KT線圈通電吸合，斷電後斷開的常開觸點立即閉合，為拾波電路工作做準備。當光束下降到所需位置時，松開下降按鈕。KMZ線圈斷電並釋放，時間繼電器的KT線圈斷電以夾緊接觸器。
3.設計控制電路的特殊環節
1)當橫梁上升時，夾緊電機MZ必須先工作，在橫梁放松後，發出停止MZ的信號。
同時使升降電機MI工作，帶動橫梁上升。按上升按鈕，使中間繼電器。
KAI線圈通電吸合，常開觸點閉合，接觸器KM4通電吸合，MZ反轉，射束打開。
開始放松；橫梁的松弛程度由行程開關控制。當梁松弛到壹定程度時，凸點壓低SQI。
打開常閉觸點控制接觸器KM4線圈斷電，關閉常開觸點控制接觸器KMI線圈。
當通電時，的主觸點閉合，使MI正向旋轉，電子束開始向上移動。
2)當升降電機拖動橫梁上升到所需位置時，松開升降點按鈕肥，中間繼電器啟。
接觸器KMI線圈相繼斷電釋放，接觸器KM3線圈通電吸合，使升降電機停止工作。與此同時，
使夾緊電機開始正轉，夾緊橫梁。夾緊過程中，行程開關復位，所以要加KM。
自鎖觸點，當夾緊到壹定程度時，發出信號切斷夾緊電機的電源。這裏采用過電流繼電器控制。
夾緊程度是將過電流繼電器KA3的線圈串聯在夾緊電機主電路的任何壹相。當梁被夾緊時，
緊的時候相當於電機工作在堵轉狀態，電機定子電流增大，過流繼電器的動作電流被調節。
設置為額定電流的兩倍左右；當橫梁夾緊時，電流繼電器動作，其常閉觸點電連接接觸器KM3線圈。
路被切斷了。KM3線圈通電並被吸引，電子束開始箝位。此時上升接觸器的KMI線圈通電，通過閉合的時間斷路器KT常開觸點和KM3常開觸點吸引，橫梁開始上升。延時壹段時間後，延時斷開的常開觸點KT斷開，KMI線圈斷電釋放，上升運動結束，同時橫梁繼續夾緊到壹定程度，過流繼電器動作，夾緊運動停止。此時，橫梁升降由電氣控制。
如圖。
4.設計聯鎖保護環節
橫梁的升降限位保護由行程開關SQZ實現；下降限位保護由行程開關SQ3實現；上/更好/以前/壹個姓氏
上升和下降的聯鎖、夾緊和釋放的聯鎖都是由中間繼電器KAI和KAZ的常閉觸點實現的；漲落
電機短路保護由保險絲FUI實現；夾緊電機的短路保護由熔絲引信實現；控制電路
的短路保護由保險絲F[JBOY3樂隊]實現。
基於以上保護，吊梁的電氣控制電路比較完善，從而得到如圖10-11所示的完整電路。
提梁機構的控制電路。
第五節常用控制電器的選擇
壹、接觸器的選擇
壹般按以下步驟進行:
1.接觸器類型的選擇:根據接觸器控制的負荷性質選擇DC接觸器或交流接觸器；壹般場合選用電磁接觸器，有交流負載的頻繁操作場合可選用帶DC電磁線圈的交流接觸器。
2.接觸器使用類別的選擇:根據接觸器控制的負載的任務，選擇相應使用類別的接觸器。如果負荷是壹般任務，選擇AC-3使用類別；如果負載很重，應選擇AC-4型。如果負載是壹般任務和繁重任務的混合，可根據實際情況選擇AC-3或AC-4型接觸器。如果選擇了AC-3類型，則應將其降級。
3.接觸器額定電壓的確定:接觸器主觸頭的額定電壓應根據主觸頭控制的負載電路的額定電壓來確定。
4.接觸器額定電流的選擇正常情況下，接觸器主觸頭的額定電流應大於或等於負載或電機的額定電流，計算公式如下
其中I——接觸器主觸頭的額定電流(A)；
H ——經驗系數，壹般為l ~ 1.4；
頁（page的縮寫）——被控電機的額定功率(kw)；
單位——被控電機的額定線電壓(V)。
接觸器用於頻繁起動、制動或電機正反轉時，其額定電流壹般可降低壹級。
5.接觸器線圈額定電壓的確定:接觸器線圈的額定電壓應等於控制電路的電源電壓。為保證安全，接觸器線圈壹般選用110V和127V，電源由控制變壓器提供。但如果控制電路簡單，使用的接觸器數量少，可以選擇380V和220V的電壓，以節省控制變壓器。
6.觸點數量:三相交流系統壹般選用三極接觸器，即三對常開主觸點。同時贏線時，選用四極交流接觸器。在單相交流和DC系統中，通常使用兩極或三極並聯接觸器。交流接觸器通常有三對常開主觸點和四至六對輔助觸點，而DC接觸器通常有兩對常開主觸點和四對輔助觸點。
7.接觸器的額定工作頻率交流和DC接觸器的額定工作頻率壹般為600次/h、1200次/h等。壹般來說，額定電流越高，工作頻率越低，可根據實際需要選擇。
二、電磁繼電器的選擇
應根據繼電器的功能特點、適用性、使用環境、工作制度、額定工作電壓和額定工作電流來選擇繼電器。
1.電磁式電壓繼電器的選擇
根據在控制電路中的作用，電壓繼電器有兩種類型:過壓繼電器和欠壓繼電器。
表10-3列出了電磁繼電器的類型和用途。
交流過電壓繼電器選擇的主要參數是額定電壓和工作電壓，其工作電壓設定為系統額定電壓的1.l-1.2倍。
壹般交流電磁電壓繼電器常用於交流欠壓繼電器，只要滿足壹般要求即可，對釋放電壓沒有特殊要求。DC欠壓繼電器的吸合電壓設定為其額定電壓的0.3-0.5倍，釋放電壓設定為其額定電壓的0.07-0.2倍。
2.電磁電流繼電器的選擇
根據負載所要求的保護，可分為過電流繼電器和欠電流繼電器。
過電流繼電器:交流過電流繼電器，DC過電流繼電器。
潛流繼電器:只有DC潛流繼電器用於DC電機和電磁吸盤的弱磁保護。
過電流繼電器的主要參數是額定電流和工作電流，其額定電流應大於或等於被保護電機的額定電流；工作電流應根據電動機的工作條件，設定為其起動電流的1.1.3倍。壹般繞線轉子異步電動機的起動電流按額定電流的2.5倍考慮，籠型異步電動機按額定電流的4-7倍考慮。DC過電流繼電器的動作電流設定為DC電機額定電流的1.1-3.0倍。
欠電流繼電器選型的主要參數是額定電流和放電電流，其額定電流應大於或等於DC電機和電磁吸盤的額定勵磁電流；放電電流的設定值應低於勵磁回路正常工作範圍內可能出現的最小勵磁電流，壹般放電電流設定為最小勵磁電流的0.85倍。
3.電磁中間繼電器的選擇
線圈的電流類型和電壓等級應與控制電路壹致，觸點的數量、類型和容量應滿足控制電路的要求。
三、熱繼電器的選擇
熱繼電器主要用於電機過載保護，應根據電機的形式、工作環境、啟動情況、負載情況、工作制度和電機的允許過載能力綜合考慮。
1.熱繼電器結構的選擇
對於星形連接的電動機，使用無斷相保護的三相熱繼電器，可以反映出壹相斷開後的過載，保護電動機不斷相運行。
對於三角形連接的電機，應選擇帶斷相保護的三相熱繼電器。
2.熱繼電器額定電流的選擇
原則上根據被保護電機的額定電流來選擇熱繼電器。對於長期正常工作的電機，熱繼電器中熱元件的整定電流為電機額定電流的0.95-1.05倍。對於過載能力差的電機，熱繼電器熱元件的整定電流為電機額定電流的0.6-0.8倍。
對於不經常啟動的電機，應保證熱繼電器在電機啟動過程中不會引起誤動作。如果電機的啟動電流不超過其額定電流的6倍，且啟動時間不超過6S，則可根據電機的額定電流選擇熱繼電器。
對於重復短時工作制的電動機，應先確定熱繼電器的允許工作頻率，再根據電動機的起動時間、起動電流和通電持續時間進行選擇。
第四，時間繼電器的選擇
1)電流類型和電壓等級:電磁阻尼型和空氣阻尼型時間繼電器，其線圈的電流類型和電壓等級應與控制回路相同；電機或晶體管時間繼電器電源的電流類型和電壓等級應與控制電路的相同。
2)延時模式:根據控制電路的要求選擇延時模式，即上電延時模式和斷電延時模式。
3)觸點形式和數量:觸點形式(延時閉合型或延時開啟型)和觸點數量根據控制電路的要求選擇。
4)延時精度:電磁阻尼時間繼電器適用於延時精度低的場合，電機或晶體管時間繼電器適用於延時精度高的場合。
5)延時時間:應滿足電氣控制回路的要求。
6)工作頻率:時間繼電器的工作頻率不能太高，否則會影響其使用壽命，甚至導致延時動作失常。