第五章 继电—接触器控制系统的设计（课件）-《工厂电气控制设备》同步教学（高教版）

第五章 继电—接触器控制系统的设计 第五章 继电—接触器控制系统的设计 第一节 电气控制系统设计的基本原则和内容 在电气控制系统设计中，应最大限度地满足生产机械对电气控制的要求，在满足控制要求的前提下，力求电气控制系统简单、经济、便于操作和维修并确保控制系统安全可靠地工作。 机床电气控制设计的基本内容： 确定电力拖动方案； 选择电动机容量、结构型式和容量； 设计机床电气控制电路图； 选择机床电器，制订电器元件一览表； 进行机床电力装备施工设计； 编写设计计算说明书和使用说明书。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 第二节 电力拖动方案的确定和电动机的选择 一、电力拖动方案的确定 首先根据机床工艺要求及结构选用电动机的数量，然后根据机床各运动机构要求的调速范围来选择调速方案：使电动机的调速特性与负载特性相适应，充分合理地利用电动机。 （一）拖动方式的选择 电力拖动方式有单独拖动和分立拖动两种； 电气传动的发展趋势是多机拖动：缩短机械传动链，提高传动效率，便于自动控制，亦使总体结构得到简化； 在具体选择时，应根据工艺及结构具体情况决定电动机的数量。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 （二）调速方案的选择 在选择调速方案时，可参考以下几点： 1 重型或大型设备的主运动及进给运动，应尽可能采用无级调速； 2 精密机械设备如坐标镗床、精密磨床等，为保证加工精度，便于自动控制，也应采用无级调速； 电气无级调速，一般应用晶闸管—直流电动机调速系统，交流调速技术：串级调速和变频技术的发展…。 3 一般中小型设备如普通机床没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相笼型感应电动机，配以适当级数的齿轮变速箱，为扩大调速范围，可采用双速或多速笼型感应电动机。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 （三）电动机调速性质与负载特性相适应 机械设备的各个工作机构，具有各自不同的负载特性，在选择电动机调速方案时，要使电动机的调速性质与生产机械的负载特性相适应，以使电动机得到充分合理的使用。 结合电动机的机械特性和生产机械的负载机械特性进行分析，稳定与不稳定，相对稳定性等。 如机床的主运动为恒功率负载，进给运动为恒转矩负载……。 双速笼型感应电动机由低速旋转换接为高速旋转时，转速增加一倍，功率却增加很少，适应于恒功率传动，……。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 二、拖动电动机的选择 电动机的选择包括电动机种类、结构型式、电动机额定转速和额定功率。 （一）根据生产机械调速要求选择电动机种类 不需要调速的机械应首先考虑采用感应电动机（异步电动机）； 对于周期性波动负载的长期工作机械，为削平尖峰负载，一般采用电动机带飞轮工作，应考虑起动条件和充分利用飞轮的作用而采用绕线转子感应电动机； 需要补偿电网功率因数及稳定的工作速度时，应优先考虑采用同步电动机； 对于只需几种速度，但不要求调速的生产机械，选用多速感应电动机； 第五章 继电—接触器控制系统的设计 要求大的起动转矩和恒功率调速时，常选用直流串励电动机； 对起动、调速及制动要求较高的机械，常选用直流电动机或带调速装置的感应电动机； 对于要求调速范围大的场合，常采用机械与电气联合调速。 （二）根据工作环境选择电动机结构型式 在正常环境条件下，一般采用防护式电动机；在人员及设备安全有保证的前提下，也可采用开启式电动机； 在空气中存在较多粉尘的场所，宜用封闭式电动机； 在湿热带地区或比较潮湿的场所，应尽量选用湿热带型电动机，普通电动机则应采用相应的防潮措施； 第五章 继电—接触器控制系统的设计 在露天场所，宜选用户外型电动机，若有防护措施也可采用封闭型或防护型电动机； 在高温车间，应根据周围环境温度，选用相应绝缘等级的电动机，并加强通风，改善电动机的工作条件，提高电动机的工作容量（利用率）； 在有爆炸危险及有腐蚀性气体的场所，应相应地选用隔爆型及防腐型电动机。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 第三节 继电接触器控制系统设计的一般要求 一、电气控制系统应满足生产机械的工艺要求 对生产机械工作性能、基本结构、运动情况及加工工艺过程有充分的了解，在此基础上考虑控制方案，如控制方式、起动、反向、制动及调速等控制，设置必要的保护与联锁，以保证生产机械工艺要求的实现。 二、控制电路电流种类与电压数值的要求 根据国家标准规定：对于具有5个以上的电磁线圈或电柜外还具有控制器件或仪表的机床，必须采用具有分离绕组的变压器给控制和信号电路供电。 当机床有几个控制变压器时，每个变压器尽可能只给机床一个单元的控制电路供电。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 对于电磁线圈5个以下的电气设备，控制电路可以直接接到电源上，也就是说，接在两根相线之间，或接在相线与中性线之间。 由变压器供电的交流控制电路，二次（副边）电压为：24V或48V，50Hz。 对于触点外露在空气中的电路，由于电压过低而使电路工作不可靠时，应采用48V或更高的电压：110V（优越值、优选值）或220V，50 Hz。 直流控制电路的电压为：24V、48V、110V、220V。 此外，只能使用低电压的电子电路和电子装置可以采用其它的低电压；对于大型机床因线路长，串联触点多，压降大，不推荐24V或48V。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 三、确保电气控制电路工作的可靠性、安全性 1）电器元件应完好无损且符合质量要求，工作稳定可靠，符合使用环境条件，电器元件动作时间的配合不致引起竞争。 考虑到电气元件有一定的动作时间，对一个时序电路来说，就会得到几个不同的输出状态，这种现象称为电路的“竞争”。 对于开关电路，由于电器元件的释放延时作用，也会出现开关元件不按要求的逻辑功能输出的可能性，这种现象称为“冒险”。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 2）电器元件的线圈和触点的连接符合国家标准规定：每个电磁动作器件的线圈、信号灯或向信号灯供电的变压器的一次（原边）线圈，必须接在控制电路接地的一边，各个器件的触点应接在线圈和控制电路的另一边之间。 如果保护继电器的触点与被它控制的器件线圈之间的导线是在同一电柜或壁龛内，则保护继电器的触点可以连接在控制电路接地边和线圈之间。 在实际连接时，应注意以下几点： 1、正确连接电器的电磁线圈。 交流电压线圈通常不能串联使用。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 在直流控制电路中，对于电感较大的电磁线圈，如电磁阀、电磁铁或直流电动机励磁线圈等不宜与相同电压等级的继电器直接并联操作。通常在上述电磁线圈两端并联放电电阻R并串接常开触点，以避免感应电势导致的误动作。如下页所示。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 第五章 继电—接触器控制系统的设计 2、合理地安排电器元件及触点位置。 实际连接导线过长； 触点断开时，电弧可能造成电源短路。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 3）防止出现寄生电路。 所谓寄生电路，指在电气控制电路动作过程中，意外接通的电路。如图所示。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 4）尽量减少连接导线的数量，缩短连接导线的长度。 5）电气控制电路工作时，应尽量减少通电电器数量，以减少鼓障可能性并节约电能。 6）在电路中采用小容量的继电器触点来断开与接通大容量接触器线圈时，要分析触点容量大小，如若不够，必须加大继电器容量或增加中间继电器，否则工作不可靠。 四、应具有必要的保护环节 常用的有漏电开关保护、过载、短路、过流、过压、失压、联锁与行程保护等。必要时还应考虑设置合闸、断开、事故、安全等的指示信号。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 五、操作和维修方便 电气控制电路应从操作与维修人员工作出发，力求操作简单，维修方便。 六、控制电路力求简单、经济 尽量选用标准电气控制环节和电路，缩减电器的数量，采用标准件和尽可能选用相同型号的电器。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 第四节 电气控制电路图的设计 在生产机械电力拖动方案及电动机容量确定之后，在明确控制系统设计要求的基础上，进行电气控制电路图的设计。 首先确定电气控制方案，然后进行电路图的设计。 一、电气控制方案的选择 电气控制方案的选择与电气传动形式的选择密切相关：在选择传动形式时，要预先考虑如何控制；在选择控制方案时，一定要在传动形式选定后进行。 选择控制方案应遵循的原则是： 控制方式应与设备通用化和专用化的程度相适应 第五章 继电—接触器控制系统的设计 控制系统的工作方式 考虑采用自动循环或半自动循环、手动调整、动作程序的变更、控制系统的检测、各个运动之间的联锁、各种保护、故障诊断、信号指示、照明以及操作方便等问题。 控制电路的电源 当控制系统所用电器的数量较多时，可采用低压直流供电。 当控制电器较多，线路分支较复杂、可靠性要求较高时，可采用控制变压器隔离并降压。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 二、电气控制电路图的设计 生产机械电气控制电路图的设计有分析设计法与逻辑设计法。 分析设计法（经验设计法）是根据生产工艺的要求选择适当的基本控制环节（单元电路）或将比较成熟的电路按其联锁条件组合起来，并经补充和修改，将其综合成满足控制要求的完整电路。 当没有现成典型环节运用时，可根据控制要求边分析边设计； 分析设计法没有固定的设计程序，方法简单，在电气设计中被普遍采用。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 逻辑设计法是从生产机械工艺资料（工作循环图、液压系统图）出发，根据控制电路中的逻辑关系并经逻辑函数式的化简，再作出相应的电路图。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 第五节 常用控制电器的选择 在继电接触器电气控制电路图设计完成后，便应着手选择各种控制电器。 正确合理地选择电器元件是控制电路安全、可靠工作的重要保证。 （指导学生自阅） 第五章 继电—接触器控制系统的设计 第六节 生产机械电气设备施工设计 机床电气设备施工设计的内容与步骤： 机床电气设备总体方案的拟定； 机床电气控制装置的结构设计； 绘制电气控制装置的位置图； 绘制电气控制装置的接线图； 绘制各部件的电器布置图； 绘制机床内部与外部的接线图； 绘制机床电气设备技术资料。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 一、机床电气设备的总体布置： 国家标准GB5226—85规定： 尽可能把电气设备组装在一起，使其成为一台或几台控制装置。 只有那些必须安装在特定位置上的器件，如按钮、手动控制开关、限位开关、离合器、电动机等，才允许分散安装在机床的其它部位。 大型机床各个部分可以有其独立的控制装置； 将发热元件（如电阻器）安放在控制柜中，必须使柜中所有元件的温升在其容许极限内。对于散热大的元件，如电动机的起动电阻器等，必须隔开安装，必要时可采用风冷。 所有电器安装位置必须妥当，便于识别、检测与更换。 第五章 继电—接触器控制系统的设计 二、绘制电气控制装置的电器布置图 国家标准GB5226—85规定：（P156~157） 遵循规定，电柜内的电器可按下述原则布置： 一般监视器件布置在电柜仪表板上，测量仪表布置在仪表板上部，指示灯布置在仪表板下部； 体积大或较重的电器元件安装在电柜下方；发热元件安装在电柜的上方……； 强弱电应分开，弱电部分应加屏蔽和隔离，以防强电及外界的干扰； 布置元器件时，应留布线、接线、维修和调整操作的空间间距； 第五章 继电—接触器控制系统的设计 电器布置应考虑整齐、美观、对称； 接线座的布置：对用于相邻柜间连接用的接线座应布置在柜的两侧；用于与柜外部接线的接线座应布置在柜的下部且不得低于200mm。 三、绘制电气控制装置的接线图 　　　　　　　　…… （自阅） $$