摘要：由于繼電器接觸器電氣控制系統電路簡單,價格低廉,多年來在各種生產機械的電氣控制系統中,應用較為廣泛。電氣控制系統設計要求具有較豐富的實踐經驗。這里僅討論設計中的一般共性問題,討論繼電器接觸器控制電路的設計方法,同時為學習PLC控制系統打下良好的基礎。在設計電力拖動自動控制系統時,一般包括兩個部分的內容:一是確定拖動方案,即確定直流拖動還是交流拖動方案這一類原則問題并選擇電動機容量等等;二是設計控制電路原理圖,并根據它來選擇電器和設計安裝接線圖。

作為一名電氣工程技術人員,必須掌握電氣控制系統設計的基本原則,設計內容和設計方法,以便根據生產機械的工藝要求去進行設計。

一、電氣控制系統設計的基本任務

電氣控制系統設計的基本任務是根據生產機械對控制系統的要求,設計和編制出設備制造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料,包括電氣原理圖、電氣元器件布置圖、安裝接線圖等,編制外購元器件目錄、單臺材料消耗清單、設備說明書等資料。

由于系統從初步設計、技術設計到產品設計過程中的每一個環節都與產品質量和成本密切相關,因此設計工作首先要樹立科學的設計思想,樹立工程實踐的觀點。正確的設計思想和工程觀點是高質量完成設計任務的保證。電氣控制系統設計的基本要求是:

1.熟悉所設計設備的總體技術要求及工作過程,取得電氣設計的依據,最大限度地滿足生產機械和工藝對電氣控制系統的要求。

2.優化設計方案,妥善處理機械與電氣的關系,通過技術經濟分析,選用性能價格比最佳的電氣設計方案,在滿足要求的前提下,設計簡單合理、技術先進、工作可靠、維修方便的電路。

3.正確合理地選用電器元器件,盡可能減少元件的品種和規格。

4.取得良好的平均無故障時間()指標,確保使用的安全可靠。

5.謹慎積極地采用新技術、新工藝。

6.設計中貫徹最新的國家標準。

二、電氣控制系統的原理設計

電氣控制系統原理設計主要包括以下內容。

1)擬訂電氣控制設計任務書(技術條件)。設計任務書是整個系統設計的依據,同時又是今后設備竣工驗收的依據。因此設計任務書的擬訂是一個十分重要而且必須認真對待的問題。在很多情況下,設計任務下達部門對本系統的功能要求、技術指標只能描述一個粗略輪廓,涉及設備使用中應達到的各種具體的技術指標及其他各項基本要求實際是由技術領導部門、設備使用部門及承擔機電設計任務部門等幾方面共同協商,最后以技術協議形式予以確定的。電氣控制任務書中,除簡要說明設計設備的型號、用途、工藝過程、動作要求、傳動參數、工作條件外還應說明一下主要技術指標及要求:

傳動參數、工作條件外還應說明以下主要技術指標及要求:

1.控制精度、生產效率要求;

2.電氣傳動基本特性如運動部件數量、途、作順序、用動負載特性、調速指標、起動、制動要求等;

3.自動化程度要求;

4.連鎖條件及保護要求;

5.電源種類、電壓等級、頻率及容量等要求;

6.目標成本與經費限額;

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7.驗收標準及驗收方式;

8.穩定性及抗干擾要求;

其他要求,如設備布局、安裝要求、作臺布置、操照明、號指信示、報警方式等等。

電力拖動方案與控制方式的確定是設計的重要部分,在總體方案正確的前提下,才能保證生產設備各項技術指標實施的可能性。在設計過程即使個別控制環節或工藝圖紙設計不當,可以通過不斷改進、反復試驗來達到設計要求,但如果總體方案出現錯誤,則整個設計必須重新開始。因此,在電氣控制設計主要技術指標確定并以任務書格式下達后,必須認真做好調查研究工作,要注意借鑒已經獲得成功并經過考驗的類似設備或生產工藝,列出幾種可能的方案,并根據自己的條件和工藝要求進行分析后作出決定。

所謂電力拖動方案是指根據生產機械的工藝要求,如零件加工精度、加工效率、生產機械的結構、運動部件數量、運動要求、負載性質、調速要求以及投資額等條件去確定電動機的類型、數量、傳動方式以及擬訂電動機起動、運行、調速、轉向、制動等控制要求,作為電氣控制原理圖設計電器元件選擇的依據。例如,在研制某些高效率專用加工機床時,可以采用交流拖動也可以采用直流拖動,可用集中拖動也可以采用分散拖動,要根據各方面因素綜合考慮、比較,做出選擇。

拖動方案確定之后,拖動電動機的類型、數量及其控制要求就已基本確定,采用什么方法去實現這些控制要求就是控制方式的選擇問題。隨著電氣技術、子技術、電計算機技術、檢測技術以及自動控制理論的迅速發展和機械結構與工藝水平的不斷提高,生產機械電力拖動的控制方式發生了深刻的變革,從傳統的繼電接觸器控制向順序控制、可編程邏輯控制、算機聯網控制等方面計發展,各種新型的工業控制器及標準系列控制系統也不斷出現,可供選擇的控制方式較多,系統復雜程度差異也很大。

2)確定電動機的類型、容量、速,并選擇具體型號。拖動方轉案決定以后,就可以進一步選擇電動機的類型、數量、構形式及結容量、額定電壓與額定轉速等要求。電動機選擇的基本原則是:

1.電動機的機械特性應滿足生產機械提出的要求,要與負載特性相適應,以保證工作中運行穩定并具有一定的調速范圍與良好的起動、制動性能。

2.工作過程中電動機容量能得到充分利用,即溫升盡可能達到或接近額定溫升值。

3.電機的結構形式應滿足機械設計提出的安裝要求,并能適應周圍環境工作條件。應該強調,在滿足設計要求情況下優先考慮采用結構簡單,價格便宜,使用維護方便的交流異步電動機。

正確選定電動機容量是電動機選擇中的關鍵問題。由于生產機械拖動負載的變化,散熱條件的不同,準確選擇電動機額定功率是一個多因素、較為復雜的過程,不僅需要一定的理論分析為依據,還需要經過試驗校準。

電動機容量計算的基本步驟是:首先根據生產機械提供的功率負載圖或轉矩負載圖,預選一臺電動機,然后根據負載進行發熱校驗,將校驗結果與預選電動機參數進行比較,若發現預選電動機的額定容量太大或太小,再重新選擇,直到電動機容量得到充分利用(電動機的穩定溫升接近其額定溫升),最后再校驗其過載能力與起動轉矩是否滿足拖動要求。

參考文獻

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