摘要：由于繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)電路簡單,價格低廉,多年來在各種生產(chǎn)機械的電氣控制系統(tǒng)中,應(yīng)用較為廣泛。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計要求具有較豐富的實踐經(jīng)驗。這里僅討論設(shè)計中的一般共性問題,討論繼電器接觸器控制電路的設(shè)計方法,同時為學習PLC控制系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ)。在設(shè)計電力拖動自動控制系統(tǒng)時,一般包括兩個部分的內(nèi)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(shè)計控制電路原理圖,并根據(jù)它來選擇電器和設(shè)計安裝接線圖。

作為一名電氣工程技術(shù)人員,必須掌握電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則,設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方法,以便根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求去進行設(shè)計。

一、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本任務(wù)

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)機械對控制系統(tǒng)的要求,設(shè)計和編制出設(shè)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(shè)備說明書等資料。

由于系統(tǒng)從初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計到產(chǎn)品設(shè)計過程中的每一個環(huán)節(jié)都與產(chǎn)品質(zhì)量和成本密切相關(guān),因此設(shè)計工作首先要樹立科學的設(shè)計思想,樹立工程實踐的觀點。正確的設(shè)計思想和工程觀點是高質(zhì)量完成設(shè)計任務(wù)的保證。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本要求是:

1.熟悉所設(shè)計設(shè)備的總體技術(shù)要求及工作過程,取得電氣設(shè)計的依據(jù),最大限度地滿足生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制系統(tǒng)的要求。

2.優(yōu)化設(shè)計方案,妥善處理機械與電氣的關(guān)系,通過技術(shù)經(jīng)濟分析,選用性能價格比最佳的電氣設(shè)計方案,在滿足要求的前提下,設(shè)計簡單合理、技術(shù)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(guī)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(shù)、新工藝。

6.設(shè)計中貫徹最新的國家標準。

二、電氣控制系統(tǒng)的原理設(shè)計

電氣控制系統(tǒng)原理設(shè)計主要包括以下內(nèi)容。

1)擬訂電氣控制設(shè)計任務(wù)書(技術(shù)條件)。設(shè)計任務(wù)書是整個系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù),同時又是今后設(shè)備竣工驗收的依據(jù)。因此設(shè)計任務(wù)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(shè)計任務(wù)下達部門對本系統(tǒng)的功能要求、技術(shù)指標只能描述一個粗略輪廓,涉及設(shè)備使用中應(yīng)達到的各種具體的技術(shù)指標及其他各項基本要求實際是由技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)部門、設(shè)備使用部門及承擔機電設(shè)計任務(wù)部門等幾方面共同協(xié)商,最后以技術(shù)協(xié)議形式予以確定的。電氣控制任務(wù)書中,除簡要說明設(shè)計設(shè)備的型號、用途、工藝過程、動作要求、傳動參數(shù)、工作條件外還應(yīng)說明一下主要技術(shù)指標及要求:

傳動參數(shù)、工作條件外還應(yīng)說明以下主要技術(shù)指標及要求:

1.控制精度、生產(chǎn)效率要求;

2.電氣傳動基本特性如運動部件數(shù)量、途、作順序、用動負載特性、調(diào)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(jīng)費限額;

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7.驗收標準及驗收方式;

8.穩(wěn)定性及抗干擾要求;

其他要求,如設(shè)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(shè)計的重要部分,在總體方案正確的前提下,才能保證生產(chǎn)設(shè)備各項技術(shù)指標實施的可能性。在設(shè)計過程即使個別控制環(huán)節(jié)或工藝圖紙設(shè)計不當,可以通過不斷改進、反復(fù)試驗來達到設(shè)計要求,但如果總體方案出現(xiàn)錯誤,則整個設(shè)計必須重新開始。因此,在電氣控制設(shè)計主要技術(shù)指標確定并以任務(wù)書格式下達后,必須認真做好調(diào)查研究工作,要注意借鑒已經(jīng)獲得成功并經(jīng)過考驗的類似設(shè)備或生產(chǎn)工藝,列出幾種可能的方案,并根據(jù)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(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求,如零件加工精度、加工效率、生產(chǎn)機械的結(jié)構(gòu)、運動部件數(shù)量、運動要求、負載性質(zhì)、調(diào)速要求以及投資額等條件去確定電動機的類型、數(shù)量、傳動方式以及擬訂電動機起動、運行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制動等控制要求,作為電氣控制原理圖設(shè)計電器元件選擇的依據(jù)。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(jù)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(shù)量及其控制要求就已基本確定,采用什么方法去實現(xiàn)這些控制要求就是控制方式的選擇問題。隨著電氣技術(shù)、子技術(shù)、電計算機技術(shù)、檢測技術(shù)以及自動控制理論的迅速發(fā)展和機械結(jié)構(gòu)與工藝水平的不斷提高,生產(chǎn)機械電力拖動的控制方式發(fā)生了深刻的變革,從傳統(tǒng)的繼電接觸器控制向順序控制、可編程邏輯控制、算機聯(lián)網(wǎng)控制等方面計發(fā)展,各種新型的工業(yè)控制器及標準系列控制系統(tǒng)也不斷出現(xiàn),可供選擇的控制方式較多,系統(tǒng)復(fù)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(zhuǎn)案決定以后,就可以進一步選擇電動機的類型、數(shù)量、構(gòu)形式及結(jié)容量、額定電壓與額定轉(zhuǎn)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(yīng)滿足生產(chǎn)機械提出的要求,要與負載特性相適應(yīng),以保證工作中運行穩(wěn)定并具有一定的調(diào)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(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足機械設(shè)計提出的安裝要求,并能適應(yīng)周圍環(huán)境工作條件。應(yīng)該強調(diào),在滿足設(shè)計要求情況下優(yōu)先考慮采用結(jié)構(gòu)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(guān)鍵問題。由于生產(chǎn)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(fù)雜的過程,不僅需要一定的理論分析為依據(jù),還需要經(jīng)過試驗校準。

電動機容量計算的基本步驟是:首先根據(jù)生產(chǎn)機械提供的功率負載圖或轉(zhuǎn)矩負載圖,預(yù)選一臺電動機,然后根據(jù)負載進行發(fā)熱校驗,將校驗結(jié)果與預(yù)選電動機參數(shù)進行比較,若發(fā)現(xiàn)預(yù)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(wěn)定溫升接近其額定溫升),最后再校驗其過載能力與起動轉(zhuǎn)矩是否滿足拖動要求。

參考文獻

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