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1、電氣控制與PLC 浙江水利水電?？茖W(xué)校浙江水利水電專科學(xué)校孫平孫平 教授教授第4章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1電氣原理圖的設(shè)計(jì)電氣原理圖的設(shè)計(jì) 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)4.1.1設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則 滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求，操作、維修方便的基本要求。通過優(yōu)選器件，提高可靠性，延長壽命，提高產(chǎn)品的競爭力。4.1.2電氣設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容電氣設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1、擬訂設(shè)計(jì)的任務(wù)書。2、選擇拖動(dòng)方案和控制方式。3、設(shè)計(jì)電氣原理圖及合理選擇元件（原理設(shè)計(jì)）。4、繪制電氣安裝接線圖（工藝設(shè)計(jì)）。5、匯總資料，編寫說明書。4.2電氣原理圖4.2.1電氣設(shè)計(jì)的一般規(guī)律1、選用典型環(huán)節(jié)2、合理設(shè)計(jì)電路 必要時(shí)，可以使用
2、邏輯代數(shù)化簡電路，優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)電氣原理圖時(shí)，還要考慮工程施工的要求。 例如，圖4.2.1b與圖4.2.1a相比，具有節(jié)省連接導(dǎo)線，可靠性高（減小電流流經(jīng)的觸點(diǎn)數(shù)）等優(yōu)點(diǎn)。 2、合理設(shè)計(jì)電路 減少控制觸點(diǎn)，提高可靠性 例如，圖4.2.2a電路中，繼電器線圈電流需要依次流過多個(gè)觸點(diǎn)。 圖4.2.2b的控制電路每一個(gè)繼電器線圈電流僅流過一個(gè)觸點(diǎn)，可靠性得到提高。2、合理設(shè)計(jì)電路防止競爭現(xiàn)象 圖4.2.4a為反身自停電路，存在電氣導(dǎo)通的競爭現(xiàn)象。 圖4.2.4b為無競爭的反身自停電路。 結(jié)論：繼電、接觸器控制電路不得用自身觸點(diǎn)切斷線圈的導(dǎo)電電路。KTKASB2SB1KTSB1SB2KTKTKT
3、b)KAa)3、控制電源與導(dǎo)線的選擇 控制電源選擇控制電源選擇 交流控制電路電源有36、127、220、380V等規(guī)格，電路結(jié)構(gòu)簡單的可使用220V或380V電源，電路復(fù)雜，故障多發(fā)，宜選用低壓電源，但須經(jīng)變壓器降壓獲得。其次，還可以根據(jù)安全照明和工作狀態(tài)指示的要求，以及電磁線圈（電磁鐵）的負(fù)載性質(zhì)等綜合考慮。 變壓器容量估算：STKTSXC 式中：ST -變壓器所需容量； SXC為電器元件的吸持功率； SXC -控制電路在最大負(fù)載時(shí)工作電器所需要的功率； KT-變壓器容量的儲(chǔ)備系數(shù)，一般取1.11.25。 導(dǎo)線的選擇導(dǎo)線的選擇 導(dǎo)線的選擇包括導(dǎo)線的種類選擇和導(dǎo)線的截面積的選擇。導(dǎo)線有單股或多
4、股導(dǎo)線，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線的走線方式和美觀要求進(jìn)行選擇。銅芯導(dǎo)線截面積一般可按5A/mm 2來估算。 4.2.2電氣控制原理設(shè)計(jì)方法o 電氣控制原理設(shè)計(jì)方法有兩種，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法。o1、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法o 電氣控制設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括主電路、控制電路和輔助電路的設(shè)計(jì)。o設(shè)計(jì)步驟o主電路：主要考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)及多速控制的要求。o控制電路：滿足設(shè)備和設(shè)計(jì)任務(wù)要求的各種自動(dòng)、手動(dòng)的電氣控制電路。o輔助電路：完善控制電路要求的設(shè)計(jì)，包括短路、過流、過載、零壓、連鎖（互鎖）、限位等電路保護(hù)措施，以及信號(hào)指示、照明等電路。o反復(fù)審核：根據(jù)設(shè)計(jì)原則審核電氣設(shè)計(jì)原理圖，有必要時(shí)可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，修改
5、和完善電路設(shè)計(jì)，直至符合設(shè)計(jì)要求。o常用的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法o根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求，選用典型環(huán)節(jié)，將它們有機(jī)的組合起來，并加以補(bǔ)充修改，綜合成所需的控制電路。o沒有典型環(huán)節(jié)，可以根據(jù)工藝要求自行設(shè)計(jì)，采用邊分析邊畫圖的方法，不斷增加電器元件和控制觸點(diǎn)，以滿足給定的工作條件和要求。4.2.2電氣控制原理設(shè)計(jì)方法o經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)o設(shè)計(jì)方法簡單易于掌握，使用廣泛。o要求設(shè)計(jì)者有一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，需要反復(fù)修改圖紙，設(shè)計(jì)速度較慢。o設(shè)計(jì)程序不固定，一般需要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。o不宜獲得最佳設(shè)計(jì)方案。o2、邏輯設(shè)計(jì)法o 利用邏輯代數(shù)，從生產(chǎn)工藝出發(fā)，考慮控制電路中邏輯變量關(guān)系，在狀態(tài)波形圖的基礎(chǔ)上，按照一定的設(shè)計(jì)方法和步
6、驟，設(shè)計(jì)出符合要求的控制電路。 o 該方法設(shè)計(jì)出的電路較為合理、精練可靠，特別在復(fù)雜電路設(shè)計(jì)時(shí)，可以顯示出邏輯設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)。4.3基于導(dǎo)線二維標(biāo)注法電氣接線圖設(shè)計(jì)1、電氣接線圖的繪制規(guī)則 用途：電氣接線圖用來表示電氣配電盤內(nèi)部器件之間導(dǎo)線的連接關(guān)系。 標(biāo)線號(hào)： 在電氣原理圖上用數(shù)字標(biāo)注線號(hào)，每經(jīng)過一個(gè)器件改變一次線號(hào)（接線端子除外）。 布置器件： 根據(jù)電氣原理圖，將電氣元件在配電盤或控制盤上按先上后下，先左后右的規(guī)則排列，并以接線圖的表示方法畫出電器元件（方框+電氣符號(hào)）。標(biāo)器件號(hào)： 給安放位置固定的器件標(biāo)注編號(hào)（包括接線端子）。二維標(biāo)注： 在導(dǎo)線上標(biāo)注導(dǎo)線線號(hào)和指示導(dǎo)線去向的器件號(hào)。注意
7、：配電盤的引出、引入導(dǎo)線均須采用接線端子連接。2、電氣互連圖繪制規(guī)則電氣互連圖的用途： 電氣互連圖表示電氣配電盤與盤之間，盤與外部設(shè)備之間的連線關(guān)系。電氣互連圖繪制規(guī)則： 導(dǎo)線連接關(guān)系 控制盤（板）之間，控制盤與外設(shè)之間用導(dǎo)線束表示導(dǎo)線的連接關(guān)系，原理圖中應(yīng)注明導(dǎo)線的顏色、數(shù)量、長度、載流面積等參數(shù)。 穿線管的使用 為保護(hù)設(shè)備外部的連接導(dǎo)線，經(jīng)常使用穿線管走線方式。使用穿線管時(shí)，應(yīng)在原理圖中注明穿線管種類、內(nèi)經(jīng)、長度、及所穿導(dǎo)線根數(shù)（含備用）。 4.4 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例o設(shè)計(jì)選題 電動(dòng)機(jī)的起?？刂齐娐?1、電氣原理圖 原理設(shè)計(jì)時(shí)以起?？刂齐娐吩頌橹?，兼顧電路的工作狀態(tài)指示和設(shè)備工作點(diǎn)
8、的局部照明電路。 圖中標(biāo)注了線號(hào)、導(dǎo)線截面積等參數(shù)。 元器件清單見P92，表4.1，穿線用管及導(dǎo)線參數(shù)見表4.2。PE11.5mm2TSRQF電源開關(guān)7652M23N342AFU12KM567HLHLEL2AFU2KMVUW3SB2KMSB11主電動(dòng)機(jī)起?？刂凭€路SA1mm2照明和信號(hào)2、電氣安裝位置圖 電氣安裝位置圖用來表示元器件清單中所有電器元件的相對(duì)安裝位置。通常，電器元件布置在主配電盤和操作面板上。 電氣安裝位置圖應(yīng)考慮電器元件的實(shí)際安裝方法和結(jié)構(gòu)尺寸，最終確定主配電盤和操作面板、以及控制柜結(jié)構(gòu)和外形尺寸。3、電氣接線圖 按照電氣安裝位置圖的設(shè)計(jì)思想，電氣接線圖也分為主配電盤接線圖和操
9、作面板接線圖兩部分。 圖中線側(cè)數(shù)字表示線號(hào)（17），線端數(shù)字表示器件編號(hào)（1025）。2320DZ2L1 L2L322242424RR1221176423524ST242124QF2325173175217617717249252123 23321電源ST4N PE22125U24 2424M756UV8W2W25V255252010EL7206DZ32023L1N2052523 23L3L2320224FU12122KM12420241L32322FU2DZ1125637202012052020324206171511171410114SB11313 11314131715141131011
10、HL1101711HL2SB2175131711726SA121574、電氣互連圖 電氣互連圖表示電氣控制柜配電盤之間、以及和外部器件之間的接線關(guān)系。 圖中用導(dǎo)線束將照明燈、操作面板、電動(dòng)機(jī)、電源引入線與控制主盤連接起來，并注明了穿線管的規(guī)格、電纜線的參數(shù)等數(shù)據(jù)，詳見表4.2。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意接地裝置的設(shè)計(jì)（安全） 。 R1*1.5mm（白）3*1.5mm（紅）電源進(jìn)線1*1.5mm（黃綠）2*1mm（紅）包塑金屬軟管d10mm*2m照明燈接地螺栓包塑金屬軟管d20mm*1m包塑金屬軟管d20mm*2m控制面板9102222STNPE UV W123563*1.5mm（紅）1*1.5mm（黃綠）
11、配電盤底板22圖4 電氣接線圖 5、安裝調(diào)試 安裝無誤后，接通三相電源，作空載實(shí)驗(yàn)，通過操作按鈕，檢驗(yàn)電氣裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性及指示的正確性，空載實(shí)驗(yàn)無誤后，接上負(fù)載作負(fù)載試驗(yàn)，反復(fù)調(diào)試直至設(shè)備正常工作為止。小結(jié) 本章通過應(yīng)用示例，系統(tǒng)的介紹了電氣控制線路（原理）設(shè)計(jì)，電氣安裝位置圖、電氣接線圖、電氣互連圖等工藝設(shè)計(jì)方法。 工藝設(shè)計(jì)是在理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的重要設(shè)計(jì)內(nèi)容，實(shí)踐性很強(qiáng)、工作量很大，電氣設(shè)備的質(zhì)量和制造成本在很大程度上取決于工藝設(shè)計(jì)水平。所以，也是電氣工程師的必修內(nèi)容。謝謝收看4.2.1 兩地控制電路4.2.2 順序控制電路4.2.3 電壓線圈并聯(lián)圖4.2.4 反身自停電路4.4.2
12、主盤電氣安裝位置圖 4.4.3 操作面板電氣安裝位置圖4.4.4電氣安裝接線圖（主板）2320DZ2L1 L2L322242424RR122117642 3524ST242124QF2325173175217617717249252123 23321電源ST4N PE22125U24 2424M75 6U V8W2W25V255252010EL7206DZ32023L1N2052523 23L3L2320224FU12122KM12420241L32322FU24.4.5電氣安裝接線圖（操作面板）DZ1125637202012052020324206171511171410114SB11313
13、 11314131715141131011HL1101711HL2SB2175131711726SA121574.4.6電氣互連圖 R1*1.5mm（白）3*1.5mm（紅）電源進(jìn)線1*1.5mm（黃綠）2*1mm（紅）包塑金屬軟管d10mm*2m照明燈接地螺栓包塑金屬軟管d20mm*1m包塑金屬軟管d20mm*2m控制面板9102222STNPE UV W123563*1.5mm（紅）1*1.5mm（黃綠）配電盤底板22圖4 電氣接線圖 4.4.1電氣原理圖PE11.5m m2TSRQF電 源 開 關(guān)7652M 23N342AFU12KM567HLHLEL2AFU2KMVUW3SB2KMSB11主 電 動(dòng) 機(jī)起 停 控 制 線 路SA1m m2照 明 和 信 號(hào)
第4章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
