摘要：由于继电器接触器电气控制系统电路简单,价格低廉,多年来在各种生产机械的电气控制系统中,应用较为广泛。电气控制系统设计要求具有较丰富的实践经验。这里仅讨论设计中的一般共性问题,讨论继电器接触器控制电路的设计方法,同时为学习PLC控制系统打下良好的基础。在设计电力拖动自动控制系统时,一般包括两个部分的内容:一是确定拖动方案,即确定直流拖动还是交流拖动方案这一类原则问题并选择电动机容量等等;二是设计控制电路原理图,并根据它来选择电器和设计安装接线图。
作为一名电气工程技术人员,必须掌握电气控制系统设计的基本原则,设计内容和设计方法,以便根据生产机械的工艺要求去进行设计。
一、电气控制系统设计的基本任务
电气控制系统设计的基本任务是根据生产机械对控制系统的要求,设计和编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图纸、资料,包括电气原理图、电气元器件布置图、安装接线图等,编制外购元器件目录、单台材料消耗清单、设备说明书等资料。
由于系统从初步设计、技术设计到产品设计过程中的每一个环节都与产品质量和成本密切相关,因此设计工作首先要树立科学的设计思想,树立工程实践的观点。正确的设计思想和工程观点是高质量完成设计任务的保证。电气控制系统设计的基本要求是:
1.熟悉所设计设备的总体技术要求及工作过程,取得电气设计的依据,最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制系统的要求。
2.优化设计方案,妥善处理机械与电气的关系,通过技术经济分析,选用性能价格比最佳的电气设计方案,在满足要求的前提下,设计简单合理、技术先进、工作可靠、维修方便的电路。
3.正确合理地选用电器元器件,尽可能减少元件的品种和规格。
4.取得良好的平均无故障时间()指标,确保使用的安全可靠。
5.谨慎积极地采用新技术、新工艺。
6.设计中贯彻最新的国家标准。
二、电气控制系统的原理设计
电气控制系统原理设计主要包括以下内容。
1)拟订电气控制设计任务书(技术条件)。设计任务书是整个系统设计的依据,同时又是今后设备竣工验收的依据。因此设计任务书的拟订是一个十分重要而且必须认真对待的问题。在很多情况下,设计任务下达部门对本系统的功能要求、技术指标只能描述一个粗略轮廓,涉及设备使用中应达到的各种具体的技术指标及其他各项基本要求实际是由技术领导部门、设备使用部门及承担机电设计任务部门等几方面共同协商,最后以技术协议形式予以确定的。电气控制任务书中,除简要说明设计设备的型号、用途、工艺过程、动作要求、传动参数、工作条件外还应说明一下主要技术指标及要求:
传动参数、工作条件外还应说明以下主要技术指标及要求:
1.控制精度、生产效率要求;
2.电气传动基本特性如运动部件数量、途、作顺序、用动负载特性、调速指标、起动、制动要求等;
3.自动化程度要求;
4.连锁条件及保护要求;
5.电源种类、电压等级、频率及容量等要求;
6.目标成本与经费限额;
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7.验收标准及验收方式;
8.稳定性及抗干扰要求;
其他要求,如设备布局、安装要求、作台布置、操照明、号指信示、报警方式等等。
电力拖动方案与控制方式的确定是设计的重要部分,在总体方案正确的前提下,才能保证生产设备各项技术指标实施的可能性。在设计过程即使个别控制环节或工艺图纸设计不当,可以通过不断改进、反复试验来达到设计要求,但如果总体方案出现错误,则整个设计必须重新开始。因此,在电气控制设计主要技术指标确定并以任务书格式下达后,必须认真做好调查研究工作,要注意借鉴已经获得成功并经过考验的类似设备或生产工艺,列出几种可能的方案,并根据自己的条件和工艺要求进行分析后作出决定。
所谓电力拖动方案是指根据生产机械的工艺要求,如零件加工精度、加工效率、生产机械的结构、运动部件数量、运动要求、负载性质、调速要求以及投资额等条件去确定电动机的类型、数量、传动方式以及拟订电动机起动、运行、调速、转向、制动等控制要求,作为电气控制原理图设计电器元件选择的依据。例如,在研制某些高效率专用加工机床时,可以采用交流拖动也可以采用直流拖动,可用集中拖动也可以采用分散拖动,要根据各方面因素综合考虑、比较,做出选择。
拖动方案确定之后,拖动电动机的类型、数量及其控制要求就已基本确定,采用什么方法去实现这些控制要求就是控制方式的选择问题。随着电气技术、子技术、电计算机技术、检测技术以及自动控制理论的迅速发展和机械结构与工艺水平的不断提高,生产机械电力拖动的控制方式发生了深刻的变革,从传统的继电接触器控制向顺序控制、可编程逻辑控制、算机联网控制等方面计发展,各种新型的工业控制器及标准系列控制系统也不断出现,可供选择的控制方式较多,系统复杂程度差异也很大。
2)确定电动机的类型、容量、速,并选择具体型号。拖动方转案决定以后,就可以进一步选择电动机的类型、数量、构形式及结容量、额定电压与额定转速等要求。电动机选择的基本原则是:
1.电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求,要与负载特性相适应,以保证工作中运行稳定并具有一定的调速范围与良好的起动、制动性能。
2.工作过程中电动机容量能得到充分利用,即温升尽可能达到或接近额定温升值。
3.电机的结构形式应满足机械设计提出的安装要求,并能适应周围环境工作条件。应该强调,在满足设计要求情况下优先考虑采用结构简单,价格便宜,使用维护方便的交流异步电动机。
正确选定电动机容量是电动机选择中的关键问题。由于生产机械拖动负载的变化,散热条件的不同,准确选择电动机额定功率是一个多因素、较为复杂的过程,不仅需要一定的理论分析为依据,还需要经过试验校准。
电动机容量计算的基本步骤是:首先根据生产机械提供的功率负载图或转矩负载图,预选一台电动机,然后根据负载进行发热校验,将校验结果与预选电动机参数进行比较,若发现预选电动机的额定容量太大或太小,再重新选择,直到电动机容量得到充分利用(电动机的稳定温升接近其额定温升),最后再校验其过载能力与起动转矩是否满足拖动要求。
参考文献
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