摘要：由于繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)電路簡單,價(jià)格低廉,多年來在各種生產(chǎn)機(jī)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(jì)要求具有較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這里僅討論設(shè)計(jì)中的一般共性問題,討論繼電器接觸器控制電路的設(shè)計(jì)方法,同時(shí)為學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí),一般包括兩個(gè)部分的內(nèi)容:一是確定拖動(dòng)方案,即確定直流拖動(dòng)還是交流拖動(dòng)方案這一類原則問題并選擇電動(dòng)機(jī)容量等等;二是設(shè)計(jì)控制電路原理圖,并根據(jù)它來選擇電器和設(shè)計(jì)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(jì)的基本原則,設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法,以便根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求去進(jìn)行設(shè)計(jì)。
一、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)
電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)控制系統(tǒng)的要求,設(shè)計(jì)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(tái)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(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的每一個(gè)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(jì)工作首先要樹立科學(xué)的設(shè)計(jì)思想,樹立工程實(shí)踐的觀點(diǎn)。正確的設(shè)計(jì)思想和工程觀點(diǎn)是高質(zhì)量完成設(shè)計(jì)任務(wù)的保證。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求是:
1.熟悉所設(shè)計(jì)設(shè)備的總體技術(shù)要求及工作過程,取得電氣設(shè)計(jì)的依據(jù),最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求。
2.優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,妥善處理機(jī)械與電氣的關(guān)系,通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,選用性能價(jià)格比最佳的電氣設(shè)計(jì)方案,在滿足要求的前提下,設(shè)計(jì)簡單合理、技術(shù)先進(jìn)、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(shí)間()指標(biāo),確保使用的安全可靠。
5.謹(jǐn)慎積極地采用新技術(shù)、新工藝。
6.設(shè)計(jì)中貫徹最新的國家標(biāo)準(zhǔn)。
二、電氣控制系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)
電氣控制系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容。
1)擬訂電氣控制設(shè)計(jì)任務(wù)書(技術(shù)條件)。設(shè)計(jì)任務(wù)書是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù),同時(shí)又是今后設(shè)備竣工驗(yàn)收的依據(jù)。因此設(shè)計(jì)任務(wù)書的擬訂是一個(gè)十分重要而且必須認(rèn)真對(duì)待的問題。在很多情況下,設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)部門對(duì)本系統(tǒng)的功能要求、技術(shù)指標(biāo)只能描述一個(gè)粗略輪廓,涉及設(shè)備使用中應(yīng)達(dá)到的各種具體的技術(shù)指標(biāo)及其他各項(xiàng)基本要求實(shí)際是由技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)部門、設(shè)備使用部門及承擔(dān)機(jī)電設(shè)計(jì)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(jì)設(shè)備的型號(hào)、用途、工藝過程、動(dòng)作要求、傳動(dòng)參數(shù)、工作條件外還應(yīng)說明一下主要技術(shù)指標(biāo)及要求:
傳動(dòng)參數(shù)、工作條件外還應(yīng)說明以下主要技術(shù)指標(biāo)及要求:
1.控制精度、生產(chǎn)效率要求;
2.電氣傳動(dòng)基本特性如運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量、途、作順序、用動(dòng)負(fù)載特性、調(diào)速指標(biāo)、起動(dòng)、制動(dòng)要求等;
3.自動(dòng)化程度要求;
4.連鎖條件及保護(hù)要求;
5.電源種類、電壓等級(jí)、頻率及容量等要求;
6.目標(biāo)成本與經(jīng)費(fèi)限額;
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7.驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)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(tái)布置、操照明、號(hào)指信示、報(bào)警方式等等。
電力拖動(dòng)方案與控制方式的確定是設(shè)計(jì)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)實(shí)施的可能性。在設(shè)計(jì)過程即使個(gè)別控制環(huán)節(jié)或工藝圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不當(dāng),可以通過不斷改進(jìn)、反復(fù)試驗(yàn)來達(dá)到設(shè)計(jì)要求,但如果總體方案出現(xiàn)錯(cuò)誤,則整個(gè)設(shè)計(jì)必須重新開始。因此,在電氣控制設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)確定并以任務(wù)書格式下達(dá)后,必須認(rèn)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(yàn)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(jìn)行分析后作出決定。
所謂電力拖動(dòng)方案是指根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求,如零件加工精度、加工效率、生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量、運(yùn)動(dòng)要求、負(fù)載性質(zhì)、調(diào)速要求以及投資額等條件去確定電動(dòng)機(jī)的類型、數(shù)量、傳動(dòng)方式以及擬訂電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等控制要求,作為電氣控制原理圖設(shè)計(jì)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(jī)床時(shí),可以采用交流拖動(dòng)也可以采用直流拖動(dòng),可用集中拖動(dòng)也可以采用分散拖動(dòng),要根據(jù)各方面因素綜合考慮、比較,做出選擇。
拖動(dòng)方案確定之后,拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測技術(shù)以及自動(dòng)控制理論的迅速發(fā)展和機(jī)械結(jié)構(gòu)與工藝水平的不斷提高,生產(chǎn)機(jī)械電力拖動(dòng)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(jī)聯(lián)網(wǎng)控制等方面計(jì)發(fā)展,各種新型的工業(yè)控制器及標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)機(jī)的類型、容量、速,并選擇具體型號(hào)。拖動(dòng)方轉(zhuǎn)案決定以后,就可以進(jìn)一步選擇電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)選擇的基本原則是:
1.電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械提出的要求,要與負(fù)載特性相適應(yīng),以保證工作中運(yùn)行穩(wěn)定并具有一定的調(diào)速范圍與良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能。
2.工作過程中電動(dòng)機(jī)容量能得到充分利用,即溫升盡可能達(dá)到或接近額定溫升值。
3.電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足機(jī)械設(shè)計(jì)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(qiáng)調(diào),在滿足設(shè)計(jì)要求情況下優(yōu)先考慮采用結(jié)構(gòu)簡單,價(jià)格便宜,使用維護(hù)方便的交流異步電動(dòng)機(jī)。
正確選定電動(dòng)機(jī)容量是電動(dòng)機(jī)選擇中的關(guān)鍵問題。由于生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)負(fù)載的變化,散熱條件的不同,準(zhǔn)確選擇電動(dòng)機(jī)額定功率是一個(gè)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(yàn)校準(zhǔn)。
電動(dòng)機(jī)容量計(jì)算的基本步驟是:首先根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械提供的功率負(fù)載圖或轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖,預(yù)選一臺(tái)電動(dòng)機(jī),然后根據(jù)負(fù)載進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn),將校驗(yàn)結(jié)果與預(yù)選電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行比較,若發(fā)現(xiàn)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定容量太大或太小,再重新選擇,直到電動(dòng)機(jī)容量得到充分利用(電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定溫升接近其額定溫升),最后再校驗(yàn)其過載能力與起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否滿足拖動(dòng)要求。
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