淺談礦用機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

牛占亮

摘要：現(xiàn)在的時(shí)代已經(jīng)是信息化時(shí)代，礦用機(jī)械是技術(shù)含量和集成化很高的裝備，其電氣控制系統(tǒng)是決定其性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文首先介紹了礦用機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，然后介紹了電氣控制裝置的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：礦用機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（c）-0128-01

在現(xiàn)代化礦井建設(shè)中，凡要求較高的場(chǎng)合，都離不開自動(dòng)控制。礦用機(jī)械的啟動(dòng)、加速、調(diào)速、制動(dòng)和停車都可通過自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，對(duì)不同的礦用機(jī)械需要不同的自動(dòng)控制方式，雖然控制方法不同，但都是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械工作時(shí)物理量的變化確定的。因此，針對(duì)不同的物理量就有不同的控制原則。

1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及到的范圍較廣，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)過程中的每一環(huán)節(jié)都與產(chǎn)品的質(zhì)量和成本密切相關(guān)。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程應(yīng)遵循的基本原則如以下幾點(diǎn)。

（1）最大限度地滿足機(jī)械設(shè)備對(duì)電氣控制提出的要求。生產(chǎn)機(jī)械的電控裝置是為生產(chǎn)機(jī)械按預(yù)定規(guī)律完成一定動(dòng)作和保證部件協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)服務(wù)的，電氣設(shè)計(jì)必須滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電氣控制提出的技術(shù)要求。

（2）妥善處理機(jī)與電的關(guān)系，采用機(jī)電結(jié)合的方法，達(dá)到系統(tǒng)的控制要求?，F(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械運(yùn)動(dòng)是機(jī)電結(jié)合的結(jié)果，機(jī)與電兩者相互關(guān)聯(lián)、相互依賴，只有統(tǒng)籌考慮兩者關(guān)系才能達(dá)到整機(jī)的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

（3）在滿足控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案力求簡(jiǎn)單，避免盲目地追求高性能、高指標(biāo)。評(píng)價(jià)生產(chǎn)機(jī)械電氣設(shè)計(jì)水平，并不是電氣控制的功能越強(qiáng)，技術(shù)指標(biāo)越高就越好，而是以設(shè)備的性能價(jià)格比和運(yùn)行可靠性來衡量的。高功能、高指標(biāo)往往使系統(tǒng)的生產(chǎn)成本和復(fù)雜程度劇增，系統(tǒng)越復(fù)雜，所用元器件越多，系統(tǒng)的可靠性就越低（不包括冗余設(shè)計(jì)而增加的元器件）。因此，在滿足生產(chǎn)機(jī)械提出的技術(shù)指標(biāo)前提下，電氣控制設(shè)計(jì)應(yīng)力求簡(jiǎn)單，提高系統(tǒng)工作可靠性，提高裝置的性能價(jià)格比。

（4）積極慎重地采用新技術(shù)、新工藝。任何設(shè)計(jì)在實(shí)施過程中都存在著成功和失敗兩種可能，從減少設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)角度考慮，應(yīng)盡可能采用成熟的、經(jīng)過優(yōu)化和實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)的材料、元器件以及制造技術(shù)與工藝。新技術(shù)和新工藝的出現(xiàn)，往往會(huì)給社會(huì)帶來巨大的效益，成功地應(yīng)用新材料、新技術(shù)、新工藝，會(huì)使產(chǎn)品在品質(zhì)、功能、成本方面發(fā)生巨大的變化。所以，在積極采用新材料、新技術(shù)、新工藝的同時(shí)，要進(jìn)行充分的調(diào)查和研究，進(jìn)行必要的試驗(yàn)，才能作出決策。

（5）正確合理地選用電器元件，盡可能減少元器件的品種和規(guī)格，降低生產(chǎn)成本。

（6）操作、維護(hù)要方便，外形協(xié)調(diào)、美觀。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)械的控制要求，設(shè)計(jì)和完成電控裝置在制造、使用和維護(hù)過程中所需的圖樣和資料。這些工作主要反映在電氣原理和工藝設(shè)計(jì)中。

2電氣控制裝置的設(shè)計(jì)步驟

電氣控制裝置設(shè)計(jì)一般分成三個(gè)階段：初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

2.1 初步設(shè)計(jì)

初步設(shè)計(jì)是研究系統(tǒng)和電氣控制裝置的組成，并尋求最佳控制方案的初步階段，是技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)。初步設(shè)計(jì)可由機(jī)械設(shè)計(jì)人員和電氣設(shè)計(jì)人員共同提出，也可由機(jī)械設(shè)計(jì)人員提出有關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)資料和工藝要求，由電氣設(shè)計(jì)人員完成初步設(shè)計(jì)。

初步設(shè)計(jì)階段應(yīng)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)人員提出的要求，盡可能收集國內(nèi)外同類產(chǎn)品的有關(guān)資料，進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，積極而又慎重地采用新技術(shù)、新工藝，并對(duì)某些新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新組件等進(jìn)行必要的原理性試驗(yàn)研究或提出試驗(yàn)研究大綱，提出系統(tǒng)中必須采用的專用元器件的技術(shù)要求。初步設(shè)計(jì)主要是給上級(jí)部門或用戶的一份總體方案設(shè)計(jì)報(bào)告，這份報(bào)告是進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的依據(jù)。只有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)的實(shí)現(xiàn)。如果在設(shè)計(jì)過程中只有某個(gè)細(xì)節(jié)或環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不當(dāng)，可通過試驗(yàn)和改進(jìn)來達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但總體方案出錯(cuò)，將導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)的失敗，造成的損失是非常大的。因此，初步設(shè)計(jì)必須認(rèn)真做好調(diào)研，注意借鑒已獲成功應(yīng)用并經(jīng)過生產(chǎn)考驗(yàn)的類似設(shè)備和生產(chǎn)工藝，在幾種可能實(shí)現(xiàn)的方案中，根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及現(xiàn)有的條件進(jìn)行綜合分析，作出決策。

2.2 技術(shù)設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)是根據(jù)上級(jí)部門審查批準(zhǔn)的或經(jīng)用戶同意的初步設(shè)計(jì)中提供的內(nèi)容和方案，最終完成電氣控制設(shè)計(jì)，完成電控設(shè)備布置設(shè)計(jì)。技術(shù)設(shè)計(jì)需完成下述內(nèi)容：（1）對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中某些環(huán)節(jié)做必要的試驗(yàn)，寫出試驗(yàn)研究報(bào)告。（2）繪出電氣控制系統(tǒng)的電氣原理圖。（3）編寫系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算書。（4）選擇整個(gè)系統(tǒng)的元器件，提出專用元器件的技術(shù)指標(biāo)，編制元器件明細(xì)表。（5）編寫技術(shù)設(shè)計(jì)說明書，介紹系統(tǒng)原理、主要技術(shù)性能指標(biāo)及有關(guān)運(yùn)行維護(hù)條件和對(duì)施工安裝要求。（6）繪制電控裝置組合布置圖、出線端子圖等。

2.3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是根據(jù)上級(jí)審查批準(zhǔn)的或經(jīng)用戶同意認(rèn)可的技術(shù)設(shè)計(jì)，最終完成電控設(shè)備產(chǎn)品生產(chǎn)用的工作圖樣。產(chǎn)品設(shè)計(jì)需完成下列內(nèi)容：（1）繪制產(chǎn)品總裝配圖、部件裝配圖和零件圖。（2）繪制產(chǎn)品接線圖或接線表。（3）進(jìn)行圖樣的標(biāo)準(zhǔn)化審查和工藝會(huì)簽。一般來說，電氣控制裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)按上述三個(gè)階段進(jìn)行，每個(gè)階段中的某些內(nèi)容可根據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的具體情況有所調(diào)整。

3電氣控制的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電氣控制設(shè)計(jì)內(nèi)容很多，這里僅對(duì)一些較為重要的設(shè)計(jì)作進(jìn)一步探討。（1）控制系統(tǒng)的選擇?？刂葡到y(tǒng)是電控裝置的核心，它對(duì)整個(gè)裝置工作起著決定性的作用。裝置的控制系統(tǒng)選用應(yīng)根據(jù)機(jī)械設(shè)備對(duì)電氣控制提出的技術(shù)指標(biāo)，綜合考慮控制系統(tǒng)的功能、抗干擾能力、系統(tǒng)可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、軟硬件工作量、執(zhí)行速度、帶載能力等。（2）電氣傳動(dòng)調(diào)速方式選擇。機(jī)械設(shè)備的主要功能是完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)。一臺(tái)機(jī)械設(shè)備必須完成相互協(xié)調(diào)的若干機(jī)械動(dòng)作，這些動(dòng)作的協(xié)調(diào)依靠機(jī)械和電氣傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。合理地選用電氣傳動(dòng)調(diào)速方式是決定系統(tǒng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要條件。選用時(shí)應(yīng)綜合考慮傳動(dòng)調(diào)速的調(diào)速性質(zhì)、調(diào)速范圍、平滑性、動(dòng)態(tài)性能、效率、費(fèi)用等指標(biāo)。（3）設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的環(huán)境影響。任何電氣控制裝置都需要在一定的環(huán)境中儲(chǔ)存、運(yùn)輸和工作，環(huán)境條件必然會(huì)對(duì)設(shè)備工作可靠性、使用壽命帶來很大的影響。在電控設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)充分考慮環(huán)境因素，適當(dāng)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，這對(duì)減少設(shè)備故障率，延長使用壽命是相當(dāng)有效的。影響設(shè)備工作的環(huán)境因素主要指氣候、機(jī)械振動(dòng)和電磁場(chǎng)。（4）工藝設(shè)計(jì)問題。工藝設(shè)計(jì)的目的是為了滿足電氣控制設(shè)備的制造和使用要求，在正確的原理設(shè)計(jì)前提下，系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性、可維修性、結(jié)構(gòu)合理性等都與電氣工藝設(shè)計(jì)密切相關(guān)。電氣工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是電氣控制設(shè)備的總體配置（總裝配圖）、總接線圖（表）、分柜裝配設(shè)計(jì)（元器件布置）、接線圖（表）、柜、面板、導(dǎo)線等設(shè)計(jì)和選用。

參考文獻(xiàn)

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