生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

摘要：生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是電氣控制的原理設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)主要是為了滿足生產(chǎn)機(jī)械、生產(chǎn)工藝的基本要求，必須對機(jī)械的自動(dòng)化程度以及生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)性進(jìn)行充分的考慮；二是工藝設(shè)計(jì)，這一環(huán)節(jié)主要是滿足設(shè)備的制造、使用以及維修的需要，將會決定電氣控制系統(tǒng)的外觀、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等。文章將對生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)律及方法進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)機(jī)械；電氣控制系統(tǒng)；原理設(shè)計(jì)；工藝設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)規(guī)律 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM571 文章編號：1009-2374（2015）04-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0291

1 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 基本原則

由于生產(chǎn)機(jī)械的種類非常多，因此相關(guān)的電氣控制方案也各不相同，但總的設(shè)計(jì)方法和原則都是統(tǒng)一的。所有的設(shè)計(jì)工作都必須建立在正確的設(shè)計(jì)理念和工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，才能保證設(shè)計(jì)的高質(zhì)量、高效率。在設(shè)計(jì)過程中，要遵循的基本原則包括：必須滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝對電氣控制系統(tǒng)的基本要求，具備可行性；電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要與實(shí)際的情況緊密結(jié)合，具備合理性；電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要和機(jī)械的設(shè)計(jì)相配合，具備相融性；確保設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)能夠安全地工作，具備可靠性。

1.2 基本任務(wù)和內(nèi)容

1.2.1 設(shè)計(jì)的基本任務(wù)。在設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)的過程中，基本的任務(wù)是根據(jù)實(shí)際電氣控制的要求編制和設(shè)計(jì)出機(jī)械制造、機(jī)械使用以及機(jī)械維修當(dāng)中必須用到的資料和圖樣等。其中文字資料的編制包括了外購件的目錄、材料消耗清單以及機(jī)械說明書等；而圖樣的設(shè)計(jì)包括了電氣原理圖、電氣元件的布置圖、電氣組建的劃分圖、電氣系統(tǒng)安裝接線圖、控制面板圖、電氣箱圖、非標(biāo)準(zhǔn)件的加工圖以及元件、器件的安裝底板圖。

1.2.2 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。（1）原理設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)中，原理的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書的擬定；確定電力設(shè)計(jì)方案，并對涉及到的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選擇；進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)，并對主要的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算及核實(shí)；對所需的電氣元件、器件進(jìn)行選擇，并制定相關(guān)的明細(xì)表；對機(jī)械設(shè)計(jì)的說明書進(jìn)行編寫。在設(shè)計(jì)內(nèi)容當(dāng)中，原理圖的設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，將為之后的工藝設(shè)計(jì)以及技術(shù)資料的制定提供可靠的依據(jù)。（2）工藝設(shè)計(jì)。為了使制造電氣控制系統(tǒng)的過程更加高效，并將原理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中提出的技術(shù)指標(biāo)落到實(shí)處，必須進(jìn)行工藝的設(shè)計(jì)，才能為機(jī)械的調(diào)試、使用以及維護(hù)提供有效的圖樣資料。具體的內(nèi)容包括：電氣系統(tǒng)總的布置圖、安裝圖以及接線圖的設(shè)計(jì)；電氣組建的布置圖、安裝圖以及接線圖的設(shè)計(jì)；電氣箱、非標(biāo)準(zhǔn)元件、操作臺的設(shè)計(jì)；電氣元件、器件清單；機(jī)械的使用和維護(hù)說

明書。

2 電氣控制系統(tǒng)中電氣控制原理的電路設(shè)計(jì)

2.1 原理設(shè)計(jì)的基本方法

2.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。一般也叫分析設(shè)計(jì)法。該方法是根據(jù)具體的生產(chǎn)要求選擇基本的單元電路或是將已經(jīng)成熟的電路設(shè)計(jì)按照一定的條件組合起來，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改和補(bǔ)充，使其成為一個(gè)滿足控制要求和設(shè)計(jì)要求的完整的電路。

這種方法的優(yōu)勢在于設(shè)計(jì)的方法簡單，沒有固定的程序，整個(gè)過程是建立在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本環(huán)節(jié)的熟練掌握以及較高的電氣控制系統(tǒng)電路的分析能力的基礎(chǔ)上的，對于初學(xué)者來說，較為容易，而對于經(jīng)驗(yàn)較為豐富的電氣設(shè)計(jì)人員來說，能夠使設(shè)計(jì)的任務(wù)更快地完成，有效提高工作的效率。因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法得到了廣泛的運(yùn)用。

但是，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也存在著一定的局限性，那就是通過這個(gè)方法設(shè)計(jì)出來的電氣控制系統(tǒng)的方案可能存在考慮不周全的情況，且設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)不足也可能造成設(shè)計(jì)方案的不佳，從而影響電氣控制系統(tǒng)的可靠性。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，必須要進(jìn)行反復(fù)的審核，在條件允許的情況下還應(yīng)該進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。一旦發(fā)現(xiàn)問題要進(jìn)行及時(shí)的修改，直到電氣控制系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)要求為止。

2.1.2 邏輯設(shè)計(jì)法。該方法是在電路設(shè)計(jì)中利用邏輯代數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求，將控制電路中的各個(gè)環(huán)節(jié)看成是邏輯變量，并根據(jù)控制的要求將這些變量之間的關(guān)系用多個(gè)邏輯關(guān)系式進(jìn)行表達(dá)，在這些關(guān)系式化簡之后，給出相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)圖。

使用邏輯設(shè)計(jì)法能夠使所得到的設(shè)計(jì)方案最佳，但是由于在實(shí)際的使用過程中，設(shè)計(jì)的難度較大，且過程復(fù)雜，有時(shí)還必須運(yùn)用到一些新的概念，因此在常規(guī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，邏輯設(shè)計(jì)法很少被單獨(dú)使用。

2.2 原理圖設(shè)計(jì)的要求

2.2.1 滿足生產(chǎn)工藝的要求。必須充分了解和掌握機(jī)械的性能、結(jié)構(gòu)及實(shí)際情況，再進(jìn)行控制方式、反向、啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等要求的考慮和設(shè)計(jì)，設(shè)置出聯(lián)鎖和保護(hù)裝置。

2.2.2 控制電路電源的種類和電壓數(shù)值。較為簡單的電氣控制電路包含的元件和器件不多，可以直接采用220V電源或者380V電源；如果控制電路較為復(fù)雜，要將控制電壓根據(jù)實(shí)際情況降到24V、48V或者110V，并且要采用控制電源的變壓器。

2.2.3 保證電氣控制電路在工作時(shí)的安全性和可靠性。要做到這一點(diǎn)，必須要保證電氣元件、器件的穩(wěn)定和可靠，這些元器件的連接要符合國家的相關(guān)規(guī)定，其位置和觸頭的位置要有合理安排，電器線圈要進(jìn)行正確的連接（如圖1、圖2）。

圖1 元器件與觸頭間的

連接示意圖 圖2 線圈的正確連接

示意圖

3 電氣控制系統(tǒng)中的工藝設(shè)計(jì)

3.1 進(jìn)行電氣設(shè)備總體布置的設(shè)計(jì)

這一環(huán)節(jié)要根據(jù)之前制定好的原理設(shè)計(jì)圖，將控制系統(tǒng)劃分成若干個(gè)部件，然后根據(jù)實(shí)際的復(fù)雜程度，再將每個(gè)部件分成若干個(gè)單元，對各個(gè)部分涉及到的進(jìn)線及出線號進(jìn)行整理，并對連接方式進(jìn)行調(diào)整。

在進(jìn)行單元?jiǎng)澐謺r(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：（1）具有相似功能的元件應(yīng)該組合在一起（2）為了減少單元間的連線，接線相關(guān)的控制電器應(yīng)該在同一單元內(nèi)；為了防止干擾，要將強(qiáng)弱電分開；為了便于調(diào)試和檢查，要將那些需要經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護(hù)的易損元件、器件組合在同一個(gè)單元內(nèi)。

3.2 元件、器件布置圖的繪制

這一環(huán)節(jié)是根據(jù)原理設(shè)計(jì)圖進(jìn)行的，在繪制時(shí)要遵循以下原則：（1）監(jiān)視器件應(yīng)位于儀表板上；（2）在電器板上方，安裝發(fā)熱元件，而下方安裝體積較大或者較重的元件和器件；（3）需要經(jīng)常調(diào)試和檢查的元件和器件在安裝時(shí)不能太高或太低；（4）為了防止強(qiáng)電以及外界干擾，要對弱電部分進(jìn)行屏蔽設(shè)施和隔離設(shè)施的加裝。

3.3 電氣控制接線圖的繪制

在進(jìn)行這一環(huán)節(jié)時(shí)要根據(jù)電氣元件、器件的布置圖以及國家的相關(guān)規(guī)定，并遵循以下原則：（1）接線圖中各個(gè)元器件的位置必須和實(shí)際的安裝位置一致；（2）元器件和接線座上的標(biāo)注應(yīng)該和原理圖中的標(biāo)注統(tǒng)一；（3）采用細(xì)線條進(jìn)行繪制，才能清楚地表示出接線的關(guān)系和去向。

接線圖的畫法包括了直接接線法和符號標(biāo)注接線法。當(dāng)電氣系統(tǒng)中的元器件較少且接線的關(guān)系較為簡單時(shí)，可以用直接接線法來直接畫出各個(gè)元器件間的接線；而當(dāng)元器件過多且接線的關(guān)系較復(fù)雜時(shí)就要用到符號標(biāo)注接線法，在接線端處利用符號的標(biāo)注來表示連接的關(guān)系。

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作者簡介：錢志忠（1968-），男，湖北武漢人，貴陽博亞機(jī)械制造有限公司工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及制造、機(jī)電一體化項(xiàng)目。

（責(zé)任編輯：周 瓊）