基于設(shè)計原則分析電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)

彭麗芳

摘要：電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)是繼電控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，本文詳細(xì)分析了各個環(huán)節(jié)之間的相互關(guān)系，并依據(jù)電氣設(shè)計的基本原則，從滿足功能、安全可靠、成本合理三個方面論述了三相異步電動機從單向控制到可逆控制再到自動往返控制的遞進(jìn)變化過程，將電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計原則、電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)和經(jīng)驗設(shè)計法有效地結(jié)合起來。

關(guān)鍵詞：電動機控制；設(shè)計原則；控制線路的基本環(huán)節(jié)；經(jīng)驗設(shè)計法

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）04-0067-02

《電氣控制與PLC系統(tǒng)》是講述電動機控制和PLC綜合應(yīng)用的一門實踐性、應(yīng)用性較強的課程，將基礎(chǔ)理論、課程設(shè)計及電氣工程實踐融為一體是講好這門課的關(guān)鍵。繼電控制系統(tǒng)基本環(huán)節(jié)所包含的五個控制線路：單向控制電路、可逆控制電路、自動往返控制電路、多地控制電路和順序控制電路。它們是經(jīng)驗設(shè)計法的基礎(chǔ)，也是授課的重點，因此要求學(xué)生熟練掌握這部分內(nèi)容。

缺少實踐經(jīng)驗的學(xué)生，因為不清楚基本環(huán)節(jié)中每個觸點的功能，常常孤立的記憶這些電路和組成電路的各個觸點，所以設(shè)計多個環(huán)節(jié)疊加的電路時很容易出錯。而電氣控制系統(tǒng)設(shè)計要求每個細(xì)節(jié)都要做到嚴(yán)謹(jǐn)，微小的錯誤都可能造成設(shè)備損壞甚至是安全事故，因此教師在授課時應(yīng)該時刻將這一理念貫穿在教學(xué)當(dāng)中。我認(rèn)為在給學(xué)生講解這部分內(nèi)容時，不應(yīng)該只是介紹每個電路具體的運行過程，而應(yīng)該以電氣設(shè)計的基本原則為依據(jù)，以最基礎(chǔ)的單向控制電路如何變化成為其他控制電路為重點，在電路的變化和修改中講解每個點的功能，這樣可以把設(shè)計過程融入到各個基本環(huán)節(jié)的講解中。

一、經(jīng)驗設(shè)計法

經(jīng)驗設(shè)計法是《電氣控制與PLC系統(tǒng)》這門課主要的設(shè)計方法之一，要求根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的要求，先從基本環(huán)節(jié)中找出與被控對象要求最接近的控制線路作為設(shè)計的基本框架，再進(jìn)行化簡和校驗，最后在調(diào)試過程中進(jìn)行必要的修改。所以熟練掌握基本環(huán)節(jié)、積累設(shè)計經(jīng)驗是經(jīng)驗設(shè)計法的關(guān)鍵。經(jīng)驗設(shè)計法因設(shè)計者考慮問題的角度不同而得到不同的電路，而設(shè)計的依據(jù)就是電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計原則。

二、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則概括為：（1）最大限度的滿足被控對象對控制系統(tǒng)的要求；（2）確保控制系統(tǒng)安全可靠地工作；（3）設(shè)計方案力求簡單、經(jīng)濟、合理；（4）控制系統(tǒng)具有一定的擴展性。

這部分內(nèi)容通常放在課程最后一章“電氣系統(tǒng)的設(shè)計”中介紹，事實上應(yīng)該讓學(xué)生從一開始就掌握這一原則，并貫穿至控制電路的學(xué)習(xí)、分析和設(shè)計中。

三、電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)分析

下面利用電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計原則來分析三相異步電動機全壓起動基本環(huán)節(jié)中的單向控制電路、可逆控制電路、自動往返控制電路和多地控制電路之間的關(guān)系和遞進(jìn)變化的過程。

1.單向控制電路各觸點功能分析。單向控制電路看似功能簡單，卻是由許多的觸點搭建而成。按照設(shè)計原則首先滿足控制功能要求，如圖1（a），手動開關(guān)QS是獨立系統(tǒng)與電源間的明顯分?jǐn)帱c，轉(zhuǎn)換開關(guān)SA接通接觸器KM，實現(xiàn)電動機單向運行的要求；其次要求控制系統(tǒng)能夠安全可靠的工作，圖1（a）的控制電路缺少零壓保護(hù)，當(dāng)停電后再來電時，電動機會自動起動，所以需要將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA改為自復(fù)型按鈕SB1和SB2實現(xiàn)起動和停止，再配合接觸器KM輔助觸點的自保環(huán)節(jié)實現(xiàn)零壓保護(hù)，如圖1（b），按照安全規(guī)程，電路還需要添加熔斷器FU1、FU2分別實現(xiàn)主回路和控制回路的短路保護(hù)，添加熱繼電器FR實現(xiàn)電動機的過載保護(hù)，如圖1（c）。單向控制電路是其他控制電路變化的基礎(chǔ)，按照設(shè)計原則的要求逐一加入各個觸點既有利于學(xué)生掌握各個觸點的功能，又有利于學(xué)生熟悉控制電路的設(shè)計過程。

2.遵循設(shè)計原則分析單向控制電路到可逆控制電路的變化過程。

單向控制轉(zhuǎn)換為可逆控制其主回路只需改變兩相電源的相序如圖2（a），下面只分析控制回路的變化過程。首先看設(shè)計原則1滿足被控對象的控制功能要求，可以將可逆控制看成兩個完全相同的單向控制電路疊加，如圖2（a）；再從設(shè)計原則2安全可靠的角度考慮，圖2（a）中如果操作失誤，同時壓下正向起動SB2和反向起動SB4，又或是接觸器的主觸點出現(xiàn)粘連現(xiàn)象，接觸器KM1、KM2就會同時接通，造成主回路相間短路，因此這兩個相互對立的電路應(yīng)該加入互鎖環(huán)節(jié)，避免KM1、KM2同時接通；最后考慮設(shè)計原則3力求電路簡單、經(jīng)濟、合理，將兩個停止按鈕SB3、SB4合并成一個，熱繼電器FR的觸點也合并為一個；設(shè)計原則4控制系統(tǒng)具有一定的擴展性，主要用于PLC控制系統(tǒng)，在繼電控制系統(tǒng)的功能設(shè)計部分不易實現(xiàn)，圖2（b）即為最后確定的可逆控制電路。

3.多地控制電路在基本環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。多地控制遵循規(guī)律：“起動信號并聯(lián)，停止信號串聯(lián)”。在控制電路的設(shè)計過程中，每個觸點按照其操作結(jié)果都可以劃分為是斷開電路的觸點還是接通電路的觸點，可以把斷開電路的觸點看作是停止信號，把接通電路的觸點看作是起動信號，這些觸點都遵循“起動信號并聯(lián)，停止信號串聯(lián)”這一規(guī)律。下面分析其在自動往返控制電路中的應(yīng)用。

自動往返控制電路可以先將可逆控制電路作為基本框架，如圖2（b）；再設(shè)計兩個方向的自動停止，按照“停止信號串聯(lián)”的規(guī)律，分別將行程開關(guān)ST1、ST2的常閉點串入正向控制接觸器KM1和反向控制接觸器KM2的線圈電路中；然后設(shè)計兩個方向的自動起動，按照“起動信號并聯(lián)”的規(guī)律，分別將行程開關(guān)ST1、ST2的聯(lián)鎖常開點與反向起動按鈕SB3和正向起動按鈕SB2并聯(lián)，最后得到自動往返控制電路，如圖3。自動往返電路可以看作是可逆控制與多地控制的疊加。

四、結(jié)語

學(xué)生在《電氣控制與PLC系統(tǒng)》這門課程的學(xué)習(xí)中常常出現(xiàn)能聽懂卻不會設(shè)計的問題，這主要是因為學(xué)習(xí)的過程和設(shè)計的過程沒有很好的結(jié)合起來。通過改變授課方式，將分析電路的運行過程改為按設(shè)計原則講解基本電路，講解基本電路的過程也是設(shè)計電路的過程，使學(xué)生在聽課中強化設(shè)計理念，在課后的練習(xí)中積累設(shè)計經(jīng)驗，最終掌握經(jīng)驗設(shè)計法。

參考文獻(xiàn)：

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[2]任勝杰.電氣控制與PLC系統(tǒng)[M].第1版.北京：機械工業(yè)出版社，2013.