分析電氣控制線路設(shè)計(jì)及優(yōu)化策略

楊慧慧

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院 電氣工程系，河南 焦作 454000）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速更新和發(fā)展，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)力效率的需求也日漸增大，催化了工業(yè)生產(chǎn)電氣化和電氣自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用。電氣控制技術(shù)是電學(xué)的基本技術(shù)和核心技術(shù)。電氣線路設(shè)計(jì)在電氣設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、操作和調(diào)控的過(guò)程中有著關(guān)鍵性作用。良好的電氣線路設(shè)計(jì)可以保障電力系統(tǒng)的有序運(yùn)行，直接影響線路性能的好壞。因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)電氣線路時(shí)要充分考慮線路的合理性和科學(xué)性，保證電氣線路運(yùn)行效果良好，確保電氣設(shè)備的安全使用。

1 電氣控制線路設(shè)計(jì)原則

1.1 電氣控制線路設(shè)計(jì)中控制方式的通用原則

通用化是在生產(chǎn)機(jī)械加工過(guò)程中，線路設(shè)計(jì)方案可以生產(chǎn)出不同屬性的產(chǎn)品。這對(duì)電路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提出了更高要求。電路設(shè)計(jì)中，要盡可能符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在長(zhǎng)期反復(fù)實(shí)踐中得到有效的控制方案，達(dá)到生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝均符合要求的目的。

1.2 電氣控制線路設(shè)計(jì)中控制電路電源的可靠性原則

電氣控制中，電源是所有電氣設(shè)備順利運(yùn)行的前提。在電氣控制電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)線路的配電方案、總體布局、接地線路等因素進(jìn)行綜合、全面考慮，確保電路電源的負(fù)載量在預(yù)計(jì)范圍之內(nèi)。此外，需要考慮電路的其他問(wèn)題，如電路間的相互干擾、電路過(guò)熱等，規(guī)避可能造成的事故和隱患?？刂齐娐冯娫丛O(shè)計(jì)要遵循可靠性原則，在線路控制較為簡(jiǎn)單的情況下選擇電網(wǎng)電源，生產(chǎn)設(shè)備高度自動(dòng)化的情況下選擇直流電源，從而提高控制電路電源的可靠性。

1.3 電氣控制線路設(shè)計(jì)中控制電氣設(shè)備的安全性原則

在電路控制線路設(shè)計(jì)滿足電氣設(shè)備生產(chǎn)需求的前提下，應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)實(shí)用、無(wú)寄生電路、簡(jiǎn)單可靠的原則[1]。要避免各類電氣設(shè)備在同一條線路上同時(shí)使用，并且盡可能減少觸點(diǎn)。此外，要簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)電路，有效避免電路故障的發(fā)生，確保電器設(shè)備控制線路的安全性。

2 電氣控制線路的設(shè)計(jì)方法

2.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

在復(fù)雜電氣控制線路設(shè)計(jì)中，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法起著重要作用。由于復(fù)雜線路設(shè)計(jì)的難度較高，設(shè)計(jì)人員需要繪制大量的線路圖。線路圖要經(jīng)過(guò)多次修改和反復(fù)實(shí)踐協(xié)調(diào)，才能保證整體的準(zhǔn)確性和可靠性。因此，在復(fù)雜線路設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證線路性能良好，設(shè)計(jì)人員必須具備豐富的工作經(jīng)驗(yàn)。

2.2 邏輯設(shè)計(jì)法

邏輯設(shè)計(jì)法指以生產(chǎn)對(duì)象的需求為設(shè)計(jì)前提，按照生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)和規(guī)律，在設(shè)計(jì)過(guò)程中將電器元件看作邏輯變量，經(jīng)過(guò)一些邏輯運(yùn)算得出最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式，然后畫(huà)出相應(yīng)的控制線路圖。電路圖可以通過(guò)邏輯控制各種動(dòng)態(tài)的電器元件，保持控制線路良好的性能。

具體的設(shè)計(jì)步驟如下。

（1）明確控制對(duì)象動(dòng)作的每個(gè)啟動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)。設(shè)計(jì)整體邏輯線路變量系統(tǒng)前，對(duì)控制對(duì)象的生產(chǎn)工藝需求和生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析，保證控制對(duì)象的工作和動(dòng)作狀態(tài)在一個(gè)完整的系統(tǒng)工作周期內(nèi)完成。

（2）明確電氣控制線路的邏輯函數(shù)關(guān)系。電氣控制線路的控制對(duì)象工作狀態(tài)有兩種——線圈得電和線圈失電，觸點(diǎn)閉合和觸點(diǎn)斷開(kāi)。這兩種關(guān)系相互獨(dú)立且穩(wěn)定。設(shè)計(jì)人員可以在邏輯變量系統(tǒng)中將控制對(duì)象每個(gè)動(dòng)作的啟動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)看作邏輯變量。啟動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)的變化規(guī)律應(yīng)符合邏輯變量系統(tǒng)的邏輯規(guī)律。因此，可通過(guò)邏輯運(yùn)算得出控制線路的最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式。

（3）按照最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式畫(huà)出邏輯變量系統(tǒng)的工作循環(huán)圖和控制線路。以控制對(duì)象的工作狀態(tài)在工作循環(huán)中對(duì)控制對(duì)象各個(gè)動(dòng)作之間的關(guān)聯(lián)、互動(dòng)、互鎖及動(dòng)作順序?yàn)榛A(chǔ)，把握好每個(gè)動(dòng)作之間的邏輯關(guān)系，依照生產(chǎn)工藝的需求，將各個(gè)被控對(duì)象之間的邏輯關(guān)系整合成整體邏輯變量系統(tǒng)的邏輯方程，即系統(tǒng)的邏輯表達(dá)式。根據(jù)所得的邏輯表達(dá)式畫(huà)出邏輯變量系統(tǒng)的工作循環(huán)圖和控制線路，分析各個(gè)被控對(duì)象之間動(dòng)作的順序是否合理、互鎖，以及每個(gè)被控對(duì)象動(dòng)作的啟動(dòng)和停止信號(hào)安全性能是否可靠，以保證控制線路運(yùn)行良好有效[2]。

3 電氣控制線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略

3.1 電氣控制線路的表示方法

通常情況下，電氣控制線路有三種主要表示方法。第一，電氣原理圖。電氣原理圖用來(lái)表明設(shè)備電氣工作原理、各電器元件的作用以及相互之間關(guān)系的表示方式。運(yùn)用電氣原理圖的方法和技巧，對(duì)分析電氣線路、排除機(jī)床電路故障十分有益。電氣原理圖一般由主電路、控制電路、保護(hù)、配電電路等幾部分組成。因此，想要從電氣原理圖中獲取更多，需要掌握準(zhǔn)確的讀圖方法。通過(guò)整體的控制線路實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)控制線路之間的快速切換控制，各個(gè)控制線路之間可以共用電器元件。第二，電氣接線?？刂凭€路的電氣接線主要根據(jù)電器元件的實(shí)際分布位置和安裝情況決定。實(shí)際操作過(guò)程中，要充分展示電器元件的位置、各種接線和配線方式。第三，電器布置圖?？刂齐娐返碾娖鞑贾脠D能清晰指出電氣系統(tǒng)中各個(gè)電器元件和電器的具體分布位置，分為三個(gè)主要組成部分：機(jī)床電器設(shè)置布置圖、控制柜設(shè)置布置圖和控制板電氣設(shè)備布置圖?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)依靠進(jìn)出線接線端口，連通裝置內(nèi)部和外部設(shè)備設(shè)施的接線。裝置內(nèi)部接線與裝置內(nèi)部的接線端連接。在電器布置圖中，要注意仔細(xì)分辨粗細(xì)不一的設(shè)計(jì)輪廓線，從而在短時(shí)間內(nèi)快速分辨出不同線路。

3.2 電氣控制線路設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能從簡(jiǎn)

設(shè)計(jì)電氣控制線路時(shí)，在保證電器系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，盡可能減少線路設(shè)計(jì)，使電氣控制線路線路布局盡量簡(jiǎn)潔[3]。既可以減少線路設(shè)計(jì)的成本投入，還能使設(shè)計(jì)更加環(huán)保。要做到電氣控制線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，需要從三個(gè)方面入手。第一，配置電氣控制線路電線時(shí)，要嚴(yán)格按照電器元件的使用功率和電壓來(lái)配置，電線使用要符合全新的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。第二，在不影響電器元件正常工作狀態(tài)的情況下，盡可能減少導(dǎo)線連接的使用，長(zhǎng)度控制在最低狀態(tài)，避免造成不必要的浪費(fèi)。為了不影響布局美觀，盡量使用串聯(lián)。此外，操作臺(tái)上應(yīng)該設(shè)置好啟動(dòng)按鈕和關(guān)閉按鈕。在電氣柜上安裝接觸器，并注意按鈕與接觸器之間的距離。一般來(lái)說(shuō)，按鈕與接觸器之間的距離都較長(zhǎng)。因此，將啟動(dòng)按鈕和關(guān)閉按鈕安裝在一起，以使導(dǎo)線的連接更加簡(jiǎn)潔；第三，盡可能選擇使用同一型號(hào)的標(biāo)注構(gòu)建，最大程度降低電器元件的使用。

3.3 電氣控制線路設(shè)計(jì)優(yōu)化主電路的設(shè)計(jì)

在電氣控制線路設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)優(yōu)化主電路時(shí)，需要注意到以下三點(diǎn)。第一，充分了解電氣控制電路的設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)思路，結(jié)合客戶的設(shè)計(jì)要求，在滿足客戶需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際操作情況和控制任務(wù)，詳細(xì)分析整個(gè)控制線路，制定科學(xué)可靠的設(shè)計(jì)方案。第二，適當(dāng)參考現(xiàn)有的控制線路設(shè)計(jì)，在一定程度上提高工作效率。第三，主電路的設(shè)計(jì)優(yōu)化要嚴(yán)格遵守優(yōu)化原理，保證設(shè)計(jì)的合理性。

4 結(jié) 論

在電氣控制線路設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要盡可能探索和發(fā)現(xiàn)，從而設(shè)計(jì)出更加合理、科學(xué)、安全、可靠的控制線路，在經(jīng)濟(jì)和美觀的角度上，保證控制線路的優(yōu)化。