电气控制系统设计的一般原则、基本内容和设计程序

生产机械种类繁多,其电气控制方案各异,但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。设计工作的首要问题是树立正确的设计思想和工程实践的观点,它是高质量完成设计任务的基本保证。
一、电气控制系统设计的一般原则
1.最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求。电气控制系统设计的依据主要来源于生产机械和生产工艺的要求。
2.设计方案要合理。在满足控制要求的前提下,设计方案应力求简单、经济、便于操作和维修,不要盲目追求高指标和自动化。
3.机械设计与电气设计应相互配合。许多生产机械采用机电结合控制的方式来实现控制要求,因此要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用维护方便等方面协调处理好机械和电气的关系。
4.确保控制系统安全可靠地工作。
二、电气控制系统设计的基本任务、内容
电气控制系统设计的基本任务是根据控制要求设计、编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图纸、资料等。图纸包括电气原理图、电气系统的组件划分图、元器件布置图、安装接线图、电气箱图、控制面板图、电器元件安装底板图和非标准件加工图等,另外还要编制外购件目录、单台材料消耗清单、设备说明书等文字资料。
电气控制系统设计的内容主要包含原理设计与工艺设计两个部分,以电力拖动控制设备为例,设计内容主要有:
1、原理设计内容
电气控制系统原理设计的主要内容包括:
(l)拟订电气设计任务书。
(2)确定电力拖动方案,选择电动机。
(3)设计电气控制原理图,计算主要技术参数。
(4)选择电器元件,制订元器件明细表。
(5)编写设计说明书。
电气原理图是整个设计的中心环节,它为工艺设计和制订其他技术资料提供依据。
2、工艺设计内容
进行工艺设计主要是为了便于组织电气控制系统的制造,从而实现原理设计提出的各项技术指标,并为设备的调试、维护与使用提供相关的图纸资料。工艺设计的主要内容有:
(l)设计电气总布置图、总安装图与总接线图。
(2)设计组件布置图、安装图和接线图。
(3)设计电气箱、操作台及非标准元件。
(4)列出元件清单。
(5)编写使用维护说明书。
三、电气控制系统设计的一般步骤
1、拟订设计任务书
设计任务书是整个电气控制系统的设计依据,又是设备竣工验收的依据。设计任务的拟定一般由技术领导部门、设备使用部门和任务设计部门等几方面共同完成的。
电气控制系统的设计任务书中,主要包括以下内容:
(1)设备名称、用途、基本结构、动作要求及工艺过程介绍。
(2)电力拖动的方式及控制要求等。
(3)联锁、保护要求。
(4)自动化程度、稳定性及抗干扰要求。
(5)操作台、照明、信号指示、报警方式等要求。
(6)设备验收标准。
(7)其它要求。
2、确定电力拖动方案
电力拖动方案选择是电气控制系统设计的主要内容之一,也是以后各部分设计内容的基础和先决条件。
所谓电力拖动方案是指根据零件加工精度、加工效率要求、生产机械的结构、运动部件的数量、运动要求、负载性质、调速要求以及投资额等条件去确定电动机的类型、数量、传动方式以及拟订电动机起动、运行、调速、转向、制动等控制要求。
电力拖动方案的确定要从以下几个方面考虑:
(1)拖动方式的选择
电力拖动方式分独立拖动和集中拖动。电气传动的趋势是多电动机拖动,这不仅能缩短机械传动链,提高传动效率,而且能简化总体结构,便于实现自动化。具体选择时,可根据工艺与结构决定电动机的数量。
(2)调速方案的选择
大型、重型设备的主运动和进给运动,应尽可能采用无级调速,有利于简化机械结构、降低成本;精密机械设备为保证加工精度也应采用无级调速;对于一般中小型设备,在没有特殊要求时,可选用经济、简单、可靠的三相笼型异步电动机。
(3)电动机调速性质要与负载特性适应
对于恒功率负载和恒转矩负载,在选择电动机调速方案时,要使电动机的调速特性与生产机械的负载特性相适应,这样可以使电动机得到充分合理的应用。
3、拖动电动机的选择
电动机的选择主要有电动机的类型、结构型式、容量、额定电压与额定转速。
电动机选择的基本原则是:
(1)根据生产机械调速的要求选择电动机的种类。
(2)工作过程中电动机容量要得到充分利用。
(3)根据工作环境选择电动机的结构型式。
应该强调,在满足设计要求情况下优先考虑采用结构简单,价格便宜,使用维护方便的三相交流异步电动机。
正确选择电动机容量是电动机选择中的关键问题。电动机容量计算有两种方法,一种是分析计算法,另一种是统计类比法。分析计算法是按照机械功率估计电动机的工作情况,预选一台电动机,然后按照电动机实际负载情况做出负载图,根据负载图校验温升情况,确定预选电动机是否合适,不合适时再重新选择,直到电动机合适为止。
电动机容量的分析计算在有关论著中有详细介绍,这里不再重复。
在比较简单、无特殊要求、生产数量又不多的电力拖动系统中,电动机容量的选择往往采用统计类比法,或者根据经验采用工程估算的方法来选用,通常选择较大的容量,预留一定的裕量。
4、选择控制方式
控制方式要实现拖动方案的控制要求。随着现代电气技术的迅速发展,生产机械电力拖动的控制方式从传统的继电接触器控制向PLC控制、CNC控制、计算机网络控制等方面发展,控制方式越来越多。控制方式的选择应在经济、安全的前提下,最大限度地满足工艺的要求。
5、设计电气控制原理图,并合理选用元器件,编制元器件明细表。
6、设计电气设备的各种施工图纸。
7、编写设计说明书和使用说明书。

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