电气控制线路设计方法

电气控制线路设计方法
内容摘要:全面和系统地介绍继电接触式控制系统的设计内容,设计方法步骤,设计原则,电动机内容的计算,电力拖动方案的选择。

电气控制线路的设计,控制电器的选择,电器控制线路设计的方法有俩种,一是经验设计法.另一种是逻辑设计法。

关键词：经验设计,逻辑设计,过载保护。

机械设备电气设计包括俩部分内容:1、确定拖动凡案和选择电动机,前者是指选择交流拖动方案还是直流拖动方案;后者是指选择电动机的型号及容量.2、设计电气控制线路,并根据它来选择电器元件和设计电气原理图,安装图及互连图。

电气控制的技术条件是一设计技术任务书的形式表达的。

在任务中,除应简要说明所要设计的机械设备的型号,用途,工艺过程,技术性能,传动方式,工作条件,使用环境以外,还必须着重说明；
(1)用户供电系统的电压等级,频率,容量及电流种类
(2)有关操作方面的要求,如操作台的布置,操作按钮的设置和作用,测量仪表的种类,故障报警和局部照明要求等。

(3)有关电气控制的特性,如电气控制的主令方式,自动工作循环的组成,动作程序,限位设置,电气保护及联锁等。

(4)有关电力拖动的基本特性,如电动机的数量和用途,各主要电动机的负载特性,调速范围和方法,以及对起动,反向和制动控制的要求等.
(5)生产机械主要电气设备的布置草图和参数。

当机械设备的电力拖动方案和控制方案已经确定后,就可以进行电气控制线路的设计.电气控制线路的设计是电力拖动方案和控制方案的具体化.由于设计是灵活多变的,没有固定的方法和模式,即使是同一个电路的功能结构,不同人员设计出来的线路可能完全不同,甚至面目全非.因此,作为设计人员,应该随时发现和总结经验,不断丰富自己的知识,开阔思路,才能作出最为合理的设计.设计时包阔以下原则:
一、最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求
（1）
二、在满足生产要求的前提下,力求是控制线路简单,经济
三、保证控制线路工作的可靠性
四、控制线路工作的安全性
电气控制线路有俩种设计方法,一种是经验设计法,另一种是逻辑代数设计法。

经验设计法
经验设计法是根据生产机械对电气控制电路的要求,首先设计出各个独立环节的控制电路或单元电路,然后再根据生产工艺要求找出各个控制环节之间的相互关系,进一步拟定联锁控制电路及进行辅助电路的设计,最后再考虑减少电器与触头数目,努力取得姣好的技术经济效果,如龙门刨床横梁升降控制线路来说明经验设计法。

逻辑设计法
逻辑设计法利用了逻辑代数这一数学工具。

从生产工艺出发，在状态波形图的基础上，将控制线路中的接触器、继电器线圈的通电与断电，触头的闭合与断开，以及主令元件的接通与断开等均看成逻辑变量，全面考虑控制电路中逻辑变量之间的逻辑关系，按照一定的方法和步骤设计出符合要求的控制电路。

这种在波形图基础上进行逻辑设计的方法，与传统的逻辑设计方法不同。

传统的逻辑设计法繁琐、不直观，尤其是对待相区分组的处理上更为复杂困难。

而在波形图基础上进行逻辑设计比较直观、简便，用该方法设计出的线路较为合理，精炼、可靠，能充分发挥元件的作用；当给顶条件变化时，能够指出对电路作相应变化的内在规律，因此在设计较复杂的控制线路时，这种逻辑设计便显示出它的优点。

1.逻辑代数中逻辑变量和逻辑函数
逻辑代数由称布尔代数或开关代数，是分析、设计继电接触式控制电路的有力工具。

（1）逻辑变量
我们知道，作为电气控制的继电器、接触器等电器元件只有良种工作状态，即线圈的得电和失电、触头的闭合和打开，它们都是两个对立的稳定的物理状态。

在逻辑代数中，把这种具有两个对立的稳定的物理状态的量称为逻辑变量。

（2）
（2）逻辑函数
在继电接触式控制线路中，通常把表征触点状态的逻辑变量称输入逻辑变量；把表征继电器、接触器等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。

2、逻辑代数的运算法则
(1)逻辑与——触点串联 K=A*B
(2)逻辑或——触点并联 K=A+B
(3)逻辑非
3、逻辑函数简化对于简单的逻辑函数,可以利用逻辑代数的基本定律和运算法则,并综合运用并项,扩项,提取公因子等方法进行简化。

4、继电器开关的逻辑函数继电器,接触器线路是开关线路,符合逻辑规律。

5、逻辑设计法的一般步骤
(1)按工艺要求作出工作循环图。

(2)按工作循环图画出主令元件,检修元件和执行元件等状态波形图。

(3)根据状态波形图,列写执行元件的逻辑函数式。

(4)根据逻辑函数式画出电路结构图。

(5)进一步检查,化简和完善电路,增加必要的联锁,保护等辅助环节。

以设计龙门刨床横梁升降自动控制线路为例
按步骤进行设计；
1、按上述工艺过程可作工作循环图如图4-21(a)所示。

在工作循环图中,把一个过程循环分解成若干个清晰的,连续发阶段,称为"程序"或"步".程序和程序之间有"转换"分隔.当两程序之间的转换条件得到满足时,转换得以实现,即上一程序的活动开始,因此不会出现程序的重叠.在图4-21(a)中,矩形框代表"程序",工作循环图中要有初始程序(即0程序).矩形框之间的短划竖线代表"转换"。

2、根据工作循环图画状态波形图.状态波形图是按顺序把各程序输入信号的状态,中间元件状态和输出元件(执行元件0的状态,用"0"和"1"波形的形式表示出来.输入信号有主令信号和检测信号构成.主令元件(按钮.开关等)发出的信号叫做主令信号,检测元件发出的信号叫做检测信号.中间元件是继电器,输出
（3）
元件(执行元件)有接触器,继电器,电磁器等。

3.列出输出元件的逻辑函数试
列出逻辑函数试的基本原则:
(1)输出元件在某程序开启通电,状态从低电平上跳为高电平,波形的"上跳沿"称为开启边界线；输出元件在某0程序关断，状态从高电平下跳到低电平，波形的“下跳沿”称为关断边界线。

开（启）关（断）边界线以内是该输出元件接通得电状态（1状态），波形图是高电平，开关边界线以外是该输出元件不接通失电状态（0状态），波形兔是低电平。

例如：KM-F在第1程序开启通电，则把KM-F波形的上跳沿称为开启边界线；程序从第1程序转换至第2程序，KM-F在第2程序被关断，把波形的下跳沿成为关断边界线。

在开（启）关（断）边界线以内，KM-F是1状态，波形图为高电平；开关边界线以外均是0状态，波形图为低电平。

（2）选择逻辑变量“与”、“或”关系组成逻辑函数，其依据是要保证逻辑输出函数在开关边界线以内的状态为“1”在开关边界线以外为“0”。

（3）开启边界线转换主令信号是X开主。

当它由常态变为受激，则X开主取其动合触点，即常开触电。

当它右受激变为常态，则X开主取其动断触点，即常闭触点。

（4）关断边界线转换主令信号是X关主。

当它由常态变为受激，则X关主取其动断触点，即常闭触点；当它由受激变为常态，则X关主取其动合触点，即常开触点。

（5）在开关边界线内，若始终有X开主*X关主=1，则不需要自锁环节；若不能保持X开主*X关主=1，则要加自锁环节。

4.绘制控制线路草图具体画法是：根据一个逻辑函数试画出一条支路，然后再将这些支路并联起来，就构成了总的控制线路草图。

这时应注意元件的触点数。

例如以上4式中有3个式子内都有SQ，一个行程开关可能没有这么多触点，在画图时应将SQ画在最前面位置，成为KM-S、KM-X、KM-J的公共通路。

当然，也可以利用中间继电器增加等效触点的方法予以解决。

5.进一步完善、化简电路，加上必要的连锁保护等环节。

（4）
参考文件:李振安主编的<<工厂电气控制技术>>书上111页至130页。