工业电气控制系统的设计讲解共103页文档
电气控制系统设计课件
1.1 电气控制系统的作用与发展概况
1.1.1电气控制系统在生产设备中的作用
随着生产机械自动化程度的不断提高，现代化的生产设备，
特别是由若干设备组成的自动化生产系统，不仅有工作机构、 传动机构和动力源等，而且一般还设计有自动控制系统。传统 的自动控制系统相对比较简单，实现的功能也比较单一，主要 是由继电器和接触器等低压电气元件构成。例如，三相异步电 动机的正反转控制，从电动机的工作原理可知，交换任意两相 电源线均可使电动机改变转向，但如果采取人工“倒相”，不 仅效率低，而且安全性差，在许多场合甚至是难以实现的。
图1.2.4 电磁系统反力特性
（1）交、直流电磁系统的吸力特性。交流电磁系统激励线圈的阻抗主要取决
于线圈的电阻（其值相对较小)，故有
U E 4.44 f N
U 4.44 f N
（1.2.4）
式中，U为线圈外加电压，V；E为线圈感应电动势，V；f为线圈外加电压的频率，Hz； Φ为气隙磁通，Wb；N为线圈匝数。
1.2.1 低压电器的基本组成
常用低压电器有非自动切换电器和自动切换电器，前者主要
靠外力来完成接通、切断等动作，如按钮、行程开关、刀开关、 组合开关等；后者按照外来信号的变化或本身参数的变化自动完 成切换功能，如接触器、自动开关等。此外，还有一般工业用电 器、农用电器、其它场合用电器；或所谓有触点电器、无触点电 器和混合电器等。 无论是非自动切换电器还是自动切换电器，都必须能够感受 外界信号并做出相应的反应才能完成预定的功能，对于非自动切
图1.2.3是不同结构的电磁系统，其中图a）、b) 、c）和d)
为拍合式电磁铁，其中图a）和b)的铁芯是螺管式结构，其衔铁 绕铁轭的棱角转动，磨损较小，铁芯用软铁制成，适用于直流继
第3章工业电气控制系统的设计
4. 横梁加紧与横梁运动之间及正反向运动之间 应设置必要的联锁。
在状态转换图中，每一个状态（除原态外）可由 一个继电器（接触器）线圈来表示。
对于一个继电器（接触器）线圈的控制（状态控 制）将涉及
1. 启动条件，2. 是否自锁？，3. 停止条件， 4. 是否互锁？，5. 保护要求。
龙门刨床的横梁机构升降的电气控制线路。
例3：某机床动力头滑台进给移动需要进行正向 快进、正向工进、反向工进、快退移动4步动作， 工艺要求为：
（1）双电机驱动，M1为工进电机，M2为快进 电动机。
（2）工作过程（P77）。SB1为启动按钮， SQ1为原位行程开关，SQ2为快进转工进行程开 关，SQ3为进给终点行程开关。
4. 有关操作方面的要求。 5. 机床主要电气设备的参数及布置。
3.2.2 电力拖动方案选择 电力拖动方案主要涉及如下内容： 1. 拖动方式：单独拖动和分立拖动两种。 2. 调速方案： （1）重型或大型设备的主运动及进给运动尽可 能采用无级调速。
（2）精密机械设备也应采用电气无级调速。 （3）一般中、小型设备的选择应保证可靠性和 价廉物美。
4. 设计举例 例1：设计一个动力头主轴电动机启、保、停电 路，要求滑台停在原位时主轴电动机才能启动， 滑台进给到需要位置时，才允许主轴电动机停止。
对于一个继电器（接触器）线圈的控制（状态控 制）将涉及
1. 启动条件，2. 是否自锁？，3. 停止条件， 4. 是否互锁？，5. 保护要求。 其继电器线圈控制的梯形图将如下所示。
2. 继电—接触器控制线路逻辑函数的一般形式
在继电—接触器控制线路中，启动、保持、停止 控制线路是一种最常见的控制线路。它有两种形 式，如图所示。一般情况下，为了安全起见，总 选择关断从优的形式。
电气自动化控制系统及设计
电气自动化控制系统及设计一、引言电气自动化控制系统是现代工业生产中的重要组成部分，它通过电气元件和自动化设备的组合，实现对生产过程的监控、控制和调节。
本文将详细介绍电气自动化控制系统的基本原理、设计流程以及相关技术要点。
二、电气自动化控制系统基本原理1. 控制系统的概念和分类控制系统是指通过对被控对象施加控制信号，使其按照预定要求运行的系统。
根据控制方式和控制对象的不同，可以将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统、模拟控制系统和数字控制系统等。
2. 控制系统的基本组成控制系统一般由传感器、执行器、控制器和控制对象组成。
传感器负责将被控对象的信息转换为电信号，执行器负责根据控制信号执行相应的动作，控制器负责生成控制信号，控制对象则是被控制的对象。
3. 控制系统的基本原理控制系统的基本原理是通过对被控对象的状态进行监测，将监测到的信息与期望值进行比较，然后根据比较结果生成相应的控制信号，通过执行器对被控对象进行控制，使其达到期望值。
三、电气自动化控制系统的设计流程1. 系统需求分析在进行电气自动化控制系统设计之前，首先需要对系统需求进行分析和明确。
包括对被控对象的特性和要求进行调研，明确所需的控制功能和性能指标等。
2. 系统结构设计根据系统需求分析的结果，设计电气自动化控制系统的结构。
包括确定传感器、执行器、控制器等组成部分的类型和数量，确定信号的传输方式和通信协议等。
3. 控制算法设计根据系统的控制要求，设计相应的控制算法。
根据被控对象的特性和控制目标，选择合适的控制方法，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
4. 硬件选型和布线设计根据系统的需求和控制算法的设计，选择合适的硬件设备，并进行布线设计。
包括选择适当的传感器和执行器，选择合适的控制器和通信设备，设计电气线路和布置控制设备等。
5. 软件开发和编程根据控制算法的设计和硬件选型的结果，进行软件开发和编程。
包括编写控制程序、配置控制器、编写人机界面等。
电气自动化控制系统及设计
电气自动化控制系统及设计一、引言电气自动化控制系统是现代工业中不可或缺的一部分，它通过集成电气、电子和计算机技术，实现对工业设备和过程的自动控制和监控。
本文将详细介绍电气自动化控制系统的基本原理、设计要求和实施步骤。
二、电气自动化控制系统的基本原理1. 控制系统的组成电气自动化控制系统主要由传感器、执行器、控制器和人机界面组成。
传感器用于采集实时数据，执行器用于执行控制命令，控制器负责处理数据和生成控制信号，人机界面用于操作和监控整个系统。
2. 控制系统的工作原理电气自动化控制系统采集传感器获取的数据，并通过控制器进行处理和分析。
根据预设的控制策略，控制器生成相应的控制信号，通过执行器对设备或过程进行控制。
同时，人机界面提供操作界面和监控界面，使操作人员能够实时了解系统状态并进行必要的操作。
三、电气自动化控制系统的设计要求1. 系统可靠性和稳定性电气自动化控制系统在工业生产中承担重要的任务，因此系统的可靠性和稳定性是设计的首要考虑因素。
系统应具备高可靠性，能够稳定运行并在故障发生时能够及时报警和处理。
2. 系统的灵活性和可扩展性随着工业生产的发展和变化，电气自动化控制系统需要具备一定的灵活性和可扩展性，能够适应不同的生产需求和技术更新。
系统的设计应考虑到未来的扩展和升级需求，以便能够方便地进行系统的改造和升级。
3. 系统的安全性和可靠性电气自动化控制系统在工业生产中承担重要的安全任务，因此系统的安全性和可靠性是设计的重要考虑因素。
系统应具备安全保护机制，能够及时发现和处理潜在的安全风险，并能够保证生产过程的安全性和稳定性。
四、电气自动化控制系统的设计步骤1. 系统需求分析首先，需要对工业生产过程进行全面的需求分析，包括生产任务、工艺要求、安全要求等。
通过与用户进行沟通和交流，明确系统的功能需求和性能指标。
2. 系统设计方案确定根据需求分析的结果，设计出符合要求的系统设计方案。
包括系统的硬件配置、软件功能、通信协议等。
电气自动化控制系统及设计
电气自动化控制系统及设计引言概述：电气自动化控制系统是现代工业生产中不可或者缺的重要组成部份，它能够实现对生产过程的自动化控制，提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量。
本文将详细介绍电气自动化控制系统的概念、原理、组成部份以及设计要点。
一、概念及原理1.1 电气自动化控制系统的概念：电气自动化控制系统是利用电气设备和自动化技术实现对生产过程的自动控制的系统。
1.2 电气自动化控制系统的原理：通过传感器采集生产过程中的各种参数，经过处理后输出控制信号，实现对生产设备的自动控制。
1.3 电气自动化控制系统的优势：提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量、减少人力劳动、降低安全风险。
二、组成部份2.1 传感器：用于采集生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。
2.2 控制器：根据传感器采集的参数进行逻辑判断，输出控制信号。
2.3 执行器：根据控制器输出的信号，控制生产设备的运行，实现自动化控制。
三、设计要点3.1 系统可靠性：在设计电气自动化控制系统时，要考虑系统的可靠性，避免单点故障，确保系统稳定可靠运行。
3.2 系统灵便性：系统设计应考虑生产过程的变化，保证系统能够灵便应对各种生产需求。
3.3 系统安全性：在设计过程中要考虑系统的安全性，避免发生安全事故，保障生产人员的安全。
四、应用领域4.1 工业生产：电气自动化控制系统广泛应用于各种工业生产领域，如汽车创造、化工生产、食品加工等。
4.2 智能建造：电气自动化控制系统也被应用于智能建造领域，实现对建造设备的自动控制。
4.3 交通运输：在交通运输领域，电气自动化控制系统被应用于交通信号灯控制、地铁列车控制等方面。
五、发展趋势5.1 智能化：未来电气自动化控制系统将趋向智能化，能够自学习、自适应，实现更加智能化的控制。
5.2 互联网+：电气自动化控制系统将与互联网技术结合，实现远程监控、远程操作，提高系统的便捷性和效率。
5.3 绿色化：未来电气自动化控制系统将趋向绿色化，采用更加环保的材料和技术，实现能源的节约和环境的保护。
第四章电气控制系统设计介绍PPT课件
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图 3 -9 减 少 触 头 数 量
.
9
三、在满足工艺要求前提下，线路力求经济、简单
3.尽量缩减连接导线的数量和长度。 设计控制线路时，各个电器元件之间的接线应合理布局，
特别是安装在不同地点的电器元件之间的连线更应予以充分 的考虑，否则不但会造成导线的浪费，甚至还会影响线路工 作的安全。
周期又已经开始。这样每经过一个周期（tp+ t0）温 升便有所上升，经过若干个周期后，电动机温升将
在一稳定的小范围内波动。
.
28
图3-20 重复短时工作制电动机的负载图及温升曲线
重复短时工作制具有重复性与短时性的特点，通常用负
载持续率（或暂载率）ε来表征重复短时工作制的工
作情况，即
ε=
工作时间 =
工作时间停车时间
.
t p ×100% tp t0
(3-10)
29
1.选用重复短时工作制电动机 标准负载持续率εs规定为15%、25%、40%和60%四 种，并以25%为额定负载持续率，同时规定一个周期 的总时间（tp+ t0）不超过10min。
a.根据生产机械的负载图算出电动机的实际负载持续率ε， 如果算出的ε值与电动机的额定负载持续率εsRT （25%） 相等，即可从产品目录中查得额定功率PRT，使PRT等 于或略大于生产机械所需功率P。
.
13
四、应设置必要的保护环节 2.过电流保护
过电流会使电动机流过过大的冲击电流而损 坏电动机的换向器，同时过大的电动机转矩也会 使机械传动部件受到损坏，因此要及时切断电源。 在电动机运行过程中，过电流出现的可能性比短 路要大，特别是在频繁启动和正反转运行、重复 短时工作制的电动机中更是如此。
电气控制系统设计
6.接线图中应标明连接导线的型号、规格、截面积及 颜色,
四、电力装备的施工
一 电气控制柜内的配线施工
1 不同性质与作用的电路选用不同颜色导线 2 所有导线中间不许有接头 二 电柜外部配线
1 所用导线皆为中间无接头的绝缘多股硬导线, 2 电柜外部的全部导线一律都要安放在导线通 道内
• 根据保护特性要求、分断能力、电网电压类型 及等级、负载电流、操作频率等方面进行选择,
• 低压断路器的额定电压和额定电流应大于或等 于线路的额定电压和额定电流,
• 热脱扣器整定电流应与被控制电动机或负载的 额定电流一致,
• 过电流脱扣器瞬时动作整定电流由下式确定
•
IZ≥KIS
• 欠电压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电
二 组合开关的选择
• 组合开关主要根据电源种类、电压等级、所 需触头数及电动机容量来选择,
• 组合开关的不能用来分断故障电流, • 组合开关的操作频率不宜太高, • 对用于控制电动机可逆运行的组合开关,必须
在电动机完全停止转动后才允许反方向接通, 组合开关本身不具备过载、短路和欠电压
保护
三 低压断路器的选择
五、熔断器的选择
1.一般熔断器的选择：根据熔断器类型、额定电压、 额定电流及熔体的额定电流来选择,
熔断器熔体额定电流
没有冲击电流的负载, IRN≥IN 长期工作的单台电动机,IRN≥ 1.5~2.5 IN 频繁起动的单台电动机, IRN≥ 3~3.5 IN 多台电动机长期共用一个熔断器,
IRN≥ 1.5~2.5 INMmax＋∑INM 2.快速熔断器的选择
三 导线截面积的选用
导线截面积应按正常工作条件下流过的最 大稳定电流来选择,并考虑环境条件,
电气控制系统的设计基础知识讲解
③ 利用半导体二极管的单向导电性来 有效减少触头数，如图4.4所示。对于弱电 电气控制电路，这样做既经济又可靠。
1.15
第4章 电气控制系统的设计 4.1 电气控制系统设计的基本原则
图4.3 转换触头的应用
1.5
第4章 电气控制系统的设计 4.1 电气控制系统设计的基本原则
在现代生产的控制设备中，对机— 电、液—电、气—电等设备的配合要求越 来越高。虽然生产机械的种类繁多，其电 气控制设备也各不相同，但电气控制系统 的设计原则和设计方法基本是相同的。
1.6
第4章 电气控制系统的设计 4.1 电气控制系统设计的基本原则
1.3
第4章 电气控制系统的设计
教学目的
1. 熟悉电气控制设计的一般原则、内容和 程序
2. 掌握电气原理图设计的基本步骤 3. 掌握电气原理图设计的一般要求 4. 掌握常用电器元件的选择方法和依据 5. 了解电气工艺设计的内容和步骤
1.4
第4章 电气控制系统的设计
（一）重点： 1.电气控制设计的一般原则、内容和程序 2. 电气原理图设计的一般要求 3. 常用电器元件的选择方法和依据 （二）难点： 1. 电气原理图和工艺图的设计 2. 常用电器元件的选择
(9) 防止寄生电路。控制电路在正常工作或事故情况下， 发生意外接通的电路叫寄生电路。若控制电路中存在寄生电路 ，将破坏电器和线路的工作顺序，造成误动作。图4.11所示电 路在正常工作时能完成正、反向启动，停止时信号指示，但当 热继电器FR动作时，线路出现了寄生电路，如图4.11中虚线所 示，使正向接触器KMl不能释放，起不了保护作用。
1.9
电气控制系统的设计解析
启 动、停止和信号指示。 但当热继电器动作 时，线路中就会出现 图中虚线所示的寄生 电路，使接触器不能 可靠释放，起不到保 护作用。若将常闭 触点移接到1上端 就可避免寄生电路。
5．尽量减少电器元件的数量、选用标准件和相同型号的电器
4.2.2 经验设计法的基本步骤
1、设计主电路
主要考虑电动机的启动、正反转、调速和制动等。
２、设计控制电路
主要是设计满足各电动机的运转功能和工作状态相对应的控制线路，以及满足执行
元件实现规定动作相适应的指令信号的控制线路。
３、设计联锁保护环节
主要考虑如何完善整个控制线路的设计，包括各种联锁环节以及短路、过载、失压
5．笼型异步电动机有关电阻的计算 （1）笼型异步电动机启动电阻的计算 在电动机降压启动方式中，定子回路串联的限流电阻可按下式近似计算
式中 ——每相限流电阻的阻值，单位为Ω； ——电动机的额定电流，单位为A； ——不加电阻时电动机的启动电流与额定电流之比，可由手册查出； ——加入启动限流电阻后，电动机的启动电流与额定电流之比，可根据需要选取。 如果只在电动机的两相中串入限流电阻，的值可近似取计算值的1.5倍。
2．控制电路设计
滑台电动机的正反转分别用两个按钮1和2控制，停车则分别用3和4控制。由于动力 头电动机在滑台电动机正转后起动，停车时也停车，故可用接触器1的常开辅助触点 控制3的线圈，如图4-2 (a)所示。
滑台的快速移动采用电磁铁通电时改变凸轮的变速比来实现。滑台的快速前进与返 回分别用1和2的辅助触点控制4，再由4触点去通断电磁铁。滑台快速前进到加工位 置时，要求慢速进给，因而在1触点控制4线圈的支路上串联行程开关3的常闭触点， 此部分电路如图4-2 (b)所示。
第四章电气控制系统的设计
1.27
第4章 电气控制系统的设计 4.1 电气控制系统设计的基本原则
(5) 在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器应选加 重型的接触器，同时应有电气和机械的联锁。 (6) 在线路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通 另一个电器的控制线路。
第4章
电气控制系统的设计
第4章
电气控制系统的设计
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1.1
第4章 电气控制系统的设计
任何生产机械电气的控制系统设计都包括两个基本方 面，一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个 是满足电气控制系统本身的制造、使用及维修的需要。因 此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面 。前者决定一台设备的使用效能和自动化程度，即决定生 产机械设备的先进性、合理性，而后者决定电气控制设备 生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。
(7) 防止触头竞争现象。图4.10(a)为用时间 继电器的反身关闭电路。当时间继电器KT的常闭 触头延时断开后，时间继电器KT线圈失电，又使
经ts秒延时断开的常闭触头闭合，以及经t1秒瞬 时动作的常开触头断开。若ts＞t1，则电路能反 身关闭；若ts＜t1则继电器KT再次吸合，这种现
象就是触头竞争。在此电路中，增加中间继电器 KA便可以解决，如图4.10(b)所示。
图4.9(a)中的继电器K4需要在K1、K2、K3相继动 作后才接通。改为如图4.9(b)所示的接线形式，每一 继电器的接通只需经过一对触头，工作可靠性大大提 高了。
1.28
第4章 电气控制系统的设计 4.1 电气控制系统设计的基本原则
第1章工厂电气控制课件
电源进线
总 控 制 系 统
材料进入
配电系统
液压动 力系统
冷却水供应 系统
压缩空 气系统
轧钢机
钢板存储
图1.9 系统图
第1章 工厂电气控制初步
位置图用来表示成套装 置、设备中各个项目位 置的一种图。例如，图 1.10为某工厂电器位置 图，图中详细地绘制出 了电气设备中每个电器 元件的相对位置，图中 各电器元件的文字代号 必须与相关电路图中电 器元件的代号相同。
第1章 工厂电气控制初步
11 12
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10 93 4
56 16 20
17
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12 15
23 22
（a） 结构示意
KT
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10
KT
7
8
5
6
KT
（b） 图文符号
图1.6 空气阻尼通电延时型时间继电器
第1章 工厂电气控制初步
热继电器的测量元件通常采用双金属片，由两种具有不 同线膨胀系数的金属碾压而成。主动层采用膨胀系数较 高的铁镍铬合金，被动层采用膨胀系数很小的铁镍合金。 当双金属片受热后将向被动层方向弯曲，当弯曲到一定 程度时，通过动作机构使触点动作。如图1.7所示，（a） 图是热继电器的结构中感受部分的示意图，（b）图为图 文符号。 在图1-7（a）中发热元件2通电发热后，主双金属片1受 热向左弯曲，推动导板3向左推动执行机构发生一定的运 动。电流越大，执行机构的运动幅度也越大。当电流大 到一定程度时，执行机构发生跃变，即触点发生动作从 而切断主电路。
第1章 工厂电气控制初步
第1章 工厂电气控制初步
1.1 工厂常用电器 1.2 基本控制电路 1.3 控制系统实例
第3章 电气控制系统设计讲解
6/18/2019
图3-10 电磁铁与继电器线圈的连接
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第3章
⑶ 避免出现寄生电路，如图3-11 示。
图3-11 防止寄生电路
⑷ 避免多个电器元件依次动作。 ⑸ 电气联锁和机械联锁。 ⑹ 电气控制线路应能适应所在电网。 ⑺ 充分考虑继电器触头的接通和分断能力。 4．保证线路工作的安全性 5．应力求使操作、维护、检修方便
6）选择元器件，目录清单 。 7）编写设计说明书。
6/18/2019
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第3章
3.1.2 工艺设计内容
1）根据原理图及选定器件，设计电气设备总体配置，绘 制总装配图、总接线图。
2）绘制组件原理电路图，列元件目录表，组件进出线号。 3）设计组件电器装配图（元件布置与安装图）、接线图 。 4）绘制电器安装板和非标电器安装零件图样 。 5）设计电气箱、确定电气柜结构和外形尺寸 。
1) 启动顺序为3#、2#、1#，并要有一定时间间隔，以免 货物在皮带上堆积。
2) 停车顺序为1#，2#、3#，也要有一定时间间隔，保证 停车后皮带上不残存货物。
3) 不论2#或3#哪一个出故障，1#必须停车，以免继续进 料，造成货物堆积。
4) 必要的保护。
6/18/2019
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6）汇总资料（总原理图、总装配图、各组件原理图）。
7）编写使用维护说明书 。
6/18/2019
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第3章
3.2 电气控制线路的设计
3.2.1 电气控制线路设计的原则
1．最大限度限度生产机械对电气控制要求。 2．满足要求前提下，设计方案力求简单、经济。
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1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
ห้องสมุดไป่ตู้ 谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来