電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程指導(dǎo)書

1、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程指導(dǎo)書 (征求意見版)天津市海王星海上工程技術(shù)有限公司 技術(shù)中心二一二年十一月機(jī)械制圖要求編寫組編寫人員 胡亞楠校 核 劉廣斌審核 劉津編 輯 胡亞楠前 言 天津市海王星海上工程技術(shù)有限公司機(jī)械制圖要求編組2012年11月目錄1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法31.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則31.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)、內(nèi)容3原理設(shè)計(jì)內(nèi)容3工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容31.3電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟4擬訂設(shè)計(jì)任務(wù)書4確定電力拖動方案4拖動電動機(jī)的選擇5電動機(jī)容量的選擇5選擇控制方式6設(shè)計(jì)電氣控制原理圖并合理選用元器件以及編制元器件明表6設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的各種施工圖樣6編寫設(shè)計(jì)說明書和使用

2、說明書62電氣控制原理電路設(shè)計(jì)的方法與步驟62.1電氣控制原理電路的基本設(shè)計(jì)方法6經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法6邏輯設(shè)計(jì)法62.2電氣原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟72.3原理圖設(shè)計(jì)中的一般要求7電氣控制原理應(yīng)滿足工藝的要求7控制電路電源種類與電壓數(shù)值的要求7確保電氣控制電路工作的可靠性和安全性7應(yīng)具有必要的保護(hù)環(huán)節(jié)9操作、維修方便9控制電路力求簡單、經(jīng)濟(jì)93電氣控制裝置的工藝設(shè)計(jì)93.1電氣設(shè)備的總體布置設(shè)計(jì)10組件劃分的原則10電氣控制設(shè)備的不同組件之間的接線方式103.2電器元件布置圖的設(shè)計(jì)與繪制103.3電器部件接線圖的繪制113.4電氣柜、箱和非標(biāo)準(zhǔn)零件圖的設(shè)計(jì)113.5清單匯總124PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和

3、方法124.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則124.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容134.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟13流程圖功能說明14程序設(shè)計(jì)的步驟154.4PLC機(jī)型的選擇15選型的基本原則15輸入/輸出模塊的選擇15對程序存儲器容量的估算161 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是根據(jù)電氣控制要求設(shè)計(jì)和編制出設(shè)備電氣控制系統(tǒng)制造和使用、維護(hù)中的所有圖紙和資料。電氣圖紙主要包括電氣原理圖、電氣安裝圖、電氣接線圖等。主要資料包括元器件清單、設(shè)備操作使用說明書、設(shè)備原理及結(jié)構(gòu)、維修說明書等。1.1 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則生產(chǎn)機(jī)械種類繁多，其電氣控制方案各異，但電氣控

4、制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法基本相同。設(shè)計(jì)工作的首要問題是樹立正確的設(shè)計(jì)思想和工程實(shí)踐的觀點(diǎn)，它是高質(zhì)量完成設(shè)計(jì)任務(wù)的基本保證基本原則如下：1.最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)的要求。2.設(shè)計(jì)方案要合理。3.機(jī)械設(shè)計(jì)與電氣設(shè)計(jì)應(yīng)相互配合。4.確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。1.2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)、內(nèi)容電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)、編制出設(shè)備制造和使用維修過程中所必須的圖樣、資料等。圖樣包括電氣原理圖、電氣系統(tǒng)的組件劃分圖、元器件布置圖、安裝接線圖、電氣箱圖、控制面板圖、元器件安裝底板圖和非標(biāo)準(zhǔn)件加工圖等，另外還要編制外購件目錄、單臺材料消耗清單、設(shè)備說明書等

5、文字資料。 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包含原理設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)兩個部分，以電力拖動控制設(shè)備為例，設(shè)計(jì)內(nèi)容如下。1.2.1 原理設(shè)計(jì)內(nèi)容電氣控制系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：1. 擬訂電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書。2. 確定電力拖動方案，選擇電動機(jī)。3. 設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)。4. 選擇電器元器件，制訂元器件明細(xì)表。5. 編寫設(shè)計(jì)說明書。 電氣原理圖是整個設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)，它為工藝設(shè)計(jì)和制訂其他技術(shù)資料提供依據(jù)。1.2.2 工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)主要是為了便于組織電氣控制系統(tǒng)的制造，從而實(shí)現(xiàn)原理設(shè)計(jì)提出的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，并為設(shè)備的調(diào)試、維護(hù)與使用提供相關(guān)的圖樣資料。工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：1. 設(shè)計(jì)電

6、氣總布置圖、總安裝圖與總接線圖。2. 設(shè)計(jì)組件布置圖、安裝圖和接線圖。3. 設(shè)計(jì)電氣箱、操作臺及非標(biāo)準(zhǔn)元件。4. 列出元器件清單。5. 編寫使用維護(hù)說明書。1.3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟1.3.1 擬訂設(shè)計(jì)任務(wù)書電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)書中，主要包括以下內(nèi)容：1. 設(shè)備名稱、用途、基本結(jié)構(gòu)、動作要求及工藝過程介紹。2. 電力拖動的方式及控制要求等。3. 聯(lián)鎖、保護(hù)要求。4. 自動化程度、穩(wěn)定性及抗干擾要求。5. 操作臺、照明、信號指示、報(bào)警方式等要求。6. 設(shè)備驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。7. 其他要求。1.3.2 確定電力拖動方案電力拖動方案選擇是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，也是以后各部分設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)

7、和先決條件。所謂電力拖動方案是指根據(jù)零件加工精度、加工效率要求、生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動部件的數(shù)量、運(yùn)動要求、負(fù)載性質(zhì)、調(diào)速要求以及投資額等條件去確定電動機(jī)的類型、數(shù)量、傳動方式以及擬訂電動機(jī)起動、運(yùn)行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制動等控制要求。電力拖動方案的確定要從以下幾個方面考慮： 1.3.2.1 拖動方式的選擇電力拖動方式有單獨(dú)拖動與分立拖動兩種。電力拖動發(fā)展的趨向是電動機(jī)逐步接近工作機(jī)構(gòu)，形成多電動機(jī)的拖動方式，這樣，不僅能縮短機(jī)械傳動鏈，提高傳動效率，便于自動化，而且也能使總體結(jié)構(gòu)得到簡化。在具體選擇時，應(yīng)根據(jù)工藝要求及結(jié)構(gòu)具體情況決定電動機(jī)的數(shù)量。1.3.2.2 調(diào)速方案的選擇對于生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備從生產(chǎn)

8、工藝出發(fā)往往要求能夠調(diào)速，不同的設(shè)備有不同的調(diào)速范圍，調(diào)速精度等，為了滿足一定的調(diào)速性能，應(yīng)選用不同的調(diào)速方案，如采用機(jī)械變速，多速電動機(jī)變速，變頻調(diào)速等方法來實(shí)現(xiàn)。隨著交流調(diào)速發(fā)展，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)不斷提高，采用各種形式的變頻調(diào)速技術(shù)，將是機(jī)械設(shè)備調(diào)速的主流。大型、重型設(shè)備的主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動，應(yīng)盡可能采用無極調(diào)速，有利于簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)、降低成本；精密機(jī)械設(shè)備為保證加工精度也應(yīng)采用無極調(diào)速；對于一般中小型設(shè)備，在沒有特殊要求時，可選用經(jīng)濟(jì)、簡單、可靠的三相鼠籠型異步電動機(jī)。1.3.2.3 電動機(jī)調(diào)速性質(zhì)應(yīng)與負(fù)載特性相適應(yīng)機(jī)械設(shè)備的各個工作機(jī)構(gòu)，具有各自的負(fù)載負(fù)載特性，如機(jī)床的主運(yùn)動為恒功率負(fù)載，而

9、進(jìn)給運(yùn)動為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。在選擇電動機(jī)調(diào)速方案時，要使電動機(jī)的調(diào)速性質(zhì)與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性相適應(yīng)，以使電動機(jī)獲得充分合理的使用。如雙速籠型異步電動機(jī)，當(dāng)定子繞組由三角形聯(lián)結(jié)改成雙星形聯(lián)結(jié)時，轉(zhuǎn)速增加一倍，功率卻增加很少，適用于恒功率傳動；對于低速為戥聯(lián)結(jié)的雙速電動機(jī)改成雙星形聯(lián)結(jié)后，轉(zhuǎn)速和功率都增加一倍，而電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩保持不變，適用于恒轉(zhuǎn)矩傳動。1.3.3 拖動電動機(jī)的選擇電動機(jī)的選擇主要有電動機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)型式、容量、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速。電動機(jī)選擇的基本原則有：1.電動機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械提出的要求，要與負(fù)載的負(fù)載特性相適應(yīng)。保證運(yùn)行穩(wěn)定且具有良好的起動，制動性能。2. 工作過程中電動

10、機(jī)容量要得到充分利用，使其溫升盡可能達(dá)到或接近額定溫升值。3.電動機(jī)結(jié)構(gòu)型式滿足機(jī)械設(shè)計(jì)提出的安裝要求，并能適應(yīng)周圍環(huán)境工作條件。4. 在滿足設(shè)計(jì)要求前提下，應(yīng)優(yōu)先采用結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，使用維護(hù)方便的三相籠型異步電動機(jī)。1.3.4 電動機(jī)容量的選擇1.3.4.1 分析計(jì)算法根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載圖預(yù)選一臺電動機(jī)，再用該電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載圖求出電動機(jī)的負(fù)載圖。最后按電動機(jī)的負(fù)載圖從發(fā)熱方面進(jìn)行校驗(yàn)，并檢查電動機(jī)的過載能力與起動轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，如若不合格，另選一臺電動機(jī)重新計(jì)算，直到合格為止。此法計(jì)算工作量大，負(fù)載圖的繪制較為困難。對于比較簡單，無特殊要求，生產(chǎn)數(shù)量不多的電力拖動系統(tǒng)，電

11、動機(jī)容量往往采用統(tǒng)計(jì)類比法。1.3.4.2 統(tǒng)計(jì)類比法將各國同類型，先進(jìn)的機(jī)床電動機(jī)容量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，從中找出電動機(jī)容量與機(jī)床主要參數(shù)間的關(guān)系，再根據(jù)我國實(shí)際情況得出相應(yīng)的計(jì)算公式來確定電動機(jī)容量的一種實(shí)用方法。當(dāng)機(jī)床的主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動由同一臺電動機(jī)拖動時，則應(yīng)按主運(yùn)動電動機(jī)功率計(jì)算。若進(jìn)給運(yùn)動單獨(dú)一臺電動機(jī)拖動，并具有快速運(yùn)動功能時，則電動機(jī)功率應(yīng)按快速移動所需功率來計(jì)算。此外，還有一種類比法，通過對長期動作的同類生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)容量調(diào)查，并對機(jī)械主要參數(shù)，工作條件進(jìn)行類比，然后再確定電動機(jī)的容量。1.3.5 選擇控制方式控制方式要實(shí)現(xiàn)拖動方案的控制要求。隨著現(xiàn)代電氣技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)機(jī)

12、械電力拖動的控制方式從傳統(tǒng)的繼電接觸器控制向PLC控制、CNC控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制等方面發(fā)展，控制方式越來越多?？刂品绞降倪x擇應(yīng)在經(jīng)濟(jì)、安全的前提下，最大限度地滿足工藝的要求。1.3.6 設(shè)計(jì)電氣控制原理圖并合理選用元器件以及編制元器件明表1.3.7 設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的各種施工圖樣1.3.8 編寫設(shè)計(jì)說明書和使用說明書設(shè)計(jì)說明和使用說明是設(shè)計(jì)審定、調(diào)試、使用、維護(hù)過程中必不可少的技術(shù)資料。設(shè)計(jì)和使用說明書應(yīng)包含：拖動方案的選擇依據(jù)，本系統(tǒng)的主要原理與特點(diǎn)，主要參數(shù)的計(jì)算過程，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，設(shè)備調(diào)試的要求和方法，設(shè)備使用、維護(hù)要求，使用注意事項(xiàng)等。2 電氣控制原理電路設(shè)計(jì)的方法與步驟電氣控制原

13、理電路設(shè)計(jì)是原理設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)通過它來實(shí)現(xiàn)，它又是工藝設(shè)計(jì)和各種技術(shù)資料的依據(jù)。 2.1 電氣控制原理電路的基本設(shè)計(jì)方法電氣控制原理電路設(shè)計(jì)的方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和邏輯設(shè)計(jì)法兩種。2.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也叫分析設(shè)計(jì)法,是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求選擇適當(dāng)?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)(單元電路)或?qū)⒈容^成熟的電路按其聯(lián)鎖條件組合起來，并經(jīng)補(bǔ)充和修改，將其綜合成滿足控制要求的完整電路。當(dāng)沒有現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計(jì)。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)方法簡單，無固定的設(shè)計(jì)程序，它是在熟練掌握各種電氣控制電路的基本環(huán)節(jié)和具備一定的閱讀分析電氣控制電路能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，容易被初學(xué)者所掌握，

14、對于具備一定工作經(jīng)驗(yàn)的電氣技術(shù)人員來說，能較快地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，因此在電氣設(shè)計(jì)中被普遍采用。其缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)出的方案不一定是最佳方案，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)不足或考慮不周全時會影響電路工作的可靠性。為此，應(yīng)反復(fù)審核電路工作情況，有條件時還應(yīng)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題及時修改，直到電路動作準(zhǔn)確無誤，滿足生產(chǎn)工藝要求為止。2.1.2 邏輯設(shè)計(jì)法邏輯設(shè)計(jì)法是利用邏輯代數(shù)來進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，從生產(chǎn)機(jī)械的拖動要求和工藝要求出發(fā)，將控制電路中的接觸器、繼電器線圈的通電與斷電、觸頭的閉合與斷開、主令電器的接通與斷開看成邏輯變量，根據(jù)控制要求將它們之間的關(guān)系用邏輯關(guān)系式來表達(dá)，然后再化簡，做出相應(yīng)的電路圖。邏輯設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是能獲得理想、經(jīng)

15、濟(jì)的方案，但這種方法設(shè)計(jì)難度較大，整個設(shè)計(jì)過程較復(fù)雜，還要涉及一些新概念，因此，在一般常規(guī)設(shè)計(jì)中，很少單獨(dú)采用。其具體設(shè)計(jì)過程可參閱專門論述資料，這里不再作進(jìn)一步介紹。 邏輯電路有兩種基本類型，對應(yīng)的設(shè)計(jì)方法也各有不同。1. 組合邏輯電路 其特點(diǎn)是執(zhí)行元件的輸出狀態(tài)只與同一時刻控制元件的狀態(tài)有關(guān)，輸入、輸出呈單方向關(guān)系，即輸出量對輸入量無影響。它的設(shè)計(jì)方法比較簡單，可以作為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的輔助和補(bǔ)充，用于簡單控制電路的設(shè)計(jì)，或?qū)δ承┚植侩娐愤M(jìn)行簡化，進(jìn)一步節(jié)省并合理使用電器元件與觸點(diǎn)。2. 時序邏輯電路 其特點(diǎn)是輸出狀態(tài)不僅與同一時刻的輸入狀態(tài)有關(guān)，而且還與輸出量的原有狀態(tài)及其組合順序有關(guān)，即輸出

16、量通過反饋?zhàn)饔?，對輸入狀態(tài)產(chǎn)生影響。這種邏輯電路設(shè)計(jì)要設(shè)置中間記憶元件（如中間繼電器等），記憶輸入信號的變化，以達(dá)到各程序兩兩區(qū)分的目的。2.2 電氣原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟電氣原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟是：1. 根據(jù)確定的拖動方案和控制方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理框圖,擬訂出各部分的主要技術(shù)要求和主要技術(shù)參數(shù)。2. 根據(jù)各部分的要求，設(shè)計(jì)出原理框圖中各個部分的具體電路。設(shè)計(jì)時按主電路、控制電路、輔助電路、聯(lián)鎖與保護(hù)、總體檢查反復(fù)修改與完善的先后順序進(jìn)行。3. 繪制總原理圖。按系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)將各部分聯(lián)成一個整體。4. 恰當(dāng)選用元器件，并制訂元器件明細(xì)表。設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)控制電路的簡易程度適當(dāng)?shù)剡x用上述步驟。2.3

17、 原理圖設(shè)計(jì)中的一般要求一般來說，電氣控制原理圖應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求，電路要具有安全可靠，操作和維修方便、設(shè)備投資少等特點(diǎn)。為此，必須正確地設(shè)計(jì)控制電路，合理地選擇電器元器件。原理圖設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：2.3.1 電氣控制原理應(yīng)滿足工藝的要求在設(shè)計(jì)之前必須對生產(chǎn)機(jī)械的工作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際加工情況有充分的了解，并在此基礎(chǔ)上來考慮控制方式、起動、反向、制動及調(diào)速的要求，設(shè)置各種聯(lián)鎖及保護(hù)裝置。2.3.2 控制電路電源種類與電壓數(shù)值的要求對于比較簡單的控制電路，而且元器件不多時，往往直接采用交流380V或220V電源，不用控制電源變壓器。對于比較復(fù)雜的控制電路，應(yīng)采用控制電源變壓器，將控

18、制電壓降到110V或48V、24V。這種方案對維修、操作以及元器件的工作可靠、有利。 對于操作比較頻繁的直流電力傳動的控制電路，常用220V或110V直流電源供電。直流電磁鐵及電磁離合器的控制電路，常采用24V直流電源供電。2.3.3 確保電氣控制電路工作的可靠性和安全性為保證電氣控制電路可靠地工作，應(yīng)考慮以下幾個方面：1. 元器件的工作要穩(wěn)定可靠2. 電器元件的線圈和觸頭的連接應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電器元件圖形符號應(yīng)符合GB4728中的規(guī)定，繪制時要合理安排版面。例如，主電路一般安排在左面或上面；控制電路或輔助電路排在右面或下面；元器件目錄表安排在標(biāo)題上方。為讀圖方便，有時以動作狀態(tài)表或工藝

19、過程圖形式將主令開關(guān)的通斷、電磁閥動作要求、控制流程等表示在圖面上，也可以在控制電路的每一支路邊上標(biāo)注出控制目的。 在實(shí)際連接時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1) 正確連接電器線圈。交流電壓線圈通常不能串聯(lián)使用，即使是兩個同型號電壓線圈也不能采用串聯(lián)或接在兩倍線圈額定電壓的交流電源上，以免電壓分配不均引起工作不可靠。線圈連接大電感線圈與直流繼電器線圈的連接a) 不正確 b) 正確 a) 錯誤連接 b) 正確連接2) 合理安排電器元件和觸頭的位置。電氣元件和觸頭間的連接a) 不合理連接 b) 合理連接3) 防止出現(xiàn)寄生電路。 寄生回路 4) 盡量減少連接導(dǎo)線的數(shù)量，縮短連接導(dǎo)線的長度。 5) 控制電路工作時

20、，應(yīng)盡量減少通電電器的數(shù)量，以降低故障的可能性并節(jié)約電能。6) 在電路中采用小容量的繼電器觸頭來斷開或接通大容量接觸器線圈時，要分析觸頭容量的大小，若不夠時，必須加大繼電器容量或增加中間繼電器，否則工作不可靠。 2.3.4 應(yīng)具有必要的保護(hù)環(huán)節(jié)控制電路在事故情況下，應(yīng)能保證操作人員、電氣設(shè)備、生產(chǎn)機(jī)械的安全，并能有效地制止事故的擴(kuò)大。為此，在控制電路中應(yīng)采取一定的保護(hù)措施。常用的有漏電開關(guān)保護(hù)、過載、短路、過電流、過電壓、失電壓、聯(lián)鎖與行程保護(hù)等措施。必要時還可設(shè)置相應(yīng)的指示信號。2.3.5 操作、維修方便控制電路應(yīng)從操作與維修人員的工作出發(fā)，力求操作簡單、維修方便。 2.3.6 控制電路力求

21、簡單、經(jīng)濟(jì)在滿足工藝要求的前提下，控制電路應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟(jì)。盡量選用標(biāo)準(zhǔn)電氣控制環(huán)節(jié)和電路，縮減電器的數(shù)量，采用標(biāo)準(zhǔn)件和盡可能選用相同型號的電器。 3 電氣控制裝置的工藝設(shè)計(jì)電氣控制設(shè)計(jì)的基本思路是一種邏輯思維，只要符合邏輯控制規(guī)律、能保證電氣安全及滿足生產(chǎn)工藝的要求，就可以說是一種好的的設(shè)計(jì)。但為了滿足電氣控制設(shè)備的制造和使用要求，必須進(jìn)行合理的電氣控制工藝設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)包括電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備總體配置圖、總接線圖設(shè)計(jì)及各部分的電器裝配圖與接線圖設(shè)計(jì)，同時還要有部分的元件目錄、進(jìn)出線號及主要材料清單等技術(shù)資料。3.1 電氣設(shè)備的總體布置設(shè)計(jì)電氣設(shè)備總體配置設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)電氣原理圖的工

22、作原理與控制要求，先將控制系統(tǒng)劃分為幾個組成部分(這些組成部分均稱作部件)，再根據(jù)電氣設(shè)備的復(fù)雜程度，把每一部件劃成若干組件，然后再根據(jù)電氣原理圖的接線關(guān)系整理出各部分的進(jìn)出線號，并調(diào)整它們之間的連接方式?？傮w配置設(shè)計(jì)是以電氣系統(tǒng)的總裝配圖與總接線圖形式來表達(dá)的，圖中應(yīng)以示意形式反映出各部分主要組件的位置及各部分接線關(guān)系、走線方式及使用的行線槽、管線等。 總裝配圖、接線圖(根據(jù)需要可以分開，也可并在一起)是進(jìn)行分部設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)各部分組成為一個完整系統(tǒng)的依據(jù)?？傮w設(shè)計(jì)要使整個系統(tǒng)集中、緊湊，同時在空間允許條件下，把發(fā)熱元件，噪聲振動大的電氣部件，盡量放在離其它元件較遠(yuǎn)的地方或隔離起來；對于多工位的

23、大型設(shè)備，還應(yīng)考慮兩地操作的方便性；總電源開關(guān)、緊急停止控制開關(guān)應(yīng)安放在方便而明顯的位置。總體配置設(shè)計(jì)得合理與否關(guān)系到電氣系統(tǒng)的制造、裝配質(zhì)量，更將影響到電氣控制系統(tǒng)性能的實(shí)現(xiàn)及其工作的可靠性、操作、調(diào)試、維護(hù)等工作的方便及質(zhì)量。3.1.1 組件劃分的原則1. 把功能類似的元件組合在一起。2. 盡可能減少組件之間的連線數(shù)量，同時把接線關(guān)系密切的控制電器置于同一組件中。3. 讓強(qiáng)弱電控制器分離，以減少干擾。4. 為力求整齊美觀，可把外形尺寸、重量相近的電器組合在一起。5. 為便于檢查與調(diào)試，把需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護(hù)和易損元件組合在一起。3.1.2 電氣控制設(shè)備的不同組件之間的接線方式1. 開關(guān)電器、控

24、制板的進(jìn)出線一般采用接線端頭或接線鼻子連接，這可按電流大小及進(jìn)出線數(shù)選用不同規(guī)格的接線端頭或接線鼻子。2. 電氣柜(箱)、控制箱、柜(臺)之間以及它們與被控制設(shè)備之間，采用接線端子排或工業(yè)聯(lián)接器連接。3. 弱電控制組件、印制電路板組件之間應(yīng)采用各種類型的標(biāo)準(zhǔn)接插件連接。4. 電氣柜(箱)、控制箱、柜(臺)內(nèi)的元件之間的連接，可以借用元件本身的接線端子直接連接，過渡連接線應(yīng)采用端子排過渡連接，端頭應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)格的接線端子處理。 3.2 電器元件布置圖的設(shè)計(jì)與繪制電器元件布置圖是某些電器元件按一定原則的組合。電器元件布置圖的設(shè)計(jì)依據(jù)是部件原理圖、組件的劃分情況等。設(shè)計(jì)時應(yīng)遵循以下原則： 1. 同一

25、組件中電器元件的布置應(yīng)注意將體積大和較重的電器元件安裝在電器板的下面，而發(fā)熱元件應(yīng)安裝在電氣箱(柜)的上部或后部，但熱繼電器宜放在其下部，因?yàn)闊崂^電器的出線端直接與電動機(jī)相連便于出線，而其進(jìn)線端與接觸器直接相連接，便于接線并使走線最短，且宜于散熱。2. 強(qiáng)電弱電分開并注意屏蔽，防止外界干擾。3. 需要經(jīng)常維護(hù)、檢修、調(diào)整的電器元件安裝位置不宜過高或過低，人力操作開關(guān)及需經(jīng)常監(jiān)視的儀表的安裝位置應(yīng)符合人體工程學(xué)原理。4. 電器元件的布置應(yīng)考慮安全間隙，并做到整齊、美觀、對稱，外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的電器可安放在一起，以利加工、安裝和配線。若采用行線槽配線方式，應(yīng)適當(dāng)加大各排電器間距，以利布線和維護(hù)。

26、5. 各電器元件的位置確定以后，便可繪制電器布置圖。電氣布置圖是根據(jù)電器元件的外形輪廓繪制的，即以其軸線為準(zhǔn)，標(biāo)出各元件的間距尺寸。每個電器元件的安裝尺寸及其公差范圍，應(yīng)按產(chǎn)品說明書的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注，以保證安裝板的加工質(zhì)量和各電器的順利安裝。大型電氣柜中的電器元件，宜安裝在兩個安裝橫梁之間，這樣，可減輕柜體重量，節(jié)約材料，另外便于安裝，所以設(shè)計(jì)時應(yīng)計(jì)算縱向安裝尺寸。6. 在電器布置圖設(shè)計(jì)中，還要根據(jù)本部件進(jìn)出線的數(shù)量、采用導(dǎo)線規(guī)格及出線位置等，選擇進(jìn)出線方式及接線端子排、連接器或接插件，并按一定順序標(biāo)上進(jìn)出線的接線號。3.3 電器部件接線圖的繪制電器部件接線圖是根據(jù)部件電氣原理及電器元件布置圖繪制的

27、，它表示成套裝置的連接關(guān)系，是電氣安裝、維修、查線的依據(jù)。接線圖應(yīng)按以下原則繪制： 1. 接線圖相接線表的繪制應(yīng)符合GB6988.61993中控制系統(tǒng)功能表圖的繪制的規(guī)定。2. 所有電器元件及其引線應(yīng)標(biāo)注與電氣原理圖中相一致的文字符號及接線號。原理圖中的項(xiàng)目代號、端子號及導(dǎo)線號的編制分別應(yīng)符合GB5094-1985電氣技術(shù)中的項(xiàng)目代號、GB4026-1992電器設(shè)備接線端子和特定導(dǎo)線線端的識別及應(yīng)用字母數(shù)字系統(tǒng)的通則及GB4884-1985絕緣導(dǎo)線標(biāo)記等規(guī)定。3. 與電氣原理圖不同，在接線圖中同一電器元件的各個部分(觸頭、線圈等)必須畫在一起。4. 電氣接線圖一律采用細(xì)線條繪制。走線方式分板前

28、走線及板后走線兩種，一般采用板前走線，對于簡單電氣控制部件，電器元件數(shù)量較少，接線關(guān)系又不復(fù)雜的，可直接畫出元件間的連線；對于復(fù)雜部件，電器元件數(shù)量多，接線較復(fù)雜的情況，一般是采用走線槽，只要在各電器元件上標(biāo)出接線號，不必畫出各元件間連線。5. 接線圖中應(yīng)標(biāo)出配線用的各種導(dǎo)線的型號、規(guī)格、截面積及顏色要求等。6. 部件與外電路連接時，大截面導(dǎo)線進(jìn)出線宜采用連接器連接，其它應(yīng)經(jīng)接線端于排連接。 3.4 電氣柜、箱和非標(biāo)準(zhǔn)零件圖的設(shè)計(jì)電氣控制裝置通常都需要制作單獨(dú)的電氣控制柜、箱，其設(shè)計(jì)需要考慮以下幾方面： 1. 根據(jù)操作需要及控制面板、箱、柜內(nèi)各種電氣部件的尺寸確定電氣箱、柜的總體尺寸及結(jié)構(gòu)型式

29、，非特殊情況下，應(yīng)使總體尺寸符合結(jié)構(gòu)基本尺寸與系列。2. 根據(jù)總體尺寸及結(jié)構(gòu)型式、安裝尺寸，設(shè)計(jì)箱內(nèi)安裝支架，并標(biāo)出安裝孔、安裝螺栓及接地螺栓尺寸，同時注明配作方式。柜、箱的材料一般應(yīng)選用柜、箱用專用型材。3. 根據(jù)現(xiàn)場安裝位置、操作、維修方便等要求，設(shè)計(jì)開門方式及型式。4. 為利于箱內(nèi)電器的通風(fēng)散熱，在箱體適當(dāng)部位設(shè)計(jì)通風(fēng)孔或通風(fēng)槽，必要時應(yīng)在柜體上部設(shè)計(jì)強(qiáng)迫通風(fēng)裝置與通風(fēng)孔。5. 為便于電氣箱、柜的運(yùn)輸，應(yīng)設(shè)計(jì)合適的起吊勾或在箱體底部設(shè)計(jì)活動輪。 總之，根據(jù)以上要求，應(yīng)先勾畫出箱體的外形草圖，估算出各部分尺寸，然后按比例畫出外形圖，再從對稱、美觀、使用方便等方面進(jìn)一步考慮調(diào)整各尺寸比例。外

30、表確定以后，再按上述要求進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制箱體總裝圖及各面門、控制面板、底板、安裝支架、裝飾條等零件圖，并注明加工要求，再視需要選用適當(dāng)?shù)拈T鎖。當(dāng)然，電氣箱、柜的造形結(jié)構(gòu)各異，在箱體設(shè)計(jì)中應(yīng)注意吸取各種型式的優(yōu)點(diǎn)。對非標(biāo)準(zhǔn)的電器安裝零件，應(yīng)根據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)要求，繪制其零件圖，凡配合尺寸應(yīng)注明公差要求，并說明加工要求。3.5 清單匯總在電氣控制系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)結(jié)束后，根據(jù)各種圖紙，對本設(shè)備需要的各種零件及材料進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)，列出元件清單、標(biāo)準(zhǔn)件清單、材料消耗定額表，以便采購人員、生產(chǎn)管理部門按設(shè)備制造需要備料，做好生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，也便于成本核算。4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法PLC

31、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，但由于PLC控制屬于軟件控制，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)又具有其自身的特點(diǎn)。下面就PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則、基本內(nèi)容以及步驟進(jìn)行闡述，以便初學(xué)者掌握。當(dāng)然，要設(shè)計(jì)一個經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠、先進(jìn)的PLC控制系統(tǒng)，還需要有豐富的專業(yè)知識和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。 4.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象(生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程)的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： 1.最大限度地滿足被控對象的控制要求。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人

32、員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。2.在滿足控制要求的前提下力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，維修方便。3.保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。4.考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時，應(yīng)適當(dāng)留有余量。4.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1.總體方案的確定：熟悉控制對象和控制要求，分析控制過程，確定總體方案。 2.正確選用電氣控制元件和PLC：PLC控制系統(tǒng)是由PLC、用戶輸入及輸出設(shè)備、控制對象等連接而成的。應(yīng)認(rèn)真選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、開關(guān)、限位開關(guān)和傳感器等）和輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈、電磁閥等執(zhí)行元件）。要求進(jìn)行電氣元件的選用說明。必要時應(yīng)設(shè)計(jì)完成系

33、統(tǒng)主電路圖。根據(jù)選用的輸入輸出設(shè)備的數(shù)目和電氣特性，選擇合適的PLC。PLC是控制系統(tǒng)的核心部件，對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要作用。選擇PLC應(yīng)包括機(jī)型、容量、I/O點(diǎn)數(shù)、輸入輸出模塊(類型)、電源模塊以及特殊功能模塊的選擇等。3.分配I/O點(diǎn)：根據(jù)選用的輸入輸出設(shè)備、控制要求，確定PLC外部I/O端口分配。a.作I/O分配表，對各I/O點(diǎn)功能作出說明。b.畫出PLC外部I/O接線圖，依據(jù)輸入輸出設(shè)備和I/O口分配關(guān)系，畫出I/O接線圖。接線圖中各元件應(yīng)有代號、編號等。并在電器元件明細(xì)表中注明規(guī)格數(shù)量等。4.PLC控制流程圖及說明：繪制PLC控制系統(tǒng)程序流程圖，完成程序設(shè)計(jì)過

34、程的分析說明。5.程序設(shè)計(jì)：利用CX-Programmer編程軟件編寫控制系統(tǒng)的梯形圖程序。在滿足系統(tǒng)技術(shù)要求和工作情況的前提下，應(yīng)盡量簡化程序，盡量減少PLC的輸入輸出點(diǎn)，設(shè)計(jì)簡單、可靠的控制程序。注意安全保護(hù)(檢查聯(lián)鎖要求、防誤操作功能等能否實(shí)現(xiàn)) 。6.調(diào)試、完善控制程序：a.利用CX-Programmer在計(jì)算機(jī)上仿真運(yùn)行調(diào)試PLC控制程序。b.與PLC僅輸入及輸出設(shè)備聯(lián)機(jī)進(jìn)行程序調(diào)試。調(diào)試中對設(shè)計(jì)的系統(tǒng)工作原理進(jìn)行分析，審查控制實(shí)現(xiàn)的可靠性，檢查系統(tǒng)功能，完善控制程序。控制程序必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿意為止。7.撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告：設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容中應(yīng)有控制要求、系統(tǒng)分析、主電路、控制流

35、程圖、I/O分配表、I/O接線圖、內(nèi)部元件分配表、系統(tǒng)電氣原理圖、用CX-P打印的PLC程序、程序說明、操作說明、結(jié)論、參考文獻(xiàn)等。要重點(diǎn)突出，圖文并茂，文字通暢。并應(yīng)著重闡述本人工作內(nèi)容和心得體會。4.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)步驟如圖所示。4.3.1 流程圖功能說明1.根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動作(動作順序、動作條件及必須的保護(hù)和聯(lián)鎖等)、操作方式(手動、自動；連續(xù)、單周期及單步等)。2.根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。3.選擇PLC。4.分配PLC的IO點(diǎn)，設(shè)計(jì)IO電氣接口連接圖(這一步也可以結(jié)合

36、第2步進(jìn)行)。5. 進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時可進(jìn)行控制臺(柜)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工。4.3.2 PLC程序設(shè)計(jì)的步驟1.對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。對于簡單的控制系統(tǒng)，也可以省去這一步。2. 設(shè)計(jì)梯形圖。這是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。3. 根據(jù)梯形圖編制程序清單。4. 用編程器將程序鍵人到PLC的用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確。5. 對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。6. 待控制臺(柜)及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。如不滿足要求，再回去修改程序

37、或檢查接線，直到滿足為止。7. 編制技術(shù)文件。8. 交付使用。 4.4 PLC機(jī)型的選擇4.4.1 PLC選型的基本原則一般從系統(tǒng)控制功能、指令和編程方式、PLC存儲量和響應(yīng)時間、通信聯(lián)網(wǎng)功能等幾個方面綜合考慮。所選PLC應(yīng)能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。從應(yīng)用角度來看，PLC可按控制功能或I/O點(diǎn)數(shù)分類。從PLC的物理結(jié)構(gòu)來看，PLC分為模塊式和整體式。PLC的指令系統(tǒng)一般包括邏輯指令、運(yùn)算指令、控制指令、數(shù)據(jù)處理和其他特殊指令，這些指令能完成諸如開平方、對數(shù)運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)通信(PLC聯(lián)網(wǎng)已成為一種發(fā)展趨勢)等功能。用戶可從便于控制系統(tǒng)編程的角度來加以選擇，只要能滿足實(shí)際需要就可以了。PLC的編程有兩種方式：在線和離線編程。采用離線編程可降低成本，對大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)來說都可以滿足生產(chǎn)需要，因而較多的中小型PLC都使用這種方法。4.4.2 輸入/輸出模塊的選擇輸入模塊將現(xiàn)場設(shè)備(如按鈕開關(guān))的信號進(jìn)行檢測并轉(zhuǎn)換成PLC機(jī)內(nèi)部的電平信號，它按電壓分為交流式和直流式，按電路形式分為匯點(diǎn)輸入式和分隔輸入式。選擇輸入模塊時應(yīng)考慮：