電氣控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計與檢修

第3章電氣控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計與檢修

電氣控制系統(tǒng)是機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，其正常工作是保證機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)確協(xié)調(diào)運(yùn)行、生產(chǎn)工藝得以滿足、工作安全可靠及操作自動化的主要前提。

電氣控制系統(tǒng)的分析方法3.1電氣控制系統(tǒng)分析3.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計3.3電氣控制系統(tǒng)檢修3.43.1電氣控制系統(tǒng)的分析方法 電氣控制系統(tǒng)的分析是在掌握了機(jī)械設(shè)備及電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成、運(yùn)行方式、相互關(guān)系以及各電動機(jī)和執(zhí)行電器的用途和控制等基本條件之后，才可對電氣控制線路進(jìn)行具體分析。

分析的一般原則是：化整為零、順藤摸瓜、先主后輔、集零為整、安全保護(hù)和全面檢查。

常用分析電氣線路圖的方法有兩種：查線讀圖法和邏輯代數(shù)法。

3.1.1查線讀圖法 查線讀圖法（又稱為直接讀圖法或跟蹤追擊法）是按照電氣控制線路圖，根據(jù)生產(chǎn)過程的工作步驟依次讀圖，一般按照以下步驟進(jìn)行。

1．了解生產(chǎn)工藝與執(zhí)行電器的關(guān)系 2．分析主電路 3．分析控制電路

如果比較復(fù)雜，一般可以按控制線路將其分成幾部分來分析，采取“化整為零”的方法，分成一些基本的熟悉的單元電路，然后將各單元電路進(jìn)行綜合分析，最后得出其動作情況。

4．分析輔助電路 5．分析聯(lián)鎖和保護(hù)環(huán)節(jié) 6．總體檢查

經(jīng)過“化整為零”的局部分析，逐步分析了每一個局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關(guān)系之后，還必須用“集零為整”的方法，檢查整個控制線路，看是否有遺漏，特別要從整體角度去進(jìn)一步分析和理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，以理解電路中每個電氣元件的名稱及其作用。

3.1.2邏輯代數(shù)法 邏輯代數(shù)法（又稱為間接讀圖法）是通過對電路的邏輯表達(dá)式的運(yùn)算來分析電路的，其關(guān)鍵是正確寫出電路的邏輯表達(dá)式。

1．電器元件的邏輯表示 電氣控制系統(tǒng)由開關(guān)量構(gòu)成控制時，電路狀態(tài)與邏輯函數(shù)式之間存在對應(yīng)關(guān)系。為將電路狀態(tài)用邏輯函數(shù)式的方式描述出來，通常對電器作出如下規(guī)定。

①用KM、KA、SQ…等分別表示動合（常開）觸頭，用、、…等表示動斷（常閉）觸頭。

②觸頭閉合時，邏輯狀態(tài)為“1”； 觸頭斷開時，邏輯狀態(tài)為“0”； 線圈通電時為“1”狀態(tài)； 線圈斷電時為“0”狀態(tài)。 常用的表達(dá)方式如下。

●線圈狀態(tài)。 KM=1接觸器線圈處于通電狀態(tài)。 KM=0接觸器線圈處于斷電狀態(tài)。

●觸頭處于非激勵或非工作的狀態(tài)。 KM=0接觸器常開觸頭狀態(tài)。 =1接觸器常閉觸頭狀態(tài)。 SB=0常開按鈕觸頭狀態(tài)。 =1常閉按鈕觸頭狀態(tài)。

2．電路狀態(tài)的邏輯表示 電路中觸頭的串聯(lián)關(guān)系可用邏輯“與”即邏輯乘（·）的關(guān)系表達(dá)；觸頭的并聯(lián)關(guān)系可用邏輯“或”即邏輯加（+）的關(guān)系表達(dá)。

圖3-1所示為啟保?？刂齐娐?，其接觸器KM線圈的邏輯函數(shù)式可寫成：

f（KM）=·（SB2+KM）。

圖3-1啟保?？刂齐娐?/p>

邏輯代數(shù)法讀圖的優(yōu)點是：各電氣元器件之間的聯(lián)系和制約關(guān)系在邏輯表達(dá)式中一目了然，通過對邏輯函數(shù)的運(yùn)算，一般不會遺漏或看錯電路的控制功能，而且為電氣線路的計算機(jī)輔助分析提供了方便。

邏輯代數(shù)法讀圖的主要缺點是：對于復(fù)雜的線路，其邏輯表達(dá)式很煩瑣。3.2節(jié)電氣控制系統(tǒng)分析

分析機(jī)械設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)，應(yīng)掌握以下幾點。

①能閱讀設(shè)備說明書。 ②能結(jié)合典型線路進(jìn)行分析。 ③能結(jié)合基礎(chǔ)理論進(jìn)行分析。 ④掌握一般的分析步驟。

第一，看電路的說明和備注，有助于了解該電路的具體作用。

第二，分清電氣控制線路中的主電路、控制電路、輔助電路、交流電路和直流電路。

第三，從主電路入手，根據(jù)每臺電動機(jī)和執(zhí)行器件的控制要求去分析控制功能。

第四，將電氣原理圖、接線圖和布置安裝圖結(jié)合起來，進(jìn)一步研究電路的整體控制功能。

3.2.1車床電氣控制系統(tǒng) 車床可分成普通車床、立式車床、六角車床和仿形車床等。

車床主要用于加工各種回轉(zhuǎn)表面（內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成型回轉(zhuǎn)面等）和回轉(zhuǎn)體的端面。

下面以CA6140普通車床為例進(jìn)行車床電氣控制系統(tǒng)的分析。

1．車床的主要結(jié)構(gòu)及控制要求 普通車床主要由床身、主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、光杠、絲杠和尾座等部件組成，如圖3-2所示。

圖3-2普通車床結(jié)構(gòu)示意圖

控制要求如下。 ①主電動機(jī)M1完成主軸主運(yùn)動和刀具的縱橫向進(jìn)給運(yùn)動的驅(qū)動，電動機(jī)為不調(diào)速的籠型異步電動機(jī)，采用直接啟動方式，主軸采用機(jī)械變速，正反轉(zhuǎn)采用機(jī)械換向機(jī)構(gòu)。

②冷卻泵電動機(jī)M2加工時提供冷卻液，防止刀具和工件的溫升過高，采用直接啟動方式和連續(xù)工作狀態(tài)。

③電動機(jī)M3為刀架快速移動電動機(jī)，可根據(jù)使用需要隨時手動控制啟停。

2．電氣控制線路分析 CA6140型普通車床的電氣控制線路如圖3-3所示，其工作原理分析如下。

圖3-3CA6140型車床電氣控制線路

（1）主電路分析（2）控制電路分析

①主軸電動機(jī)M1的控制。 ②冷卻泵電動機(jī)M2的控制。 ③刀架快速移動電動機(jī)M3的控制。

3．保護(hù)環(huán)節(jié)分析 4．輔助電路分析

3.2.2鉆床電氣控制系統(tǒng) 鉆床是一種用途廣泛的機(jī)床，可進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋及修刮端面等多種形式的加工。

按鉆床的結(jié)構(gòu)形式可分為：立式鉆床、臥式鉆床、臺式鉆床和搖臂鉆床等。下面以Z3040搖臂鉆床為例分析其控制系統(tǒng)。

1．主要結(jié)構(gòu)與運(yùn)動形式 搖臂鉆床一般由底座、立柱、搖臂和主軸箱等部件組成，如圖3-4所示。

圖3-4Z3040搖臂鉆床示意圖

搖臂鉆床具有下列運(yùn)動：主軸旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動及軸向進(jìn)給運(yùn)動，即鉆頭一邊旋轉(zhuǎn)一邊作縱向進(jìn)給；主軸箱沿?fù)u臂的水平移動；搖臂沿立柱的升降運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動。

2．鉆床的控制要求 鉆床的控制要求如下。

①4臺異步電動機(jī)的容量均較小，故采用直接啟動方式。 ②主軸的正反轉(zhuǎn)要求采用機(jī)械方法實現(xiàn)，主軸電動機(jī)只作單向旋轉(zhuǎn)。

③搖臂升降電動機(jī)和液壓泵電動機(jī)均要求實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。 ④搖臂的移動嚴(yán)格按照“搖臂松開→搖臂移動→移動到位搖臂夾緊”的程序動作。

⑤鉆削加工時需提供冷卻液進(jìn)行鉆頭冷卻。 ⑥電路中應(yīng)具有必要的保護(hù)環(huán)節(jié)，并提供必要的照明和信號指示。

3．電氣控制線路分析 Z3040型搖臂鉆床的電氣控制線路如圖3-5所示，其工作原理分析如下。

圖3-5Z3040搖臂鉆床電氣控制線路

（1）主電路分析（2）控制電路分析

①主軸電動機(jī)M1的控制。 ②搖臂升降電動機(jī)M2的控制。 搖臂升降的啟動原理 搖臂升降的停止原理 ③主軸箱與立柱的夾緊與放松。

3.2.3鏜床電氣控制系統(tǒng) 鏜床主要用于加工精確的孔和各孔間相互位置要求較高的零件，它是冷加工中使用較普遍的機(jī)械加工設(shè)備。

按用途不同，可分為臥式鏜床、立式鏜床、坐標(biāo)鏜床和金鋼鏜床等。 它可以進(jìn)行鉆孔、鏜孔、擴(kuò)孔、鉸孔、加工端面等。

1．主要結(jié)構(gòu) T68臥式鏜床主要由床身、前立柱、鏜頭架（即主軸箱）、鏜軸（即主軸）、工作臺、后立柱、尾架等部分組成，如圖3-6所示。

圖3-6T68臥式鏜床的結(jié)構(gòu)簡圖

2．運(yùn)動形式 T68臥式鏜床的主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動由同一臺雙速電動機(jī)M1拖動，運(yùn)動方向由相應(yīng)手柄選擇各自的傳動鏈來實現(xiàn)；而主軸箱的上下、工作臺的前后左右及鏜軸的進(jìn)出運(yùn)動，除工作進(jìn)給外，還有快速移動，由快速移動電動機(jī)M2拖動。

其運(yùn)動形式有下述3種。 ①主運(yùn)動——鏜軸和花盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

②進(jìn)給運(yùn)動——鏜軸的軸向運(yùn)動、花盤刀具溜板的徑向進(jìn)給運(yùn)動、主軸箱的垂直進(jìn)給、工作臺的橫向進(jìn)給和縱向進(jìn)給。

③輔助運(yùn)動——工作臺的旋轉(zhuǎn)、后立柱的軸向水平移動、尾架的垂直移動及各部分的快速移動。

3．控制要求 T68臥式鏜床的控制要求如下。 ①為了適應(yīng)各種工件的加工要求，主軸運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動都有較大的調(diào)速范圍。

②進(jìn)給運(yùn)動、主軸及花盤的旋轉(zhuǎn)采用同一臺主電動機(jī)拖動，要求主電動機(jī)能正、反轉(zhuǎn)。

③為適應(yīng)調(diào)整的需要，要求主拖動電動機(jī)能正、反向點動。 ④為適應(yīng)準(zhǔn)確、迅速停車的需要，主拖動電動機(jī)應(yīng)采用反向制動。

⑤主軸變速和進(jìn)給變速可在主電動機(jī)停車或運(yùn)行時進(jìn)行，應(yīng)有變速時的低速沖動過程。

⑥主拖動為雙速電動機(jī)，有高、低兩種速度選擇，高速運(yùn)行應(yīng)先經(jīng)低速啟動。

⑦為縮短輔助時間和各進(jìn)給方向均能快速移動，應(yīng)配一臺快速拖動電機(jī)。

⑧由于運(yùn)動部件多，各種運(yùn)動之間應(yīng)有聯(lián)鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)。

4．電氣控制線路分析（1）主電路分析 ①主軸電動機(jī)M1的主電路。 ②快速移動電動機(jī)M2的主電路。 ③其他主電路。

（2）控制電路分析 控制電路包括了M1的點動控制、M1的低速正反轉(zhuǎn)控制、M1的高速正反轉(zhuǎn)控制、M1的反接制動控制、M1的速度變換控制及M2的正反轉(zhuǎn)控制。

①器件的分布及功能。 ②主電動機(jī)M1的點動控制。

圖3-7T68臥式鏜床電氣控制線路

③主軸電動機(jī)M1的低速正轉(zhuǎn)控制。將機(jī)床高、低變速手柄扳至“低速”擋，此時，13區(qū)

④主軸電動機(jī)M1的低速反轉(zhuǎn)控制。 ⑤主軸電動機(jī)M1的高速正轉(zhuǎn)控制。 ⑥主軸電動機(jī)M1的高速反轉(zhuǎn)控制。

⑦主軸電動機(jī)M1的正轉(zhuǎn)停車制動控制。 ⑧主電動機(jī)M1的反轉(zhuǎn)停車制動控制。

⑨主軸變速控制。 主軸停車變速。 主軸低速正轉(zhuǎn)運(yùn)行中變速。

⑩進(jìn)給變速控制。 快速移動電動機(jī)M2的控制電路。

實訓(xùn)6車床、鉆床、鏜床的線路連接與操作 1．實訓(xùn)目的 2．實訓(xùn)器材 3．實訓(xùn)步驟與要求

（1）工廠現(xiàn)場觀摩，掌握車床、鉆床、鏜床等機(jī)床的使用 ①觀察操作師傅對機(jī)床的操作，了解機(jī)床的各種工作狀態(tài)。

②在操作師傅的指導(dǎo)下對機(jī)床進(jìn)行操作，掌握操作方法及操作手柄的作用。 ③在教師的指導(dǎo)下掌握機(jī)床電器元件的安裝位置及走線情況。

④結(jié)合機(jī)械、電氣、液壓等幾方面的相關(guān)知識，掌握機(jī)床電氣控制的特殊環(huán)節(jié)。 ⑤總結(jié)操作要領(lǐng)，寫出操作步驟及注意事項。

（2）機(jī)床電路實訓(xùn)裝置介紹，掌握機(jī)床電路實訓(xùn)裝置的使用 ①機(jī)床電路實訓(xùn)裝置如圖3-8所示。 ②機(jī)床電路實訓(xùn)裝置設(shè)計了8個經(jīng)典機(jī)床電路的實訓(xùn)掛箱，

圖3-8機(jī)床電路實訓(xùn)裝置

圖3-9T68型臥式鏜床實訓(xùn)掛箱

③8類經(jīng)典機(jī)床均配有多媒體仿真軟件。 ④同一實訓(xùn)掛箱均可以進(jìn)行機(jī)床電路排故實訓(xùn)和PLC變頻器改造實訓(xùn)。

（3）T68型臥式鏜床的操作，掌握機(jī)床電路實訓(xùn)裝置的使用及鏜床的操作和工作原理（4）寫出車床、鉆床的操作步驟，并在教師的監(jiān)護(hù)下完成機(jī)床的相關(guān)操作。3.3電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計包括電氣原理圖設(shè)計和電氣工藝設(shè)計兩部分。

電氣原理圖設(shè)計是為滿足生產(chǎn)機(jī)械及其工藝要求而進(jìn)行的電氣控制設(shè)計；電氣工藝設(shè)計是為電氣控制裝置本身的制造、使用、運(yùn)行及維修的需要而進(jìn)行的生產(chǎn)工藝設(shè)計。

3.3.1設(shè)計的原則、程序和內(nèi)容 1．設(shè)計的基本原則 在電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計中，一般應(yīng)遵循以下原則。

①最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對電氣控制的要求，這是電氣控制設(shè)計的依據(jù)。

②在滿足控制要求的前提下，設(shè)計方案力求簡單、經(jīng)濟(jì)、合理，控制系統(tǒng)力求操作簡易，使用與維護(hù)方便。

③正確、合理地選用電器元件，確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。

④為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇控制設(shè)備時，設(shè)備能力應(yīng)留有適當(dāng)余量，同時要考慮技術(shù)進(jìn)步和造型美觀。

2．設(shè)計的一般程序 在電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計中，通常按以下程序進(jìn)行。

（1）擬定設(shè)計任務(wù)書 ①對控制精度和生產(chǎn)效率的要求。②電氣傳動基本特性，運(yùn)動部件數(shù)量、用途，動作順序，負(fù)載特性，調(diào)速指標(biāo)，啟動、制動要求等。

③對自動化程度、穩(wěn)定性及抗干擾的要求。 ④連鎖條件及保護(hù)要求。

⑤設(shè)備布局、安裝要求，操作臺布置、照明、信號指示、報警方式等。

⑥驗收標(biāo)準(zhǔn)及驗收方式。 ⑦其他要求。

（2）選擇拖動方案（3）選擇電動機(jī)（4）選擇控制方式（5）設(shè)計控制原理圖（6）設(shè)計施工圖（7）編寫說明書

3．設(shè)計的基本內(nèi)容 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計中的電氣原理圖設(shè)計和電氣工藝設(shè)計，其基本任務(wù)是根據(jù)控制要求，設(shè)計和編制出設(shè)備制造和使用維修過程中所必備的圖樣、資料等。

圖樣包括電氣原理圖、元器件布置圖、安裝接線圖、控制面板圖、元器件安裝底板圖和非標(biāo)準(zhǔn)件加工圖等；資料有外購件清單、材料消耗清單及設(shè)備說明書等。

3.3.2電氣原理圖設(shè)計 1．設(shè)計的基本原則 在電氣控制原理圖的設(shè)計中，通常要遵循以下原則。

（1）在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，力求使控制線路簡單、經(jīng)濟(jì) ①盡量選用標(biāo)準(zhǔn)電器元件，盡量減少電器元件的數(shù)量，盡量選用相同型號的電器元件以減少備用品的數(shù)量。

②盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、常用的、經(jīng)過實踐考驗的基本控制電路，如圖3-10所示。

圖3-10選用標(biāo)準(zhǔn)的基本控制電路

③盡量減少不必要的觸頭。如圖3-11所示。

圖3-11減少不必要的觸頭

④盡量壓縮連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度。如圖3-12所示。

圖3-12壓縮連接導(dǎo)線的長度

⑤盡量減少電器元件的通電時間。如圖3-13所示。

圖3-13減少電器元件的通電時間

（2）保證電氣控制電路工作的可靠性 保證電氣控制電路工作的可靠性，最主要的是選擇可靠的電器元件。此外，在具體的電氣控制電路設(shè)計上要注意以下幾點。

①正確連接電器元件的觸頭。如圖3-12所示。 ②正確連接電器的線圈。 ③避免出現(xiàn)寄生電路，如圖3-14所示。

圖3-14寄生電路

④在電氣控制電路中應(yīng)盡量避免許多電器元件依次動作才能接通另一個電器元件的控制電路。

⑤在頻繁操作的可逆電路中，正反向接觸器之間要有必要的電氣聯(lián)鎖和機(jī)械聯(lián)鎖。

⑥設(shè)計的電氣控制電路應(yīng)能適應(yīng)所在電網(wǎng)的情況，并據(jù)此來決定電動機(jī)的啟動方式是直接啟動還是間接啟動。

⑦在設(shè)計電氣控制電路時，應(yīng)充分考慮繼電器觸頭的接通和分?jǐn)嗄芰Α?/p>

（3）保證電氣控制電路工作的安全性 在電氣控制電路中常設(shè)的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路、過流、過載、失壓、弱磁、超速、極限保護(hù)等。

①短路保護(hù)。 ②過電流保護(hù)。 ③過載保護(hù)。 ④失壓保護(hù)。

⑤弱磁保護(hù)。 ⑥極限保護(hù)。 ⑦其他保護(hù)。

（4）應(yīng)力求操作、維護(hù)、檢修方便

2．設(shè)計的基本步驟 在電氣控制原理圖的設(shè)計中，通常要按以下步驟進(jìn)行。

①根據(jù)選定的拖動方案和控制方式設(shè)計系統(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)計出原理框圖中各個部分的具體電路。 ③繪制系統(tǒng)總原理圖。 ④合理選擇電氣原理圖中每一電器元件，制訂出元器件目錄清單。

3．設(shè)計的內(nèi)容 原理圖是整個設(shè)計的中心環(huán)節(jié)，是工藝設(shè)計和編寫其他技術(shù)資料的依據(jù)，其設(shè)計內(nèi)容包括如下幾方面。

①擬定電氣設(shè)計任務(wù)書。 ②選擇電力拖動方案和控制方式。 ③確定電動機(jī)的類型、型號、容量及轉(zhuǎn)速。

④設(shè)計電氣控制框圖，確定各部分之間的關(guān)系，擬定各部分技術(shù)指標(biāo)與要求。 ⑤設(shè)計并繪制電氣控制原理圖，計算主要技術(shù)參數(shù)。

⑥選擇電器元件，制定元器件目錄清單。 ⑦編制設(shè)計說明書。

4．設(shè)計方法（1）分析設(shè)計法 分析設(shè)計法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，選擇適當(dāng)?shù)幕究刂齐娐坊驅(qū)⒈容^成熟的電路，按各部分的聯(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。分析設(shè)計法的步驟如下。

①設(shè)計各控制單元中拖動電動機(jī)的啟動、正反向運(yùn)行、制動、調(diào)速、停車等的主電路或執(zhí)行元件的電路。

②設(shè)計滿足各電動機(jī)的運(yùn)行功能和與工作狀態(tài)相對應(yīng)的控制電路，以及與滿足執(zhí)行元件實現(xiàn)規(guī)定動作相適應(yīng)的控制電路。

③連接各單元環(huán)節(jié)，構(gòu)成滿足整機(jī)生產(chǎn)工藝要求，實現(xiàn)加工過程自動或半自動化調(diào)整的控制電路。

④設(shè)計保護(hù)、連鎖、檢測、信號和照明等環(huán)節(jié)的控制電路。 ⑤全面檢查、審核所設(shè)計的電路，力求控制電路更完善。

（2）邏輯設(shè)計法 邏輯設(shè)計法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具來進(jìn)行電路設(shè)計。利用該方法設(shè)計控制電路時，其步驟如下。

①按工藝要求作出工作循環(huán)圖。 ②決定執(zhí)行元件與檢測元件，并作出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表和檢測元件狀態(tài)表。

③根據(jù)檢測元件狀態(tài)表寫出各程序的特征數(shù)，并確定待相區(qū)分組，設(shè)置中間記憶元件，使各待相區(qū)分組所有程序區(qū)分開。

④列寫中間記憶元件開關(guān)邏輯函數(shù)式及其執(zhí)行元件動作邏輯函數(shù)式，并畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖。

⑤對按邏輯函數(shù)式畫出的控制電路進(jìn)行檢查、化簡和完善。

邏輯設(shè)計法的優(yōu)點是，能獲得理想、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計方案，但設(shè)計難度較大、設(shè)計過程較復(fù)雜，在一般常規(guī)設(shè)計中很少單獨使用。

3.3.3電氣工藝設(shè)計 電氣工藝設(shè)計必須在電氣原理圖設(shè)計完成之后進(jìn)行。

首先進(jìn)行電氣控制設(shè)備總體配置即總裝配圖、總接線圖設(shè)計；然后再進(jìn)行各部分電氣裝配圖與接線圖的設(shè)計，列出各部分的元件目錄、進(jìn)出線號以及主要材料清單；最后編寫使用說明書。其主要內(nèi)容有以下幾個方面。

1.總體配置設(shè)計總體配置設(shè)計是以電氣系統(tǒng)的總裝配圖與總接線圖的形式來表達(dá)，圖中應(yīng)反映出各部分主要組件的位置及各部分的接線關(guān)系、走線方式及使用管線等要求。

總裝配圖和接線圖是進(jìn)行分部設(shè)計和協(xié)調(diào)各部分組成一個完整系統(tǒng)的依據(jù)。

（1）組件的劃分原則 ①將功能類似的元件組合在一起，可構(gòu)成控制面板、電氣控制盤、電源等組件。

②將接線關(guān)系密切的電器元件置于同一組件中，盡可能減少組件之間的連線數(shù)量。 ③將強(qiáng)電與弱電控制器分離，以減少干擾。

④將外形尺寸相同、重量相近的電器組合在一起，力求整齊美觀。 ⑤將需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護(hù)和易損元件組合在一起，便于檢查與調(diào)試。

（2）電氣控制設(shè)備的各部分及組件之間的接線方式 ①電器板、控制板、機(jī)床電器的進(jìn)出線一般采用接線端子。

②被控制設(shè)備與電器箱之間采用多孔接插件，便于拆裝、搬運(yùn)。 ③印刷電路板與弱電控制組件之間宜采用各種類型接插件。

2．元器件布置圖的設(shè)計 元器件布置圖是指某些電器元件按一定的原則組合，如電氣控制箱中的電器板、控制面板、放大器等，元器件布置圖的設(shè)計依據(jù)是部件原理圖。

同一組件中的電器元件的布置應(yīng)注意以下幾點。 ①體積大和較重的元器件安裝在電器板的下方，發(fā)熱元器件安放在電器板的上方。

②強(qiáng)電、弱電應(yīng)分開并加以屏蔽，以防干擾。 ③需要經(jīng)常維護(hù)、檢修、調(diào)整的元器件安裝高度要適宜。

④外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的元器件應(yīng)安放在一起，以利加工、安裝和配線。

⑤元器件之間應(yīng)有一定間距，若采用板前線槽配線，應(yīng)加大各排間距，以利布線和維護(hù)。

⑥元器件的布置應(yīng)考慮整齊、美觀、對稱。

3．電氣部件接線圖的繪制 電氣部件接線圖是根據(jù)部件電氣原理圖及元器件布置圖來繪制的，它表示了成套裝置的電路連接關(guān)系，是電氣安裝接線和查線的依據(jù)。

接線圖應(yīng)按以下要求繪制。 ①接線圖和接線表的繪制應(yīng)符合GB6988.3—1997《電氣技術(shù)用文件的編制第3部分：接線圖和接線表》的規(guī)定。

②電氣元件按外形繪制，并與布置圖一致，偏差不要太大。

③所有電氣元件及其引線均應(yīng)標(biāo)注與電氣原理圖相一致的文字符號及接線號。

④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。

⑤接線圖一律采用細(xì)實線，走線方式有板前與板后走線兩種，一般采用板前走線。

⑥對于簡單電氣控制部件，元器件數(shù)量較少，接線關(guān)系不復(fù)雜，可直接畫出元件內(nèi)的連線；但對于復(fù)雜部件，元器件數(shù)量多，接線較復(fù)雜時，只要在各電器元件上標(biāo)出接線號，不必畫出各元件之間連線。

⑦接線圖中應(yīng)標(biāo)明所配導(dǎo)線的型號、規(guī)格、截面積及顏色等，應(yīng)標(biāo)明所穿管子的型號、規(guī)格等，并標(biāo)明電源的引入點。

⑧部件的進(jìn)出線除大截面導(dǎo)線外，都應(yīng)經(jīng)過接線端子板，不得直接進(jìn)出。

4．電氣箱及非標(biāo)準(zhǔn)零件圖的設(shè)計 在電氣控制比較簡單時，電氣控制板往往附在生產(chǎn)機(jī)械上；而在控制系統(tǒng)比較復(fù)雜、生產(chǎn)環(huán)境或操作需要時，采用單獨的電氣控制箱，以利制造、使用和維護(hù)。

電氣控制箱的設(shè)計要考慮以下幾方面的問題。 ①根據(jù)控制面板及箱內(nèi)各電氣部件的尺寸來確定電氣箱總體尺寸及結(jié)構(gòu)方式。

②結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，與生產(chǎn)機(jī)械相匹配。

③根據(jù)控制面板及箱內(nèi)電氣部件的安裝尺寸，設(shè)計箱內(nèi)安裝支架。

④從方便安裝、調(diào)整及維修的需要，設(shè)計控制箱開門方式。

⑤為利于箱內(nèi)電器的通風(fēng)散熱，在箱體適當(dāng)部位設(shè)計通風(fēng)孔或通風(fēng)槽。

⑥為利于電氣箱的搬動，設(shè)計合適的起吊鉤、起吊孔、扶手架或箱體底部帶活動輪等。

5．各類元器件及材料清單的匯總 在電氣控制原理圖及工藝設(shè)計結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)各種圖紙，對設(shè)備需要的各種零件及材料進(jìn)行綜合統(tǒng)計，列出外購件清單表，標(biāo)準(zhǔn)件清單表，主要材料消耗定額表及輔助材料消耗定額表，供有關(guān)部門備料。

6．編寫設(shè)計說明書及使用說明書 設(shè)計說明及使用說明是設(shè)計審定及調(diào)試、使用、維護(hù)過程中不可缺少的技術(shù)資料，應(yīng)包含以下主要內(nèi)容。

①拖動方案選擇依據(jù)及本設(shè)計的主要特點。 ②主要參數(shù)的計算過程。

③設(shè)計任務(wù)書中要求的各項技術(shù)指標(biāo)的核算與評價。 ④設(shè)備調(diào)試要求與調(diào)試方法。 ⑤設(shè)備使用、維護(hù)要求及注意事項。

3.3.4設(shè)計實例 現(xiàn)以CW6163型普通車床為例說明電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容。

設(shè)計要求如下： 該車床屬于普通的小型車床，可完成工件最大車削直徑為630

mm，工件最大長度為1

500

mm。

主軸的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動由兩組機(jī)械式摩擦片離合器控制，主軸的制動采用液壓制動器，進(jìn)給運(yùn)動的縱向左右運(yùn)動、橫向前后運(yùn)動及快速移動均由一個手柄操作控制。

要求配3臺電動機(jī)，1臺為主軸電動機(jī)，1臺為刀架快速移動電動機(jī)，1臺為冷卻泵電動機(jī)，且主軸電動機(jī)能進(jìn)行兩地控制；機(jī)床要求有必要的保護(hù)措施、局部照明和工作狀態(tài)指示。

1．機(jī)床傳動的總體方案

機(jī)床控制系統(tǒng)的總體方案如下。

①主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動由電動機(jī)M1控制（型號Y160M-4，11

kW，380

V，22.6

A，1

480

r/min）。

②主軸的制動采用液壓制動器完成。

③冷卻泵由電動機(jī)M2拖動（JCB-22,0.125

kW,0.43

A,2

790

r/min）。

④刀架快速移動由單獨的快速電動機(jī)M3拖動（Y90S-4,1.1

kW,2.7

A,1

400

r/min）。

⑤進(jìn)給運(yùn)動的縱向左右運(yùn)動、橫向前后運(yùn)動以及快速移動集中由一個手柄操縱。

2．電氣控制原理圖的設(shè)計（1）主電路設(shè)計 如圖3-15所示。

圖3-15CW6163車床電氣原理圖

（2）控制電路設(shè)計 如圖3-15所示。 綜合以上因素，可以繪出機(jī)床的電氣控制原理圖，如圖3-15所示。

3．電氣元件的選擇（1）電源開關(guān)（QF）的選擇 根據(jù)QF的作用，QF的選擇應(yīng)考慮電動機(jī)M1～M3的額定電流，QF的額定電流≥1.3Ijs＝1.3×（22.6＋0.43＋2.7）≈33.4A，同時考慮到M2、M3雖為滿載啟動，但功率較小，M1雖功率較大，但為輕載啟動。

所以，QF可選DZL25－100/3N90140A30

mA型的漏電斷路器，即額定電流為40

A，漏電動作電流為30

mA。

（2）熱繼電器（FR）的選擇 根據(jù)電動機(jī)的額定電流進(jìn)行熱繼電器的選擇。FR1選用JRO-40型熱繼電器，熱元件額定電流為25

A，過載動作電流整定在22.6

A。

FR2選用JRO-40型熱繼電器，熱元件額定電流為0.64

A，過載動作電流整定在0.43

A。

（3）接觸器的選擇（4）中間繼電器的選擇（5）熔斷器的選擇（6）按鈕的選擇（7）照明及指示燈的選擇（8）控制變壓器的選擇

通過上述選擇，可列出CW6163型車床的電器元件明細(xì)表，如表3-1所示。

表3-1 CW6163型車床的電器元件明細(xì)表符號名稱型號規(guī)格數(shù)量Ml三相異步電動機(jī)Y160M-411

kW，380

V，22.6

A，1

480

r/min1M2冷卻泵電動機(jī)JCB-220.125

kW，0.43

A，2

790

r/min1M3三相異步電動機(jī)Y90S-41.1

kW，2.7

A，1

400

r/minlQF低壓斷路器DZL25-1003極，500

V，40

A1KM交流接觸器CJ10-4040

A．線圈電壓110

VlKA1，KA2交流中間繼電器JZ7-445

A，線圈電壓110

V2FR1熱繼電器JRO-40熱元件額定電流25

A，整定電流22.6

A1FR2熱繼電器JRO-40熱元件額定電流0.64

A，整定電流0.43

A1FU1熔斷器RL1-15500

V，熔體10

A3續(xù)表符號名稱型號規(guī)格數(shù)量FU2，F(xiàn)U3熔斷器RC1-15500

V，熔體2

A2TC控制變壓器BK-100100

VA，380

V/110/36/6.31SB3，SB4，SB6控制按鈕LA-185

A，綠色3SB1，SB2，SB5控制按鈕LA-185

A，紅色3SB7控制按鈕LA-185

A，綠色1HL1,HL2指示燈ZSD-06.3

V，綠色1，紅色l2EL，S照明燈及燈開關(guān)36

V，40

W1PA交流電流表直接接入0～50A1

4．布置圖的繪制 5．接線圖的繪制

電器元件的布置圖繪好后，再依據(jù)電氣安裝接線圖的繪制原則及相應(yīng)注意事項，可以繪出電氣安裝接線圖，如圖3-17所示，管內(nèi)敷線明細(xì)表如表3-2所示。

圖3-16CW6163型車床電氣布置圖

圖3-17CW6163車床電氣安裝接線圖

6．控制柜的安裝配線（1）制作安裝底板（2）選配導(dǎo)線（3）規(guī)劃安裝線和彎電線管（4）安裝電器元件（5）電器元件的編號（6）接線

7．電氣控制柜的調(diào)試 電氣控制柜經(jīng)安裝配線后，應(yīng)對照原理圖、接線圖進(jìn)行認(rèn)真檢查，檢查無誤后，方可進(jìn)行通車試車。

（1）空操作試車（2）空載試車（3）帶負(fù)荷試車3.4電氣控制系統(tǒng)檢修

常見的電氣故障有：斷路性故障、短路性故障、接地故障等。

電氣設(shè)備的故障檢修包括檢測和修理，檢測主要是判斷故障產(chǎn)生的確切部位，修理則是對故障部分進(jìn)行修復(fù)。

3.4.1檢修工具 電氣控制線路的故障檢修范圍包括電動機(jī)、電器元件及電氣線路等。

電氣線路檢修時常用的工具有：試電筆、試燈、電池?zé)?、萬用表、兆歐表等。

1．試電筆 2．試燈 3．電池?zé)?4．萬用表 5．兆歐表

3.4.2檢修步驟 1．故障調(diào)查 在檢修前，應(yīng)通過“問、嗅、看、聽、摸”來了解故障前后的操作情況和故障發(fā)生后出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，以便根據(jù)故障現(xiàn)象迅速地判斷出故障發(fā)生的部位，進(jìn)而準(zhǔn)確地排除故障。

①問：就是向操作者詳細(xì)了解故障發(fā)生的前后情況。

②嗅：就是要注意電動機(jī)和電器元件運(yùn)行中是否有異味出現(xiàn)。

③看：就是觀察電動機(jī)運(yùn)行中有否異常現(xiàn)象（如電動機(jī)是否抖動、冒煙、接線處打火等）。

④聽：就是要注意傾聽電動機(jī)、變壓器和電器元件運(yùn)行時的聲音是否正常，以便幫助尋找故障部位。

⑤摸：就是在確保安全的前提下，用手摸測電動機(jī)或電器外殼的溫度是否正常，溫度過高就是電動機(jī)或電器繞組燒損的前兆。

“問、嗅、看、聽、摸”是尋找故障的第一步，有些故障還應(yīng)作進(jìn)一步檢查。

2．電路分析 分析電路時，通常先從主電路入手，了解工業(yè)機(jī)械各運(yùn)動部件和機(jī)構(gòu)采用了幾臺電動機(jī)，與每臺電動機(jī)相關(guān)的電器元件有那些，采用了何種控制，然后根據(jù)電動機(jī)主電路所用電器元件的文字符號、圖區(qū)號及控制要求，找到相應(yīng)的控制電路。

3．?dāng)嚯姍z查 檢查前先斷開機(jī)床總電源，然后根據(jù)電路分析的結(jié)果，即故障可能產(chǎn)生的部位，逐步找出故障點。

4．通電檢查 在外部檢查發(fā)現(xiàn)不了故障時，可對電氣線路作通電試驗檢查。

3.4.3檢修方法 一般的檢查和分析方法有通電檢查法、斷電檢查法等。

1．通電檢查法 檢修時合上電源開關(guān)通電，適當(dāng)配合一些按鈕等的操作，用試電筆、校燈、萬用表電壓擋、短接法等進(jìn)行檢修。

①試電筆檢修法。

圖3-18試電筆檢修斷路故障

②校燈檢修法。

圖3-19校燈檢修斷路故障

③電壓的分階測量法。

圖3-20電壓的分階測量法

④電壓的分段測量法。

圖3-21電壓的分段測量法

⑤短接法。 ⑥局部短接法。

圖3-22局部短接法

⑦長短接法。

圖3-23長短接法

2．?dāng)嚯姍z查法 斷電檢查法必須先切斷電源，并保證整個電路無電，然后用萬用表電阻擋、電池?zé)舻扰袛喙收宵c。

①電阻法。 ②分階測量法。

圖3-24電阻的分階測量法

③分段測量法。 ④用電阻法檢修短路故障。 ⑤電池?zé)魴z修法。

圖3-25電器間的短路故障

圖3-26電源間的短路故障

實訓(xùn)7車床、鉆床、鏜床的故障檢修 1．實訓(xùn)目的 2．實訓(xùn)器材 3．實訓(xùn)指導(dǎo)

（1）CA6140型車床電氣控制系統(tǒng)常見的故障分析（2）Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)常見的故障分析

表3-3 Z3040搖臂鉆床常見故障分析與處理故障現(xiàn)象造成原因處理方法搖臂不能上升（或下降）1．行程開關(guān)SQ2不動作或SQ2位置移動2．KM2線圈不吸合或電動機(jī)M2損壞3．系統(tǒng)發(fā)生故障（如液壓泵卡死、不轉(zhuǎn)、油路阻塞等），使搖臂不能松開，壓不上SQ24．鉆床新安裝或大修后，因為相序接反，按SB3上升按鈕，電動機(jī)M3反轉(zhuǎn)，使搖臂夾緊，壓不上SQ21．檢查SQ2及安裝位置，并予以修復(fù)2．檢查KM2及電動機(jī)M2，并予以修復(fù)3．檢查系統(tǒng)發(fā)生故障的原因，并予以修復(fù)4．檢查相序，并予以修復(fù)續(xù)表故障現(xiàn)象造成原因處理方法搖臂上升或下降到預(yù)定位置后，不能夾緊1．行程開關(guān)SQ3安裝位置不準(zhǔn)確或緊固螺釘松動造成SQ3過早動作2．活塞桿通過彈簧片壓不上SQ3，使KM5、YA不斷電釋放3．接觸器KM5、電磁鐵YA不動作，電動機(jī)M3不反轉(zhuǎn)1．調(diào)動SQ3的動作行程，并緊固好定位螺釘2．調(diào)動好活塞桿、彈簧片的位置3．檢查KM5和YA線路是否正常，電動機(jī)M3是否完好立柱、主軸箱不能夾緊（或松開）1．按鈕接線脫落、接觸器KM4或KM5接觸不良2．油路阻塞，接觸器KM4或KM5不能吸合1．檢查按鈕SB5、SB6、KM4或KM5是否良好2．檢查