電氣控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與檢修

第3章電氣控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)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(dòng)機(jī)和執(zhí)行電器的用途和控制等基本條件之后，才可對(duì)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(guò)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(lái)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(dòng)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(guò)“化整為零”的局部分析，逐步分析了每一個(gè)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(gè)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(gè)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(guò)對(duì)電路的邏輯表達(dá)式的運(yùn)算來(lái)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(shí)，電路狀態(tài)與邏輯函數(shù)式之間存在對(duì)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(lái)，通常對(duì)電器作出如下規(guī)定。

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

②觸頭閉合時(shí)，邏輯狀態(tài)為“1”； 觸頭斷開時(shí)，邏輯狀態(tài)為“0”； 線圈通電時(shí)為“1”狀態(tài)； 線圈斷電時(shí)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(lì)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(diǎn)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(guò)對(duì)邏輯函數(shù)的運(yùn)算，一般不會(huì)遺漏或看錯(cuò)電路的控制功能，而且為電氣線路的計(jì)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(diǎn)是：對(duì)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(diǎn)。

①能閱讀設(shè)備說(shuō)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(shuō)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(tái)電動(dòng)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(lái)，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(dòng)機(jī)M1完成主軸主運(yùn)動(dòng)和刀具的縱橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)為不調(diào)速的籠型異步電動(dòng)機(jī)，采用直接啟動(dòng)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(dòng)機(jī)M2加工時(shí)提供冷卻液，防止刀具和工件的溫升過(guò)高，采用直接啟動(dòng)方式和連續(xù)工作狀態(tài)。

③電動(dòng)機(jī)M3為刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)，可根據(jù)使用需要隨時(shí)手動(dòng)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(dòng)機(jī)M1的控制。 ②冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2的控制。 ③刀架快速移動(dòng)電動(dòng)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(tái)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(dòng)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(dòng)：主軸旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)及軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，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(dòng)；搖臂沿立柱的升降運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

2．鉆床的控制要求 鉆床的控制要求如下。

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

③搖臂升降電動(dòng)機(jī)和液壓泵電動(dòng)機(jī)均要求實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。 ④搖臂的移動(dòng)嚴(yán)格按照“搖臂松開→搖臂移動(dòng)→移動(dòng)到位搖臂夾緊”的程序動(dòng)作。

⑤鉆削加工時(shí)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(hào)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(dòng)機(jī)M1的控制。 ②搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2的控制。 搖臂升降的啟動(dòng)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(tái)、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(jiǎn)圖

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

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

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

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

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(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都有較大的調(diào)速范圍。

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

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

⑤主軸變速和進(jìn)給變速可在主電動(dòng)機(jī)停車或運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，應(yīng)有變速時(shí)的低速?zèng)_動(dòng)過(guò)程。

⑥主拖動(dòng)為雙速電動(dòng)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(dòng)。

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

⑧由于運(yùn)動(dòng)部件多，各種運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)M1的主電路。 ②快速移動(dòng)電動(dòng)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(diǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)M1的點(diǎn)動(dòng)控制。

圖3-7T68臥式鏜床電氣控制線路

③主軸電動(dòng)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(shí)，13區(qū)

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

⑦主軸電動(dòng)機(jī)M1的正轉(zhuǎn)停車制動(dòng)控制。 ⑧主電動(dòng)機(jī)M1的反轉(zhuǎn)停車制動(dòng)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(dòng)電動(dòng)機(jī)M2的控制電路。

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

（1）工廠現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(duì)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(shí)，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(xiàng)。

（2）機(jī)床電路實(shí)訓(xùn)裝置介紹，掌握機(jī)床電路實(shí)訓(xùn)裝置的使用 ①機(jī)床電路實(shí)訓(xùn)裝置如圖3-8所示。 ②機(jī)床電路實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)了8個(gè)經(jīng)典機(jī)床電路的實(shí)訓(xùn)掛箱，

圖3-8機(jī)床電路實(shí)訓(xùn)裝置

圖3-9T68型臥式鏜床實(shí)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(shí)訓(xùn)掛箱均可以進(jìn)行機(jī)床電路排故實(shí)訓(xùn)和PLC變頻器改造實(shí)訓(xùn)。

（3）T68型臥式鏜床的操作，掌握機(jī)床電路實(shí)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(jì) 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括電氣原理圖設(shè)計(jì)和電氣工藝設(shè)計(jì)兩部分。

電氣原理圖設(shè)計(jì)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(jì)；電氣工藝設(shè)計(jì)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(jì)。

3.3.1設(shè)計(jì)的原則、程序和內(nèi)容 1．設(shè)計(jì)的基本原則 在電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)電氣控制的要求，這是電氣控制設(shè)計(jì)的依據(jù)。

②在滿足控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、合理，控制系統(tǒng)力求操作簡(jiǎn)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(shí)，設(shè)備能力應(yīng)留有適當(dāng)余量，同時(shí)要考慮技術(shù)進(jìn)步和造型美觀。

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

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

③對(duì)自動(dòng)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(tái)布置、照明、信號(hào)指示、報(bào)警方式等。

⑥驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收方式。 ⑦其他要求。

（2）選擇拖動(dòng)方案（3）選擇電動(dòng)機(jī)（4）選擇控制方式（5）設(shè)計(jì)控制原理圖（6）設(shè)計(jì)施工圖（7）編寫說(shuō)明書

3．設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的電氣原理圖設(shè)計(jì)和電氣工藝設(shè)計(jì)，其基本任務(wù)是根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)和編制出設(shè)備制造和使用維修過(guò)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(gòu)件清單、材料消耗清單及設(shè)備說(shuō)明書等。

3.3.2電氣原理圖設(shè)計(jì) 1．設(shè)計(jì)的基本原則 在電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(hào)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(guò)實(shí)踐考驗(yàn)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(zhǎng)度。如圖3-12所示。

圖3-12壓縮連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度

⑤盡量減少電器元件的通電時(shí)間。如圖3-13所示。

圖3-13減少電器元件的通電時(shí)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(jì)上要注意以下幾點(diǎn)。

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(dòng)作才能接通另一個(gè)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(jì)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(lái)決定電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式是直接啟動(dòng)還是間接啟動(dòng)。

⑦在設(shè)計(jì)電氣控制電路時(shí)，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(guò)流、過(guò)載、失壓、弱磁、超速、極限保護(hù)等。

①短路保護(hù)。 ②過(guò)電流保護(hù)。 ③過(guò)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(jì)的基本步驟 在電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)中，通常要按以下步驟進(jìn)行。

①根據(jù)選定的拖動(dòng)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(gè)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(jì)的內(nèi)容 原理圖是整個(gè)設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)，是工藝設(shè)計(jì)和編寫其他技術(shù)資料的依據(jù)，其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括如下幾方面。

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

④設(shè)計(jì)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(jì)并繪制電氣控制原理圖，計(jì)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(jì)說(shuō)明書。

4．設(shè)計(jì)方法（1）分析設(shè)計(jì)法 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(lái)，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(jì)法的步驟如下。

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

②設(shè)計(jì)滿足各電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功能和與工作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的控制電路，以及與滿足執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)規(guī)定動(dòng)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(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)或半自動(dòng)化調(diào)整的控制電路。

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

（2）邏輯設(shè)計(jì)法 邏輯設(shè)計(jì)法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具來(lái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。利用該方法設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，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(cè)元件，并作出執(zhí)行元件動(dòng)作節(jié)拍表和檢測(cè)元件狀態(tài)表。

③根據(jù)檢測(cè)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(dòng)作邏輯函數(shù)式，并畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖。

⑤對(duì)按邏輯函數(shù)式畫出的控制電路進(jìn)行檢查、化簡(jiǎn)和完善。

邏輯設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是，能獲得理想、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案，但設(shè)計(jì)難度較大、設(shè)計(jì)過(guò)程較復(fù)雜，在一般常規(guī)設(shè)計(jì)中很少單獨(dú)使用。

3.3.3電氣工藝設(shè)計(jì) 電氣工藝設(shè)計(jì)必須在電氣原理圖設(shè)計(jì)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(jì)；然后再進(jìn)行各部分電氣裝配圖與接線圖的設(shè)計(jì)，列出各部分的元件目錄、進(jìn)出線號(hào)以及主要材料清單；最后編寫使用說(shuō)明書。其主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面。

1.總體配置設(shè)計(jì)總體配置設(shè)計(jì)是以電氣系統(tǒng)的總裝配圖與總接線圖的形式來(lái)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(jì)和協(xié)調(diào)各部分組成一個(gè)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(jì) 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(jì)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(diǎn)。 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(duì)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(lái)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(hào)及接線號(hào)。

④在接線圖中同一電器元件的各個(gè)部分(觸頭、線圈等)必須畫在一起。

⑤接線圖一律采用細(xì)實(shí)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(duì)于簡(jiǎn)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(duì)于復(fù)雜部件，元器件數(shù)量多，接線較復(fù)雜時(shí)，只要在各電器元件上標(biāo)出接線號(hào)，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(hào)、規(guī)格、截面積及顏色等，應(yīng)標(biāo)明所穿管子的型號(hào)、規(guī)格等，并標(biāo)明電源的引入點(diǎn)。

⑧部件的進(jìn)出線除大截面導(dǎo)線外，都應(yīng)經(jīng)過(guò)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(jì) 在電氣控制比較簡(jiǎn)單時(shí)，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(shí)，采用單獨(dú)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(jì)要考慮以下幾方面的問(wèn)題。 ①根據(jù)控制面板及箱內(nèi)各電氣部件的尺寸來(lái)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(jì)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(jì)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(jì)通風(fēng)孔或通風(fēng)槽。

⑥為利于電氣箱的搬動(dòng)，設(shè)計(jì)合適的起吊鉤、起吊孔、扶手架或箱體底部帶活動(dòng)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(jì)結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)各種圖紙，對(duì)設(shè)備需要的各種零件及材料進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)，列出外購(gòu)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(jì)說(shuō)明書及使用說(shuō)明書 設(shè)計(jì)說(shuō)明及使用說(shuō)明是設(shè)計(jì)審定及調(diào)試、使用、維護(hù)過(guò)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(dòng)方案選擇依據(jù)及本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。 ②主要參數(shù)的計(jì)算過(guò)程。

③設(shè)計(jì)任務(wù)書中要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的核算與評(píng)價(jià)。 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(xiàng)。

3.3.4設(shè)計(jì)實(shí)例 現(xiàn)以CW6163型普通車床為例說(shuō)明電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

設(shè)計(jì)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(zhǎng)度為1

500

mm。

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

要求配3臺(tái)電動(dòng)機(jī)，1臺(tái)為主軸電動(dòng)機(jī)，1臺(tái)為刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)，1臺(tái)為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，且主軸電動(dòng)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(dòng)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(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)M1控制（型號(hào)Y160M-4，11

kW，380

V，22.6

A，1

480

r/min）。

②主軸的制動(dòng)采用液壓制動(dòng)器完成。

③冷卻泵由電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)（JCB-22,0.125

kW,0.43

A,2

790

r/min）。

④刀架快速移動(dòng)由單獨(dú)的快速電動(dòng)機(jī)M3拖動(dòng)（Y90S-4,1.1

kW,2.7

A,1

400

r/min）。

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

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

圖3-15CW6163車床電氣原理圖

（2）控制電路設(shè)計(jì) 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(dòng)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(shí)考慮到M2、M3雖為滿載啟動(dòng)，但功率較小，M1雖功率較大，但為輕載啟動(dòng)。

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(dòng)作電流為30

mA。

（2）熱繼電器（FR）的選擇 根據(jù)電動(dòng)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(guò)載動(dòng)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(guò)載動(dòng)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(guò)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(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量Ml三相異步電動(dòng)機(jī)Y160M-411

kW，380

V，22.6

A，1

480

r/min1M2冷卻泵電動(dòng)機(jī)JCB-220.125

kW，0.43

A，2

790

r/min1M3三相異步電動(dòng)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(hào)名稱型號(hào)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(xiàng)，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(hào)（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(duì)照原理圖、接線圖進(jìn)行認(rèn)真檢查，檢查無(wú)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(cè)和修理，檢測(cè)主要是判斷故障產(chǎn)生的確切部位，修理則是對(duì)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(dòng)機(jī)、電器元件及電氣線路等。

電氣線路檢修時(shí)常用的工具有：試電筆、試燈、電池?zé)?、萬(wàn)用表、兆歐表等。

1．試電筆 2．試燈 3．電池?zé)?4．萬(wàn)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(guò)“問(wèn)、嗅、看、聽、摸”來(lái)了解故障前后的操作情況和故障發(fā)生后出現(xiàn)的異常現(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(wèn)：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(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行中有否異?，F(xiàn)象（如電動(dòng)機(jī)是否抖動(dòng)、冒煙、接線處打火等）。

④聽：就是要注意傾聽電動(dòng)機(jī)、變壓器和電器元件運(yùn)行時(shí)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(cè)電動(dòng)機(jī)或電器外殼的溫度是否正常，溫度過(guò)高就是電動(dòng)機(jī)或電器繞組燒損的前兆。

“問(wèn)、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(shí)，通常先從主電路入手，了解工業(yè)機(jī)械各運(yùn)動(dòng)部件和機(jī)構(gòu)采用了幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)，與每臺(tái)電動(dòng)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(dòng)機(jī)主電路所用電器元件的文字符號(hào)、圖區(qū)號(hào)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(diǎn)。

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