电气控制线路设计基础 12页

教案第六章电气控制线路设计基础第一节电气控制线路的设计要求和方法随着高层建筑和智能化楼宇的增多，电气控制设备越来越多，各类控制线路广泛应用在各种自动化领域中。因此、作为电气工程技术人员，需要掌握一定的电气控制线路设计知识，懂得电气设计基本原则、基本内容和基本方法。本章主要介绍继电控制线路的经验设计方法，对逻辑代数设计方法仅做简单介绍。一、电气设计的基本原则１、电气控制线路要最大限度满足生产设备、生产工艺的要求。２、在满足要求的前提下尽量简化线路。３、尽量选用标准、广泛采用并经过长期使用的控制环节，同时要注意触点的等电位布置。４、合理选用元器件。图6－１至6－6列举了几种设计中应注意联接方式。图6－１减少引出线的联接图6－２合并同类触点 图6－３　减少通电电器图6－4　触点等电位布置图6－５　避免寄生回路图6－６　避免多触点依次串接二、电气设计的基本内容 电气设计的基本内容主要包括以下几个方面：１、电力拖动方案的制定。２、电气控制方式的选择。３、工艺设计。４、图纸绘制。５、编制使用维修说明书。三、电气设计的基本方法1、拖动方案的制定2、控制线路的设计第二节分析设计法分析设计法又称为经验设计法，设计方案要通过分析、比较和筛选，有时还需要进行试验验证才能确定出最佳方案。由于经验设计方法简单、快捷，在实际工作中普遍运用。下面通过皮带运输机的实例介绍经验设计方法。在建筑施工企业的沙石料场，普遍使用皮带运输机对沙和石料进行传送转运，图6－７是两级皮带运输机示意图，M1是第一级电动机，M2是第二级电动机。基本工作特点是：１、两台电动机都存在重载起动的可能；２、任何一级传送带停止工作时，其它传送带都必须停止工作；３、控制线路有必要的保护环节；４、有故障报警装置。　图6－７　皮带运输机示意图（一）主线路设计：电动机采用三相鼠笼式异步电动机，接触器控制起动、停止，线路应有短路、过载、缺相、欠压保护，两台电动机控制方式一样。基本线路见图６－８。线路中采用了自动空气开关、熔断器、热继电器，可满足上述保护需要。 　　　图6－８　皮带运输机主电路（二）控制线路设计：直接起动动基本线路如图６－９所示，为操作方便，线路中设计了总停按钮SB5。图６－９　皮带运输机控制线路考虑到皮带运输机随时都有重载起动可能，为了防止在起动时热继电器动作，有两个办法解决，第一是把热继电器的整定电流调大，使之在起动时不动作，但这样必然降低了过载保护的可靠性；第二是起动时将热继电器的发热元件短接，起动结束后再将其接入，这就需要用时间继电器继电器控制。如图６－１０所示，主电路见图６－１１。 　　图６－１０　皮带运输机控制线路图6－１１　皮带运输机主线路若遇故障，某级传送带停转，要求各级传送带都应停止工作，控制线路应能做到自动停车，同时发出相应警示。在发生故障停车时，皮带会因沙石自重而下沉，可以在皮带下方恰当位置安装限位开关SQ1(SQ2)，由它来完成停车控制和报警。控制线路见图６－１２，主电路见图６－１３。 图６－１２　皮带运输机控制线路图６－１３　皮带运输机主线路如遇临时停电，由于有了SQ1、SQ2的保护作用，线路将无法再起动，因此SQ1、SQ2只能在电动机完成起动后才能投入，为此增加了时间继电器KT，见图４－１４，利用常闭（延时断开）触点短接SQ1、SQ2 ，保证线路能顺利进行重载起动，起动结束后传送带正常运行，在时间继电器触点延时断开之前，SQ1SQ2常闭触点已复位，线路正常工作。图６－１４　皮带运输机控制线路（三）设计线路的复验：设计最后完成主线路图６－１３和控制线路６－１４，根据四项设计要求逐一验证。１、线路中采用了自动空气开关、熔断器、热继电器，可满足线路保护需要。２、两台电动机重载起动措施。３、任何一级皮带输送机出现故障停止工作时，传送带受重下沉使SQ1(SQ2)动作，KM失电，主电路和控制线路同时断电。４、故障指示灯HL1、HL2显示相应传送带故障。第三节逻辑设计法逻辑代数设计法是根据生产工艺的要求，把电器元件的动作状态视为逻辑变量，通过逻辑运算找出最简单的逻辑表达式，画出相应的控制线路，使线路使用的元件最少，逻辑代数设计法用于复杂控制线路的设计时具有明显的优势，当然这种设计的难度也比较大。 １、逻辑代数的基本性质基本定律0+A=A0•A=01+A=11·A=AA+A=1A•A=0A+A=AA•A=AA=A交换率A•B=B•AA+B=B+A结合率(A+B)+C=A+(B+C)(A•B)•C=A•(B•C)分配率A(B+C)=AB+AC(A+B)(A+C)=A+BC吸收率A+AB=AA(A+B)=AA+AB=A+BA(A+B)=AB摩根定律A+B+C=A•B•CA•B•C=A+B+C２、继电器线路的逻辑函数在控制线路中，可以把线圈的通电与断电，触点的闭合与断开看成逻辑变量，规定如下：逻辑“１”——　接触器、继电器线圈通电（吸合）状态；逻辑“０”——　接触器、继电器线圈失电（释放）状态。逻辑“１”——接触器、继电器、开关、按钮的触点闭合状态；逻辑“０”——接触器、继电器、开关、按钮的触点断开状态。触点状态的逻辑变量——逻辑输入变量受控元件的逻辑变量——逻辑输出变量元件的线圈和触点用同一符号表示（触点用斜体），常开触点用原状态，常闭触点用非状态。逻辑运算关系对应的线路触点形式：逻辑“与”——触点串联，用符号“•”表示，线路见图６－１５，逻辑表达式为：　　　　　　　　　　　　KM=KA1•KA2　　　　　　　　　图６—１５　逻辑“与”线路真值表见表６－１，由真值表可知：只有当KA1＝1KA2＝1时,KM＝1。线路的状态与逻辑表达式一致。 逻辑“与”真值表　表６－１KA1KA2KM000100010111逻辑“或”——触点并联，用符号“＋”表示，线路见图６－１６，逻辑表达式为：　　　　　　　　　　　　　KM=KA1＋KA2真值表见表６－２，由真值表可知逻辑运算规律：０＋０＝０　１＋０＝１　０＋１＝１　１＋１＝１线路的状态与逻辑表达式一致。图４—１６　逻辑“或”线路逻辑“或”真值表　表６－２KA1KA2KM00010１0１１111逻辑“非”，逻辑非表示相反，既A＝１，A＝０；反之　A＝０，A＝１。在控制线路中用A表示继电器的常开触点，用A继电器的常闭触点，逻辑“非”线路见图６－１７，逻辑表达式为：　　　　　　　　　　　　　　KM＝KA•KA2真值表见表６－２，由真值表可知逻辑运算规律：１·０＝０　　０·０＝０　　０·１＝０　　１·１＝１线路的状态与逻辑表达式一致。图６－１７逻辑“非”线路 逻辑“非”真值表　表６－３KAKA2KM1000000１0111由此可见、一切控制线路都可以用逻辑式来表示，例如图６－１８所示的电动机正转线路的逻辑表达式为：KM1＝FR1·SB2·(SB1＋KM1)·KM2图６—１８　电动机正转控制线路逻辑表达式可以根据逻辑代数的进行简化，求出最简式，得到最简单的线路。例如在图６－１９的线路中，可通过逻辑代数进行简化，线路的逻辑表达式为：KM＝KA1·KA3＋KA1·KA2＋KA1·KA3＝KA1(KA3＋KA3)＋KA1·KA2＝KA1＋KA1·KA2＝KA1＋KA2　　根据结论可画出简化线路。　　图６－１９　逻辑代数简化的线路3、逻辑代数法进行线路设计基本步骤根据生产工艺列出工作流程图——列出元件动作状态表——写出执行元件的逻辑表达式——根据逻辑表达式绘制控制线路图——完善并校验线路。 逻辑代数法掌握起来较难，适用于复杂控制线路的设计，对于一般的控制线路，经验设计法更为方便迅捷。本　章　小　结本章介绍了电气控制线路设计的基本知识，讲述了电气控制线路的设计原则、设计内容，并对分析（经验）设计法和逻辑设计方法分别进行了讲解。经验设计法方便迅捷，适用于一般控制线路的设计，在实际工作中经常使用，本章通过实例对经验设计法做了详细介绍，作为电气工程技术人员，应该较熟练的掌握此方法。对逻辑代数设计法只做了简单介绍。作　业１、在例题皮带运输机控制线路设计中，图６－１２存在以下不足，既当出现故障停车时，所有传送带都将受砂石料自重下沉，限位开关都将动作，指示灯全亮，无法判断究竟是那一台传输机出现了故障，请根据这一问题对控制线路加以改进。