电气控制原理图线路设计方法

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一、电气原理图设计的基本步骤
1.根据选定的拖动方案及控制方式设计系统的原理框图，拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。
2. 根据各部分的要求，设计出原理框图中各个部分的具体电路。对于每一部分的设计总是按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查，反复修改与完善的步骤进行。
3.绘制总原理图。按系统框图结构将各部分联成一个整体。
4.正确选用原理线路中每一个电器元件，并制订元器件目录清单。
对于比较简单的控制线路，例如普通机床的电气配套设计，可以省略前两步，直接进行原理图设计和选
用电器元件。但对于比较复杂的自动控制线路，例如专用的数控生产机械或者采用微机或电子控制的专用
检测与控制系统，要求有程序预选、刀具调整与补偿和一定的加工精度、生产效率、自动显示、各种保护、故障诊断、报警、打印记录等，就必须按上述过程一步一步进行设计。只有各个独立部分都达到技术要求，才能保证总体技术要求的实现，保证总装调试的顺利进行。
二、电气原理图的设计方法
电气原理图的设计方法主要有分析设计法和逻辑设计法两种，分别介绍如下。
1. 分析设计法
所谓分析设计法是根据生产工艺的要求去选择适当的基本控制环节（单元电路）或经过考验的成熟电路，按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修改，综合成满足控制要求的完整线路。当找不到现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计，将主令信号经过适当的组合与变换，在一定条件下得到执行元件所需要的工作信号。设计过程中，要随时增减元器件和改变触点的组合方式，以满足拖动系统的工作条件和控制要求，经过反复修改得到理想的控制线路。由于这种设计方法是以熟练掌握各种电气控制线路的基本环节和具备一定的阅读分析电气控制线路的经验为基础，所以又称为经验设计法。分析设计法的特点是无固定的设计程序，设计方法简单，容易为初学者所掌握，对于具有一定工作经验的电气人员来说，也能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用。其缺点是设计方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不周时会影响线路工作的可靠性。

2.逻辑设计法

逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来进行电路设计，即根据生产机械的拖动要求及工艺要求，将执行元件需要的工作信号以及主令电器的接通与断开状态看成逻辑变量，并根据控制要求将它们之间的关系用逻辑函数关系式来表达，然后再运用逻辑函数基本公式和运算规律进行简化，使之成为需要的与或关系式，根据最简式画出相应的电路结构图，最后再作进一步的检查和完善，即能获得需要的控制线路。采用逻辑设计法能获得理想、经济的方案，所用元件数量少，各元件能充分发挥作用，当给定条件变化时，能指出电路相应变化的内在规律，在设计复杂控制线路时，更能显示出它的优点。任何控制线路，控制对象与控制条件之间都可以用逻辑函数式来表示，所以逻辑法不仅能用于线路设计，也可以用于线路简化和读图分析。逻辑代数读图法的优点是各控制元件的关系能一目了然，不会读错和遗漏。

逻辑电路有两种基本类型，对应的设计方法也各有不同。
（1）组合逻辑电路 其特点是执行元件的输出状态只与同一时刻控制元件的状态有关，输入、输出呈单方向关系，即输出量对输入量无影响。它的设计方法比较简单，可以作为经验设计法的辅助和补充，用于简单控制电路的设计，或对某些局部电路进行简化，进一步节省并合理使用电器元件与触点。

（2）时序逻辑电路 其特点是输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，而且还与输出量的原有状态及其组合顺序有关，即输出量通过反馈作用，对输入状态产生影响。这种逻辑电路设计要设置中间记忆元件（如中间继电器等），记忆输入信号的变化，以达到各程序两两区分的目的。

三、原理图设计中应注意的问题
电气控制设计中应重视设计、使用和维护人员在长期实践中总结出来的许多经验，使设计线路简单、正确、安全、可靠、结构合理、使用维护方便。通常应注意以下问题。
1.选择控制电源
尽量减少控制线路中电源的种类，控制电源用量，控制电压等级应符合标准等级。在控制线路比较简单的情况下，可直接采用电网电压，即交流220V、380V供电，以省去控制变压器。当控制系统使用电器数量比较多时，应采用控制变压器降低控制电压，或用直流低电压控制，既节省安装空间，又便于采用晶体管无触点器件，具有动作平稳可靠、检修操作安全等优点。对于微机控制系统应注意弱电控制与强电电源之间的离，不能共用零线，避免引起电源干扰。照明、显示及报警等电路应采用安全电压。

2.选择电器元件

尽量减少电器元件的品种、规格与数量。在电器元件选用中，尽可能选用性能优良、价格便宜的新型器件，同一用途尽可能选用相同型号。电气控制系统的先进性总是与电器元件的不断发展、更新紧密联系在一起的，因此，设计人员必须密切关注电机、电器技术、电子技术的新发展，不断收集新产品资料，以便及时应用于控制系统设计中，使控制线路在技术指标、稳定性、可靠性等方面得到进一步的提高。

3.减少通电电器的数量
正常工作过程中，尽可能减少通电电器的数量，以利节能，延长电器元件寿命以及减少故障。
4. 合理使用电器触点
在复杂的继电接触控制线路中，各类接触器、继电器数量较多，使用的触点也多，线路设计应注意以下问
题。
（1）主副触点的使用量不能超过限定对数，因为各类接触器、继电器的主副触点数量是一定的。设计时应注意尽可能减少触点使用数量.以采用逻辑设计化简方法，改变触点的组合方式，以减少触点使用数量，或增加中间继电器来解决。

（2）检查触点容量是否满足控制要求，避免因使用不当而出现触点烧坏、熔焊的故障，要合理安排接触器
主副触点的位置，避免用小容量继电器去切断大容量负载。总之，要计算触点断流容量是否满足被控制负载
的要求，还要考虑负载性质（阻性、容性、感性等），以保证触点工作寿命和可靠性。

5.正确连线
具体应注意以下几个方面。
（1）正确连接电器线圈 电压线圈通常不能串联使用，即使用两个同型号电压线圈也不能采用串联施加
额定电压之和的电压值，因为电器动作总有先后之差，可能由于动作过程中阻抗变化造成电压分配不均匀.
对于电感较大的电器线圈，例如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等则不宜与相同电压等级的接触器或中间继电器直接并联工作，否则在接通或断开电源时会造成后者的误动作。
（2）合理安排电器元件及触点位置 对一个串联回路，各电器元件或触点位置互换，并不影响其工作原理，但从实际连线上却影响到安全、节省导线等各方面的问题。
（3）注意避免出现寄生回路 在控制电路的动作过程中，如果出现不是由于误操作而产生的意外接通的电路，称为寄生回路。