继电接触器系列电控设计PPT教学课件（内容丰富） .ppt

第3章 继电接触器系列电控设计,第3章 继电接触器系列电控设计,3.1 继电接触器系列电控设计综述 3.2 设计实例：3.536 m冷却机电控系统,3.1 继电接触器系列电控设计综述,3.1.1 继电接触器系列电控设计的基本内容 生产设备的电气控制系统设计是生产设备设计的重要组成部分，生产设备的电气控制系统设计应满足生产设备的总体技术方案。电气控制系统的设计涉及的内容很广泛，在这一节里将概括地介绍一下电气控制系统设计的基本内容，重点阐述继电接触器控制电路设计的一般规律及设计方法。,1电气控制系统设计的一般内容 生产设备的电气控制系统设计与生产设备的机械结构设计是分不开的，而现代生产设备的结构以及使用效能与电气自动控制的程度又是密切相关的。对机械设计人员来说，也需要对电气控制系统设计有一定的了解。反之，电气设计人员也应对工艺、机械、液压等技术有所了解。一项设计的成功往往是各方人员共同劳动、分工合作和协同攻关的结果。(1)满足生产设备的主要技术性能，即机械传动、液压和气动系统的工作特性，以及对电气控制系统的要求，这是生产设备的电气控制系统设计的主要依据之一。,(2)生产设备的电气传动方案，要依据生产设备的结构、传动方式、调速指标以及对电气制动和正反向转动要求等来确定。生产设备的主运动或辅助运动都有一定调速范围的要求。要求不同，则采取的调速传动方案就不同，调速性能的好坏与调速方式密切相关。例如，中小型机床一般采用单独或双速笼型异步电动机，通过变速箱传动；对传动功率较大、主轴转速较低的机床，为了降低成本，简化变速机构，可选用转速较低的异步电动机；对调速范围、调速精度、调速的平滑性要求较高的机床，可考虑采用直流调速系统，满足无级调速和自动调速的要求。随着交流调速技术的发展，交流变频调速装置得到了广泛的应用。,(3)生产设备所使用的电动机的调速性质应与生产设备的负载特性相适应。调速性质是指转矩、功率与转速的关系。设计任何一个生产设备的电力拖动系统都离不开对负载和系统调速性质的研究，它是选择拖动和控制方案及确定电动机容量的前提。电动机的调速性质必须与生产设备的负载特性相适应。例如，机床的切削运动(主运动)需要恒功率传动，而进给运动则需要恒转矩传动。双速异步电动机定子绕组由三角形改成星形连接时，转速由低速升高速，功率增加很小，因此适用于恒功率传动。对于定子绕阻为星形低速运转的双速电动机，或定子绕阻为双星形连接高速运转的双速电动机，转速改变时，电动机所输出的转矩保持不变，因此适用于恒转矩调速。他励直流电动机改变电压的调速方法属于恒转矩调速；改变励磁的调速方法属于恒功率调速。,(4)正确合理地选择电气控制方式是生产设备电气控制系统设计的主要内容。电气控制方式应能保证生产设备的使用效能和动作程序、自动循环等基本动作要求。现代生产设备的控制方式与生产设备的结构密切相关。由于近代电子技术和计算机技术已深入到电气控制系统的各个领域，各种新型控制系统不断出现，它不仅关系到生产设备技术与使用性能，而且也深刻地影响着生产设备的机械结构和总体方案。因此，电气控制方式应根据生产设备的总体技术要求来拟定。(5)明确有关操纵方面的要求，如操纵台的设置、测量显示、故障自诊断和保护措施的要求等。,(6)设计应考虑用户供电网的要求，如电网容量、电流种类、电压及频率。电气控制系统设计的技术条件是由生产设备设计的有关人员和电气设计人员共同拟定的。根据设计任务书中拟定的电气控制系统设计的技术条件，就可以进行设计。实际上，电气控制系统设计就是把上述的技术条件明确下来并付诸实施。,2继电接触器系列电控设计的基本内容 继电接触器系列电控设计的基本内容是根据生产机械的控制要求，设计和完成电控装置在制造、使用和维护过程中所需要的图样和资料。这些工作主要反映在电气原理和工艺设计中，具体来说需完成下列设计项目：(1)拟定电气设计技术任务书。(2)提出电气控制原理性方案及总体框图。包括电控装置设计预期达到的主要技术指标，各种设计方案技术性能比较及实施可能性。(3)编写系统参数计算书。,(4)绘制电气原理图(总图和分图)。(5)选择整个系统的电气元件，提供专用元件的技术指标并给出元器件明细表。(6)绘制电控装置总装、部件、组件、单元装备图(元器件布置安装图)和接线图。(7)标准构件的选用与非标准构件的设计(包括电控箱、柜结构与尺寸、散热器、导线、支架等)。(8)绘制装置布置图、出线端子图和设备连接图。(9)编写操作使用、维护说明书。,3.1.2 典型生产机械的工艺要求及电气传动系统方案选择 1风机和泵类 长期工作制、平稳负载。风机和泵类负载这类机械起动不困难，运行稳定，一般不调速。在设计时，一种方法是按生产中可能需要的最大风量和流量并留有较大的裕量选用风机和泵，但在实际运行时，电机不能调速，只好利用挡板调节风量和流量，能量利用率很低。另一种方法是为了取得最佳经济运行效果，采用交流调速，如串级调速或变频调速，通过改变速度控制风量，以实现节能。,2球磨机和磨类 长期工作制，平稳及恒转矩负载。这类机械不要求调速，但起动困难。另一特点是转速低，通常带有庞大的减速机，造价高，磨损严重。其电气传动方案是母线供电，继电接触器控制或PLC控制。3简单调速类 长期工作制。这类机械生产中不调速，但在不同的产品品种和不同规模时要求不同的速度。例如不可逆轧机，它对调速精度和加减速时间无严格要求，调速范围不大，其电气传动方案是采用直流不可逆调速或交直交PWM变频等交流调速系统。,4稳速类 长期工作制、平稳负载。要求在各种扰动下以一定的稳速精度长期运行，例如风洞、橡胶压延机等，这类机械不强调动态指标和调速范围。其电气传动方案是采用直流不可逆调速或交直交PWM变频交流调速系统(适宜于小功率设备)和交交变频(适宜于大功率设备)。,5多单元速度协调类 这类机械由多个单元组成，它们通过被加工的工件(如造纸机通过纸，连轧机通过钢材)连成一个整体，各部分之间的速度必须维持一定的比例关系。这类机械要求抗干扰能力强，以免破坏各部分之间的速度协调。当速度给定值变化时，实际速度应尽快跟上给定的变化。多单元速度协调类机械和稳速机械的工艺要求相似，都要求速度稳定，但多单元速度协调类机械更强调动态指标。其电气传动方案有：,(1)单象限或要求较小制动力矩的四象限运行，采用直流不可逆或不对称可逆调速。(2)若单电枢直流电机GD2过大，不能满足系统动态要求，需用双电枢或三电枢时，采用交流调速比直流调速合理。(3)由于这类机械对调速的动态性能指标要求高，因此在各类交流调速系统中必须采用矢量控制技术。,6宽调速类 这类机械要求从高速到低速有宽的调速范围(1001000 r/min以上)，在最低速时仍平稳运行且保持一定的转速变化率，例如机床进给机构。其电气传动方案有：(1)一般宽调速类机械功率不大，四象限运行时GTR交直交PWM调速与直流调速成本相差不大。(2)在直流调速中GTR的PWM控制比常用的晶闸管相控效果好。(3)在各类交流调速系统中必须采用矢量控制技术。(4)在较低速下稳定运行时，常用锁相技术。,7快速正反转类 某些机械，如可逆轧机主副传动、龙门刨床等，工作时频繁起制动、加减速、正反转，其生产效率在很大程度上取决于电气传动系统的快速性，属于重复短期工作制，要求起动、制动、反转过程尽可能短，以满足高生产率和频繁操作的要求。要求能在较大范围内调速，以满足爬行和小行程时低速运转的需要，但对转速变化率要求不高。其电气传动方案有：(1)四象限运行，目前仍以直流传动为主。(2)若受GD2或电机极限功率的限制，单电枢直流电机不能满足要求时，可采用交流变频调速方案。(3)在各类交流调速系统中必须采用矢量控制技术。,8随动(伺服)类 要求机械的位置(或转角)和速度紧紧地跟随给定量(随机的时间函数)的变化，例如，火炮的自动瞄准、雷达天线跟踪、数控机床刀具和工作台的定位等，对电气传动的基本要求是快速响应，精确跟随(位置、速度和加速度误差小)。其电气传动方案有：(1)一般功率不大，四象限运行，无论直流调速系统还是交直交变频调速装置均需要两套变流器。(2)常用的方案有GTR PWM变频加永磁同步电机或GTR PWM 变频加三相异步电动机和晶闸管整流加直流电动机。,9提升机械类 提升机械是具有位势负载的生产机械，如电梯、卷扬机和起重设备等。其特点是下放重载时，储存于负载中的位能被释放出来变成动能，负载拖着机械和电机转动，电机转矩方向和转速方向相反。一般要求：(1)能在较大范围内调速(1020以下)，以满足爬行和准确停车的需要，对转速要求不高。(2)对速度变化率有限制，为确保按给定速度图运行，须有良好的速度跟随性能。(3)零负载工作。当平衡重转矩等于负载转矩时，电机转矩在零附近摆动，一段时间工作在电动状态，一段时间工作在再生状态，过渡必须平滑、可靠。,其电气传动方案有：(1)一般是四象限运行，直流调速系统及交直交变频调速装置均需要两套变流器。(2)低速中小卷扬机以绕线转子异步电动机驱动为主，靠电器切换转子回路电阻起动。(3)高速电梯及大功率卷扬机，以直流调速为主。某些大型卷扬机采用磁场可逆方案。,(4)在电梯传动中出现了以交流调速取代直流调速的趋势，常用的方案有两种，一种是定子调压、软特性异步电动机方案，另一种是GTR PWM 变频调速方案。前者简单，性能较差，后者较复杂，有矢量控制，性能好。(5)起重设备以电器控制、交流电动机驱动为主，为改善传动性能，目前许多设备改用定子调压调速和变频调速。,10张力控制类 在许多带材(金属带、布带、纸带)和线材(铜线、钢线、铝线)生产线中，有各种卷取器和开卷机，为使带(线)材卷得紧而齐，以及改变产品质量，均要求卷取机(开卷机)和压延机(或张力辊)之间维持张力恒定。这类机械的特点是位势类负载，在卷取时，张力矩是阻力矩，电机拖带线材建立张力；开卷时，张力拖电机和机械移动，电机转矩方向和转速方向相反。卷取机的控制目标是转矩，而不是速度，电气传动系统工作于机械特性的下垂段，即软特性区(堵转区)。其电气传动方案有：(1)大多采用不可逆或不对称可逆整流的直流调速。(2)小功率或中小功率设备也可用交流调速。方案有：滑差离合器调速和交直交PWM变频调速。前者简单，性能差，耗能高；后者较复杂，性能好。高性能的张力控制系统需采用矢量控制。,11高速类 某些机械工作转速特别高(3000 r/min以上)，不宜用升速齿轮，要求采用高速电机直接驱动。其电气传动方案有：(1)由于高速直流电机制造困难，该类设备无一例外地采用变频交流调速。(2)大功率用无换向器电机，中小功率用交直交PWM变频器。,3.1.3 常用电动机性能指标及应用范围 电动机是电力拖动必不可少的设备，也是电气控制系统控制的主要目标。了解其性能指标是设计的前提条件。常用电动机型号、结构性能及应用范围见表3-1。,表3-1 常用电动机性能及应用范围,表3-1 常用电动机性能及应用范围,表3-1 常用电动机性能及应用范围,3.1.4 电动机的起动、制动及控制 1电动机的起动 笼型异步电动机的起动一般分为直接起动和降压起动。一般中小型机床的主电机采用接触器直接起动。降压起动只适用于对起动转矩要求不高或空载、轻载下起动的设备。常用的降压起动方式有Y-(降压起动、串电阻降压起动和自耦变压器降压起动。绕线转子异步电动机一般采用电阻分级起动或频敏变阻器起动两种方式。前者起动转矩大但控制较复杂，且起动电阻体积大，维修麻烦；而后者具有恒转矩的起、制动特性，又是静止元件，很少维修，除了有低速要求的传动装置或初始起动转矩很大的传动装置外，绕线转子异步电动机大多采用频敏变阻器起动。,同步电动机起动时对电网电压波动影响很大，应先进行核算。当电网容量足够大且允许直接起动时，应尽量采用直接起动；只有在电网和电动机本身结构不允许直接起动时，才考虑采用电抗器或自耦变压器减压起动。直流串励电动机起动时大多采用电阻分级起动。,2电动机的制动 许多由电动机驱动的机械设备需要能迅速停车和准确定位，即要求对电动机进行制动，强迫其立即停车。制动停车的方式有两大类：机械制动和电气制动。机械制动是采用机械抱闸的方式由手动或电磁铁驱动机械抱闸机构实现制动，常用的机械制动器有电磁制动器、电动液压制动器、带式制动器和圆盘式制动器。电气制动是在电动机上产生一个与原转子转动方向相反的制动转矩，迫使电动机迅速停车。常用的电气制动方法是能耗制动、反接制动、回馈制动三种。,能耗制动适用于经常起动、频繁逆转并要求迅速准确停车的机械，如轧钢车间的升降台。直流并励电动机一般采用能耗制动。同步电动机和大容量笼型电动机因反接制动冲击电流太大，功率因数低，也多采用能耗制动。交流高压绕线转子电动机为防止滑环上感应高压，宜采用能耗制动。反接制动因其阻抗可随频率的变化而变化，能自动地限制反接制动电流，因此它更适用于经常反接的系统，能获得平滑的正反向运转。回馈制动适用于位势负载场合，重物高速下放时，获得稳定制动，如起重机下放负载等。,3电动机的保护 电动机的保护应根据电动机的类型、功率大小、使用场所及所拖动的生产机械的重要程度等因素而定。通常对于每台电动机，至少应装设短路保护装置，对于功率为1 kW以上的连续运转的电动机，还应该加设过载保护，频繁起、制动的电动机难以用热继电器实现过载保护，可以用过电流继电器实现过电流保护，以防止电动机因堵转而损坏。交流电动机的保护应设短路保护装置，并根据不同的情况分别设防止电动机过载、两相运行、低电压运行的保护装置。直流电动机的保护应设短路保护装置，还应根据不同情况设过载、弱磁、欠电压、过电压、超转速等保护元件。,4交流电动机常用电气控制线路 电气控制线路是采用接触器、继电器、操作主令电器等低压电器元件组成的有触点的控制系统，用于对电动机进行起动、制动、反转、调速以及实现生产机械的自动控制。由于这种系统简单、工作可靠、价廉、易于维修，因此直至目前这类系统在不调速的电气传动系统(主要是交流电动机的控制)中仍占据着主要地位。交流电动机采用电器控制的线路繁多，对于常用的典型控制线路，要求在搞毕业设计前应牢记其原理和应用场合，这是进行复杂线路设计的基础。,典型的控制线路有：(1)用接触器直接起动的笼型电动机控制电路。(2)笼型电动机星三角变换减压起动电路。(3)笼型电动机定子串电阻减压起动电路。(4)电动机正反转控制线路。(5)行程开关控制的正反转电路。(6)可逆带能耗制动的笼型电动机控制线路。(7)采用频敏变阻器起动的绕线转子电动机控制电路。(8)采用电阻分级起动带能耗制动和反接制动的绕线转子电动机控制电路。,除此之外，还应掌握控制电路的其它基本环节。主要包括：(1)点动控制电路。(2)连锁与互锁控制电路。(3)多台电动机先后顺序工作的控制电路。(4)多个地点操作的控制电路。(5)工作循环自动控制电路。,3.1.5 控制电路的设计,1控制电路的设计规律 继电接触器控制电路有一个共同的特点，就是通过触头的“通”和“断”来控制电动机或其他设备，从而完成运动机构的动作。即使很复杂的控制系统也是由常闭和常开触头组合而成的。为了设计方便，把它们的相互关系归纳为以下几个方面：(1)常开触头串联：当要求几个条件同时具备，才使电器线圈得电动作时，可用几个常开触头与线圈串联的方法实现，这种关系在逻辑线路中称为“与”逻辑。,(2)常开触头并联：当在几个条件中，只要求具备其中任一条件，所控制的电器线圈就能得电时，可用几个常开触头并联来实现。这种关系在逻辑线路中称为“或”逻辑。(3)常闭触头串联：当几个条件仅具备一个时，电器线圈就断电，这时可用几个常闭触头与电器线圈串联的方法来实现。(4)常闭触头并联：当要求几个条件都具备，电器线圈才断电时，可用几个常闭触头并联，再与被控制的电器线圈串联的方法来实现。一般保护电器应既能保证控制电路长期正常运行，又能起到保护电动机及其他电器设备的作用。一旦线路出故障，它的触头应能从“通”转为“断”。,2控制线路设计的一般问题(1)除非有必要，否则应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的现象。(2)应正确连接电器的线圈。在设计控制线路时，控制线路的线圈应接在电源的同一侧。继电器、接触器以及其它电器的线圈要统一接在电源的同一侧，而所有电器的触头接在电源的另一侧，另有考虑的除外，如热继电器的触头常接在线圈的另一侧，用以消除寄生电路。交流励磁电器的线圈不能串联使用。这是因为两个交流励磁电器的线圈串联使用时，至少有一个线圈至多能得到1/2的电源电压，由于吸合的时间不尽相同，只要有一个电器吸合动作，它的线圈上的压降也就增大，从而使另一电器达不到所需要的电压，致使动作失误。,(3)在控制电路中应尽量减少触头数，以提高线路的可靠性。在简化、合并触头的过程中，主要着眼点应放在同类性质的触头合并，一个触头能完成的动作，不用两个触头。在简化过程中，应注意触头的额定电流是否允许，也应考虑其它回路的影响。(4)在电路图中应考虑各电气元件的实际接线情况，使之尽可能减少实际连接导线。要搞清线路中所用的元件的实际位置，哪些是在电控柜中，哪些是在操作面板上，哪些是在远距离的生产现场或总控制室，尽量将同一去向的触头安排在一起，可减少连接导线和接线端子。,(5)在设计控制线路时，应考虑各种连锁关系，特别是自动生产线上的设备，与前端和后面的设备之间存在大量的起动和停止上的顺序关系。电气系统应具有各种电气保护措施，即使误操作也不致造成事故，例如过载、短路、失电压、限位、超限等保护措施。(6)在设计控制电路时也应考虑有关操纵、故障检查、检测仪表、信号指示以及照明等要求。(7)要保证电路工作可靠，消除一切隐患，如误断电、误通电及寄生电路现象。,3.1.6 电气元件的选择 1低压断路器的选择 断路器主要用于保护交流、直流电路内的设备，使之免受过电流、逆电流、断路和欠电压等不正常情况的危害，同时也可用于不频繁起动的电动机以及操作和转换电路。常用断路器有空气式断路器和真空断路器两种，真空断路器主要用于36 kV高压电动机的保护，对于低压电路，用得最多的是空气式断路器。断路器按用途可分为配电用断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器、漏电保护用断路器等。用途不同，选用时的极数也不同。,选择断路器时应考虑的主要参数有：额定电压、额定电流和允许分断的极限电流。选择的一般要求是：(1)低压断路器的额定电压大于或等于线路额定电压。(2)低压断路器的额定电流大于或等于线路计算负载电流。(3)低压断路器的脱扣器额定电流大于或等于线路计算负载电流。(4)低压断路器的极限通断能力大于或等于线路中最大短路电流。,配电用断路器选用条件：(1)长延时动作电流整定值IZI为0.81倍导线允许载流量。(2)3倍长延时动作电流整定值的可返回时间大于或等于线路中最大起动电流的电动机的起动时间。电动机保护用断路器选用条件：(1)长延时动作电流整定值IZI等于电动机的额定电流。(2)6倍长延时电流整定值的可返回时间大于或等于电动机的实际起动时间。(3)瞬时整定电流对笼型电动机为815倍脱扣器额定电流，对绕线转子电动机为36倍脱扣器额定电流。,2接触器的选择 接触器是一种通用性很强的电磁式电器，它可以频繁地接通和分断交、直流主电路，并可实现远距离控制，主要用来控制电动机，也可控制电容器、电阻炉和照明器具等电力负载。接触器按主触头所控制电路的种类分为直流接触器和交流接触器。按主触头的极数分为单极、双极、三极和多极。三极接触器主要用在直接起动及控制交流电动机中；多极接触器主要用于桥式起重机，用以控制两台电动机同时起动和停止，它也可用于控制三相四线制的照明线路。,选择接触器应从其工作条件出发，主要考虑下列因素：(1)控制交流负载应选择交流接触器，控制直流负载应选择直流接触器。(2)接触器的使用类别应与负载性质相一致。(3)主触头的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。通常电压等级分为交流接触器380 V、660 V及1140 V；直流接触器220 V、440 V及660 V。,(4)主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流，还要注意的是，接触器主触头的额定电流是在规定的条件下(额定工作电压、使用类别、操作频率等)能够正常工作的电流值，当使用条件不同时，这个电流值也随着改变。常用的CJ20系列交流接触器额定电流等级有10 A、16 A、32 A、55 A、80 A、125 A、200 A、315 A、400 A、630 A。CZ18系列直流接触器额定电流等级有40 A、80 A、160 A、315 A、630 A、1000 A。(5)吸引线圈的额定电压与控制回路电压一致，接触器在线圈额定电压85%及以上时应能可靠地吸合。通常电压等级分为交流线圈36 V、127 V、220 V、380 V；直流线圈24 V、48 V、110 V、220 V。,(6)主触头和辅助触头的数量应能满足系统的需要。各种类型的接触器触头数目不同。交流接触器的主触头有三对(常开触头)，一般有四对辅助触头(两对常开，两对常闭)，最多可达到六对(三对常开，三对常闭)。(7)交流接触器控制电动机时，其技术参数表中可控制电动机的最大功率指标要大于控制电动机的实际功率。,(8)用于长期工作制的电路时，应尽量选用银、银合金或镶银触头的接触器(如CJ10)。如选用铜触头的接触器(如CJ12系列)，则应将其容量降至间断长期工作制额定容量50%以下使用。(9)选用直流接触器时，除考虑上述一些共性问题以外，还应考虑当用于高电感负载时(如起重电磁铁等)时间常数大的问题，为保证可靠使用，一般应在电感线圈两端并联一电阻，其阻值不大于线圈电阻6倍。,3热继电器的选择 热继电器是依据电流流过发热元件时产生的热使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种电器，主要用在电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。热继电器的选择应按工作环境要求、起动情况、负载性质来考虑，主要注意以下几个方面的因素：(1)长期工作制下，按电动机的额定电流来确定热继电器的型号和规格。热继电器元件的额定电流IRT应接近或略大于电动机的额定电流INOM，即,IRT(0.951.05)INOM,(2)使用时，热继电器的整定旋钮应调到电动机的额定电流处，否则不起保护作用。(3)对于星形接法的电动机，因其相绕组电流与线绕组电流相等，选用两相或三相普通的热继电器即可。(4)对于三角形接法的电动机，在有可能不满载工作时，必须选用带断相保护的热继电器。(5)频繁正反转及频繁通断工作和短时工作的电动机不宜采用热继电器来保护。,(6)遇到下列情况时，选择热继电器的整定电流要比电动机额定电流高一些来保护：电动机负载惯性非常大，起动时间长。电动机所带动的设备不允许停电。电动机拖动的为冲击性负载，如冲床、剪床等。,4中间继电器和时间继电器的选择 中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大(即增加触头容量)。中间继电器在继电接触器系列电控系统中应用很广，起控制、放大、连锁、保护与调节的作用，以实现过程的自动化。选用中间继电器须综合考虑继电器的通用性、功能特点、使用环境、额定工作电压及电流，同时还要考虑常开、常闭触头的数量、种类，以满足控制电路的要求。,时间继电器有空气式、电动式、电子式等多种，是一种按时间原则进行控制的继电器，按其控制原理有通电延时和断电延时两种类型。选择时间继电器主要考虑控制回路所需要的延时触头的延时方式(通电延时还是断电延时)，以及各类触头的数目，根据使用条件选择品种规格。,5主令电器的选择 主令电器主要用于闭合、断开控制电路，以发布命令或信号，达到对电力拖动系统的控制或实现程序控制。属于主令电器的主要有：按钮、行程开关、接近开关和光电开关。按钮主要是根据所需要的触头数、触头形式、使用的场合来选择。用于紧急操作的按钮，应选蘑菇形钮帽的特殊按钮。行程开关、接近开关和光电开关均属检测装置，选用时要根据使用场合和控制对象确定检测元件的种类。当被测对象运动速度不是太快时，可选用一般用途的行程开关；在工作频率很高对可靠性及精度要求也高时，应选用接近开关；当不能接近被测物体时，应选用光电开关。,3.1.7 电气系统工艺设计,1电气设备总体布置设计 电气设备由电气元件组成，每一器件根据各自的作用都有一定的装配位置，有些器件(如继电器、接触器、控制调节器等各种控制电器)安在控制柜中；有些器件(如传感器、行程开关、接近开关等)安装在机械设备的相应部位上；还有些器件(如各种控制按钮、指示灯、显示器、指示仪表等)则要安置在面板或操作台上。由于各种电器安装位置不同，在构成一个完整的电气控制装置时必须划分为部件、组件等，同时还要考虑部件、组件之间的电气连接问题。总体布置设计是否合理将直接影响电气控制装置的制造、装配、运输、调试、操作、维护及工作运行。,(1)组件划分。系统中组件划分是根据电气控制设备的生产、维护、调试和运行可靠性等因素综合考虑的，组件划分原则为：功能类似的元器件组合在一起。尽可能减少组件间的连线数量，接线关系密切的元器件置于同一组件中。强弱电分离，减少系统内部干扰影响。力求美观、整齐，外型尺寸尽可能向标准靠拢。便于检查与调试，经常调节、维护和更换的元器件要组合在一起。,(2)组件连接方式。电器板、控制板、机床电器的部件进出线必须通过接线端子，端子规格按电流大小和端子上进出线数选用(一般一个端子接一根导线，最多不超过两根。若将23根导线压入同一裸压接线端内时，可将其看作一根导线，但应考虑其载流量)。电气柜(箱)与被控设备或电气柜(箱)之间应采用多孔插件，以便拆装和搬运。,(3)元器件布局原则。电气柜、板上元器件布局按下述原则设计：体积大和重量较重的元器件宜安装在控制柜的下部，以降低柜体重心。发热元器件宜安装在控制柜的上部，以避免对其他元器件的热影响。需经常维护、调节的元器件安装在便于操作的位置。外型尺寸与结构类似的元器件放在一起，以便安装、配线及使外观整齐。,电器元件布置不宜过密，要留有一定的间距。若采用板前走线槽配线的方法，则应适当加大各排电器元件的间距，以利于布线和维护。将散热器及发热元件置于风道中，以保证得到良好的散热条件。熔断器应布置于风道外，以避免改变其工作特性。,2布置图绘制 在电气元件位置确定以后，就可以绘制对应的电器布置图了。布置图上元件是根据元器件外形绘制的，其外形尺寸必须符合该元器件的最大轮廓尺寸。对元器件的外形尺寸应在设计前逐一查阅样本或产品手册，搞清其形状和尺寸。布置图上应标注各元器件的代号(在元器件外形图上方)和相互间距。间距尺寸可不按公差连续标注，但尺寸不得封闭。一般以左端和下端作基准尺寸。安装布置在面板上的元器件还需根据布置图画出元器件安装开孔图。,3接线图的设计 接线图是电控设备进行柜内布线的依据图样，是根据系统电气原理图及电器元件布置图绘制的。接线图应按以下要求绘制：(1)接线图应按布置图上的元器件相对位置绘出元器件对应的图形符号或简化外形图，并标出其代号和端线号。(2)所有元器件代号和端线号必须与电气原理图中元器件代号和端线号一致。,(3)与原理图不同，接线图上同一电器元件的各部分(如继电器的触头与线圈等)必须画在一起。(4)接线图连线可用连续线条(单线或束线)加线号表示，也可用中断线加去向表示。(5)接线图绘制必须符合GB6988、586电气制图接线图与接线表的规则。,4控制面板的设计 控制面板上布有操作元件和显示元件，其布局按下述规律布置：操作元件一般布置在目视的前方，元器件按操作顺序由左向右、从上而下布置，也可按目视的生产流程布置。一般尽可能将高精度调节、连续调节、频繁操作器件配置在右方。急停按钮宜选用大型的蘑菇头按钮，并布置在控制板上不易被碰撞的位置。按钮的颜色含义见表3-2。显示器件布置在面板的中上部(操作者的远端)。指示灯颜色参见表3-3。,表3-2 按钮颜色的含义,表3-3 指示灯颜色的含义,5导线的选择 装置中控制电路的导线截面应按规定的截流量选择。考虑到机械强度需要，对于低压电控设备的控制导线，通常采用1.5 mm2或2.5mm2的导线。所采用的导线截面不宜小于0.75mm2(单芯铜绝缘线)，或不宜小于0.5 mm2(多芯铜绝缘线)。对于电流很小的线路(电子逻辑电路或信号线路)，导线最小截面不得小于0.2 mm2。导线的额定绝缘电压应与电路的额定工作电压或对地电压相适应。必要时，用于较高工作电压的导线，应采取绝缘措施(如加绝缘套管、用绝缘支架架空等)。,3.2 设计实例：3.536 m冷却机电控系统,3.2.1 工艺概况 1冷却机工艺简介 冷却机是水泥厂常用的主要设备之一。它的位置是在水泥原料煅烧的设备水泥窑之后，用于将从窑中送出的已煅烧完毕的水泥熟料疏松并使之冷却，而后送往水泥厂的另一重要设备水泥磨中将水泥熟料研磨为散装水泥成品。,水泥生料煅烧后，必须经过熟料急冷系统冷却机的处理。熟料的急冷除了有利于运输及后续的加工研磨外，也能提高水泥的品质。若缓慢冷却，熟料的一切成分均结成晶体，会影响水泥的抗压强度以及可研磨性。熟料的急速冷却同时也能提高水泥对于化学侵蚀的抵抗力(如硫酸钠及硫酸镁等化学侵蚀)。本系统中冷却机的机械装置是一个长36 m的筒体，圆筒直径为3.5 m，带有通风制冷的装置。正常工作时，筒体倾斜地高速旋转，同时还能往复地上下运行(小型冷却机不带挡轮液压站，只有旋转功能)。在旋转的过程中靠筒体内的机械装置将煅烧后的大块熟料松散成小块，并通风散热将温度降下来，使原料冷却。,图3-1 冷却机机械装置,冷却机与电气系统有关的装置有：(1)主电机用于驱动筒体高速旋转的设备。(2)辅助电机用于检修时驱动筒体慢速旋转的设备(有时称为慢驱)。(3)主减速润滑站用于减速机齿轮的润滑，保证减速机正常运行。(4)挡轮液压站靠液压的力量推动冷却机筒体上行下行上行下行往复运行，冷却机上、下行的转换靠上、下限行程开关控制。,2冷却机的技术参数 冷却机技术参数如下：(1)主电机为滑差电机(电磁调速异步电动机)，功率为132 kW，额定转速为990 r/min，电压为330 V，调速比101。(2)辅助电机参数：型号为Y180L-6的笼型异步电动机，功率为15 kW，转速为970 r/min，电压为380 V。制动器型号为YWZ525-315/25-12.5。,(3)主减速器润滑站型号为TE525。含如下元件：油泵电机：Y112M-6-B8，2台，2.2 kW，AC 380 V，50 Hz。电加热器：SRY2-220/2，3件，AC 220 V，2 kW。液位控制器：VQK-02，1件，AC 220 V：200 A，DC 24 V：0.5 A。电接点温度计：WTZ-288，2件，AC 2438 V，10 A。温度控制器：YWK-50-C，1件，AC 380 V：3 A，DC 220 V：2.5 A，阻性负载，温度设定范围5060。,电磁水阀：ZCS-25P，1件，AC 220 V，650 mA。压力控制器：YWK-50-C，3件，AC 380 V：3 A，DC 220 V：25 A，阻性负载，压力设定范围01 MPa。压差开关：CS-，2件，触点容量：AC 220 V：0.25 A，DC 24 V：0.05 A。P0.05 MPa。,(4)挡轮液压站型号为TE326，限位开关型号为LX2-121。TE326型的挡轮液压站含有如下元件：油泵电动机：YB100L1-4-V1，2件，2.2 kW，AC 380 V，50 Hz。电磁球阀：23QDF6B/31.5E24，1件，DC 24 V。电加热器：SRY2-220/1，1件，1 kW，AC 220 V。压力控制器：D505/18D，1件，压力设定范围2.525 MPa，AC 220 V：3 A。温度控制器：WTZK-50-C，1件温度设定范围1040，AC 380 V：3 A；DC 220 V：2.5 A(阻性负载)。压差开关：CS-V，3件，DC 24 V：2A，AC 220 V：0.25 A。,(5)技术要求：控制系统应能实现主电机和辅助电机的起动与停止，并使主电机和辅助电机互为连锁。主电机接通电源时，辅助电机应自动断电；反之，辅助电机运行时，主电机应停止运行。辅助电机应配有保安电源，以备停电时在瞬间自动切换，由保安电源供电。还应保证辅助电机与制动器之间协调工作。,3电气控制目标 冷却机电气控制目标为：(1)在主减速机润滑站正常的条件下，主电机应能正常运转。辅助电机运转时主电机不能运转。操作时，要先启动润滑站和液压站，待运行一段时间压力、温度等指标全为正常后，再按下主电机启动按钮。在主电机运行时，应满足调速性能指标。(2)检修时，辅助电机应正常运转，并保证在主电机运转的情况下，辅助电机不能运转。,(3)主减速器润滑站的自动控制：应保证主减速器润滑站供油的正常压力、温度，液位故障时应有声光报警的功能。用闪烁的指示灯表明故障，同时喇叭发出蜂鸣声。故障的原因由控制柜面板上的铭牌文字表示。,主减速机润滑站的控制主要包括：1#油泵、2#油泵的启动与停止。正常情况下1#泵为主油泵，当压力低时，备用的2#油泵会自动投入运行，直到压力升至正常值时，备用油泵自动停止。温度控制：当油温低于15时，油泵电机禁止启动。电加热器应能自动投入加热，直到25时自动停止；当油温高于45时，冷却水自动投入，直到温度降至35时冷却水停止供应。在油温高于55、液位超上下限、滤油器堵塞、压力高于0.5 MPa时，均要发出声光报警。,(4)挡轮液压站的自动控制：挡轮液压站的功能为利用液压的作用驱动冷却机筒体上下运行，并要保证挡轮液压站正常的压力、温度、液位，当油温低于12时，电加热器应能投入运行，直到15时停止加热(利用该温度控制器的切换差)。应能检测滤油器是否堵塞，并能在故障时声光报警。,3.2.2 总体设计方案,1操作方式(1)集中/现场操作方式。大型的水泥厂电控系统现在都采用集散型计算机控制系统(DCS系统)，它是靠网络构成的全厂三级控制系统。在总厂控制室内是DCS系统的操作站。分厂或车间的控制室属二级控制系统，现场设备属三级控制系统。三级控制系统间可互相传递参数并可显示远程设备的工作状态。其中总厂的DCS系统还可直接发命令启动现场设备，而现场设备的重要参数又可传到总控制室，并在计算机屏幕上显示其实时状态信息。所以，该装置设置了集中/现场操作方式。集中操作适用于冷却机接收来自于总控制室的起动/停止冷却机信号。现场操作适宜在车间控制室的控制柜上操作，通过操作启动/停止按钮来控制冷却机的启停。,图3-2 冷却机电气总图,(2)本柜/机旁操作方式。本柜操作适用于在车间控制柜的面板上进行操作，机旁操作适用于检修时在车间内冷却机旁用现场操作箱进行操作。(3)自动/手动操作方式。在操作柜上大量使用了自动/手动转换开关。自动一般用于自动投入运行的场合，手动主要用于检修时单独使用。,2连锁信号 冷却机作为水泥窑车间的一个重要设备，与其它设备之间及全厂总控制室之间要有相当多的连锁，这些连锁都是采用无源接点的方式提供的，这些无源接点又是从各自电控柜内的端子板上引入或接出的。冷却机向外界提供的连锁信号有：辅助电机工作信号、主电机工作信号、主减速机润滑站正常信号。来自外界的连锁信号有来自于总厂控制室的启动和停止信号，用于远程控制。,3电控系统设计任务分类(1)电气原理图。包括主回路原理图，控制回路原理图，配电图。其中主要的图纸可按如下分类进行设计:主电机、辅助电机原理图。主减速机润滑站原理图。挡轮液压站原理图。系统配电图。,(2)电控柜面板及内部元器件布置图，现场操作箱面板及内部元件布置图。其中包括AL0、AL1、AL2三个电控柜及AX3电控箱的设计。(3)所有元器件的选型。主要包括接触器、中间继电器、时间继电器、低压断路器、热继电器、转换开关、按钮、指示灯、变压器等元件的参数计算和型号选择。,3.2.3 主电机和辅助电机的控制 1主电机的控制与调速(1)主回路。主电机M为滑差电机(电磁调速异步电动机)，配有一个滑差电机控制器DK进行调速控制。主电机起动时主要靠接触器的主触头闭合后电机得电运行。滑差电机控制器DK采用JD1B型，其接法是1、2端接电源，3、4端接入主