1、第二章第二章 电气控制装置系统设计方法电气控制装置系统设计方法电气电气控制装置的控制装置的设计设计两两个基本方面个基本方面：1 1、一一个是满足生产机械和工艺的各种控制个是满足生产机械和工艺的各种控制要求要求（原理原理）决定一台设备的决定一台设备的技术指标技术指标、使用、使用效能效能和和自动化程自动化程 度度，即决定着生产机械设备的，即决定着生产机械设备的先进性先进性、合理性合理性。2 2、另另一个是满足电气控制装置本身的制造、使用以及维一个是满足电气控制装置本身的制造、使用以及维修的修的需要需要（工艺工艺）决定决定工艺设计的合理性、先进性决定电气控制工艺设计的合理性、先进性决定电气控制设设
2、备备的生产的生产可行性可行性、经济性经济性、造型美观造型美观和和使用使用、维维 修修方便方便与否，它同样也是重要的与否，它同样也是重要的。必须必须掌握设计掌握设计的的基本原则、设计内容基本原则、设计内容和一般和一般设计设计方法。方法。第一节第一节 电气控制装置设计的电气控制装置设计的一般原则、内容、方法、步骤和设计程序一般原则、内容、方法、步骤和设计程序正确的设计思想和工程观点是正确的设计思想和工程观点是高质量设计高质量设计任务的任务的保证保证一、一、电气电气控制设计的一般原则控制设计的一般原则1 1）最大限度满足生产机械和工艺对电气控制的）最大限度满足生产机械和工艺对电气控制的要求要求2 2
3、）在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单）在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济经济、不宜盲目追求自动化和、不宜盲目追求自动化和高指标高指标3 3）妥善处理机械与电气）妥善处理机械与电气关系关系4 4）正确合理的选用电器）正确合理的选用电器元件元件5 5）确保使用安全、）确保使用安全、可靠可靠6 6）造型美观、使用维护）造型美观、使用维护方便方便电气设计的基本任务是根据控制要求设计和编制出电气设计的基本任务是根据控制要求设计和编制出设备制造和使用维修过程中所必须的设备制造和使用维修过程中所必须的图样图样、资料资料，包括，包括电气原理图电气原理图、电气系统的组件划分电气系统的组件划
4、分与与元器件布置图元器件布置图、安安装接线图装接线图、电气箱图电气箱图、控制面板控制面板及及电器元件安装底板电器元件安装底板、非标准紧固件加工图非标准紧固件加工图等，编制外构等，编制外构元件目录元件目录、单台材料单台材料消耗清单消耗清单、设备说明书设备说明书等资料。等资料。电气控制设计包含原理设计与工艺设计电气控制设计包含原理设计与工艺设计两个两个基本部基本部分，以电力拖动控制设备为例，二方面的设计内容分述分，以电力拖动控制设备为例，二方面的设计内容分述如下如下电气控制系统原理设计内容主要包括：电气控制系统原理设计内容主要包括：1 1）拟订电气设计任务书。）拟订电气设计任务书。2 2）选择拖动
5、方案与控制方式。）选择拖动方案与控制方式。3 3）确定电动机的类型、容量、转速，并选择具体）确定电动机的类型、容量、转速，并选择具体 型号。型号。4 4）设计电气控制原理框图，确定各部分之间的关）设计电气控制原理框图，确定各部分之间的关 系，拟订各部分技术要求。系，拟订各部分技术要求。5 5）设计并绘制电气原理图，计算主要技术参数。）设计并绘制电气原理图，计算主要技术参数。6 6）选择电气元件，制订元器件目录清单。）选择电气元件，制订元器件目录清单。7 7）编写设计说明书。）编写设计说明书。电气原理图是整个设计的中心环节，因为它电气原理图是整个设计的中心环节，因为它是工艺设计和制订其他技术资料
6、的依据。是工艺设计和制订其他技术资料的依据。工艺设计的主要目的是便于组织电气控制装置的工艺设计的主要目的是便于组织电气控制装置的制造，实现原理设计要求的各项技术指标，为设备的制造，实现原理设计要求的各项技术指标，为设备的调试、维护、使用调试、维护、使用提供必要的图样资料。工艺设计主提供必要的图样资料。工艺设计主要内容是：要内容是：1 1）根据设计的原理图及选定的电器元件，设计）根据设计的原理图及选定的电器元件，设计电气电气 设备的总体配置，绘制电气控制系统的设备的总体配置，绘制电气控制系统的总装配图总装配图 及及总接线图总接线图。2 2）按照原理框图或划分的组件，对总原理图进行编）按照原理框图
7、或划分的组件，对总原理图进行编 号，绘制各组件号，绘制各组件原理电路图原理电路图，列出各分的元件目，列出各分的元件目 录表，并根据总图编号统计出各录表，并根据总图编号统计出各组件的进出线号组件的进出线号。3 3）根据组件原理电路及选定的元件目录表，）根据组件原理电路及选定的元件目录表，设计组件设计组件 装配图装配图、接线图接线图，图中应反映，图中应反映各电器各电器元件元件的的安装安装方方 式与接线方式式与接线方式4 4）根据组件装配要求，绘制电器）根据组件装配要求，绘制电器安装板安装板和非标准的电和非标准的电 器器安装零件图纸安装零件图纸，标明，标明技术要求技术要求5 5）设计）设计电气箱电气
8、箱6 6）根据总）根据总原理图原理图、总、总装配图装配图及各组件原理图等资料，及各组件原理图等资料，进行汇总，分别列出外购件清单，标准件清单以及进行汇总，分别列出外购件清单，标准件清单以及 主要材料消耗定额主要材料消耗定额7 7）编写）编写使用维护说明书使用维护说明书三、电气控制设计的一般程序三、电气控制设计的一般程序以电力拖动控制设计项目为例，通常电气系以电力拖动控制设计项目为例，通常电气系统的设计程序是按以下步骤进行的。统的设计程序是按以下步骤进行的。设计任务书是整个设计任务书是整个系统设计的依据系统设计的依据，同时，同时又是今后设备又是今后设备竣工验收的依据竣工验收的依据。设计任务下达部
9、门对本系统的功能要求、设计任务下达部门对本系统的功能要求、技术指标只能描述一个粗略轮廓，涉及设备使用技术指标只能描述一个粗略轮廓，涉及设备使用中应达到的各种具体的技术指标及其他各项基本中应达到的各种具体的技术指标及其他各项基本要求实际是由技术领导部门、设备使用部门及承要求实际是由技术领导部门、设备使用部门及承担机电设计任务部门等几方面共同协商，最后以担机电设计任务部门等几方面共同协商，最后以技术协议形式予以确定的。技术协议形式予以确定的。电气设计任务书中，除简要说明的电气设计任务书中，除简要说明的型号、用途、工型号、用途、工艺过程、动作要求、传动参数、工作条件外艺过程、动作要求、传动参数、工作
10、条件外还应说明还应说明以下主要技术以下主要技术1 1）控制）控制精度精度、生产、生产效率效率要求要求2 2）电气传动基本特性）电气传动基本特性运动部件数量运动部件数量、用途用途、动动作作 顺序，负载特性、调速指标、起动、制动要顺序，负载特性、调速指标、起动、制动要求求3 3）自动化程度自动化程度4 4）稳定性及抗干扰稳定性及抗干扰5 5）联锁条件及保护联锁条件及保护6 6）电源种类、电压等级、频率及容量电源种类、电压等级、频率及容量7 7）目标）目标成本成本与经费限额与经费限额8 8）验收）验收标准标准及验收方式及验收方式9 9）其他要求如设备布局、安装要求、操作台布）其他要求如设备布局、安装
11、要求、操作台布 置、照明、信号指示、报警方式置、照明、信号指示、报警方式 电力拖动方案与控制方式的确定是设计电力拖动方案与控制方式的确定是设计的重要部分，只有在总体方案正确，才能保的重要部分，只有在总体方案正确，才能保证生产设备各项技术指标实施的可能性。证生产设备各项技术指标实施的可能性。电力拖动方案是指根据零件加工精度、电力拖动方案是指根据零件加工精度、加工效率要求、生产机械的结构、运动部件加工效率要求、生产机械的结构、运动部件的数量、运动要求、负载性质、调速要求以的数量、运动要求、负载性质、调速要求以及投资额等去确定电动机的类型、数量、传及投资额等去确定电动机的类型、数量、传动方式以及拟订
12、电动机起动、运行、调速、动方式以及拟订电动机起动、运行、调速、转向、制动等控制要求，作为电气控制原理转向、制动等控制要求，作为电气控制原理图设计及电器元件选择的依据。图设计及电器元件选择的依据。1 1）电动机的机械特性应满足生产机械提出的要）电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求，求，要与负载特性相适应，保证运行稳定并具有一要与负载特性相适应，保证运行稳定并具有一 定的调速范围与良好的起定的调速范围与良好的起动、动、制动性能。制动性能。2 2）工作过程中电动机容量能得到充分利用，即温）工作过程中电动机容量能得到充分利用，即温 升尽可能达到或接近额定温升值。升尽可能达到或接近额定温升值。3 3
13、）电动机的结构形式应满足机械设计提出的安装）电动机的结构形式应满足机械设计提出的安装 要求，并能适应周围环境工作条件。要求，并能适应周围环境工作条件。应该强调，在满足设计要求情况下优先考虑采应该强调，在满足设计要求情况下优先考虑采用用结构简单，价格便宜，使用维护方便的三相交结构简单，价格便宜，使用维护方便的三相交流异步电动机。流异步电动机。正确选定电动机容量是电动机选择中的关键问题正确选定电动机容量是电动机选择中的关键问题。电动机容量计算的基本步骤是：电动机容量计算的基本步骤是：根据生产机根据生产机械提供的械提供的 功率负载图功率负载图 P=f（t）或或 转矩负载图转矩负载图ML=f（t）预选
14、一台电动机，然后根据负载进行预选一台电动机，然后根据负载进行发校验，将校验结果与预选电动机参数进行比较。发校验，将校验结果与预选电动机参数进行比较。若预选电动机的额定容量太大或太小，再重新若预选电动机的额定容量太大或太小，再重新选择，直到电动机容量得到充分利用，最后再校验选择，直到电动机容量得到充分利用，最后再校验其过载能力与起动转矩是否满足拖动要求。其过载能力与起动转矩是否满足拖动要求。电动机容量选择往往采用电动机容量选择往往采用统计类比法统计类比法，或者根，或者根据经验采用据经验采用工程估算的方法工程估算的方法来选用。来选用。随着电气技术、电子技术、计算机技随着电气技术、电子技术、计算机技
15、术、检测技术以及自动控制理论的迅速发术、检测技术以及自动控制理论的迅速发展和机械结构与工艺水平的不断提高，生展和机械结构与工艺水平的不断提高，生产机械电力拖动的控制方式已从传统的产机械电力拖动的控制方式已从传统的继继电接触控制电接触控制向向顺序控制顺序控制、可编程逻辑控制可编程逻辑控制、计算机联网控制计算机联网控制并合理选用元器件，编制元器件并合理选用元器件，编制元器件目录清单目录清单 编制各种材料定额清单编制各种材料定额清单 四、电气原理图设计的基本步骤四、电气原理图设计的基本步骤原理线路设计是原理设计的核心内原理线路设计是原理设计的核心内容。在总体方案确定之后具体设计是从容。在总体方案确定
16、之后具体设计是从电电气原理图气原理图开始，各项设计指标是通过控制开始，各项设计指标是通过控制原理图来实现的，同时它又是原理图来实现的，同时它又是工艺设计工艺设计和和编制各种编制各种技术资料技术资料的依据。的依据。1 1）根据选定的拖动方案及控制方式设计系统的）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原理框图，拟订出各部分的主要技术要求技术要求和和 主要主要技术参数技术参数2 2）根据各部的要求，设计出）根据各部的要求，设计出原理框图原理框图中各个部中各个部 分的具体电路。按分的具体电路。按主电路主电路控制电路控制电路辅助辅助 电路电路联锁与保护联锁与保护总体检查反复
17、修改与完总体检查反复修改与完 善的步骤进行善的步骤进行3 3）绘制）绘制总原理图总原理图4 4）正确选用原理线路中每一个）正确选用原理线路中每一个电器元件电器元件，并制，并制 订元器件录清单订元器件录清单 比较简单比较简单的控制线路，的控制线路，省略省略前两步直前两步直接进行原理图设计和选用电器元件。接进行原理图设计和选用电器元件。比较复杂比较复杂的自动控制线路，就必须按的自动控制线路，就必须按上述过程上述过程一步一步一步一步进行设计。只有各个独进行设计。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术要求的实现，保证总装
18、调试的顺利进行 五、五、电气电气原理图的设计方法及设计实例原理图的设计方法及设计实例电气原理设计主要方法：电气原理设计主要方法：分析设计法、逻辑设计法分析设计法、逻辑设计法（一）分析设计法（一）分析设计法根据生产工艺要求去选择适当的根据生产工艺要求去选择适当的基本控制环基本控制环节节（单元电路单元电路）或经过考验的）或经过考验的成熟电路成熟电路按各部分的按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修改。联锁条件组合起来并加以补充和修改。当找不到现成的典型环节时，当找不到现成的典型环节时，边分析边设计边分析边设计，将主令信号经过适当的组合与变换，在一定条件下将主令信号经过适当的组合与变换，在一定条件下
19、得到执行元件所需要的工作信号。经过反复修改得得到执行元件所需要的工作信号。经过反复修改得到理想的控制线路到理想的控制线路无固定的设计程序，设计方法简单，容易为无固定的设计程序，设计方法简单，容易为初学初学 者所掌握，对于具有一定工作经验的电气人员来者所掌握，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。说，也能较快地完成设计任务。设计方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑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。不周时会影响线路工作的可靠性。C534JIC534JI立式车床横梁升降原理线路的设计实例立式车床横梁升降原理线路的设计实例 为适应不同高
20、度工件加工时对刀的需要，要求为适应不同高度工件加工时对刀的需要，要求安装有左、右立刀架的横梁能通过丝杠传动快速上安装有左、右立刀架的横梁能通过丝杠传动快速上升下降的调整运动。丝杠的正反转由一台三相交流升下降的调整运动。丝杠的正反转由一台三相交流异步电动机异步电动机 M1 M1 拖动，为了保证零件的加工精密，拖动，为了保证零件的加工精密，当横梁点动到需要的高度后应立即通过夹紧机构将当横梁点动到需要的高度后应立即通过夹紧机构将横梁夹紧在立柱上。每次移动前要先放松夹紧装置，横梁夹紧在立柱上。每次移动前要先放松夹紧装置，因此设置另一台三相交流异步电动机因此设置另一台三相交流异步电动机 M2M2 拖动夹
21、紧拖动夹紧放松机构，以实现横梁移动前的放松和到位后的夹放松机构，以实现横梁移动前的放松和到位后的夹紧动作。在夹紧、放松机构中设置两个行程开关紧动作。在夹紧、放松机构中设置两个行程开关 SQ1SQ1 与与 SQ2SQ2 分别检测已放松与已夹紧信号。分别检测已放松与已夹紧信号。1 1）采用短时工作的电动控制。）采用短时工作的电动控制。2 2）横梁上升控制）横梁上升控制 按上升按钮按上升按钮横梁放松（夹紧电动机反转）横梁放松（夹紧电动机反转）压下压下放松位置开关放松位置开关停止放松停止放松横梁自动上升（升横梁自动上升（升/降电动机降电动机正转）正转）到位放开上升按钮到位放开上升按钮横梁停止上升横梁停
22、止上升横梁自动夹横梁自动夹紧（夹紧电动机正转）紧（夹紧电动机正转）已放松位置开关松开，达到一夹已放松位置开关松开，达到一夹紧紧度已夹紧位置开关压下紧紧度已夹紧位置开关压下上升过程结束。上升过程结束。3 3）横梁下降控制）横梁下降控制动作过程：动作过程：按下降按钮按下降按钮横梁放松横梁放松压下已放松位置开关压下已放松位置开关停止放松，横梁自动下降停止放松，横梁自动下降到位放开下降按钮到位放开下降按钮横梁停止下降并自动短时回升（升横梁停止下降并自动短时回升（升/降电动机短时正降电动机短时正转）转）横梁自动夹紧横梁自动夹紧已放松位置开关松开，并夹已放松位置开关松开，并夹紧至一定紧度已夹紧位置开关压下
23、紧至一定紧度已夹紧位置开关压下下降过程结束。下降过程结束。下降与上升控制的区别在于到位后多了一个自下降与上升控制的区别在于到位后多了一个自动的短时回升动作，其目的在于消除移动螺母上端动的短时回升动作，其目的在于消除移动螺母上端面与丝杠的间隙，以防止加工过程中因横梁倾斜造面与丝杠的间隙，以防止加工过程中因横梁倾斜造成的误差，而上升过程中移动螺母上端面与丝杠间成的误差，而上升过程中移动螺母上端面与丝杠间不存在间隙。不存在间隙。4 4）横梁升降动作应设置上、下极限位置保护。）横梁升降动作应设置上、下极限位置保护。2.2.设计过程设计过程 由于升、降电动机由于升、降电动机 M1M1 与夹紧放松电动机与
24、夹紧放松电动机 M2M2 都要求正反转，所以采用都要求正反转，所以采用 KM1KM1、KM2 KM2 及及 KM3KM3、KM4 KM4 接接触器主触头变换相序控制。触器主触头变换相序控制。考虑到横梁夹紧时有一定的紧度要求，故在考虑到横梁夹紧时有一定的紧度要求，故在 M2M2正正转即转即 KM3KM3动作时，其中一相串过电流继电器动作时，其中一相串过电流继电器 KIKI 检测检测电流信号，当电流信号，当M2M2处于堵转状态，电流增长至动作值时，处于堵转状态，电流增长至动作值时，过电流继电器过电流继电器KIKI动作，使夹紧动作结束，以保证每次动作，使夹紧动作结束，以保证每次夹紧紧度相同。由于夹紧
25、紧度相同。由于M1M1、M2M2均为短时工作，因而不设均为短时工作，因而不设置过载保护。据此便可设计出如置过载保护。据此便可设计出如图图2-12-1所示的主电路。所示的主电路。图图2-1 2-1 主电路与控制电路草图之一主电路与控制电路草图之一 2 2）设计控制电路草图）设计控制电路草图 不考虑横梁下降控制的短时回升，则上升与下降控制过程不考虑横梁下降控制的短时回升，则上升与下降控制过程完全相同，当发出完全相同，当发出“上升上升”或或“下降下降”指令时，首先是夹紧指令时，首先是夹紧放松电动机放松电动机 M2 M2 反转（反转（KM4 KM4 吸合），由于平时横梁总是处于吸合），由于平时横梁总是
26、处于夹紧状态，行程开关夹紧状态，行程开关 SQ1SQ1（检测已放松信号）不受压，（检测已放松信号）不受压，SQ2 SQ2 处于受压状态（检测已夹紧信号），将处于受压状态（检测已夹紧信号），将 SQ1 SQ1 常开触点串在横常开触点串在横梁升降控制回路中，常闭触点串于发出上升或下降指令时梁升降控制回路中，常闭触点串于发出上升或下降指令时（SQ2 SQ2 常开触点串在立车工作台转动控制回路中，用于联锁常开触点串在立车工作台转动控制回路中，用于联锁控制），在发出上升或下降指令时（按控制），在发出上升或下降指令时（按 SB1 SB1 或或 SB2SB2），必然），必然时先放松（时先放松（SQ2 SQ2
27、 立即复位，夹紧解除），当放松动作完成立即复位，夹紧解除），当放松动作完成 SQ1SQ1受压，受压，KM4 KM4 释放，释放，KM1KM1（或（或 KM2KM2）自动吸合实现横梁自动）自动吸合实现横梁自动上升（或下降）。上升（或下降）到位，放开上升（或下降）。上升（或下降）到位，放开 SB1SB1（或（或 SB2SB2）停止上升，由于此时停止上升，由于此时 SQ1 SQ1 受压，受压，SQ2 SQ2 不受压，所以不受压，所以 KM3 KM3 自自动吸合，夹紧动作自动发出直到动吸合，夹紧动作自动发出直到SQ2 SQ2 压下，再通过压下，再通过 KI KI 常常闭触点与闭触点与 KM3 KM3
28、的常开触点串联的自保回路继续夹紧至过电流的常开触点串联的自保回路继续夹紧至过电流继电器动作，控制过程自动结束。按此思路设计的草继电器动作，控制过程自动结束。按此思路设计的草图如图如2-12-1 图图2-12-1设计草图功能不完善，主要是未考虑下降的短设计草图功能不完善，主要是未考虑下降的短时回升。下降到位的短时自动回升，是满足一定条件下时回升。下降到位的短时自动回升，是满足一定条件下的结果，此条件与上升指令是的结果，此条件与上升指令是“或或”的逻辑关系，因此的逻辑关系，因此它应与它应与SB1SB1并联，应该是下降动作结束即用并联，应该是下降动作结束即用KM2KM2常闭触点常闭触点与一个短时延时
29、断开的时间继电器与一个短时延时断开的时间继电器KTKT触点的串联组成，触点的串联组成，回升时间有时间继电器控制。于是便可设计出如回升时间有时间继电器控制。于是便可设计出如图图2-22-2所所示的设计草图之二。示的设计草图之二。图图2-2 2-2 控制电路设计草图之二控制电路设计草图之二 图图2-22-2在控制功能上已达到上述控制要求，但仔在控制功能上已达到上述控制要求，但仔细检查会发现细检查会发现 KM2KM2 的副触点使用已经超出接触器拥有的副触点使用已经超出接触器拥有数量，同时考虑到一般情况下数量，同时考虑到一般情况下不采用二常开二常闭的不采用二常开二常闭的复式按钮复式按钮，因此可采用中间
30、继电器，因此可采用中间继电器 KA KA 来完善设计如来完善设计如图图2-32-3所示。其中所示。其中 R-MR-M、L-M L-M 为工作台驱动电动机正为工作台驱动电动机正反转联锁触点，以保证机床进入加工状态，不允许横反转联锁触点，以保证机床进入加工状态，不允许横梁移动。反之横梁放松时就不允许工作台移动，是通梁移动。反之横梁放松时就不允许工作台移动，是通过行程开关过行程开关 SQ2 SQ2 的常开触点串联在的常开触点串联在 R-MR-M、L-M L-M 的控的控制制回路中来实现。另一方面在完善控制电路设计过程回路中来实现。另一方面在完善控制电路设计过程中，进一步考虑横梁上下极限位置保护面而采
31、用中，进一步考虑横梁上下极限位置保护面而采用SQ3SQ3、SQ4 SQ4 的常闭触头串接在上升与下降控制线路中的常闭触头串接在上升与下降控制线路中图图2-3 控制电路设计草图之三控制电路设计草图之三 控制线路设计完毕，最后需进行总体校核，检查是否控制线路设计完毕，最后需进行总体校核，检查是否存在不合理、遗漏或进一步简化的可能。存在不合理、遗漏或进一步简化的可能。检查内容包括：检查内容包括：控制线路是否满足拖动要求，触头使用是否超出允许范围，控制线路是否满足拖动要求，触头使用是否超出允许范围，必要的联锁与保护，电路工作的可靠性，照明显示及其他必要的联锁与保护，电路工作的可靠性，照明显示及其他辅助
32、控制要求以及进一步简化的可能性。辅助控制要求以及进一步简化的可能性。利用逻辑代数这一利用逻辑代数这一数学工具数学工具来进行电路设计，即来进行电路设计，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安全电气的要的工作信号以及安全电气的接通与断开接通与断开状态看成状态看成逻逻辑变量辑变量，并根据控制要求将它们之间的关系用，并根据控制要求将它们之间的关系用逻辑函逻辑函数关系式数关系式来表达，然后再运用逻辑函数基本公式和运来表达，然后再运用逻辑函数基本公式和运算规律进行算规律进行简化简化，成为需要的最简，成为需要的最简“”关系式，关系式，
33、根据最简式画出相应的电路结构图。根据最简式画出相应的电路结构图。：能获得能获得理想理想、经济的方案，所用、经济的方案，所用元件元件数量少数量少，各元件能充分发挥作用，当给定，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条件变化时，能指出电路相应变化的内在规律，在设计规律，在设计复杂控制线路复杂控制线路时，更显方时，更显方便。逻辑法不仅能用于线路设计，也可以便。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。逻辑代数读图用于线路简化和读图分析。逻辑代数读图法的优点是各个控制元件关系能一目了法的优点是各个控制元件关系能一目了然，不会读错和遗漏。然，不会读错和遗漏。逻辑电
34、路有两种基本类型，逻辑电路有两种基本类型，和和时时序逻辑电路序逻辑电路使执行元件的输出状态，只与同一时刻控制元使执行元件的输出状态，只与同一时刻控制元件的状态相关。输入、输出呈单方向关系，即输出件的状态相关。输入、输出呈单方向关系，即输出量对输入量无影响。其设计方法比较简单，可以作量对输入量无影响。其设计方法比较简单，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。举例说明如下：合理使用电器元件与触点。举例说明如下：某电动机只有在继电器某
35、电动机只有在继电器 KA1KA1、KA2KA2、KA3KA3中任何中任何一个一个 或两个动作时才能运转，而在其他条件下都不运转，或两个动作时才能运转，而在其他条件下都不运转，试设计其控制线路。试设计其控制线路。：列出控制元件与执行元件的动作状态表，如列出控制元件与执行元件的动作状态表，如表表2-12-1所示。所示。KA1 KA1KA2KA2KA3KA3KMKM0 00 00 00 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 11 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
36、 0 0表表2-1 2-1 状态表状态表 1 1）根据根据表表2-12-1写出写出 KM KM 的逻辑代数式的逻辑代数式2 2）利用逻辑代数基本公式化简至最简利用逻辑代数基本公式化简至最简“与、或与、或”式式3 3）利用逻辑代数基本公式化简至最简利用逻辑代数基本公式化简至最简“与、或与、或”式式3213213213)4(321KAKAKAKAKAKAKAKAKAKMLMRMKMKAKAKAKAKM)23(1)32(1)323(1)323(132)223 132)22(3 1)323232(1)323232(1KAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAK
37、AKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKM4 4）根据简化了的逻辑式绘制控制电路，如根据简化了的逻辑式绘制控制电路，如图图2-42-4所示。所示。图图2-4 2-4 控制电路控制电路KA1KA1KA2KA3KA2KA3时序逻辑电路时序逻辑电路特点：特点：输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，而且还与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（如间记
38、忆元件（如中间继电器中间继电器等），记忆输入信号的变化，等），记忆输入信号的变化，以达到各程度两两区分的目的。其设计过程比较复杂。以达到各程度两两区分的目的。其设计过程比较复杂。基本步骤如下：基本步骤如下：1 1）根据拖动要求，先设计主电路，明确各电动机及执行根据拖动要求，先设计主电路，明确各电动机及执行 元件的控制要求，并选择产生控制信号（包括主令元件的控制要求，并选择产生控制信号（包括主令 信号与检测信号）的主令元件（如按钮、控制开关、信号与检测信号）的主令元件（如按钮、控制开关、主令控制器等）和检测元件（如行程开关、压力继电主令控制器等）和检测元件（如行程开关、压力继电 器、速度继电器、
39、过电流继电器等）。器、速度继电器、过电流继电器等）。2 2）根据工艺要求作出工作循环图，并列出主令元件、根据工艺要求作出工作循环图，并列出主令元件、检测元件以及执行元件的状态表，写出各状态的特征检测元件以及执行元件的状态表，写出各状态的特征 码。码。3 3）为区分所有状态（重复特征码）而增设必要的中为区分所有状态（重复特征码）而增设必要的中 间记忆元件（中间继电器）。间记忆元件（中间继电器）。4 4）根据已区分的各种状态的特征码，写出各执行元根据已区分的各种状态的特征码，写出各执行元 件（输出）与中间继电器、主令元件及检测元件件（输出）与中间继电器、主令元件及检测元件 （逻辑变量）间的逻辑关系
40、式。（逻辑变量）间的逻辑关系式。5 5）化简逻辑式，据此绘出相应控制线路。化简逻辑式，据此绘出相应控制线路。6 6）检查并完善设计线路。检查并完善设计线路。这种方法设计难度较大，整个设计过程较复杂，这种方法设计难度较大，整个设计过程较复杂，还要涉及一些新概念，因此，在一般常规设计中，很还要涉及一些新概念，因此，在一般常规设计中，很少单独采用。少单独采用。尽量减少控制线路中电流、电压的种尽量减少控制线路中电流、电压的种 类，控制电压等级应符合标准等级。类，控制电压等级应符合标准等级。对于微机控制系统应注意弱电控制与对于微机控制系统应注意弱电控制与 强电电源之间的隔离，不能共用零线，强电电源之间的
41、隔离，不能共用零线，以免引起电源干扰。照明、显示及报以免引起电源干扰。照明、显示及报 警等电路应采用安全电压。电气控制警等电路应采用安全电压。电气控制 线路常用的电压等级如线路常用的电压等级如 表表2-2 2-2 所示。所示。控制线路类型控制线路类型常用电压值常用电压值/V V电源设备电源设备交流电力传动交流电力传动控制线路较简单控制线路较简单交交流流380380、220220不用控制电不用控制电源变压器源变压器交流电力传动交流电力传动控制线路较复杂控制线路较复杂110110（127127）4848采用控制采用控制电源变压器电源变压器照明及信号照明及信号指示路线指示路线4848、2424、6
42、6采用控制采用控制电源变压器电源变压器直流电力传直流电力传动控制线路动控制线路直直流流220220、110110整流器或整流器或直流发电机直流发电机直流电磁铁及电磁直流电磁铁及电磁离合器的控制线路离合器的控制线路4848、2424、1212整流器整流器表表2-2 常用控制电压等级常用控制电压等级 2 2）尽量减少电器元件的品种、规格与数尽量减少电器元件的品种、规格与数 量在电器元件选用中，尽可能选用性量在电器元件选用中，尽可能选用性 能良好，价格便宜的新型器件，同一能良好，价格便宜的新型器件，同一 用途尽可能选用相同型号。用途尽可能选用相同型号。3 3）尽可能减少通电电器的数量正常工作尽可能减
43、少通电电器的数量正常工作 中以利节能，延长电器元件寿命以减中以利节能，延长电器元件寿命以减 少故障。少故障。4 4）合理使用电器触头与触点合理使用电器触头与触点 在复杂的继电接触控制线路中，各类接触器、继电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，使用的触头、触点也多，线路设计器数量较多，使用的触头、触点也多，线路设计应注意应注意 主触头与副触点的使用量不能超过限定对数，因为主触头与副触点的使用量不能超过限定对数，因为各类接触器、继电器的主触头与副触点数量是一定的。设各类接触器、继电器的主触头与副触点数量是一定的。设计时应注意尽可能减少其使用量，如计时应注意尽可能减少其使用量，如
44、 图图2-5b 2-5b 比比 图图2-5a2-5a就节省一对触点。因控制需要触点数量不够时，可以采用就节省一对触点。因控制需要触点数量不够时，可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。数量或增加中间继电器来解决。a a）不合理）不合理 b b）合理）合理图图2-52-5减少触头使用量减少触头使用量SB4SB4 检查触头容量是否满足控制要检查触头容量是否满足控制要求，避免使用不当而出现触头烧坏、求，避免使用不当而出现触头烧坏、粘滞和释放不了的故障。要合理安排粘滞和释放不了的故障。要合理安排接触器主触头
45、与副触点的位置，避免接触器主触头与副触点的位置，避免用小容量继电器触点去切断大容量负用小容量继电器触点去切断大容量负载。总之，要计算触头断流容量是否载。总之，要计算触头断流容量是否满足被控制负载的要求，以保证触头满足被控制负载的要求，以保证触头工作寿命和可靠性。工作寿命和可靠性。做到正确连线做到正确连线 正确连接电器线圈正确连接电器线圈 电压线圈通常不串联使用，即使是两个同型号电电压线圈通常不串联使用，即使是两个同型号电压线圈也不能采用串联施加额定电压之和，以免电压压线圈也不能采用串联施加额定电压之和，以免电压分配不匀引起工作不可靠，如分配不匀引起工作不可靠，如 图图2-2-6 所示。所示。对
46、于电感较大的电器线圈，例如电磁阀、电磁铁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。源时会造成后者的误动作。a a）不正确）不正确 b b）正确）正确图图2-6 2-6 线圈连接线圈连接合理安排电器元件及触点位置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，但从实际连线置互换，并不影响其工作原理，但从实际连线上却影
47、响到安全、节省导线等方面的问题。如上却影响到安全、节省导线等方面的问题。如图图2-7 2-7 两种接法所示，两者工作原理相同，但两种接法所示，两者工作原理相同，但是采用是采用 图图2-7a 2-7a 接法既不安全而且浪费导线。接法既不安全而且浪费导线。因为限位开关因为限位开关 SQ SQ 的常开、常闭触头靠得很近，的常开、常闭触头靠得很近，在触头断开时，由于电弧可能造成电源短路，在触头断开时，由于电弧可能造成电源短路，很不安全，而且这种接法电气箱到现场要引出很不安全，而且这种接法电气箱到现场要引出4 4 种线，很不合理，种线，很不合理，图图2-7b2-7b所示的接法较合理。所示的接法较合理。a
48、 a）不合理）不合理 b b）合理）合理图图2-7 2-7 合理安排触点位置合理安排触点位置 注意避免出现寄生回路注意避免出现寄生回路 在控制线路的动作过程中，如果出现不是由于误操在控制线路的动作过程中，如果出现不是由于误操作而产生的意外接通的电路，称为寄生线路。作而产生的意外接通的电路，称为寄生线路。图图2 2-8 所所示示为电动机可逆运行控制线路，为电动机可逆运行控制线路，FR 为热继电器保护触点。为热继电器保护触点。为了节省触点，显示电动机工作状态的指示灯为了节省触点，显示电动机工作状态的指示灯 HLR 和和HLL 采用图中所示的接法，正常情况下线路能完成起动、采用图中所示的接法，正常情
49、况下线路能完成起动、正反转及停止操作。但在运行中电动机过载，正反转及停止操作。但在运行中电动机过载，FR 触点断触点断开就会出现如图中虚线所示的寄生线路，使接触器不能开就会出现如图中虚线所示的寄生线路，使接触器不能可靠释放而得不到过载保护。如果将可靠释放而得不到过载保护。如果将 FR 触点位置移接触点位置移接到到SB1 上端就可避免产生寄生回路。上端就可避免产生寄生回路。图图2-8 2-8 寄生回路寄生回路6 6）尽可能提高电路工作的可靠性、安全性尽可能提高电路工作的可靠性、安全性 设计中应考虑设计中应考虑以下几点：以下几点：电器元件动作时间配合不良引起竞争电器元件动作时间配合不良引起竞争 复
50、杂控制电路中，在某一控制信号作用下，电路复杂控制电路中，在某一控制信号作用下，电路从一种状态转换到另一种状态，常常有几个电器元件从一种状态转换到另一种状态，常常有几个电器元件的状态同时变化，考虑电器元件总有的状态同时变化，考虑电器元件总有一定的动作时间一定的动作时间，对时序电路来说，就会得到几个不同的对时序电路来说，就会得到几个不同的输出状态输出状态。称。称为电路的为电路的“竞争竞争”。对于开关电路，由于电器元件的。对于开关电路，由于电器元件的释放延时作用释放延时作用，也会出现开关元件不按要求的，也会出现开关元件不按要求的逻辑功逻辑功能输出能输出的可能性，称为的可能性，称为“冒险冒险”。“”与
