1、3.3 电气原理图的设计方法及设计实例 3.3.1 分析设计法分析设计法 根据生产工艺要求，利用各种典型的电路环节，根据生产工艺要求，利用各种典型的电路环节，直接设计控制电路。这种设计方法比较简单，但要求直接设计控制电路。这种设计方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉大量的控制电路，掌握多种典型电设计人员必须熟悉大量的控制电路，掌握多种典型电路的设计资料，同时具有丰富的设计经验，在设计过路的设计资料，同时具有丰富的设计经验，在设计过程中往往还要经过多次反复地修改、试验，才能使电程中往往还要经过多次反复地修改、试验，才能使电路符合设计的要求。即使这样，设计出来的电路可能路符合设计的要求。即使这样，
2、设计出来的电路可能不是最简，所用的电器及触头不一定最少，所得出的不是最简，所用的电器及触头不一定最少，所得出的方案不一定是最佳方案。方案不一定是最佳方案。此方法无固定的设计程序，设计方法简单，容此方法无固定的设计程序，设计方法简单，容易为初学者掌握。当经验不足时或考虑不周时会影易为初学者掌握。当经验不足时或考虑不周时会影响电路工作的可靠性。响电路工作的可靠性。分析设计法，由于是靠经验进行设计的，因而分析设计法，由于是靠经验进行设计的，因而灵活性很大，初步设计出来的电路可能是几个，这灵活性很大，初步设计出来的电路可能是几个，这时要加以比较分析，甚至要通过实验加以验证，才时要加以比较分析，甚至要通
3、过实验加以验证，才能确定比较合理的设计方案。这种设计方法没有固能确定比较合理的设计方案。这种设计方法没有固定模式，通常先用一些典型电路环节拼凑起来实现定模式，通常先用一些典型电路环节拼凑起来实现某些基本要求，而后根据生产工艺要求逐步完善其某些基本要求，而后根据生产工艺要求逐步完善其功能，并加以适当的联锁与保护环节。功能，并加以适当的联锁与保护环节。前面已给出了基本的电气控制电路，讨论了基前面已给出了基本的电气控制电路，讨论了基本的电气控制方法，分析了常用的典型控制电路。本的电气控制方法，分析了常用的典型控制电路。在此基础上，通过下面一个实际例子来说明电气控在此基础上，通过下面一个实际例子来说明
4、电气控制电路的一般设计方法。制电路的一般设计方法。以龙门刨床（或立车）横梁升降自动控制电路以龙门刨床（或立车）横梁升降自动控制电路设计，说明分析设计法的设计过程。这种机构无论设计，说明分析设计法的设计过程。这种机构无论在机械传动或电力传动控制的设计中都有普遍意义，在机械传动或电力传动控制的设计中都有普遍意义，在立式车床、摇臂钻床等设备中均采用类似的结构在立式车床、摇臂钻床等设备中均采用类似的结构和控制方法。和控制方法。（1）横梁机构对电气控制系统提出的要求：横梁机构对电气控制系统提出的要求：横梁升降横梁升降M1，点动控制；点动控制；横梁夹紧与放松横梁夹紧与放松M2；横梁夹紧与横梁移动之间必须有
5、一定的操作程横梁夹紧与横梁移动之间必须有一定的操作程序：按上升（下降）移动按钮序：按上升（下降）移动按钮自动放松自动放松横梁上横梁上升（下降）升（下降）到位后到位后松开按钮松开按钮横梁自动夹紧；横梁自动夹紧；横梁升降具有上下行程的限位保护；横梁升降具有上下行程的限位保护；横梁夹紧与横梁移动之间及正反向运动之间具横梁夹紧与横梁移动之间及正反向运动之间具有必要的联锁。有必要的联锁。（2）控制电路设计控制电路设计 设计主电路设计主电路M1横梁移动电机，横梁移动电机，KMl，KM2控制正反转控制正反转M2横梁夹紧电机，横梁夹紧电机，KM3，KM4控制正反转控制正反转 设计基本控制电路设计基本控制电路
6、4个接触器个接触器 4个线圈个线圈2只点动按钮，触头不够只点动按钮，触头不够KA1和和KA2进行控制。根据生产进行控制。根据生产对控制系统所要求的操作程序可对控制系统所要求的操作程序可以设计出图以设计出图3-11所示的草图。所示的草图。但它还不能实现在横但它还不能实现在横梁放松后才能自动升降，也梁放松后才能自动升降，也不能在横梁夹紧后使夹紧电不能在横梁夹紧后使夹紧电机自动停止，需要恰当地选机自动停止，需要恰当地选择控制过程中的变化参量来择控制过程中的变化参量来实现上述自动控制要求。实现上述自动控制要求。选择控制参量、确定控制原则选择控制参量、确定控制原则 反映横梁放松的参量，可以有行程参量和时
7、间反映横梁放松的参量，可以有行程参量和时间参量。由于行程参量更加直接反映放松程度，因此参量。由于行程参量更加直接反映放松程度，因此采用行程开关进行控制。采用行程开关进行控制。SQ1横梁已经放松横梁已经放松KI 横梁已经夹紧，选用电流参量横梁已经夹紧，选用电流参量 设计联锁保护环节设计联锁保护环节互锁互锁KA1、KA2，M1正反转；正反转；KM3、KM4，M1正反转正反转顺序顺序SQ1，实现横梁松开与移动的联锁保护。实现横梁松开与移动的联锁保护。限位保护限位保护SQ2、SQ3分别实现上、下限位保护分别实现上、下限位保护短路保护短路保护FU 电路的完善和校核电路的完善和校核 控制电路初步设计完毕后
8、，可能还有不合理的控制电路初步设计完毕后，可能还有不合理的地方，应仔细校核。例如，进一步简化以节省触头地方，应仔细校核。例如，进一步简化以节省触头数，节省电器间连接线等，特别应该对照生产要求数，节省电器间连接线等，特别应该对照生产要求再次分析设计电路是否逐条予以实现，电路在误操再次分析设计电路是否逐条予以实现，电路在误操作时是否会产生事故。作时是否会产生事故。上述电路中，如果按下上述电路中，如果按下SBl或或SB2的时间很短，的时间很短，横梁放松还未到位就已松开按下的按钮，致使横梁横梁放松还未到位就已松开按下的按钮，致使横梁既不能继续放松又不能进行夹紧，容易出现事故。既不能继续放松又不能进行夹
9、紧，容易出现事故。改进的方法是将改进的方法是将KM4的辅助触头并联在的辅助触头并联在KA1，KA2两端，使横梁一旦放松，就必然连续工作至放松到两端，使横梁一旦放松，就必然连续工作至放松到位，然后可靠地进入夹紧阶段。位，然后可靠地进入夹紧阶段。KM4 3.3.2 逻辑设计法逻辑设计法 逻辑设计法，是根据生产工艺的要求，利用逻逻辑设计法，是根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、设计电路的。将执行元件需要的工辑代数来分析、设计电路的。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量，并根据控制要
10、求将它们之间的关系用逻辑函数关系式表达，再运用逻辑函数基本公式和运算规律关系式表达，再运用逻辑函数基本公式和运算规律进行简化，成为最简进行简化，成为最简“与、或与、或”关系式，用这种方关系式，用这种方法设计的电路比较合理，特别适合完成较复杂的生法设计的电路比较合理，特别适合完成较复杂的生产工艺所要求的控制电路。但是相对而言逻辑设计产工艺所要求的控制电路。但是相对而言逻辑设计法难度较大，不易掌握。法难度较大，不易掌握。逻辑电路有两种基本类型，对应其设计方法也逻辑电路有两种基本类型，对应其设计方法也各不相同。一种是执行元件的输出状态，只与同一各不相同。一种是执行元件的输出状态，只与同一时刻控制元件
11、的状态相关。即输出量对输入量无影时刻控制元件的状态相关。即输出量对输入量无影响，称为组合逻辑电路，其设计方法比较简单，可响，称为组合逻辑电路，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头。其设计步骤为：省并合理使用电器元件与触头。其设计步骤为：列出控制元件与执行元件的动作状态表；列出控制元件与执行元件的动作状态表；根据状态表写出的逻辑代数式；根据状态表写出的逻辑代数式；利用逻辑代数基本公式化简至最简利用逻辑代数基本公
12、式化简至最简“与或与或”式；式；根据简化了的逻辑式绘制控制电路。根据简化了的逻辑式绘制控制电路。另一类逻辑电路被称为时序逻辑电路，即输出另一类逻辑电路被称为时序逻辑电路，即输出量通过反馈作用，对输入状态产生影响。这种逻辑量通过反馈作用，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），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记忆输入信号的变化，以达到各程序两两区分的目的。其设计过程比较复杂，基本步骤如下：的。其设计过程比较复杂，基本步骤如下：根据拖动要求，先设计主电路，明确各电动根据拖动要求，先设计主电路，明确各电动机及
13、执行元件的控制要求，并选择产生控制信号机及执行元件的控制要求，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、（包括主令信号与检测信号）的主令元件（如按钮、控制开关、主令控制器等）和检测元件（如行程开控制开关、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、过电流继电器等）。关、压力继电器、速度继电器、过电流继电器等）。根据工艺要求作出工作循环图，并列出主令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，写出各状元件、检测元件以及执行元件的状态表，写出各状态特征码（一个以二进制数表示一组状态的代码）。态特征码（一个以二进制数表示一组状态的
14、代码）。为区分所有状态（重复特征码）而增设必要为区分所有状态（重复特征码）而增设必要的中间记忆元件（中间继电器）。的中间记忆元件（中间继电器）。根据已区分的各种状态的特征码，写出各执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、主令元件及检测元行元件（输出）与中间继电器、主令元件及检测元件（逻辑变量）间的逻辑关系式。件（逻辑变量）间的逻辑关系式。化简逻辑式，据此绘出相应控制电路。化简逻辑式，据此绘出相应控制电路。检查并完善设计电路。检查并完善设计电路。由于这种方法设计难度较大，整个设计过程较由于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，在一般常规设计中，复杂，还要涉及一些新概念，在一般常规设计中，很少单独采用。其具体设计过程可参阅专门资料，很少单独采用。其具体设计过程可参阅专门资料，这里不再作进一步介绍。这里不再作进一步介绍。
