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淺談電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2022-03-09 09:55:53        911

對(duì)于一臺(tái)設(shè)備來說,運(yùn)動(dòng)的控制,狀態(tài)的監(jiān)控,以及其他開關(guān)量的控制都需要電氣控制系統(tǒng)來完成,可以說電氣控制系統(tǒng)是設(shè)備的大腦,而這個(gè)系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)是進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。


電氣控制系設(shè)計(jì)的基本原則是:

1、最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)主要來源于生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝的要求;

2、設(shè)計(jì)方案要合理。在滿足控制要求的前提下,設(shè)計(jì)方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、便于操作和維修,不要盲目追求高指標(biāo)和自動(dòng)化;

3、機(jī)械設(shè)計(jì)與電氣設(shè)計(jì)應(yīng)相互配合。許多生產(chǎn)機(jī)械采用機(jī)電結(jié)合控制的方式來實(shí)現(xiàn)控制要求,因此要從工藝要求、制造成本、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、使用維護(hù)方便等方面協(xié)調(diào)處理好機(jī)械和電氣的關(guān)系;

4、確??刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。 


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電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)部主要包含原理設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)二部分。


原理設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括:擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書、確定電氣控制方案、設(shè)計(jì)電氣控制原理圖,計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)、選擇電氣元件,制定元件明細(xì)表、編寫設(shè)計(jì)說明書。


工藝設(shè)計(jì)主要是為了便于組織電氣控制系統(tǒng)的制造,從而實(shí)現(xiàn)原理設(shè)計(jì)提出的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),并為設(shè)備的調(diào)試、維修與使用提供相關(guān)的圖紙資料,工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有:設(shè)計(jì)電氣總布置圖、總安裝圖與總接線圖、設(shè)計(jì)組件布置圖、安裝圖和接線圖、設(shè)計(jì)電氣柜、操作臺(tái)及非標(biāo)準(zhǔn)元件、列出元件清單、編寫使用維護(hù)說明書。


電氣控制設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)、編制出設(shè)備制造、使用和維修過程中所必須的圖紙和資料。

 

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一、電氣控制柜總體配置設(shè)計(jì)

電氣控制柜總體配置設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)電氣原理圖的工作原理與控制要求,先將控制系統(tǒng)劃分為幾個(gè)組成部分,再根據(jù)電氣控制柜的復(fù)雜程度,把每一部件劃成若干組件,然后再根據(jù)電氣原理圖的接線關(guān)系整理出各部分的進(jìn)出線號(hào),并調(diào)整它們之間的連接方式。


總體配置設(shè)計(jì)是以電氣系統(tǒng)的總裝配圖與總接線圖形式來表達(dá)的,圖中應(yīng)以示意形式反映出各部分主要組件的位置及各部分接線關(guān)系、走線方式及使用的行線槽、管線等。

 電氣控制柜總裝配圖、 接線圖是進(jìn)行分部設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)各部分組成為一個(gè)完整系統(tǒng)的依據(jù)。


總體設(shè)計(jì)要使整個(gè)電氣控制系統(tǒng)集中、緊湊,同時(shí)在空間允許條件下,把發(fā)熱元件,噪聲振動(dòng)大的電氣部件,盡量放在離其它元件較遠(yuǎn)的地方或隔離起來。對(duì)于多工位的大型設(shè)備,還應(yīng)考慮兩地操作的方便性:控制柜的總電源開關(guān),緊急停止控制開關(guān)應(yīng)安放在方便而明顯的位置。


總體配置設(shè)計(jì)得合理與否關(guān)系到電氣控制系統(tǒng)的制造、裝配質(zhì)量,更將影響到電氣控制系統(tǒng)性能的實(shí)現(xiàn)及其工作的可靠性、操作、調(diào)試維護(hù)等工作的方便及質(zhì)量。


 1、電氣控制柜組件的劃分

 由于各種電器元件安裝位置不同,在構(gòu)成一個(gè)完整的電氣控制系統(tǒng)時(shí),就必須劃分組件。劃分組件的原則是:

 (1)把功能類似的元件組合在一起

 (2)盡可能減少組件之間的連線數(shù)量,同時(shí)把接線關(guān)系密切的控制電器置于同一組件

 (3)讓強(qiáng)弱電控制器分離,以減少干擾

 (4)為力求整齊美觀,可把外形尺寸,重量相近的電器組合在一起

 (5)為了電氣控制系統(tǒng)便于檢查與調(diào)試,把需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護(hù)和易損元件組合在一起。


 2、在劃分電氣控制柜組件的同時(shí)要解決組件之間、電氣柜之間以及電氣柜與被控制裝置之間的連線方式。

電氣控制柜各部分及組件之間的接線方式一般應(yīng)遵循以下原則:

 (1)開關(guān)電器、控制板的進(jìn)出線一般采用接線端頭或接線鼻子連接,這可按電流大小及進(jìn)出線數(shù)選用不同規(guī)格的接線端頭或接線鼻子;

 (2)電氣柜、控制柜、柜(臺(tái))之間以及它們與被控制設(shè)備之間,采用接線端子排或工業(yè)聯(lián)接器連接;

 (3)弱電控制組件,印制電路板組件之間應(yīng)采用各種類型的標(biāo)準(zhǔn)接插件連接;

 (4)電氣柜、控制柜,柜(臺(tái))內(nèi)的元件之間的連接,可以借用元件本身的接線端子直接連接,過渡連接線應(yīng)采用端子排過渡連接,端頭應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)格的接線端子處理

 

二、電器元件布置圖的設(shè)計(jì)

 電氣元件布置圖是某些電器元件按一定原則的組合。電器元件布置圖的設(shè)計(jì)依據(jù)是部件原理圖,組件的劃分情況等。


設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則:

 (1)同一組件中電器元件的布置應(yīng)注意將體積大和較重的電器元件安裝在電器板的下面,而發(fā)熱元件應(yīng)安裝在電氣控制柜的上部或后部,但熱繼電器宜放在其下部,因?yàn)闊崂^電器的出線端直接與電動(dòng)機(jī)相連便于出線,而其進(jìn)線端與接觸器直接相連接,便于接線并使走線最短且宜于散熱;

 (2)強(qiáng)電弱電分開并注意屏蔽,防止外界干擾

 (3)需要經(jīng)常維護(hù)、檢修、調(diào)整的電器元件安裝位置不宜過高或過低,人力操作開關(guān)及需經(jīng)常監(jiān)視的儀表的安裝位置應(yīng)符合人體工程學(xué)原理;

 (4)電器元件的布置應(yīng)考慮安全間隙,并做到整齊、美觀、對(duì)稱,外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的電器可安放在一起,以利加工、安裝和配線。若采用行線槽配線方式,應(yīng)適當(dāng)加大各排電器間距,以利布線和維護(hù);

 (5)各電器元件的位置確定以后,便可繪制電器布置圖。電氣布置圖是根據(jù)電器元件的外形輪廓繪制的,即以其軸線為準(zhǔn),標(biāo)出各元件的間距尺寸。每個(gè)電器元件的安裝尺寸及其公差范圍,應(yīng)按產(chǎn)品說明書的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注,以保證安裝板的加工質(zhì)量和各電器的順利安裝。大型電氣柜中的電器元件,宜安裝在兩個(gè)安裝橫梁之間,這樣,可減輕柜體重量,節(jié)約材料,另外便于安裝,所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)算縱向安裝尺寸

 (6)在電器布置圖設(shè)計(jì)中,還要根據(jù)本部件進(jìn)出線的數(shù)量,采用導(dǎo)線規(guī)格及出線位置等選擇進(jìn)出線方式及接線端子排,連接器或接插件,并按一定順序標(biāo)上進(jìn)出線的接線號(hào)

 

三、電器部件接線圖的設(shè)計(jì)

 電氣部件接線圖是根據(jù)部件電氣原理及電器元件布置圖繪制的,它表示成套裝置的連接關(guān)系,是電氣安裝、維修、查線的依據(jù)。


接線圖應(yīng)按以下原則繪制:

 (1)接線圖相接線表的繪制應(yīng)符合 GB6988.6-1993 中《控制系統(tǒng)功能表圖的繪制》的規(guī)定;

 (2)所有電氣元件及其引線應(yīng)標(biāo)注與電氣原理圖中相一致的文字符號(hào)及接線號(hào)。原理圖中的項(xiàng)目代號(hào)、端子號(hào)及導(dǎo)線號(hào)的編制分別應(yīng)符合 GB5094-1985《電氣技術(shù)中的項(xiàng)目代號(hào)》、GB4026-1992《電器設(shè)備接線端子和特定導(dǎo)線線端的識(shí)別及應(yīng)用字母數(shù)字系統(tǒng)的通則》及 GB4884-1985  《絕緣導(dǎo)線標(biāo)記》 等規(guī)定

 (3)與電氣原理圖不同,在接線圖中同一電器元件的各個(gè)部分(觸頭、線圈等)必須畫在一起;

 (4)電氣接線圖一律采用細(xì)線條繪制。走線方式分板前走線及板后走線兩種,一般采用板前走線,對(duì)于簡(jiǎn)單電氣控制部件,電器元件數(shù)量較少,接線關(guān)系又不復(fù)雜的,可直接畫出元件間的連線:對(duì)于復(fù)雜部件,電器元件數(shù)量多,接線較復(fù)雜的情況,一般是采用走線槽,只要在各電器元件上標(biāo)出接線號(hào),不必畫出各元件間連線;

 (5)接線圖中應(yīng)標(biāo)出配線用的各種導(dǎo)線的型號(hào).規(guī)格,截面積及顏色要求等;

 (6)部件與外電路連接時(shí),大截面導(dǎo)線進(jìn)出線宜采用連接器連接,其它應(yīng)經(jīng)接線端子排連接。

 

四、電氣控制柜及非標(biāo)準(zhǔn)零件圖的設(shè)計(jì)

 電氣控制柜單就硬件來說包括:柜體,安裝板,層板,散熱裝置,操作面板部分,柜體移動(dòng)裝置,吊環(huán)等,前門、后門、左門、右門等。

電氣控制柜分為高壓柜,低壓柜,有的是強(qiáng)電弱電混合柜。


從結(jié)構(gòu)形式上看,主要有:

1. 普通動(dòng)力電柜+操作臺(tái)。動(dòng)力柜和操作臺(tái)是分離的,強(qiáng)電部分(斷路器,變壓器,變頻器,接觸器等布置在動(dòng)力柜內(nèi)),操作臺(tái)則用來對(duì)及設(shè)備的動(dòng)作進(jìn)行控制,以及對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,一般用于大型的,功率較大的設(shè)備。

2. 琴式操作臺(tái)(也稱斜面操作臺(tái))。一般用于小型的設(shè)備。

3. 電腦操作臺(tái)。

4. PLC柜。弱電控制環(huán)節(jié)較多的設(shè)備。


電氣柜設(shè)計(jì)需要考慮以下幾方面:

 (1)根據(jù)操作需要及控制面板、箱,柜內(nèi)各種電氣部件的尺寸確定電氣柜,柜的總體尺寸及結(jié)構(gòu)型式,非特殊情況下,應(yīng)使電氣控制柜總體尺寸符合結(jié)構(gòu)基本尺寸與系列;

 (2)根據(jù)電氣控制柜總體尺寸及結(jié)構(gòu)型式、安裝尺寸,設(shè)計(jì)箱內(nèi)安裝支架,并標(biāo)出安裝孔,安裝螺栓及接地螺栓尺寸,同時(shí)注明配作方式。柜、箱的材料一般應(yīng)選用柜、箱用專用型材;

 (3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝位置、操作、維修方便等要求,設(shè)計(jì)電氣控制柜的開門方式及型式;

 (4)為利于控制柜箱內(nèi)電器的通風(fēng)散熱,在箱體適當(dāng)部位設(shè)計(jì)通風(fēng)孔或通風(fēng)槽,必要時(shí)應(yīng)在柜體上部設(shè)計(jì)強(qiáng)迫通風(fēng)裝置與通風(fēng)孔;

 (5)為便于電氣控制柜的運(yùn)輸,應(yīng)設(shè)計(jì)合適的起吊勾或在箱體底部設(shè)計(jì)活動(dòng)輪。


總之,根據(jù)以上要求,應(yīng)先勾畫出電氣控制柜箱體的外形草圖,估算出各部分尺寸,然后按比例畫出外形圖,再?gòu)膶?duì)稱、美觀、使用方便等方面進(jìn)一步考慮調(diào)整各尺寸比例。電氣控制柜外表確定以后,再按上述要求進(jìn)行控制柜各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),繪制箱體總裝圖及各面門,控制面板,底板、安裝支架、裝飾條等零件圖,并注明加工要求,再視需要為電氣控制柜選用適當(dāng)?shù)拈T鎖。當(dāng)然,電氣柜的造形結(jié)構(gòu)各異,在柜體設(shè)計(jì)中應(yīng)注意吸取各種型式的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)的電器安裝零件,應(yīng)根據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)要求,繪制其零件圖,凡配合尺寸應(yīng)注明公差要求,并說明加工要求。

 

最后,還要根據(jù)各種圖紙,對(duì)電氣控制柜需要的各種零件及材料進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)、匯總, 按類別列出外購(gòu)成品件的匯總清單表、標(biāo)準(zhǔn)件清單表、主要材料消耗定額表及輔助材料定額表等,以便采購(gòu)人員、生產(chǎn)管理部門按設(shè)備制造需要備料,做好生產(chǎn)準(zhǔn)備工作,也便于成本核算。


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