生产机械电气控制系统设计分析

摘要：生产机械的电气控制系统设计包括两个方面的内容：一是电气控制的原理设计，这个设计环节主要是为了满足生产机械、生产工艺的基本要求，必须对机械的自动化程度以及生产技术的先进性进行充分的考虑；二是工艺设计，这一环节主要是满足设备的制造、使用以及维修的需要，将会决定电气控制系统的外观、经济性、实用性等。文章将对生产机械的电气控制系统的设计规律及方法进行分析和研究。

关键词：生产机械；电气控制系统；原理设计；工艺设计；设计规律 文献标识码：A

中图分类号：TM571 文章编号：1009-2374（2015）04-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0291

1 电气控制系统的设计

1.1 基本原则

由于生产机械的种类非常多，因此相关的电气控制方案也各不相同，但总的设计方法和原则都是统一的。所有的设计工作都必须建立在正确的设计理念和工程实践的基础上，才能保证设计的高质量、高效率。在设计过程中，要遵循的基本原则包括：必须满足生产机械和工艺对电气控制系统的基本要求，具备可行性；电气控制系统的设计要与实际的情况紧密结合，具备合理性；电气控制系统的设计要和机械的设计相配合，具备相融性；确保设计的电气控制系统能够安全地工作，具备可靠性。

1.2 基本任务和内容

1.2.1 设计的基本任务。在设计电气控制系统的过程中，基本的任务是根据实际电气控制的要求编制和设计出机械制造、机械使用以及机械维修当中必须用到的资料和图样等。其中文字资料的编制包括了外购件的目录、材料消耗清单以及机械说明书等；而图样的设计包括了电气原理图、电气元件的布置图、电气组建的划分图、电气系统安装接线图、控制面板图、电气箱图、非标准件的加工图以及元件、器件的安装底板图。

1.2.2 设计的基本内容。（1）原理设计。在该系统中，原理的设计内容主要包括：电气设计任务书的拟定；确定电力设计方案，并对涉及到的电动机进行选择；进行原理图的设计，并对主要的技术参数进行计算及核实；对所需的电气元件、器件进行选择，并制定相关的明细表；对机械设计的说明书进行编写。在设计内容当中，原理图的设计是最关键的环节，将为之后的工艺设计以及技术资料的制定提供可靠的依据。（2）工艺设计。为了使制造电气控制系统的过程更加高效，并将原理设计环节中提出的技术指标落到实处，必须进行工艺的设计，才能为机械的调试、使用以及维护提供有效的图样资料。具体的内容包括：电气系统总的布置图、安装图以及接线图的设计；电气组建的布置图、安装图以及接线图的设计；电气箱、非标准元件、操作台的设计；电气元件、器件清单；机械的使用和维护说

明书。

2 电气控制系统中电气控制原理的电路设计

2.1 原理设计的基本方法

2.1.1 经验设计法。一般也叫分析设计法。该方法是根据具体的生产要求选择基本的单元电路或是将已经成熟的电路设计按照一定的条件组合起来，并在此基础上根据实际情况进行修改和补充，使其成为一个满足控制要求和设计要求的完整的电路。

这种方法的优势在于设计的方法简单，没有固定的程序，整个过程是建立在电气控制系统设计基本环节的熟练掌握以及较高的电气控制系统电路的分析能力的基础上的，对于初学者来说，较为容易，而对于经验较为丰富的电气设计人员来说，能够使设计的任务更快地完成，有效提高工作的效率。因此在实际的设计中，经验设计法得到了广泛的运用。

但是，经验设计法也存在着一定的局限性，那就是通过这个方法设计出来的电气控制系统的方案可能存在考虑不周全的情况，且设计人员的经验不足也可能造成设计方案的不佳，从而影响电气控制系统的可靠性。因此，在实际的设计过程中，必须要进行反复的审核，在条件允许的情况下还应该进行模拟实验。一旦发现问题要进行及时的修改，直到电气控制系统电路的设计满足生产要求为止。

2.1.2 逻辑设计法。该方法是在电路设计中利用逻辑代数，根据生产机械的工艺要求，将控制电路中的各个环节看成是逻辑变量，并根据控制的要求将这些变量之间的关系用多个逻辑关系式进行表达，在这些关系式化简之后，给出相应的电路设计图。

使用逻辑设计法能够使所得到的设计方案最佳，但是由于在实际的使用过程中，设计的难度较大，且过程复杂，有时还必须运用到一些新的概念，因此在常规的设计当中，逻辑设计法很少被单独使用。

2.2 原理图设计的要求

2.2.1 满足生产工艺的要求。必须充分了解和掌握机械的性能、结构及实际情况，再进行控制方式、反向、启动、调速、制动等要求的考虑和设计，设置出联锁和保护装置。

2.2.2 控制电路电源的种类和电压数值。较为简单的电气控制电路包含的元件和器件不多，可以直接采用220V电源或者380V电源；如果控制电路较为复杂，要将控制电压根据实际情况降到24V、48V或者110V，并且要采用控制电源的变压器。

2.2.3 保证电气控制电路在工作时的安全性和可靠性。要做到这一点，必须要保证电气元件、器件的稳定和可靠，这些元器件的连接要符合国家的相关规定，其位置和触头的位置要有合理安排，电器线圈要进行正确的连接（如图1、图2）。

图1 元器件与触头间的

连接示意图 图2 线圈的正确连接

示意图

3 电气控制系统中的工艺设计

3.1 进行电气设备总体布置的设计

这一环节要根据之前制定好的原理设计图，将控制系统划分成若干个部件，然后根据实际的复杂程度，再将每个部件分成若干个单元，对各个部分涉及到的进线及出线号进行整理，并对连接方式进行调整。

在进行单元划分时应注意以下事项：（1）具有相似功能的元件应该组合在一起（2）为了减少单元间的连线，接线相关的控制电器应该在同一单元内；为了防止干扰，要将强弱电分开；为了便于调试和检查，要将那些需要经常调节、维护的易损元件、器件组合在同一个单元内。

3.2 元件、器件布置图的绘制

这一环节是根据原理设计图进行的，在绘制时要遵循以下原则：（1）监视器件应位于仪表板上；（2）在电器板上方，安装发热元件，而下方安装体积较大或者较重的元件和器件；（3）需要经常调试和检查的元件和器件在安装时不能太高或太低；（4）为了防止强电以及外界干扰，要对弱电部分进行屏蔽设施和隔离设施的加装。

3.3 电气控制接线图的绘制

在进行这一环节时要根据电气元件、器件的布置图以及国家的相关规定，并遵循以下原则：（1）接线图中各个元器件的位置必须和实际的安装位置一致；（2）元器件和接线座上的标注应该和原理图中的标注统一；（3）采用细线条进行绘制，才能清楚地表示出接线的关系和去向。

接线图的画法包括了直接接线法和符号标注接线法。当电气系统中的元器件较少且接线的关系较为简单时，可以用直接接线法来直接画出各个元器件间的接线；而当元器件过多且接线的关系较复杂时就要用到符号标注接线法，在接线端处利用符号的标注来表示连接的关系。

参考文献

[1] 李新华，葛立臣.煤矿机械的电气控制系统的设计

[J].煤炭技术，2012，3（13）.

[2] 韩冬.煤矿机械电气控制系统的设计探讨[J].能源与节能，2014，5（17）.

[3] 冯红占.关于煤矿机械电气控制系统的设计研究[J].信息通信，2013，2（11）.

作者简介：钱志忠（1968-），男，湖北武汉人，贵阳博亚机械制造有限公司工程师，研究方向：机械设计及制造、机电一体化项目。

（责任编辑：周 琼）