电气控制实训装置设计与实现

黄圣龙

（柳州五菱柳机动力有限公司，广西 柳州545005）

电气控制技术的实践性很强，除理论知识外，需要通过一定量的实际操作和观摩演示，才可能达成较好的工程素养。如何使企业新员工能快速将所学理论电气知识应用到实际工作中，是各企业都面临的问题。

1 系统设计任务和要求

该实训装置着眼于通过工程设计、动手组装、调试等实践来验证和巩固企业新员工所学的基本理论，并促进培养企业新员工的工程意识和实践技能。为此，系统设计的任务和要求如下：

（1）熟悉常用控制电器的结构、工作原理、用途、型号，并能正确选用。

（2）熟悉电气控制线路的基本环节，对一般电气控制线路具有独立分析能力。

（3）初步具有对一般继电器—接触器控制线路的安装、配线与调试的能力。

（4）初步具有对一般继电器—接触器控制线路的故障分析与检查能力。

（5）初步具有对不太复杂的电气控制系统进行设计和改造的能力。

（6）初步了解如何将所学电气理论知识应用到实际工作中。

2 系统设计方案原则及电气设计一般程序

（1）满足该实训装置培训内容对电气控制的要求。

（2）应选用常见的简单控制线路。

（3）应具备电气控制与机械运转相结合功能。

（4）应选用市场常见的电器元件。

（5）应具备一定的电气保护功能。

2.1 确定拖动方案

电力拖动方案是电气控制原理图设计及电器元件选择的依据。本设计作为实训装置，主要促进企业新员工掌握电动机常用的控制电路，使企业新员工增加感性认识，因而不考虑进行电力拖动方面的实训，达到培训演示效果即可。

2.2 选择电动机

由于本设计是实训装置，主要应用于企业员工培训教学而不是进行生产。因此对电动机的额定功率、机械特性及效率等技术指标要求不高。选用普通的三相电动机即可满足本设计的要求。结合实际控制需要，本设计选用两台三相异步电动机，其中电动机基本参数如下：型号：YS5624；功率：120W；额定电压：380 V；额定电流：0.6 A；额定转速：1 400 r/min.

3 电气控制线路设计

在实际工作中，常用的基本控制线路有：点动控制、起保停控制、多地控制、正反转控制及顺序启动控制等五种，这五种控制线路原理图分别如图1~5所示。

以通用性强、易于更改、易于演示、安全可靠、经济实用为设计总原则[1]。其具体要求如下:

图1 点动控制

图2 起保停控制

图3 多地控制

图4 正反转控制（电气互锁

图5 顺序启动

将以上五种基本控制线路有效融合于实训装置中，并在培训企业新员工时能快速实现各种基本控制线路功能的演示与切换，这样即可避免培训过程冗长，有效提升培训效率及效果。同时也可作为一个实训课题，考察企业新员工对不太复杂的电气控制系统进行设计和改造的能力。

通过对比以上五种基本控制电路可以看出，在点动控制线路的基础上串入一个停止按钮SB2，同时将KM的辅助常开触点与启动按钮SB1并联即变换成起保停控制电路；由起保停控制线路切换到多地控制线路时分别再串入一个停止按钮SB22和并联一个启动按钮SB12即可；顺序启动和正反转控制都需要用两个接触器进行控制，且两个控制线路所用电器元件数相同，只是接线不同。因此，要实现顺序启动和正反转控制，在多地控制或起保停控制线路的基础上再接入一个KM2的起保停控制线路即可。为便于在演示培训时方便切换成不同的控制线路，以及考虑到通用性和经济实用等目的，故设计一个总控制线路，总控制线路应能实现以上五个控制线路快速切换，且这五个控制线路可共用一套电器元件。这个总控制线路如图6所示。由图6可知，该总控制线路通过开关K1到K7的不同组合即可实现以上五个控制线路的切换。

图6 总控制线路图

4 电器选择与安装

4.1 电器选择

（1）断路器选择

本设计中电动机额定电压为380 V，额定电流为0.6 A，故选用浙江正泰的DZ47-63/3P（C）型，额定电流2 A，即可满足要求。

（2）熔断器选择

本设计中控制线路的额定电压为220 V，额定电流较小，故选用浙江正泰的CJX2-09系列接触器即可满足控制要求。

（3）其他电器选择

结合本设计需要，选用与CJX2系列接触器配套的JRS1系列热继电器，选用两个LA4-3H按钮盒，行程开关选用浙江正泰生产的LX19-001直动式系列行程开关两个。

4.2 电器布置

电器布置图主要用于表明该实训装置上电器元件的实际位置[2]。作为实训装置，将经常进行接线、布线及更换电器元件等操作。为便于进行各种操作，设计通过进出线接线端子将装置内部设备与外部设备进行连接，内部接线则通内部接线端子进行连接。考虑到安全因素，将面板左边作为执行元件区域，右边作为操作区域，且操作区通过内部接线端子与执行元件进行连接。并在左下角留有一定的扩展空间。因此，本设计的电器元件布置图如图7所示。

图7 电器布置图

4.3 电器元件安装

考虑到作为实训装置，为便于增减电器元件以实现不同的控制线路，本设计中所选电器元件（电机除外）均为导轨式安装。为此，需要将导轨安装固定到面板上，然后根据电器布置图依次将所需电器元件装在导轨上的相应位置。安装完成后即可根据总控制线路图进行接线或根据实际所需的实训课题进行接线实践。

4.4 功能实现

（1）点动控制：开关K1-1、K4-1闭合，其余开关断开，按SB3按钮实现点动控制演示。

（2）起保停控制：开关 K1-2、K2-1、K4-1、K6 闭合，其余开关断开，按SB3按钮启动并自保，按SB1按钮停止，实现起保停控制演示。

（3）多地控制：开关 K1-2、K2-2、K3-1、K4-1、K6闭合，其余开关断开，按SB3或SB4按钮启动，按SB1或SB2按钮停止，实现多地控制演示。

（4）顺序启动控制：开关 K1-2、K2-2、K3-2、K4-1、K5-1、K6 闭合，其余开关断开，按 SB3 启动 KM1，再按SB5启动KM2，按SB1或SB2停止，实现顺序启动控制演示。

（5）正反转控制：开关 K1-2、K2-2、K4-2、K5-2、K6、K7闭合，其余开关断开，按SB3按钮实现正转，按SB5实现反转，按SB1或SB2实现停止，实现正反转控制演示。

5 结束语

本文以所设计的实训装置为例，通过介绍传统继电接触器控制系统和典型机械设备的控制线路，较为完整地把电气控制基本原理与实际结合于一体，员工可利用该实训装置进行实操，有效使企业新员工能快速将所学理论电气知识应用到实际工作中，有助于提升企业新员工的电气控制实践方面的能力。同时，后期通过拓展增加PLC控制器以及相关辅助元器件，便可进行PLC程序控制方面的实训。

[1]付家才.电气控制过程实践技术[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]冯仁剑，张 丹.图解电气控制线路及应用[M].北京：科学出版社，2008.