基于設(shè)計(jì)原則分析電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)

彭麗芳

摘要：電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)是繼電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，本文詳細(xì)分析了各個環(huán)節(jié)之間的相互關(guān)系，并依據(jù)電氣設(shè)計(jì)的基本原則，從滿足功能、安全可靠、成本合理三個方面論述了三相異步電動機(jī)從單向控制到可逆控制再到自動往返控制的遞進(jìn)變化過程，將電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法有效地結(jié)合起來。

關(guān)鍵詞：電動機(jī)控制；設(shè)計(jì)原則；控制線路的基本環(huán)節(jié)；經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）04-0067-02

《電氣控制與PLC系統(tǒng)》是講述電動機(jī)控制和PLC綜合應(yīng)用的一門實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，將基礎(chǔ)理論、課程設(shè)計(jì)及電氣工程實(shí)踐融為一體是講好這門課的關(guān)鍵。繼電控制系統(tǒng)基本環(huán)節(jié)所包含的五個控制線路：單向控制電路、可逆控制電路、自動往返控制電路、多地控制電路和順序控制電路。它們是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的基礎(chǔ)，也是授課的重點(diǎn)，因此要求學(xué)生熟練掌握這部分內(nèi)容。

缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，因?yàn)椴磺宄经h(huán)節(jié)中每個觸點(diǎn)的功能，常常孤立的記憶這些電路和組成電路的各個觸點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)多個環(huán)節(jié)疊加的電路時(shí)很容易出錯。而電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求每個細(xì)節(jié)都要做到嚴(yán)謹(jǐn)，微小的錯誤都可能造成設(shè)備損壞甚至是安全事故，因此教師在授課時(shí)應(yīng)該時(shí)刻將這一理念貫穿在教學(xué)當(dāng)中。我認(rèn)為在給學(xué)生講解這部分內(nèi)容時(shí)，不應(yīng)該只是介紹每個電路具體的運(yùn)行過程，而應(yīng)該以電氣設(shè)計(jì)的基本原則為依據(jù)，以最基礎(chǔ)的單向控制電路如何變化成為其他控制電路為重點(diǎn)，在電路的變化和修改中講解每個點(diǎn)的功能，這樣可以把設(shè)計(jì)過程融入到各個基本環(huán)節(jié)的講解中。

一、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是《電氣控制與PLC系統(tǒng)》這門課主要的設(shè)計(jì)方法之一，要求根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的要求，先從基本環(huán)節(jié)中找出與被控對象要求最接近的控制線路作為設(shè)計(jì)的基本框架，再進(jìn)行化簡和校驗(yàn)，最后在調(diào)試過程中進(jìn)行必要的修改。所以熟練掌握基本環(huán)節(jié)、積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的關(guān)鍵。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法因設(shè)計(jì)者考慮問題的角度不同而得到不同的電路，而設(shè)計(jì)的依據(jù)就是電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。

二、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則概括為：（1）最大限度的滿足被控對象對控制系統(tǒng)的要求；（2）確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作；（3）設(shè)計(jì)方案力求簡單、經(jīng)濟(jì)、合理；（4）控制系統(tǒng)具有一定的擴(kuò)展性。

這部分內(nèi)容通常放在課程最后一章“電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”中介紹，事實(shí)上應(yīng)該讓學(xué)生從一開始就掌握這一原則，并貫穿至控制電路的學(xué)習(xí)、分析和設(shè)計(jì)中。

三、電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)分析

下面利用電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則來分析三相異步電動機(jī)全壓起動基本環(huán)節(jié)中的單向控制電路、可逆控制電路、自動往返控制電路和多地控制電路之間的關(guān)系和遞進(jìn)變化的過程。

1.單向控制電路各觸點(diǎn)功能分析。單向控制電路看似功能簡單，卻是由許多的觸點(diǎn)搭建而成。按照設(shè)計(jì)原則首先滿足控制功能要求，如圖1（a），手動開關(guān)QS是獨(dú)立系統(tǒng)與電源間的明顯分?jǐn)帱c(diǎn)，轉(zhuǎn)換開關(guān)SA接通接觸器KM，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)單向運(yùn)行的要求；其次要求控制系統(tǒng)能夠安全可靠的工作，圖1（a）的控制電路缺少零壓保護(hù)，當(dāng)停電后再來電時(shí)，電動機(jī)會自動起動，所以需要將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA改為自復(fù)型按鈕SB1和SB2實(shí)現(xiàn)起動和停止，再配合接觸器KM輔助觸點(diǎn)的自保環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)零壓保護(hù)，如圖1（b），按照安全規(guī)程，電路還需要添加熔斷器FU1、FU2分別實(shí)現(xiàn)主回路和控制回路的短路保護(hù)，添加熱繼電器FR實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的過載保護(hù)，如圖1（c）。單向控制電路是其他控制電路變化的基礎(chǔ)，按照設(shè)計(jì)原則的要求逐一加入各個觸點(diǎn)既有利于學(xué)生掌握各個觸點(diǎn)的功能，又有利于學(xué)生熟悉控制電路的設(shè)計(jì)過程。

2.遵循設(shè)計(jì)原則分析單向控制電路到可逆控制電路的變化過程。

單向控制轉(zhuǎn)換為可逆控制其主回路只需改變兩相電源的相序如圖2（a），下面只分析控制回路的變化過程。首先看設(shè)計(jì)原則1滿足被控對象的控制功能要求，可以將可逆控制看成兩個完全相同的單向控制電路疊加，如圖2（a）；再從設(shè)計(jì)原則2安全可靠的角度考慮，圖2（a）中如果操作失誤，同時(shí)壓下正向起動SB2和反向起動SB4，又或是接觸器的主觸點(diǎn)出現(xiàn)粘連現(xiàn)象，接觸器KM1、KM2就會同時(shí)接通，造成主回路相間短路，因此這兩個相互對立的電路應(yīng)該加入互鎖環(huán)節(jié)，避免KM1、KM2同時(shí)接通；最后考慮設(shè)計(jì)原則3力求電路簡單、經(jīng)濟(jì)、合理，將兩個停止按鈕SB3、SB4合并成一個，熱繼電器FR的觸點(diǎn)也合并為一個；設(shè)計(jì)原則4控制系統(tǒng)具有一定的擴(kuò)展性，主要用于PLC控制系統(tǒng)，在繼電控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)部分不易實(shí)現(xiàn)，圖2（b）即為最后確定的可逆控制電路。

3.多地控制電路在基本環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。多地控制遵循規(guī)律：“起動信號并聯(lián)，停止信號串聯(lián)”。在控制電路的設(shè)計(jì)過程中，每個觸點(diǎn)按照其操作結(jié)果都可以劃分為是斷開電路的觸點(diǎn)還是接通電路的觸點(diǎn)，可以把斷開電路的觸點(diǎn)看作是停止信號，把接通電路的觸點(diǎn)看作是起動信號，這些觸點(diǎn)都遵循“起動信號并聯(lián)，停止信號串聯(lián)”這一規(guī)律。下面分析其在自動往返控制電路中的應(yīng)用。

自動往返控制電路可以先將可逆控制電路作為基本框架，如圖2（b）；再設(shè)計(jì)兩個方向的自動停止，按照“停止信號串聯(lián)”的規(guī)律，分別將行程開關(guān)ST1、ST2的常閉點(diǎn)串入正向控制接觸器KM1和反向控制接觸器KM2的線圈電路中；然后設(shè)計(jì)兩個方向的自動起動，按照“起動信號并聯(lián)”的規(guī)律，分別將行程開關(guān)ST1、ST2的聯(lián)鎖常開點(diǎn)與反向起動按鈕SB3和正向起動按鈕SB2并聯(lián)，最后得到自動往返控制電路，如圖3。自動往返電路可以看作是可逆控制與多地控制的疊加。

四、結(jié)語

學(xué)生在《電氣控制與PLC系統(tǒng)》這門課程的學(xué)習(xí)中常常出現(xiàn)能聽懂卻不會設(shè)計(jì)的問題，這主要是因?yàn)閷W(xué)習(xí)的過程和設(shè)計(jì)的過程沒有很好的結(jié)合起來。通過改變授課方式，將分析電路的運(yùn)行過程改為按設(shè)計(jì)原則講解基本電路，講解基本電路的過程也是設(shè)計(jì)電路的過程，使學(xué)生在聽課中強(qiáng)化設(shè)計(jì)理念，在課后的練習(xí)中積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，最終掌握經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。

參考文獻(xiàn)：

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[2]任勝杰.電氣控制與PLC系統(tǒng)[M].第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.