电气控制原理电路设计的方法与步骤

电气控制原理电路设计是原理设计的核心内容，各项设计指标通过它来实现，它又是工艺设计和各种技术资料的依据。
一、电气控制原理电路的基本设计方法
电气控制原理电路设计的方法主要有分析设计法和逻辑设计法两种。
1、分析设计法
分析设计法是根据生产工艺的要求选择适当的基本控制环节（单元电路）或将比较成熟的电路按其联锁条件组合起来，并经补充和修改，将其综合成满足控制要求的完整线路。当没有现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计。
分析设计法的优点是设计方法简单，无固定的设计程序，它是在熟练掌握各种电气控制电路的基本环节和具备一定的阅读分析电气控制电路能力的基础进行的，容易为初学者所掌握，对于具备一定工作经验的电气技术人员来说，能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用；其缺点是设计出的方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不周全时会影响线路工作的可靠性。为此，应反复审核电路工作情况，有条件时还应进行模拟试验，发现问题及时修改，直到电路动作准确无误，满足生产工艺要求为止。
2、逻辑设计法
逻辑设计法是利用逻辑代数来进行电路设计，从生产机械的拖动要求和工艺要求出发，将控制电路中的接触器、继电器线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，主令电器的接通与断开看成逻辑变量，根据控制要求将它们之间的关系用逻辑关系式来表达，然后再化简，做出相应的电路图。
逻辑设计法的优点是能获得理想、经济的方案，但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，因此，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论述资料，这里不再作进一步介绍。
二、电气原理图设计的基本步骤
电气原理图设计的基本步骤是：
（l）根据确定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图。
（2）设计出原理框图中各个部分的具体电路。设计时按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查反复修改与完善的先后顺序进行。
（3）绘制总原理图。
（4）恰当选用电器元件，并制订元器件明细表。
设计过程中，可根据控制电路的简易程度适当地选用上述步骤。
三、原理图设计中的一般要求
一般来说，电气控制原理图应满足生产机械加工工艺的要求，电路要具有安全可靠，操作和维修方便，设备投资少等特点，为此，必须正确地设计控制电路，合理地选择电器元件。原理图设计应满足以下要求：
1、电气控制原理应满足工艺的要求
在设计之前必须对生产机械的工作性能、结构特点和实际加工情况有充分的了解，并在此基础上来考虑控制方式，起动、反向、制动及调速的要求，设置各种联锁及保护装置。
2、控制电路电源种类与电压数值的要求
对于比较简单的控制电路，而且电器元件不多时，往往直接采用交流380V或220V电源，不用控制电源变压器。对于比较复杂的控制电路，应采用控制电源变压器，将控制电压降到110V或48V、24V。这种方案对维修、操作以及电器元件的工作可靠均有利。
对于操作比较频繁的直流电力传动的控制电路，常用220V或110V直流电源供电。直流电磁铁及电磁离合器的控制电路，常采用24V直流电源供电。
交流控制电路的电压必须是下列规定电压的一种或几种：
6V，24V，48V，110V（优选值），220V，380V，50Hz。
直流控制电路的电压必须是下列规定电压的一种或几种：
6V，12V，24V，48V，110V，220V。
3、确保电气控制电路工作的可靠性、安全性
为保证电气控制电路可靠地工作，应考虑以下几个方面：
（1）电器元件的工作要稳定可靠，符合使用环境条件，并且动作时间的配合不致引起竞争。
复杂控制电路中，在某一控制信号作用下，电路从一种稳定状态转换到另一种稳定状态，常常有几个电器元件的状态同时变化，考虑到电器元件总有一定的动作时间，对时序电路来说，就会得到几个不同的输出状态。这种现象称为电路的“竞争”。而对于开关电路，由于电器元件的释放延时作用，也会出现开关元件不按要求的逻辑功能输出的可能性，这种现象称为“冒险”。
“竞争”与“冒险”现象都将造成控制电路不能按照要求动作，从而引起控制失灵。（http://www.ippipp.com版权所有）通常所分析的控制电路电器的动作和触点的接通与断开，都是静态分析，没有考虑电器元件动作时间，而在实际运行中，由于电磁线圈的电磁惯性、机械惯性、机械位移量等因素，使接触器或继电器从线圈的通电到触点闭合，有一段吸引时间；线圈断电时，从线圈的断电到触点断开，有一段释放时间，这些称为电器元件的动作时间，是电器元件固有的时间，不同于人为设置的延时，固有的动作延时是不可控制的，而人为的延时是可调的。当电器元件的动作时间可能影响到控制电路的动作时，需要用能精确反映元件动作时间及其互相配合的方法（如时间图法）来准确分析动作时间，从而保证电路正常工作。
（2）电器元件的线圈和触点的连接应符合国家有关标准规定
电器元件图形符号应符合GB4728中的规定，绘制时要合理安排版面。例如，主电路一般安排在左面或上面，控制电路或辅助电路排在右面或下面，元器件目录表安排在标题上方。为读图方便，有时以动作状态表或工艺过程图形式将主令开关的通断、电磁阀动作要求、控制流程等表示在图面上，也可以在控制电路的每一支路边上标注出控制目的。
在实际连接时，应注意以下几点：
① 正确连接电器线圈。交流电压线圈通常不能串联使用，即使是两个同型号电压线圈也不能采用串联后，接在两倍线圈额定电压的交流电源上，以免电压分配不均引起工作不可靠。
在直流控制电路中，对于电感较大的电器线圈，如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等，不宜与同电压等级的接触器或中间继电器直接并联使用。如图4-2a）所示，当触点KM断开时，电磁铁YA线圈两端产生较大的感应电动势，加在中间继电器KA的线圈上，造成KA的误动作。为此在YA线圈两端并联放电电阻R，并在KA支路串入KM常开触点，如图4-2b）所示，这样就能可靠工作。
② 合理安排电器元件和触点的位置。对于串联回路，电器元件或触点位置互换时，并不响其工作原理，但在实际运行中，影响电路安全并关系到导线长短，
③ 防止出现寄生电路。寄生电路是指在控制电路的动作过程中，意外出现不是由于误操作而产生的接通电路。
= 4 * GB3 ④ 尽量减少连接导线的数量，缩短连接导线的长度。
= 5 * GB3 ⑤ 控制电路工作时，应尽量减少通电电器的数量，以降低故障的可能性并节约电能。
= 6 * GB3 ⑥ 在电路中采用小容量的继电器触点来断开或接通大容量接触器线圈时，要分析触点容量的大小，若不够时，必须加大继电器容量或增加中间继电器，否则工作不可靠。
4、应具有必要的保护环节
控制电路在事故情况下，应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效地制止事故的扩大。为此，在控制电路中应采取一定的保护措施。常用的有漏电开关保护、过载、短路、过流、过压、失压、联锁与行程保护等措施。必要时还可设置相应的指示信号。
5、操作、维修方便
控制电路应从操作与维修人员的工作出发，力求操作简单、维修方便。
6、控制电路力求简单、经济
在满足工艺要求的前提下，控制电路应力求简单、经济。尽量选用标准电气控制环节和电路，缩减电器的数量，采用标准件和尽可能选用相同型号的电器。