論生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

婁雙旺 宋江華

摘 要：本文首先對生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、基本任務(wù)和內(nèi)容進(jìn)行闡述，然后對設(shè)計(jì)基本原理和方法進(jìn)行論述，之后總結(jié)了設(shè)計(jì)流程，最后對生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行論述，以期為生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)機(jī)械;電氣控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)要點(diǎn);原理設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)流程

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）34-0084-03

On Design Points of Electrical Control System for Production Machinery

LOU Shuangwang SONG Jianghua

（Lushi County Vocational Secondary Vocational School，Sanmenxia Henan 472200）

Abstract： In this paper， the design principles， basic tasks and contents of the electrical control system of production machinery were described first， then the basic principles and methods of design were discussed， and then the design process was summarized. Finally， the design points of the electrical control system of production machinery were discussed in order to provide reference for the design of the electrical control system of production machinery.

Keywords： production machinery;electrical control system;design points;principle design;design process

電氣控制系統(tǒng)在生產(chǎn)機(jī)械中的使用非常廣泛。由此，在電氣控制系統(tǒng)中利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使控制系統(tǒng)和辦公系統(tǒng)能很好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，從而達(dá)到共享的目的是非常重要的。在對生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須全面掌握理論基礎(chǔ)知識，然后將原理設(shè)計(jì)作為核心，隨后對設(shè)計(jì)流程進(jìn)行思考，最后在整體設(shè)計(jì)中把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，方能設(shè)計(jì)出較好的生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)。

1 生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則、基本任務(wù)

由于市場上的生產(chǎn)機(jī)械種類較繁雜，因此，相關(guān)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)也有較大差別。但總體來說，生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)形成基本的原則和設(shè)計(jì)方法。進(jìn)行生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該堅(jiān)持正確的、符合科學(xué)的設(shè)計(jì)理念，結(jié)合工程實(shí)際需求和其他要求展開，這樣才能更加快速、高效地設(shè)計(jì)出符合要求的電氣控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)階段，需要遵循的原則有四個。第一，設(shè)計(jì)的可行性原則，即最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)的要求。第二，設(shè)計(jì)的合理性。在滿足控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟(jì)、便于操作和維修，不要盲目追求高指標(biāo)和自動化[1-6]。第三，設(shè)計(jì)的相融性。進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)思考系統(tǒng)和機(jī)械在設(shè)計(jì)上的相融性，否則系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)對機(jī)械的控制，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品不能滿足應(yīng)用需求。第四是設(shè)計(jì)的可靠性，即確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。總體來說，整套電氣控制系統(tǒng)應(yīng)該具有較高的可靠性，能長期、安全地展開工作。

生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)最基本的設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)、編制出設(shè)備制造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料等。整個設(shè)計(jì)階段，核心內(nèi)容是原理設(shè)計(jì)，對原理進(jìn)行詳細(xì)闡述后，進(jìn)行任務(wù)書撰寫，囊括設(shè)計(jì)任務(wù)書、電力設(shè)計(jì)具體方案、電動機(jī)選擇等內(nèi)容。而后進(jìn)行設(shè)計(jì)原理圖的繪制。這項(xiàng)工作應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)任務(wù)書，從實(shí)際出發(fā)，對使用到的所有的電氣元件、電子器件進(jìn)行綜合性選擇，通過明細(xì)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以便后期設(shè)計(jì)能更加順利地開展。

2 生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

第一，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，又可以稱為分析設(shè)計(jì)法。顧名思義，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)師根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)和知識考慮實(shí)際生產(chǎn)需求，首先選擇基本的單元電路或是其他市場上成熟度高、匹配性好的電路設(shè)計(jì)，再根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行組合或修改補(bǔ)充，從而設(shè)計(jì)出滿足實(shí)際需求的完整的電氣控制系統(tǒng)。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法最大的優(yōu)勢是設(shè)計(jì)被簡單化。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法摒棄了固定的程序，整個設(shè)計(jì)依靠設(shè)計(jì)師對所有電氣控制系統(tǒng)的理解和認(rèn)識，基于設(shè)計(jì)師的分析能力和經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識展開。經(jīng)驗(yàn)固然重要，但其可能經(jīng)不起嚴(yán)密的邏輯推理和科學(xué)考究，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法可能在實(shí)際運(yùn)用中存在不周全之處。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法較為依賴設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，若經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)出現(xiàn)較大偏差，質(zhì)量會受到嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的可行性或可靠性大打折扣[7-12]。因此，選擇經(jīng)驗(yàn)分析法進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)反復(fù)進(jìn)行審核，并進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步確定安全性和可靠性。模擬階段出現(xiàn)問題應(yīng)該及時(shí)修改，直至整個設(shè)計(jì)滿足實(shí)際需求并順利通過模擬實(shí)驗(yàn)即可。

第二，邏輯設(shè)計(jì)法。邏輯設(shè)計(jì)法與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法相對，其是指在電路設(shè)計(jì)階段，從邏輯代數(shù)思維出發(fā)，結(jié)合工藝實(shí)際需求，設(shè)定控制系統(tǒng)中電路的各個環(huán)節(jié)為不同的邏輯變量，設(shè)定具體的控制要求，對變量之間存在的多個邏輯關(guān)系進(jìn)行表達(dá)，滿足所有要求之后，設(shè)計(jì)出與之對應(yīng)的電路設(shè)計(jì)圖。這樣設(shè)計(jì)出的方案科學(xué)性高、安全性好、可靠程度高。但是，邏輯設(shè)計(jì)法要求設(shè)計(jì)師具有非常扎實(shí)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，要有靈活多變的業(yè)務(wù)技能，整個設(shè)計(jì)過程相對復(fù)雜，需要解決的問題較多。在常規(guī)設(shè)計(jì)過程中，該方法的應(yīng)用概率較小。

3 生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

電氣控制系統(tǒng)作為機(jī)電一體化重要組成部分，其作用與“大腦”一樣。設(shè)計(jì)流程是：首先根據(jù)設(shè)計(jì)方案的原則和方法，然后匹配合適的算法和微型計(jì)算機(jī)，匹配合適的控制系統(tǒng)，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)后，最后對硬件和軟件逐一進(jìn)行設(shè)計(jì)。雖流程略微復(fù)雜，但仍需要結(jié)合實(shí)際，對監(jiān)控方式進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出符合要求的電氣控制系統(tǒng)。

4 生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該遵循基本原則，選擇合適的設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)。具體來說，可靠性設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)、節(jié)能化設(shè)計(jì)以及規(guī)范化設(shè)計(jì)四個層面是必須重點(diǎn)把握的內(nèi)容。

4.1 可靠性設(shè)計(jì)

在對PLC控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行綜合分析后，應(yīng)該提高電氣控制系統(tǒng)的可靠性。尤其在變頻技術(shù)、微電子技術(shù)或是DCS技術(shù)上，必須綜合分析可靠性。電氣控制系統(tǒng)成本相對較高，若不夠可靠、不夠安全，一旦出現(xiàn)問題，整套系統(tǒng)將直接陷入癱瘓的狀態(tài)，客戶將會承擔(dān)巨大損失。具體來說，PCL控制技術(shù)中，目前最有效的保護(hù)措施是將一級光電耦合器外加到輸入端，這樣即使未來出現(xiàn)高電壓進(jìn)入回路，一級光電耦合器也能向更換熔斷器一般，此時(shí)只需更換光耦，故障就能得到及時(shí)排除。若保護(hù)光耦，考慮選擇4N25型;若開關(guān)頻率高，則考慮選擇TIL110型。從導(dǎo)通延遲時(shí)間、關(guān)斷延遲時(shí)間上考慮，4N25型為2.8μs和4.5μs，PLC的延遲為10ms，延遲時(shí)間從反映速度上考慮是可以忽略的。PLC進(jìn)行可靠的接地使用，能很好地減少電位差造成的干擾電流，對誤動等行為有非常好的防范作用。以上設(shè)計(jì)都能有效提高電氣控制系統(tǒng)的可靠性，能從經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域和安全領(lǐng)域?yàn)榭蛻籼峁└玫谋Ｕ稀?/p>

4.2 智能化設(shè)計(jì)

21世紀(jì)，智能化這個詞已然走進(jìn)每一位客戶的心中。因此，進(jìn)行生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也應(yīng)從智能化角度出發(fā)。市場上的智能化設(shè)計(jì)，是選擇相應(yīng)的軟件模塊，從而實(shí)現(xiàn)更好的控制，能為使用者節(jié)約時(shí)間或縮短流程等。發(fā)電廠進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)，可以從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)入手，選擇多線程的可在線編輯功能，并對具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而節(jié)約時(shí)間，縮短流程，達(dá)到智能化設(shè)計(jì)的目的。一般來說，PLC控制系統(tǒng)有三種類型，分別為單機(jī)控制系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)。實(shí)際使用階段，每個控制系統(tǒng)都需要在編輯器內(nèi)進(jìn)行非常復(fù)雜的參數(shù)設(shè)置，若將這項(xiàng)工作進(jìn)行自動化設(shè)計(jì)，根據(jù)操作系統(tǒng)和實(shí)際應(yīng)用軟件，將智能化的PLC模塊激活，能直接節(jié)約時(shí)間并縮短流程。

4.3 節(jié)能化設(shè)計(jì)

對使用生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的客戶而言，考慮節(jié)能就是降低客戶的運(yùn)行成本，是提升整體控制系統(tǒng)的核心競爭力。所以，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，從節(jié)能角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出節(jié)約能源、節(jié)約成本的系統(tǒng)尤為重要。進(jìn)行生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，加入節(jié)能化設(shè)計(jì)的元素，一方面能在環(huán)境保護(hù)政策下進(jìn)行生產(chǎn)，另一方面也能在資源短缺的緊張格局下為人類的居住環(huán)境提供更好的保障。進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮從控制器的分段控制入手。因變壓器的低負(fù)載或空載會在很大程度上造成浪費(fèi)，分段控制策略能將變壓器分成手動開啟和自動開啟模式，不同的控制器完成不同的工作。自動控制系統(tǒng)中，改變變壓器的檔位，多個連接點(diǎn)連接到繼電器上，變壓器在空載或是低負(fù)載的情況下能自動完成單臺代點(diǎn)，若負(fù)載較大則自動調(diào)節(jié)到多臺供電的模式上，這樣的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了節(jié)能減排的思想。因此，進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該根據(jù)控制的具體要求，根據(jù)電氣電源的改造、電氣線路的布局、儀表的控制和布局等對控制對象和控制目標(biāo)進(jìn)行研究。

5 結(jié)語

我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，工業(yè)電氣自動化也不斷完善，電氣自動化控制系統(tǒng)中引入了越來越多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使整個工業(yè)化發(fā)展有了更加廣闊的舞臺。同時(shí)，工業(yè)發(fā)展也在科技的影響下得到可靠的理論基礎(chǔ)，生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)也有了較為重大的突破?；诖?，筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)要點(diǎn)是規(guī)范化、智能化、節(jié)能化，應(yīng)以此為基礎(chǔ)，對電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。

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