電氣控制實訓(xùn)裝置設(shè)計與實現(xiàn)

黃圣龍

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

電氣控制技術(shù)的實踐性很強，除理論知識外，需要通過一定量的實際操作和觀摩演示，才可能達(dá)成較好的工程素養(yǎng)。如何使企業(yè)新員工能快速將所學(xué)理論電氣知識應(yīng)用到實際工作中，是各企業(yè)都面臨的問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)和要求

該實訓(xùn)裝置著眼于通過工程設(shè)計、動手組裝、調(diào)試等實踐來驗證和鞏固企業(yè)新員工所學(xué)的基本理論，并促進(jìn)培養(yǎng)企業(yè)新員工的工程意識和實踐技能。為此，系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)和要求如下：

（1）熟悉常用控制電器的結(jié)構(gòu)、工作原理、用途、型號，并能正確選用。

（2）熟悉電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)，對一般電氣控制線路具有獨立分析能力。

（3）初步具有對一般繼電器—接觸器控制線路的安裝、配線與調(diào)試的能力。

（4）初步具有對一般繼電器—接觸器控制線路的故障分析與檢查能力。

（5）初步具有對不太復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和改造的能力。

（6）初步了解如何將所學(xué)電氣理論知識應(yīng)用到實際工作中。

2 系統(tǒng)設(shè)計方案原則及電氣設(shè)計一般程序

（1）滿足該實訓(xùn)裝置培訓(xùn)內(nèi)容對電氣控制的要求。

（2）應(yīng)選用常見的簡單控制線路。

（3）應(yīng)具備電氣控制與機械運轉(zhuǎn)相結(jié)合功能。

（4）應(yīng)選用市場常見的電器元件。

（5）應(yīng)具備一定的電氣保護(hù)功能。

2.1 確定拖動方案

電力拖動方案是電氣控制原理圖設(shè)計及電器元件選擇的依據(jù)。本設(shè)計作為實訓(xùn)裝置，主要促進(jìn)企業(yè)新員工掌握電動機常用的控制電路，使企業(yè)新員工增加感性認(rèn)識，因而不考慮進(jìn)行電力拖動方面的實訓(xùn)，達(dá)到培訓(xùn)演示效果即可。

2.2 選擇電動機

由于本設(shè)計是實訓(xùn)裝置，主要應(yīng)用于企業(yè)員工培訓(xùn)教學(xué)而不是進(jìn)行生產(chǎn)。因此對電動機的額定功率、機械特性及效率等技術(shù)指標(biāo)要求不高。選用普通的三相電動機即可滿足本設(shè)計的要求。結(jié)合實際控制需要，本設(shè)計選用兩臺三相異步電動機，其中電動機基本參數(shù)如下：型號：YS5624；功率：120W；額定電壓：380 V；額定電流：0.6 A；額定轉(zhuǎn)速：1 400 r/min.

3 電氣控制線路設(shè)計

在實際工作中，常用的基本控制線路有：點動控制、起保停控制、多地控制、正反轉(zhuǎn)控制及順序啟動控制等五種，這五種控制線路原理圖分別如圖1~5所示。

以通用性強、易于更改、易于演示、安全可靠、經(jīng)濟實用為設(shè)計總原則[1]。其具體要求如下:

圖1 點動控制

圖2 起保停控制

圖3 多地控制

圖4 正反轉(zhuǎn)控制（電氣互鎖

圖5 順序啟動

將以上五種基本控制線路有效融合于實訓(xùn)裝置中，并在培訓(xùn)企業(yè)新員工時能快速實現(xiàn)各種基本控制線路功能的演示與切換，這樣即可避免培訓(xùn)過程冗長，有效提升培訓(xùn)效率及效果。同時也可作為一個實訓(xùn)課題，考察企業(yè)新員工對不太復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和改造的能力。

通過對比以上五種基本控制電路可以看出，在點動控制線路的基礎(chǔ)上串入一個停止按鈕SB2，同時將KM的輔助常開觸點與啟動按鈕SB1并聯(lián)即變換成起保停控制電路；由起保停控制線路切換到多地控制線路時分別再串入一個停止按鈕SB22和并聯(lián)一個啟動按鈕SB12即可；順序啟動和正反轉(zhuǎn)控制都需要用兩個接觸器進(jìn)行控制，且兩個控制線路所用電器元件數(shù)相同，只是接線不同。因此，要實現(xiàn)順序啟動和正反轉(zhuǎn)控制，在多地控制或起保停控制線路的基礎(chǔ)上再接入一個KM2的起保停控制線路即可。為便于在演示培訓(xùn)時方便切換成不同的控制線路，以及考慮到通用性和經(jīng)濟實用等目的，故設(shè)計一個總控制線路，總控制線路應(yīng)能實現(xiàn)以上五個控制線路快速切換，且這五個控制線路可共用一套電器元件。這個總控制線路如圖6所示。由圖6可知，該總控制線路通過開關(guān)K1到K7的不同組合即可實現(xiàn)以上五個控制線路的切換。

圖6 總控制線路圖

4 電器選擇與安裝

4.1 電器選擇

（1）斷路器選擇

本設(shè)計中電動機額定電壓為380 V，額定電流為0.6 A，故選用浙江正泰的DZ47-63/3P（C）型，額定電流2 A，即可滿足要求。

（2）熔斷器選擇

本設(shè)計中控制線路的額定電壓為220 V，額定電流較小，故選用浙江正泰的CJX2-09系列接觸器即可滿足控制要求。

（3）其他電器選擇

結(jié)合本設(shè)計需要，選用與CJX2系列接觸器配套的JRS1系列熱繼電器，選用兩個LA4-3H按鈕盒，行程開關(guān)選用浙江正泰生產(chǎn)的LX19-001直動式系列行程開關(guān)兩個。

4.2 電器布置

電器布置圖主要用于表明該實訓(xùn)裝置上電器元件的實際位置[2]。作為實訓(xùn)裝置，將經(jīng)常進(jìn)行接線、布線及更換電器元件等操作。為便于進(jìn)行各種操作，設(shè)計通過進(jìn)出線接線端子將裝置內(nèi)部設(shè)備與外部設(shè)備進(jìn)行連接，內(nèi)部接線則通內(nèi)部接線端子進(jìn)行連接。考慮到安全因素，將面板左邊作為執(zhí)行元件區(qū)域，右邊作為操作區(qū)域，且操作區(qū)通過內(nèi)部接線端子與執(zhí)行元件進(jìn)行連接。并在左下角留有一定的擴展空間。因此，本設(shè)計的電器元件布置圖如圖7所示。

圖7 電器布置圖

4.3 電器元件安裝

考慮到作為實訓(xùn)裝置，為便于增減電器元件以實現(xiàn)不同的控制線路，本設(shè)計中所選電器元件（電機除外）均為導(dǎo)軌式安裝。為此，需要將導(dǎo)軌安裝固定到面板上，然后根據(jù)電器布置圖依次將所需電器元件裝在導(dǎo)軌上的相應(yīng)位置。安裝完成后即可根據(jù)總控制線路圖進(jìn)行接線或根據(jù)實際所需的實訓(xùn)課題進(jìn)行接線實踐。

4.4 功能實現(xiàn)

（1）點動控制：開關(guān)K1-1、K4-1閉合，其余開關(guān)斷開，按SB3按鈕實現(xiàn)點動控制演示。

（2）起保停控制：開關(guān) K1-2、K2-1、K4-1、K6 閉合，其余開關(guān)斷開，按SB3按鈕啟動并自保，按SB1按鈕停止，實現(xiàn)起保停控制演示。

（3）多地控制：開關(guān) K1-2、K2-2、K3-1、K4-1、K6閉合，其余開關(guān)斷開，按SB3或SB4按鈕啟動，按SB1或SB2按鈕停止，實現(xiàn)多地控制演示。

（4）順序啟動控制：開關(guān) K1-2、K2-2、K3-2、K4-1、K5-1、K6 閉合，其余開關(guān)斷開，按 SB3 啟動 KM1，再按SB5啟動KM2，按SB1或SB2停止，實現(xiàn)順序啟動控制演示。

（5）正反轉(zhuǎn)控制：開關(guān) K1-2、K2-2、K4-2、K5-2、K6、K7閉合，其余開關(guān)斷開，按SB3按鈕實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，按SB5實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，按SB1或SB2實現(xiàn)停止，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制演示。

5 結(jié)束語

本文以所設(shè)計的實訓(xùn)裝置為例，通過介紹傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)和典型機械設(shè)備的控制線路，較為完整地把電氣控制基本原理與實際結(jié)合于一體，員工可利用該實訓(xùn)裝置進(jìn)行實操，有效使企業(yè)新員工能快速將所學(xué)理論電氣知識應(yīng)用到實際工作中，有助于提升企業(yè)新員工的電氣控制實踐方面的能力。同時，后期通過拓展增加PLC控制器以及相關(guān)輔助元器件，便可進(jìn)行PLC程序控制方面的實訓(xùn)。

[1]付家才.電氣控制過程實踐技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]馮仁劍，張 丹.圖解電氣控制線路及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2008.