分析電氣控制線路設計及優化策略

楊慧慧

（河南工業和信息化職業學院 電氣工程系，河南 焦作 454000）

0 引 言

隨著科學技術的快速更新和發展，企業對生產力效率的需求也日漸增大，催化了工業生產電氣化和電氣自動化技術的廣泛應用。電氣控制技術是電學的基本技術和核心技術。電氣線路設計在電氣設備設計、生產、操作和調控的過程中有著關鍵性作用。良好的電氣線路設計可以保障電力系統的有序運行，直接影響線路性能的好壞。因此，設計人員在設計電氣線路時要充分考慮線路的合理性和科學性，保證電氣線路運行效果良好，確保電氣設備的安全使用。

1 電氣控制線路設計原則

1.1 電氣控制線路設計中控制方式的通用原則

通用化是在生產機械加工過程中，線路設計方案可以生產出不同屬性的產品。這對電路設計標準提出了更高要求。電路設計中，要盡可能符合設計標準，在長期反復實踐中得到有效的控制方案，達到生產設備和生產工藝均符合要求的目的。

1.2 電氣控制線路設計中控制電路電源的可靠性原則

電氣控制中，電源是所有電氣設備順利運行的前提。在電氣控制電路設計過程中，設計人員需要對線路的配電方案、總體布局、接地線路等因素進行綜合、全面考慮，確保電路電源的負載量在預計范圍之內。此外，需要考慮電路的其他問題，如電路間的相互干擾、電路過熱等，規避可能造成的事故和隱患。控制電路電源設計要遵循可靠性原則，在線路控制較為簡單的情況下選擇電網電源，生產設備高度自動化的情況下選擇直流電源，從而提高控制電路電源的可靠性。

1.3 電氣控制線路設計中控制電氣設備的安全性原則

在電路控制線路設計滿足電氣設備生產需求的前提下，應滿足經濟實用、無寄生電路、簡單可靠的原則[1]。要避免各類電氣設備在同一條線路上同時使用，并且盡可能減少觸點。此外，要簡化設計電路，有效避免電路故障的發生，確保電器設備控制線路的安全性。

2 電氣控制線路的設計方法

2.1 經驗設計法

在復雜電氣控制線路設計中，經驗設計法起著重要作用。由于復雜線路設計的難度較高，設計人員需要繪制大量的線路圖。線路圖要經過多次修改和反復實踐協調，才能保證整體的準確性和可靠性。因此，在復雜線路設計時，為了保證線路性能良好，設計人員必須具備豐富的工作經驗。

2.2 邏輯設計法

邏輯設計法指以生產對象的需求為設計前提，按照生產設備運行特點和規律，在設計過程中將電器元件看作邏輯變量，經過一些邏輯運算得出最簡邏輯表達式，然后畫出相應的控制線路圖。電路圖可以通過邏輯控制各種動態的電器元件，保持控制線路良好的性能。

具體的設計步驟如下。

（1）明確控制對象動作的每個啟動信號和停止信號。設計整體邏輯線路變量系統前，對控制對象的生產工藝需求和生產狀態進行分析，保證控制對象的工作和動作狀態在一個完整的系統工作周期內完成。

（2）明確電氣控制線路的邏輯函數關系。電氣控制線路的控制對象工作狀態有兩種——線圈得電和線圈失電，觸點閉合和觸點斷開。這兩種關系相互獨立且穩定。設計人員可以在邏輯變量系統中將控制對象每個動作的啟動信號和停止信號看作邏輯變量。啟動信號和停止信號的變化規律應符合邏輯變量系統的邏輯規律。因此，可通過邏輯運算得出控制線路的最簡邏輯表達式。

（3）按照最簡邏輯表達式畫出邏輯變量系統的工作循環圖和控制線路。以控制對象的工作狀態在工作循環中對控制對象各個動作之間的關聯、互動、互鎖及動作順序為基礎，把握好每個動作之間的邏輯關系，依照生產工藝的需求，將各個被控對象之間的邏輯關系整合成整體邏輯變量系統的邏輯方程，即系統的邏輯表達式。根據所得的邏輯表達式畫出邏輯變量系統的工作循環圖和控制線路，分析各個被控對象之間動作的順序是否合理、互鎖，以及每個被控對象動作的啟動和停止信號安全性能是否可靠，以保證控制線路運行良好有效[2]。

3 電氣控制線路設計的優化策略

3.1 電氣控制線路的表示方法

通常情況下，電氣控制線路有三種主要表示方法。第一，電氣原理圖。電氣原理圖用來表明設備電氣工作原理、各電器元件的作用以及相互之間關系的表示方式。運用電氣原理圖的方法和技巧，對分析電氣線路、排除機床電路故障十分有益。電氣原理圖一般由主電路、控制電路、保護、配電電路等幾部分組成。因此，想要從電氣原理圖中獲取更多，需要掌握準確的讀圖方法。通過整體的控制線路實現對各個控制線路之間的快速切換控制，各個控制線路之間可以共用電器元件。第二，電氣接線。控制線路的電氣接線主要根據電器元件的實際分布位置和安裝情況決定。實際操作過程中，要充分展示電器元件的位置、各種接線和配線方式。第三，電器布置圖。控制電路的電器布置圖能清晰指出電氣系統中各個電器元件和電器的具體分布位置，分為三個主要組成部分：機床電器設置布置圖、控制柜設置布置圖和控制板電氣設備布置圖。控制電路設計依靠進出線接線端口，連通裝置內部和外部設備設施的接線。裝置內部接線與裝置內部的接線端連接。在電器布置圖中，要注意仔細分辨粗細不一的設計輪廓線，從而在短時間內快速分辨出不同線路。

3.2 電氣控制線路設計應盡可能從簡

設計電氣控制線路時，在保證電器系統正常運行的前提下，盡可能減少線路設計，使電氣控制線路線路布局盡量簡潔[3]。既可以減少線路設計的成本投入，還能使設計更加環保。要做到電氣控制線路設計簡潔，需要從三個方面入手。第一，配置電氣控制線路電線時，要嚴格按照電器元件的使用功率和電壓來配置，電線使用要符合全新的檢驗標準。第二，在不影響電器元件正常工作狀態的情況下，盡可能減少導線連接的使用，長度控制在最低狀態，避免造成不必要的浪費。為了不影響布局美觀，盡量使用串聯。此外，操作臺上應該設置好啟動按鈕和關閉按鈕。在電氣柜上安裝接觸器，并注意按鈕與接觸器之間的距離。一般來說，按鈕與接觸器之間的距離都較長。因此，將啟動按鈕和關閉按鈕安裝在一起，以使導線的連接更加簡潔；第三，盡可能選擇使用同一型號的標注構建，最大程度降低電器元件的使用。

3.3 電氣控制線路設計優化主電路的設計

在電氣控制線路設計中設計優化主電路時，需要注意到以下三點。第一，充分了解電氣控制電路的設計任務和設計思路，結合客戶的設計要求，在滿足客戶需求的基礎上，結合實際操作情況和控制任務，詳細分析整個控制線路，制定科學可靠的設計方案。第二，適當參考現有的控制線路設計，在一定程度上提高工作效率。第三，主電路的設計優化要嚴格遵守優化原理，保證設計的合理性。

4 結 論

在電氣控制線路設計和優化過程中，設計人員要盡可能探索和發現，從而設計出更加合理、科學、安全、可靠的控制線路，在經濟和美觀的角度上，保證控制線路的優化。