論生產機械電氣控制系統的設計要點

婁雙旺 宋江華

摘 要：本文首先對生產機械電氣控制系統的設計原則、基本任務和內容進行闡述，然后對設計基本原理和方法進行論述，之后總結了設計流程，最后對生產機械電氣控制系統的設計要點進行論述，以期為生產機械電氣控制系統設計提供參考。

關鍵詞：生產機械;電氣控制系統;設計要點;原理設計;設計流程

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：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

電氣控制系統在生產機械中的使用非常廣泛。由此，在電氣控制系統中利用網絡結構進行遠程控制，使控制系統和辦公系統能很好地實現數據交換，從而達到共享的目的是非常重要的。在對生產機械進行電氣控制系統設計時，首先必須全面掌握理論基礎知識，然后將原理設計作為核心，隨后對設計流程進行思考，最后在整體設計中把握設計要點，方能設計出較好的生產機械電氣控制系統。

1 生產機械電氣控制系統的設計基本原則、基本任務

由于市場上的生產機械種類較繁雜，因此，相關電氣控制系統設計也有較大差別。但總體來說，生產機械電氣控制系統的設計已經形成基本的原則和設計方法。進行生產機械電氣控制系統設計時，應該堅持正確的、符合科學的設計理念，結合工程實際需求和其他要求展開，這樣才能更加快速、高效地設計出符合要求的電氣控制系統。設計階段，需要遵循的原則有四個。第一，設計的可行性原則，即最大限度地滿足生產機械和生產工藝對電氣控制系統的要求。第二，設計的合理性。在滿足控制要求的前提下，設計方案應力求簡單、經濟、便于操作和維修，不要盲目追求高指標和自動化[1-6]。第三，設計的相融性。進行電氣控制系統的設計時需要重點思考系統和機械在設計上的相融性，否則系統無法實現對機械的控制，設計出的產品不能滿足應用需求。第四是設計的可靠性，即確保控制系統安全可靠地工作。總體來說，整套電氣控制系統應該具有較高的可靠性，能長期、安全地展開工作。

生產機械電氣控制系統設計最基本的設計任務是根據控制要求設計、編制出設備制造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料等。整個設計階段，核心內容是原理設計，對原理進行詳細闡述后，進行任務書撰寫，囊括設計任務書、電力設計具體方案、電動機選擇等內容。而后進行設計原理圖的繪制。這項工作應結合設計原理和設計任務書，從實際出發，對使用到的所有的電氣元件、電子器件進行綜合性選擇，通過明細表進行統計，以便后期設計能更加順利地開展。

2 生產機械電氣控制系統設計方法

第一，經驗設計法，又可以稱為分析設計法。顧名思義，經驗設計是設計師根據自身經驗和知識考慮實際生產需求，首先選擇基本的單元電路或是其他市場上成熟度高、匹配性好的電路設計，再根據實際需求進行組合或修改補充，從而設計出滿足實際需求的完整的電氣控制系統。經驗設計法最大的優勢是設計被簡單化。經驗設計法摒棄了固定的程序，整個設計依靠設計師對所有電氣控制系統的理解和認識，基于設計師的分析能力和經驗認識展開。經驗固然重要，但其可能經不起嚴密的邏輯推理和科學考究，經驗設計法可能在實際運用中存在不周全之處。經驗設計法較為依賴設計師的經驗，若經驗與科學出現較大偏差，質量會受到嚴重影響，從而導致生產機械電氣控制系統的可行性或可靠性大打折扣[7-12]。因此，選擇經驗分析法進行電氣控制系統設計時應反復進行審核，并進行模擬實驗，進一步確定安全性和可靠性。模擬階段出現問題應該及時修改，直至整個設計滿足實際需求并順利通過模擬實驗即可。

第二，邏輯設計法。邏輯設計法與經驗設計法相對，其是指在電路設計階段，從邏輯代數思維出發，結合工藝實際需求，設定控制系統中電路的各個環節為不同的邏輯變量，設定具體的控制要求，對變量之間存在的多個邏輯關系進行表達，滿足所有要求之后，設計出與之對應的電路設計圖。這樣設計出的方案科學性高、安全性好、可靠程度高。但是，邏輯設計法要求設計師具有非常扎實的設計基礎，要有靈活多變的業務技能，整個設計過程相對復雜，需要解決的問題較多。在常規設計過程中，該方法的應用概率較小。

3 生產機械電氣控制系統設計流程

電氣控制系統作為機電一體化重要組成部分，其作用與“大腦”一樣。設計流程是：首先根據設計方案的原則和方法，然后匹配合適的算法和微型計算機，匹配合適的控制系統，進行總體設計后，最后對硬件和軟件逐一進行設計。雖流程略微復雜，但仍需要結合實際，對監控方式進行優化，設計出符合要求的電氣控制系統。

4 生產機械電氣控制系統的設計要點

生產機械電氣控制系統設計過程中，應該遵循基本原則，選擇合適的設計方法，重點把握設計要點。具體來說，可靠性設計、智能化設計、節能化設計以及規范化設計四個層面是必須重點把握的內容。

4.1 可靠性設計

在對PLC控制技術和現場總線技術進行綜合分析后，應該提高電氣控制系統的可靠性。尤其在變頻技術、微電子技術或是DCS技術上，必須綜合分析可靠性。電氣控制系統成本相對較高，若不夠可靠、不夠安全，一旦出現問題，整套系統將直接陷入癱瘓的狀態，客戶將會承擔巨大損失。具體來說，PCL控制技術中，目前最有效的保護措施是將一級光電耦合器外加到輸入端，這樣即使未來出現高電壓進入回路，一級光電耦合器也能向更換熔斷器一般，此時只需更換光耦，故障就能得到及時排除。若保護光耦，考慮選擇4N25型;若開關頻率高，則考慮選擇TIL110型。從導通延遲時間、關斷延遲時間上考慮，4N25型為2.8μs和4.5μs，PLC的延遲為10ms，延遲時間從反映速度上考慮是可以忽略的。PLC進行可靠的接地使用，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。以上設計都能有效提高電氣控制系統的可靠性，能從經濟領域和安全領域為客戶提供更好的保障。

4.2 智能化設計

21世紀，智能化這個詞已然走進每一位客戶的心中。因此，進行生產機械電氣控制系統設計，也應從智能化角度出發。市場上的智能化設計，是選擇相應的軟件模塊，從而實現更好的控制，能為使用者節約時間或縮短流程等。發電廠進行電氣控制系統智能化設計，可以從數據采集系統入手，選擇多線程的可在線編輯功能，并對具體參數進行設計，從而節約時間，縮短流程，達到智能化設計的目的。一般來說，PLC控制系統有三種類型，分別為單機控制系統、集中控制系統、分布式控制系統。實際使用階段，每個控制系統都需要在編輯器內進行非常復雜的參數設置，若將這項工作進行自動化設計，根據操作系統和實際應用軟件，將智能化的PLC模塊激活，能直接節約時間并縮短流程。

4.3 節能化設計

對使用生產機械電氣控制系統的客戶而言，考慮節能就是降低客戶的運行成本，是提升整體控制系統的核心競爭力。所以，電氣控制系統設計過程中，從節能角度出發，設計出節約能源、節約成本的系統尤為重要。進行生產機械的電氣控制系統設計時，加入節能化設計的元素，一方面能在環境保護政策下進行生產，另一方面也能在資源短缺的緊張格局下為人類的居住環境提供更好的保障。進行PLC控制系統設計時，考慮從控制器的分段控制入手。因變壓器的低負載或空載會在很大程度上造成浪費，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。自動控制系統中，改變變壓器的檔位，多個連接點連接到繼電器上，變壓器在空載或是低負載的情況下能自動完成單臺代點，若負載較大則自動調節到多臺供電的模式上，這樣的設計體現了節能減排的思想。因此，進行電氣控制系統的整體設計時就應該根據控制的具體要求，根據電氣電源的改造、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進行研究。

5 結語

我國經濟迅速發展，工業電氣自動化也不斷完善，電氣自動化控制系統中引入了越來越多先進的科學技術，使整個工業化發展有了更加廣闊的舞臺。同時，工業發展也在科技的影響下得到可靠的理論基礎，生產機械的電氣控制系統設計也有了較為重大的突破。基于此，筆者認為設計要點是規范化、智能化、節能化，應以此為基礎，對電氣控制系統進行可靠性設計。

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