论生产机械电气控制系统的设计要点

娄双旺 宋江华

摘 要：本文首先对生产机械电气控制系统的设计原则、基本任务和内容进行阐述，然后对设计基本原理和方法进行论述，之后总结了设计流程，最后对生产机械电气控制系统的设计要点进行论述，以期为生产机械电气控制系统设计提供参考。

关键词：生产机械;电气控制系统;设计要点;原理设计;设计流程

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：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

電气控制系统在生产机械中的使用非常广泛。由此，在电气控制系统中利用网络结构进行远程控制，使控制系统和办公系统能很好地实现数据交换，从而达到共享的目的是非常重要的。在对生产机械进行电气控制系统设计时，首先必须全面掌握理论基础知识，然后将原理设计作为核心，随后对设计流程进行思考，最后在整体设计中把握设计要点，方能设计出较好的生产机械电气控制系统。

1 生产机械电气控制系统的设计基本原则、基本任务

由于市场上的生产机械种类较繁杂，因此，相关电气控制系统设计也有较大差别。但总体来说，生产机械电气控制系统的设计已经形成基本的原则和设计方法。进行生产机械电气控制系统设计时，应该坚持正确的、符合科学的设计理念，结合工程实际需求和其他要求展开，这样才能更加快速、高效地设计出符合要求的电气控制系统。设计阶段，需要遵循的原则有四个。第一，设计的可行性原则，即最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求。第二，设计的合理性。在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济、便于操作和维修，不要盲目追求高指标和自动化[1-6]。第三，设计的相融性。进行电气控制系统的设计时需要重点思考系统和机械在设计上的相融性，否则系统无法实现对机械的控制，设计出的产品不能满足应用需求。第四是设计的可靠性，即确保控制系统安全可靠地工作。总体来说，整套电气控制系统应该具有较高的可靠性，能长期、安全地展开工作。

生产机械电气控制系统设计最基本的设计任务是根据控制要求设计、编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图纸、资料等。整个设计阶段，核心内容是原理设计，对原理进行详细阐述后，进行任务书撰写，囊括设计任务书、电力设计具体方案、电动机选择等内容。而后进行设计原理图的绘制。这项工作应结合设计原理和设计任务书，从实际出发，对使用到的所有的电气元件、电子器件进行综合性选择，通过明细表进行统计，以便后期设计能更加顺利地开展。

2 生产机械电气控制系统设计方法

第一，经验设计法，又可以称为分析设计法。顾名思义，经验设计是设计师根据自身经验和知识考虑实际生产需求，首先选择基本的单元电路或是其他市场上成熟度高、匹配性好的电路设计，再根据实际需求进行组合或修改补充，从而设计出满足实际需求的完整的电气控制系统。经验设计法最大的优势是设计被简单化。经验设计法摒弃了固定的程序，整个设计依靠设计师对所有电气控制系统的理解和认识，基于设计师的分析能力和经验认识展开。经验固然重要，但其可能经不起严密的逻辑推理和科学考究，经验设计法可能在实际运用中存在不周全之处。经验设计法较为依赖设计师的经验，若经验与科学出现较大偏差，质量会受到严重影响，从而导致生产机械电气控制系统的可行性或可靠性大打折扣[7-12]。因此，选择经验分析法进行电气控制系统设计时应反复进行审核，并进行模拟实验，进一步确定安全性和可靠性。模拟阶段出现问题应该及时修改，直至整个设计满足实际需求并顺利通过模拟实验即可。

第二，逻辑设计法。逻辑设计法与经验设计法相对，其是指在电路设计阶段，从逻辑代数思维出发，结合工艺实际需求，设定控制系统中电路的各个环节为不同的逻辑变量，设定具体的控制要求，对变量之间存在的多个逻辑关系进行表达，满足所有要求之后，设计出与之对应的电路设计图。这样设计出的方案科学性高、安全性好、可靠程度高。但是，逻辑设计法要求设计师具有非常扎实的设计基础，要有灵活多变的业务技能，整个设计过程相对复杂，需要解决的问题较多。在常规设计过程中，该方法的应用概率较小。

3 生产机械电气控制系统设计流程

电气控制系统作为机电一体化重要组成部分，其作用与“大脑”一样。设计流程是：首先根据设计方案的原则和方法，然后匹配合适的算法和微型计算机，匹配合适的控制系统，进行总体设计后，最后对硬件和软件逐一进行设计。虽流程略微复杂，但仍需要结合实际，对监控方式进行优化，设计出符合要求的电气控制系统。

4 生产机械电气控制系统的设计要点

生产机械电气控制系统设计过程中，应该遵循基本原则，选择合适的设计方法，重点把握设计要点。具体来说，可靠性设计、智能化设计、节能化设计以及规范化设计四个层面是必须重点把握的内容。

4.1 可靠性设计

在对PLC控制技术和现场总线技术进行综合分析后，应该提高电气控制系统的可靠性。尤其在变频技术、微电子技术或是DCS技术上，必须综合分析可靠性。电气控制系统成本相对较高，若不够可靠、不够安全，一旦出现问题，整套系统将直接陷入瘫痪的状态，客户将会承担巨大损失。具体来说，PCL控制技术中，目前最有效的保护措施是将一级光电耦合器外加到输入端，这样即使未来出现高电压进入回路，一级光电耦合器也能向更换熔断器一般，此时只需更换光耦，故障就能得到及时排除。若保护光耦，考虑选择4N25型;若开关频率高，则考虑选择TIL110型。从导通延迟时间、关断延迟时间上考虑，4N25型为2.8μs和4.5μs，PLC的延迟为10ms，延迟时间从反映速度上考虑是可以忽略的。PLC进行可靠的接地使用，能很好地减少电位差造成的干扰电流，对误动等行为有非常好的防范作用。以上设计都能有效提高电气控制系统的可靠性，能从经济领域和安全领域为客户提供更好的保障。

4.2 智能化设计

21世纪，智能化这个词已然走进每一位客户的心中。因此，进行生产机械电气控制系统设计，也应从智能化角度出发。市场上的智能化设计，是选择相应的软件模块，从而实现更好的控制，能为使用者节约时间或缩短流程等。发电厂进行电气控制系统智能化设计，可以从数据采集系统入手，选择多线程的可在线编辑功能，并对具体参数进行设计，从而节约时间，缩短流程，达到智能化设计的目的。一般来说，PLC控制系统有三种类型，分别为单机控制系统、集中控制系统、分布式控制系统。实际使用阶段，每个控制系统都需要在编辑器内进行非常复杂的参数设置，若将这项工作进行自动化设计，根据操作系统和实际应用软件，将智能化的PLC模块激活，能直接节约时间并缩短流程。

4.3 节能化设计

对使用生产机械电气控制系统的客户而言，考虑节能就是降低客户的运行成本，是提升整体控制系统的核心竞争力。所以，电气控制系统设计过程中，从节能角度出发，设计出节约能源、节约成本的系统尤为重要。进行生产机械的电气控制系统设计时，加入节能化设计的元素，一方面能在环境保护政策下进行生产，另一方面也能在资源短缺的紧张格局下为人类的居住环境提供更好的保障。进行PLC控制系统设计时，考虑从控制器的分段控制入手。因变压器的低负载或空载会在很大程度上造成浪费，分段控制策略能将变压器分成手动开启和自动开启模式，不同的控制器完成不同的工作。自动控制系统中，改变变压器的档位，多个连接点连接到继电器上，变压器在空载或是低负载的情况下能自动完成单台代点，若负载较大则自动调节到多台供电的模式上，这样的设计体现了节能减排的思想。因此，进行电气控制系统的整体设计时就应该根据控制的具体要求，根据电气电源的改造、电气线路的布局、仪表的控制和布局等对控制对象和控制目标进行研究。

5 结语

我国经济迅速发展，工业电气自动化也不断完善，电气自动化控制系统中引入了越来越多先进的科学技术，使整个工业化发展有了更加广阔的舞台。同时，工业发展也在科技的影响下得到可靠的理论基础，生产机械的电气控制系统设计也有了较为重大的突破。基于此，笔者认为设计要点是规范化、智能化、节能化，应以此为基础，对电气控制系统进行可靠性设计。

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