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機械電氣控制電路邏輯設計分析論文
摘要：隨著(zhù)我國工業(yè)的不斷發(fā)展，大型機械的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)數量不斷提高，大型機械在其運行過(guò)程中需要電氣電路的精確控制。本文從大型機械電氣控制電路的兩種設計方法的原理、優(yōu)勢和弊端出發(fā)，詳細討論了大型機械電氣控制電路邏輯設計電源和電壓的要求，從大型機械電器元件的可靠性和電氣元件線(xiàn)圈和觸點(diǎn)的連接規定兩個(gè)方面探討了電氣控制電路邏輯設計的可靠性問(wèn)題，最后對邏輯設計的安全性原則、操作性原則以及經(jīng)濟性原則進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：電氣控制電路；邏輯；設計
電氣控制原理電路設計對電氣控制功能的實(shí)現具有重要的意義，電氣控制原理電路設計主要有兩種主流的設計方法，一種是分析設計方法，另一種是邏輯設計方法。不同的生產(chǎn)工藝對單元電路的設計要求也不同，分析設計法正是根據連鎖條件對已設計好的電路進(jìn)行組合，對組合而成的電路進(jìn)行完善和更改，形成一套完整的可以實(shí)現設計功能的電路。有些時(shí)候已設計好的現成電路無(wú)法滿(mǎn)足設計和使用的需求，這時(shí)就要對功能需求進(jìn)行分析，并且對整體電路進(jìn)行分析和設計的融合。分析設計法具有諸多優(yōu)點(diǎn)，對基本電路單元的理解要求很高，熟練的掌握各種電路單元的設計方法和實(shí)現路徑便于完成所需求電路的設計，并且可以大幅度的提高設計的完成效率。擁有長(cháng)時(shí)間工作經(jīng)驗的電路設計工作者可以輕車(chē)熟路的利用各種各樣的電路設計單元，并對這些電路設計單元進(jìn)行整合和重組，高質(zhì)量高效率的完成電路設計。分析設計法也有其方法上的弊端，弊端在于所進(jìn)行的設計是各種電路設計單元的重組。因此在功能的實(shí)現上不具有非常高的針對性和匹配性，因此對分析法設計出的電路應該邊設計邊分析，反復的測試和更改，最終服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)踐。另外一種邏輯設計法的電路設計工具是邏輯代數，控制生產(chǎn)過(guò)程中機械的拖動(dòng)動(dòng)作和工藝流程是邏輯設計法要實(shí)現的目的，控制電路中的接觸器、繼電器、觸點(diǎn)以及主令電器是邏輯對象，控制電路中的接觸器、繼電器、觸點(diǎn)以及主令電器的開(kāi)和關(guān)，接通和斷開(kāi)是邏輯變量，以電路圖的方式簡(jiǎn)明的表達出相互之間的聯(lián)系和控制關(guān)系，具有理想和經(jīng)濟的優(yōu)點(diǎn)，但這種電氣控制電路的邏輯設計法相比于分析設計法設計過(guò)程復雜，設計難度大，對新概念新思路的技術(shù)實(shí)現需要有一定的工作經(jīng)驗和理論功底，因此簡(jiǎn)單的常規設計中很少涉及。
1邏輯設計電源和電壓要求
當進(jìn)行較為簡(jiǎn)單的大型機械控制電路邏輯設計時(shí)，通常選用交流電源，電源電壓可以選擇220伏或者380伏，這種簡(jiǎn)單的控制電路中往往需要控制的電器元件少，因此在控制電路邏輯設計中無(wú)需對控制電源變壓器進(jìn)行設計，當電路中需要控制的電器元件多，控制線(xiàn)路復雜時(shí)，控制電源變壓器的設計則應該融入控制電路邏輯設計中，此時(shí)電壓則可以控制為110伏以下。這種設計思路方便了維修操作，提高了電器元件的使用性能。在進(jìn)行電力傳動(dòng)部分的設計時(shí)，常采用直流電源的供電方式，電壓為220伏和110伏兩種，24伏的直流電源則可以應用于電磁鐵和電磁離合器的工作。
2電氣控制電路邏輯設計的可靠性
2.1電氣元件可靠性
大型機械運行的可靠性需要其控制電路邏輯設計具有可靠性，電氣控制電路邏輯設計應滿(mǎn)足電氣控制電路的平穩運行，而電氣控制電路平穩運行最重要的是擁有可靠運行的電氣元件，在對不同的使用環(huán)境進(jìn)行設計時(shí)應該選用不同性能的電氣元件。競爭和冒險是電氣控制電路邏輯設計中存在的兩種現象，在簡(jiǎn)單的控制電路中，電路會(huì )受到某一個(gè)信號的控制而發(fā)生穩定狀態(tài)之間的轉變，此時(shí)常常只有一個(gè)電器元件發(fā)生狀態(tài)變化。復雜的電氣控制電路則完全不同，復雜的電氣控制電路邏輯設計考慮到發(fā)生狀態(tài)轉變的電器元件較多，則會(huì )引起電路競爭現象。而對于開(kāi)關(guān)電路，由于電器元件的釋放延時(shí)作用，也會(huì )出現開(kāi)關(guān)元件不按要求的邏輯功能輸出的可能性，這種現象稱(chēng)為“冒險”。上述兩種現象所造成的后果是控制電路無(wú)法完成電氣控制電路邏輯設計所需要實(shí)現的功能，無(wú)法按照設計要求而進(jìn)行特定的動(dòng)作，這就導致了電路控制失靈的情況。靜態(tài)分析針對觸電的接觸和斷開(kāi)、電路電器的動(dòng)作來(lái)展開(kāi)，而在電路邏輯設計過(guò)程中理想化的將其動(dòng)作過(guò)程所需要的時(shí)間設計為零，實(shí)際在電路進(jìn)行控制和動(dòng)作的過(guò)程中這種動(dòng)作所需要的時(shí)間是無(wú)法避免的。以接觸器和繼電器為例，從接觸器或者繼電器通電開(kāi)始，到觸電閉合需要一段時(shí)間，同樣的道理在電路斷電后觸電的斷開(kāi)還需要釋放時(shí)間。電路中電器元件的動(dòng)作時(shí)間和釋放時(shí)間都應該融入電路控制邏輯設計之中，但往往因為固有的電器元件動(dòng)作延時(shí)區別于設計者設計的人為延時(shí)，使得固有延時(shí)的控制和計算具有較大的難度，時(shí)間圖法可以有效的解決上述問(wèn)題，對于電氣控制電路的邏輯設計和電路正常工作功能的實(shí)現有重要的現實(shí)意義。
2.2電氣元件線(xiàn)圈和觸點(diǎn)的連接規定
在對大型機械的電氣控制電路進(jìn)行邏輯設計時(shí)，應注意電器線(xiàn)圈的連接方式，對交流電壓線(xiàn)圈進(jìn)行串聯(lián)設計常常使電氣控制電路邏輯設計不具備可靠性，當兩個(gè)線(xiàn)圈電壓相同時(shí)對線(xiàn)圈進(jìn)行串聯(lián)處理，并接于兩個(gè)線(xiàn)圈電壓之和的交流電源上時(shí)容易導致電壓分配不均的現象。電器元件位置設計和觸電位置的選擇也很重要，電器元件或者觸電的位置在串聯(lián)回路中進(jìn)行改變時(shí)，雖然還可以實(shí)現其應該具備的功能，但是這樣的改變很可能帶來(lái)導線(xiàn)的長(cháng)短變化，電路原理未被改變但電路的安全性受到較大的影響。寄生電路的出現也較為常見(jiàn)，寄生電路指非正常接通的電路。這種寄生電路的產(chǎn)生條件是所設計的控制電路在正常工作的過(guò)程中有一條新的電路意外接通，這種寄生電路的出現嚴重影響電路的安全運行和有效控制，因此必須防止寄生電路的出現。電氣控制電路邏輯設計的可靠性也和導線(xiàn)的長(cháng)度有關(guān)，雖然增加導線(xiàn)的長(cháng)度絲毫不影響電氣控制電路邏輯設計的原理，也不能影響其功能的實(shí)現，但控制電路中的導線(xiàn)長(cháng)度增加時(shí)會(huì )造成額外的電能浪費。產(chǎn)生更多的熱量，并且導線(xiàn)長(cháng)度的增加也導致可能出現斷路的可能性也變大，影響控制電路的可靠性。繼電器的選取在電氣控制電路邏輯設計中也非常關(guān)鍵，用來(lái)斷開(kāi)或接通接觸器線(xiàn)圈時(shí)，繼電器則需要與接觸器進(jìn)行容量匹配，當控制電路中的接觸器容量較大時(shí)，一種方法是設計大容量繼電器以滿(mǎn)足接觸器的長(cháng)期使用要求。另一種方法是增加中間繼電器的設計，與增加繼電器容量效果相同，都可以解決繼電器和接觸器的容量匹配問(wèn)題。
3大型機械電氣控制電路邏輯設計原則
3.1安全性原則
大型機械電氣控制電路的邏輯設計應該考慮到在控制電路出現問(wèn)題時(shí)，如何保證操作人員人身安全，保證工作設備的設備使用安全，生產(chǎn)機械故障及時(shí)止損等，對控制電路進(jìn)行安全隱性設計可以保護人身安全不受到傷害，采取一定的保護措施以爭取將損失降到最低。常用的有漏電開(kāi)關(guān)保護、過(guò)載、短路、過(guò)流、過(guò)壓、失壓、聯(lián)鎖與行程保護等措施，必要時(shí)還可設置相應的指示信號。
3.2操作性原則
大型機械操作人員操作方便對電氣控制電路邏輯設計提出了非常高的要求，設計的最高境界就是將設計思路簡(jiǎn)便化和可操作化，這不僅僅需要對電氣控制電路邏輯設計原理進(jìn)行深入的研究和探討。還需要對已設計出的電路進(jìn)行整合，刪除多余設計，才能更好的服務(wù)于工作人員。電氣控制電路邏輯設計的維修性原則指的是對控制電路的維護保養應該本著(zhù)快速便捷的原則，維修困難一方面浪費了大量的人力物力，也延長(cháng)了維修工作時(shí)間，降低了維修效率，這對經(jīng)濟效益的產(chǎn)生是一種阻礙。應將電氣控制電路邏輯設計分為兩個(gè)模塊，其中一個(gè)模塊化設計是大模塊化設計，就是將整個(gè)控制電路分為幾個(gè)大模塊，在排除故障或者進(jìn)行維修時(shí)可以迅速的定位至某個(gè)大模塊，在大模塊之中還應該進(jìn)行小模塊化設計，小模塊化設計改變了原有的維修方式，原有的維修方式是費時(shí)費力的一樣一樣排除故障，而小模塊化可以將故障和缺陷再一次定位至小模塊，從而節約維修時(shí)間，提高維修效率。
3.3經(jīng)濟性原則
大型機械電氣控制電路還應該具有經(jīng)濟性原則，經(jīng)濟性原則的前提是邏輯設計應滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝所提出的要求，簡(jiǎn)單清晰的進(jìn)行控制電路設計，簡(jiǎn)單的設計所需要的導線(xiàn)和電器也相應的減少，體現了經(jīng)濟性原則。還應該對電器的數量和種類(lèi)進(jìn)行控制，電器的種類(lèi)應該盡可能選取同型產(chǎn)品，這樣有利于節約成本。電器選用標準件來(lái)完成設計，標準件也可以降低成本。而電器的數量在電氣控制電路邏輯設計中應該盡量減少，以避免不必要的浪費。
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