簡介
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| 電氣控制 |
(1)自動控制功能。高壓和大電流開關設備的體積是很大的，一般都採用作業系統來控制分、合閘，特別是當設備出了故障時，需要開關自動切斷電路，要有一套自動控制的電氣操作設備，對供電設備進行自動控制。
(2)保護功能。電氣設備與線路在運行過程中會發生故障，電流(或電壓)會超過設備與線路允許工作的範圍與限度，這就需要一套檢測這些故障信號並對設備和線路進行自動調整(斷開、切換等)的保護設備。
(3)監視功能。電是眼睛看不見的，一台設備是否帶電或斷電，從外表看無法分辨，這就需要設定各種視聽信號，如燈光和音響等，對一次設備進行電氣監視。
(4)測量功能。燈光和音響信號只能定性地表明設備的工作狀態(有電或斷電)，如果想定量地知道電氣設備的工作情況，還需要有各種儀表測量設備，測量線路的各種參數，如電壓、電流、頻率和功率的大小等。
在設備操作與監視當中，傳統的操作組件、控制電器、儀表和信號等設備大多可被電腦控制系統及電子組件所取代，但在小型設備和就地局部控制的電路中仍有一定的套用範圍。這也都是電路實現微機自動化控制的基礎。
組成部分
(1)電源供電迴路。供電迴路的供電電源有AC380V和220V等多種。(2)保護迴路。保護(輔助)迴路的工作電源有單相220、36V或直流220、24V等多種，對電氣設備和線路進行短路、過載和失壓等各種保護，由熔斷器、熱繼電器、失壓線圈、整流組件和穩壓組件等保護組件組成。
(3)信號迴路。能及時反映或顯示設備和線路正常與非正常工作狀態信息的迴路，如不同顏色的信號燈，不同聲響的音響設備等。
(4)自動與手動問路。電氣設備為了提高工作效率，一般都設有自動環節，但在安裝、調試及緊急事故的處理中，控制線路中還需要設定手動環節，通過組合開關或轉換開關等實現自動與手動方式的轉換。
(5)制動停車迴路。切斷電路的供電電源，並採取某些制動措施，使電動機迅速停車的控制環節，如能耗制動、電源反接制動，倒拉反接制動和再生發電制動等。
(6)自鎖及閉鎖同路。啟動按鈕松開後，線路保持通電，電氣設備能繼續工作的電氣環節叫自鎖環節，如接觸器的動合觸點串聯線上圈電路中。兩台或兩台以上的電氣裝置和組件，為了保證設備運行的安全與可靠，只能一台通電啟動，另一台不能通電啟動的保護環節，叫閉鎖環節。如兩個接觸器的動斷觸點分別串聯在對方線圈電路中。
結構設計
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| 電氣控制 |
電氣控制裝置的結構型式,要根據電氣原理總圖，電氣設備與電器元件明細表，以及裝置的使用場合等條件來確定。
結構型式的選擇
對於與生產機械配套的電氣控制裝置，應根據生產機械要求的安裝位置選擇結構。如需要安裝在生產機械壁完中較簡單的電氣設備，則應採用控制板結構,即把電氣元件安裝在一塊底板上，通過端子板(或插座)引入和引出電源。與生產機械分開放置的小容量電氣控制設備，可採用電氣箱結構，面板可安裝電壓表、電流表、指示燈、按鈕、開關及調節鏇鈕等，其它電器元件則安裝在箱內底盤上。一般應將主電路和控制電路分開放置，對抗干擾要求高的部件，還應加裝禁止罩。
對於複雜，容量較大的系統，因電氣設備和電器元件多，體積大，則應採用電氣櫃型。電氣設備和電器元件分層放置，一般較重，體積大的設備放在下層，主電路和控制電路分放兩層中，為便於拆卸和維修，各層間的引線以及與箱外的連線均應通過端子板(或接外掛程式)連線。電錶、指示燈、開關、調節鏇鈕等均可安裝在電氣櫃的上方。
除上述要求外，在確定電氣裝置的結構型式時，還應考慮裝置外形美觀，結構尺寸合理，布局得當，不相互干擾，便於安裝和維修。在滿足用戶要求的前提下，還應儘量節省開支。
繪製控制單元電器元件布置圖和接線圖
首先把一個控制單元的電器進行實物排列，擺放時應符合上下左右對稱，留夠距離，便於安裝維修，整齊美觀的原則。位置確定後就可按實物繪製電器元件接線圖，接線圖中所有的電器元件文字元號以及接線端子的接線號均應與電氣原理圖一致，同時要清楚地表示出接線關係和接線去向。
印製電路板圖的繪製
在繪製印製電路板圖之前，首先應畫出印製板單元電氣原理圖和電器元件明細表，根據原理圖和明細表進行實物排列，畫出元件布置圖和印製電路板圖，同時還應畫出插頭和插座的引腳圖（或列連線表）。
繪製印製電路板圖有計算機繪圖和人工繪圖兩種方法。這裡僅對人工繪製印製電路板圖的原則，以及印製電路板的手工製做方法進行概要介紹：
1、繪製印製電路板的原則
①排列元件，一般體積大，較重的元件放在下面（靠近插腳端）。原理圖中連在一起的元件應儘量靠近擺放，以縮短引線距離。元件布置要整齊，美觀。元件應儘量按大小、種類、形狀分排放置。
②因電源線，地線連線元件較多，為便於元件擺放，電源線一般放在中間上下貫通，地線沿印製板周圍構成一條環線。
③印製電路板各線條不能交叉。對電路中有引腳較多的大規模積體電路的印製板，應採用雙面敷銅板，兩面需要連線的線條應打孔串裸導線焊牢（或採用金屬化孔）。
④引腳線條必須與插座配合好，嚴格按選用的插座配畫，不得錯位。
⑤元件位置確定後即可畫出元件布置圖和印製電路板圖。在印製電路板圖應儘量標出與原理圖一致的圖形和文字元號，對於晶體三極體還應標出管腳名稱（e、b、c），集成塊應標出插座的起始號碼，脈衝變壓器還要標出一次側、二次側，引腳應標上引出信號，集成穩壓塊應標管腳的號碼等。
在採用矩形插座印製電路板外掛程式時，元件布置圖應連同外掛程式框架一起畫出。
2、印製電路板的製作
①把設計好的印製電路畫在一張墊有複寫紙的白紙上。
②將敷銅板的銅箔面用酒精或細砂紙擦乾淨。
③先在銅箔面上放上一張複寫紙，再把畫有印製線路的白紙反放在上面（即背面朝上），注意放正、對齊，然後按複印痕記拓在銅箔面上。
圖畫好後，即可開始製作印製電路板。業餘製作印製電路板常用的方法有以下三種：
第一種，刀刻法。在製作不太複雜的電路板時，可用鋒利的小刀刻去不需要的銅箔。用刀刻線路時，動作要穩，不要把應保留的線路刻斷。用這種方法，在設計電路時應注意採用直線條，而且保留的部分應儘量多，刻去的部分應儘量少，這樣在刻的時候比較方便。刻好後用小鑽頭在要插接元件的地方鑽上孔即成。刀刻法電路形狀。
第二種，漆畫腐蝕法。漆畫腐蝕法就是用毛筆蘸上調合漆（磁漆、噴漆均可）把拓好的線路在應保留的線條上均描上漆，待漆乾後，用鋒利的小刀和尺子把畫得不光滑的線條刮平直，也就是進行一次修板。然後把畫好的敷銅板放在三氯化鐵溶液中（濃度為40%），溶液剛剛沒過敷銅板即可。經過幾十分鐘時間，未畫漆的地方的銅箔就被腐蝕掉，留下塗有漆的銅箔。如想加快腐蝕速度，可以將三氯化鐵溶液加熱（放在水盆裡間接加熱，或用溫火在下面加熱）。腐蝕好的印製板，套用清水多衝幾遍，把殘留的三抓化鐵洗淨，再颳去漆跡，把留下的線條打亮。然後在放元件的地方打好孔，塗上一層松香酒精液，印製電路板就製作好了。
第三種，貼膠帶腐蝕法（介紹兩種方法）；
1、用膠帶把整個敷銅板貼滿，貼緊壓實，不留氣泡。用小刀刻出所需的線路，然後把腐蝕之處的膠帶撕去。再檢查一下膠帶接縫處是否銜接緊密，如果不緊密可在縫隙處塗上少許清漆或萬能膠，涼乾後即可放入三氯化鐵溶液中腐蝕。
2、把膠帶貼在玻璃板上用小刀刻成條（每條寬2～3mm即可，長度視電路板上線條長短而定），揭下刻好的膠布條在電烙鐵上烤一下，再貼到敷銅板複寫的線路上，貼緊壓實，就可以放到三氯化鐵溶液中進行腐蝕了。
貼膠帶法製作印製電路板只適合製作比較簡單的線路，它的優點是貼上膠帶就可放到三氯化鐵溶液中腐蝕，不像漆畫腐蝕法那樣，還要等漆乾後才能腐蝕。
在製作印製電路板時還應注意以下幾點：
①在往敷銅板上拓線路前，應先將敷銅板的銅箔擦乾淨，這樣，漆不易脫落，膠帶易貼牢；
②印製電路的線條應儘可能寬些，以使線條牢固，在用漆畫腐蝕法時，還可節省三氯化鐵溶液；
③印製電路各線條之間的距離不應小於lmm，以防焊接元件時造成短路。
繪製總裝圖
根據各單元實際擺放位置畫出總裝圖，總裝圖主要把整體結構畫清楚，把各單元與主體的連線畫出來，在表示清楚結構的情況下，各單元部件可示意畫出，但應按實物比例投影畫出。一般應畫出正視圖、側視圖、俯視圖。複雜裝置還應畫出背視圖（即前後，左右視圖均應畫出）。總之，以看清結構為原則。注意畫時應把箱體剖開畫，外形圖應單畫。
設計步驟
1.根據選定的拖動方案及控制方式設計系統的原理框圖，擬訂出各部分的主要技術要求和主要技術參數。2.根據各部分的要求，設計出原理框圖中各個部分的具體電路。對於每一部分的設計總是按主電路、控制電路、輔助電路、聯鎖與保護、總體檢查，反覆修改與完善的步驟進行。
3.繪製總原理圖。按系統框圖結構將各部分聯成一個整體。
4.正確選用原理線路中每一個電器元件，並制訂元器件目錄清單。
對於比較簡單的控制線路，例如普通工具機的電氣配套設計，可以省略前兩步，直接進行原理圖設計和選
用電器元件。但對於比較複雜的自動控制線路，例如專用的數控生產機械或者採用微機或電子控制的專用
檢測與控制系統，要求有程式預選、刀具調整與補償和一定的加工精度、生產效率、自動顯示、各種保護、故障診斷、報警、列印記錄等，就必須按上述過程一步一步進行設計。只有各個獨立部分都達到技術要求，才能保證總體技術要求的實現，保證總裝調試的順利進行。
設計方法
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| 電氣控制 |
1.分析設計法
所謂分析設計法是根據生產工藝的要求去選擇適當的基本控制環節（單元電路）或經過考驗的成熟電路，按各部分的聯鎖條件組合起來並加以補充和修改，綜合成滿足控制要求的完整線路。當找不到現成的典型環節時，可根據控制要求邊分析邊設計，將主令信號經過適當的組合與變換，在一定條件下得到執行元件所需要的工作信號。設計過程中，要隨時增減元器件和改變觸點的組合方式，以滿足拖動系統的工作條件和控制要求，經過反覆修改得到理想的控制線路。由於這種設計方法是以熟練掌握各種電氣控制線路的基本環節和具備一定的閱讀分析電氣控制線路的經驗為基礎，所以又稱為經驗設計法。分析設計法的特點是無固定的設計程式，設計方法簡單，容易為初學者所掌握，對於具有一定工作經驗的電氣人員來說，也能較快地完成設計任務，因此在電氣設計中被普遍採用。其缺點是設計方案不一定是最佳方案，當經驗不足或考慮不周時會影響線路工作的可靠性。
2.邏輯設計法
邏輯設計法是利用邏輯代數這一數學工具來進行電路設計，即根據生產機械的拖動要求及工藝要求，將執行元件需要的工作信號以及主令電器的接通與斷開狀態看成邏輯變數，並根據控制要求將它們之間的關係用邏輯函式關係式來表達，然後再運用邏輯函式基本公式和運算規律進行簡化，使之成為需要的與或關係式，根據最簡式畫出相應的電路結構圖，最後再作進一步的檢查和完善，即能獲得需要的控制線路。採用邏輯設計法能獲得理想、經濟的方案，所用元件數量少，各元件能充分發揮作用，當給定條件變化時，能指出電路相應變化的內在規律，在設計複雜控制線路時，更能顯示出它的優點。任何控制線路，控制對象與控制條件之間都可以用邏輯函式式來表示，所以邏輯法不僅能用於線路設計，也可以用於線路簡化和讀圖分析。邏輯代數讀圖法的優點是各控制元件的關係能一目了然，不會讀錯和遺漏。
邏輯電路有兩種基本類型，對應的設計方法也各有不同。
（1）組合邏輯電路其特點是執行元件的輸出狀態只與同一時刻控制元件的狀態有關，輸入、輸出呈單方向關係，即輸出量對輸入量無影響。它的設計方法比較簡單，可以作為經驗設計法的輔助和補充，用於簡單控制電路的設計，或對某些局部電路進行簡化，進一步節省併合理使用電器元件與觸點。
（2）時序邏輯電路其特點是輸出狀態不僅與同一時刻的輸入狀態有關，而且還與輸出量的原有狀態及其組合順序有關，即輸出量通過反饋作用，對輸入狀態產生影響。這種邏輯電路設計要設定中間記憶元件（如中間繼電器等），記憶輸入信號的變化，以達到各程式兩兩區分的目的。
設計應注意問題
電氣控制設計中應重視設計、使用和維護人員在長期實踐中總結出來的許多經驗，使設計線路簡單、正確、安全、可靠、結構合理、使用維護方便。通常應注意以下問題。1.選擇控制電源
儘量減少控制線路中電源的種類，控制電源用量，控制電壓等級應符合標準等級。在控制線路比較簡單的情況下，可直接採用電網電壓，即交流220V、380V供電，以省去控制變壓器。當控制系統使用電器數量比較多時，應採用控制變壓器降低控制電壓，或用直流低電壓控制，既節省安裝空間，又便於採用電晶體無觸點器件，具有動作平穩可靠、檢修操作安全等優點。對於微機控制系統應注意弱電控制與強電電源之間的離，不能共用零線，避免引起電源干擾。照明、顯示及報警等電路應採用安全電壓。
2.選擇電器元件
儘量減少電器元件的品種、規格與數量。在電器元件選用中，儘可能選用性能優良、價格便宜的新型器件，同一用途儘可能選用相同型號。電氣控制系統的先進性總是與電器元件的不斷發展、更新緊密聯繫在一起的，因此，設計人員必須密切關注電機、電器技術、電子技術的新發展，不斷收集新產品資料，以便及時套用於控制系統設計中，使控制線路在技術指標、穩定性、可靠性等方面得到進一步的提高。
3.減少通電電器的數量
正常工作過程中，儘可能減少通電電器的數量，以利節能，延長電器元件壽命以及減少故障。
4.合理使用電器觸點
在複雜的繼電接觸控制線路中，各類接觸器、繼電器數量較多，使用的觸點也多，線路設計應注意以下問
題。
（1）主副觸點的使用量不能超過限定對數，因為各類接觸器、繼電器的主副觸點數量是一定的。設計時應注意儘可能減少觸點使用數量.以採用邏輯設計化簡方法，改變觸點的組合方式，以減少觸點使用數量，或增加中間繼電器來解決。
（2）檢查觸點容量是否滿足控制要求，避免因使用不當而出現觸點燒壞、熔焊的故障，要合理安排接觸器主副觸點的位置，避免用小容量繼電器去切斷大容量負載。總之，要計算觸點斷流容量是否滿足被控制負載的要求，還要考慮負載性質（阻性、容性、感性等），以保證觸點工作壽命和可靠性。
5.正確連線
具體應注意以下幾個方面。
（1）正確連線電器線圈電壓線圈通常不能串聯使用，即使用兩個同型號電壓線圈也不能採用串聯施加額定電壓之和的電壓值，因為電器動作總有先後之差，可能由於動作過程中阻抗變化造成電壓分配不均勻.對於電感較大的電器線圈，例如電磁閥、電磁鐵或直流電機勵磁線圈等則不宜與相同電壓等級的接觸器或中間繼電器直接並聯工作，否則在接通或斷開電源時會造成後者的誤動作。
（2）合理安排電器元件及觸點位置對一個串聯迴路，各電器元件或觸點位置互換，並不影響其工作原理，但從實際連線上卻影響到安全、節省導線等各方面的問題。
（3）注意避免出現寄生迴路在控制電路的動作過程中，如果出現不是由於誤操作而產生的意外接通的電路，稱為寄生迴路。[1]
