电气控制系统设计的一般原则和设计程序
电气控制系统设计的一般原则
电气控制系统设计的一般原则
由于电气控制系统是整个生产机械的一部分，所以在设计前要收集相关资料，进行必要的调查研究。
应遵循的基本原则是:
1)最大限度地满足生产需求，实现生产机械和加工工艺对电气控制系统的要求。
2)在满足控制要求前提下，电气控制电路应力求安全、可靠、经济、实用、使用维护方便，不要盲目追求自动化和高指标。
尽量选用标准的、常用的或经过实际考验的电路和环节。
3) 妥善处理机械与电气关系。
很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用维护方便等方面，协调处理好二者关系。
4) 正确、合理地选用电气元件，确保控制系统安全可靠地工作。
5)为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力留有适当余量。
6)谨慎积极地采用新技术、新工艺。
7) 设计中贯彻最新的国家标准。
电路图中的图形符号及文字符号一律按国家标准绘制。
8) 在满足以上条件下，尽量做到造型美观、操作容易、维护方便。
电气控制与PLC应用-第5、8章习题与思考题参考解答
第5章S7-200 PLC的指令系统习题与思考题1.S7-200指令参数所用的基本数据类型有哪些？答：S7-200 PLC的指令参数所用的基本数据类型有1位布尔型(BOOL)、8位无符号字节型(BYTE)、8位有符号字节型(SIMATIC模式仅限用于SHRB指令)、16位无符号整数(WORD)、16位有符号整数(INT)、32位无符号双字整数(DWORD)、32位有符号双字整数(DINT)、32位实数型(REAL)。
实数型(REAL)是按照ANSI/IEEE 754-1985标准(单精度)的表示格式规定。
2~255字节的字符串型（STRING）2.立即I/O指令有何特点？它应用于什么场合？答：立即指令允许对输入和输出点进行快速和直接存取。
当用立即指令读取输入点的状态时，相应的输入映像寄存器中的值并未发生更新；用立即指令访问输出点时，访问的同时，相应的输出映像寄存器的内容也被刷新。
由于立即操作指令针对的是I/O端口的数字输入和数字输出信号，所以它们的位操作数地址只能是物理输入端口地址Ix.x和物理输出端口地址Qx.x。
3.逻辑堆栈指令有哪些？各用于什么场合？答：复杂逻辑指令，西门子称为逻辑堆栈指令。
主要用来描述对触点进行的复杂连接，并可以实现对逻辑堆栈复杂的操作。
复杂逻辑指令包括：ALD、OLD、LPS、LRD、LPP和LDS。
这些指令中除LDS外，其余指令都无操作数。
这些指令都是位逻辑指令。
栈装载与指令ALD用于将并联子网络串联起来。
栈装载或指令OLD用于将串联子网络并联起来。
逻辑推入栈指令LPS，在梯形图中的分支结构中，用于生成一条新的母线，左侧为主控逻辑块时，第一个完整的从逻辑行从此处开始。
逻辑读栈指令LRD，在梯形图中的分支结构中，当左侧为主控逻辑块时，该指令用于开始第二个和后边更多的从逻辑块。
逻辑栈弹出指令LPP，在梯形图中的分支结构中，用于恢复LPS指令生成的新母线。
装入堆栈指令LDS，复制堆栈中的第n级值，并将该值置于栈顶。
简述电气控制系统设计基本原则
简述电气控制系统设计基本原则电气控制系统设计的基本原则是指为实现一定的控制功能，对电气控制系统进行设计控制的基本原则。
电气控制系统是控制设备必不可少的组成部分，它不仅控制系统的性能，而且还可以提高系统的可靠性、稳定性和可靠性。
电气控制系统设计原则是把电气控制系统设计得更精确、更可靠、更稳定的基本原则。
先，在电气控制系统设计中，应考虑的第一步是系统的结构。
应根据被控物理量的属性来设计电气控制系统的结构，以保证系统能够有效地完成控制任务。
通常情况下，电气控制系统采用闭环反馈控制，即采用控制循环来控制物理量的变化，以达到控制目标。
其次，在电气控制系统设计中，应注重安全性及可靠性的考虑。
由于安全性和可靠性是电气控制系统的重点考虑，所以应根据各种应用环境和物理量的特性来进行设计，既要考虑控制性能，又要考虑可靠性、安全性和稳定性。
再次，在电气控制系统设计中，应考虑控制量的可调性及操作可靠性。
可调性是指电气控制系统能够满足实际操作要求的控制量的能力，应根据实际操作需要，采用合适的可调装置，使电气控制系统更灵活，更加容易操作。
另外，操作可靠性是指电气控制系统机械控制装置能够可靠工作的能力，应根据实际应用情况，选择正确的机械控制装置，提高系统的操作可靠性。
最后，在电气控制系统设计中，应考虑信息的可靠传输及计算量的可操作性。
信息的可靠传输是指电气控制系统将信息传输到相应的终端设备，以便终端设备正确地完成指令的能力，应根据所使用的电气控制系统，选择合适的信息传送装置，使系统的信息传输更加可靠。
而计算量的可操作性则是指电气控制系统能够根据当前情况进行控制计算的能力，应采用合适的计算机系统，以便系统能够及时准确地进行复杂的控制计算。
以上就是电气控制系统设计的基本原则，它们用于识别电气控制系统应用环境，并有效地完成电气控制系统的设计。
正确考虑电气控制系统设计原则，保证系统正常工作，是非常重要的。
由此可见，电气控制系统设计原则对于电气控制系统的正常运行起着至关重要的作用，具有重要的意义。
电气控制系统设计方案的要求和步骤
和步骤和步骤电气控制系统设计的要求和步骤要完成好电气控制系统的设计任务，除掌握必要的电气设计基础知识外，还必须经过反复实践，深入生产现场，将不断积累的经验应用到设计中来。
课程设计正是为这一目的而安排的实践性教案环节，它是一项初步的工程训练。
通过课程设计的工作，了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。
本章主要讨论课程设计应达到的目的、要求、内容、深度及工作量。
并通过实例介绍，进一步说明课程设计的设计步骤。
电气设计包含原理设计和工艺设计两个方面，不能忽视任何一面，对于应用型人才更应重视工艺设计。
电气控制系统课程设计属于练习性质，不强调设计结果直接用于生产。
设计的目的、要求、任务及方法一、设计目的电气设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。
通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。
电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。
电气设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。
二、设计要求为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点：(1>在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容，拟定设计任务书和工作进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。
(2>在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导教师的帮助，同时要广泛讨论意见，依据充分。
在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。
(3>所有电气图纸的绘制必须符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、工程代号、回路标号、技术要求、标题栏、元件明细表以及图纸的折叠和装订。
电气控制设备技术设计的一般原则
电气控制设备技术设计的一般原则
1．事先进行试验和进行评价的原则
对于缺乏实践考验和实用经验的材料、元器件、单元电路和设计加工方法，必须事先进行试验和科学评价，然后根据其可靠性和安全性选用。
2．预测和预防的原则
要事先对电气控制系统及其组成要素的可靠性和安全性进行预测。
对已发现的问题加以必要的改善，对易于发生故障或事故的薄弱环节和部位也要事先制定预防措施和应变措施。
3．技术经济性原则
不仅要考虑可靠性和安全性及寿命，还必须考虑系统的质量因素和输出功能指标，其中包括技术功能和经济成本。
4．审查原则
既要进行安全性、可靠性设计，又要对设计进行安全性、可靠性审查和其他专业审查（如标准化），也就是要重申和贯彻各专业、各行业提出的评价指标。
5．整理准备资料和交流信息原则
为便于电气控制设备设计工作者进行分析、设计和评价，应充分收集和整理设计者所需要的数据和各种资料，以有效地利用已有的实际经验。
6．信息反馈原则
应对实际使用的经验进行分析，并将分析结果反馈给有关部门。
项目七 电气控制系统的设计
6
整改完善：
采用行程开关SQ1检测放松程度 。 当横梁放松到一定程度时，其压块压动 SQ1，使常闭触点SQ1断开，表示横梁已经 放松，接触器KM4线圈失电；同时，常开 触点SQ1闭合，使上升或下降接触器KM1和 KM2通电，横梁向上或向下移动。
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（三）电气控制系统设计的基本方法 P155-156
电气线路的一般设计顺序是：首先设计 主电路，然后设计控制电路。
常用的设计方法有经验设计法和逻辑设 计法。
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（四）电气控制系统设计的注意事项 156-158
1．合理选择控制电路电源 2．正确连接电器的线圈：不能串联
14
（四）电气控制系统设计的注意事项 156-158
2
二、任务目标
1．熟悉电气控制系统设计的内容、方法和步骤。 2．会用经验设计法设计典型环节的电气控制电路。
3
三、任务实施
1.设计主电路
根据横梁能上下移动和能夹紧放 松的工艺要求，需要用两台电动机 来驱动，且电动机能实现正反转。 因此，采用4个接触器KM1、KM2、 KM3、KM4，分别控制升降电动 机M1和夹紧放松电动机M2的正反 转，如图所示，由于横梁的升降为 调整运动，故升降电动机采用点动 控制。
设计任务
（1）设计并绘制电气原理图，选择电器元件，编制元件目录 清单。
（2）设计并绘制工艺图，包括电器元件布置图、电气安装接 线图、
（3）进行电气控制柜的安装接线和调试。 （4）编制设计、使用说明书。
设计过程
1．电动机的选择 根据设计要求可知，本设计需配备三台电动机，各自分别为： 1）主轴电动机：M1，型号选定为Y160M-4，性能指标为：11kW、380V
PLC控制系统的设计（经典）
PLC控制系统的设计一、PLC控制系统设计原则与步骤1.PLC控制系统设计的基本原则PLC控制系统主要是实现被控对象的要求提高生产效率和产品质量其设计应遵循以下原则1 最大限度地满足被控对象的控制要求。
设计前应深入现场进行调查研究搜集资料并拟定电气控制方案。
2 在满足控制要求的前提下力求使控制系统简单、经济、使用及维护方便。
3 保证控制系统安全、可靠。
4 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC的容量时应适当留有欲量。
N 满足要求Y N 满足要求2 .PLC控制系统设计的步骤PLC控制系统的设计过程如图所示1. 根据生产工艺过程分析控制要求分析控制要求确定人机接口设备PLC硬件系统设置分配I/O点设计梯形图程序写入、检查程序模拟调试设计制作控制柜现场安装接线分析控制要求现场总调试交付使用这一步是系统设计的基础设计前应熟悉图样资料深入调查研究与工艺、机械方面的技术人员和现场操作人员密切配合共同讨论以解决设计中出现的问题。
应详细了解被控对象的全部功能例如机械部件的动作顺序、动作条件、必要的保护与联锁系统要求哪些工作方式例如手动、自动、半自动等设备内部机械、液压、气动、仪表、电气五大系统之间的关系PLC与其他智能设备例如别的PLC、计算机、变频器、工业电视、机器人之间的关系PLC是否需要通信联网需要显示哪些数据及显示的方式等等。
还应了解电源突然停电及紧急情况的处理以及安全电路的设计。
有时需要设置PLC之外的手动的或机电的联锁装置来防止危险的操作。
对于大型的复杂控制系统需要考虑将系统分解为几个独立的部分各部分分别单独的PLC或其他控制装置来控制并考虑它们之间的通信方式。
1. 选择和确定人机接口设备I/O设备用于操作人员与PLC之间的信息交换使用单台PLC的小型开关量控制系统一般用指示灯、报警器、按钮和操作开关来作人机接口。
PLC本身的数字输入和数字显示功能较差可以用PLC的开关量I/O点来实现数字的输入和显示但是占用的I/O点多甚至还需要用户自制硬件。
PLC电气控制系统的设计原则与内容
灵活性原则
模块化设计
采用模块化结构，便于扩展和修改。
标准化接口
采用标准化的接口和通信协议，方便与其他系 统集成。
可定制性
根据客户需求进行定制，满足不同应用场景的需求。
经济性原则
成本控制
在满足性能和功能需求的前提下，尽量降低 成本。
系统需求分析与规划
确定控制要求
根据工艺流程和设备要求， 明确控制系统的功能和性能 要求。
确定输入输出点数
根据控制要求，统计所需的 输入输出点数，包括开关量 、模拟量等。
确定通信协议
选择合适的通信协议，如 Modbus、Profinet等，以 满足系统间的数据交换需求 。
I/O模块的选择与配置
选择合适的I/O模块
通信接口
提供适当的通信接口，如串口、以太网口等，以 满足不同设备的连接需求。
抗干扰技术
接地系统
合理设计接地系统，降 低电磁干扰对PLC的影 响。
屏蔽措施
采用金属屏蔽线或光纤 等传输介质，减少电磁 干扰的传播。
滤波技术
在输入输出端口加装滤 波器，抑制高频噪声干 扰。
故障诊断技术
故障检测
01
通过传感器和执行器实时监测设备的运行状态，及时发现异常
情况。
故障诊断
02
利用PLC的逻辑判断功能，对设备故障进行定位和原因分析。
故障处理
03
根据故障类型采取相应的处理措施，如报警、停机或自动修复
等。
05
CATALOGUE
PLC电气控制系统的实际应用案例
自动化生产线控制系统
自动化生产线控制系统是PLC电气控制系统的重要应用之一 。通过PLC控制技术，可以实现生产线上各设备的自动化控 制，提高生产效率，降低人工成本。
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电气控制系统设计的一般原则和设计程序
第一讲电气控制系统的设计
生产机械电气控制系统的设计，包含两个基本容：一个是原理设计，即要满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是工艺设计，即要满足电气控制装置本身的制造、使用和维修的需要。
原理设计决定着生产机械设备的合理性与先进性，工艺设计决定电气控制系统是否具有生产可行性、经济性、美观、使用维修方便等特点，所以电气控制系统设计要全面考虑两方面的容。
在熟练掌握典型环节控制电路、具有对一般电气控制电路分析能力之后，设计者应能举一反三，对受控生产机械进行电气控制系统的设计并提供一套完整的技术资料。
第一节电气控制系统设计的一般原则、基本容和设计程序
生产机械种类繁多，其电气控制方案各异，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。
设计工作的首要问题是树立正确的设计思想和工程实践的观点，它是高质量完成设计任务的基本保证。
一、电气控制系统设计的一般原则
1．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。
电气控制系统设计的依据主要来源于生产机械和生产工艺的要求。
2．设计方案要合理。
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。
3．机械设计与电气设计应相互配合。
许多生产机械采用机电结合控制的方式来实现控制要求，因此要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用维护方便等方面协调处理好机械和电气的关系。
4．确保控制系统安全可靠地工作。
二、电气控制系统设计的基本任务、容
电气控制系统设计的基本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。
图纸包括电气原理图、电气系统的组件划分图、元器件布置图、安装接线图、电气箱图、控制面板图、电器元件安装底板图和非标准件加工图等，另外还要编制外购件目录、单台材料消耗清单、设备说明书等文字资料。
电气控制系统设计的容主要包含原理设计与工艺设计
两个部分，以电力拖动控制设备为例，设计容主要有：
1、原理设计容
电气控制系统原理设计的主要容包括：
（l）拟订电气设计任务书。
（2）确定电力拖动方案，选择电动机。
（3）设计电气控制原理图，计算主要技术参数。
（4）选择电器元件，制订元器件明细表。
（5）编写设计说明书。
电气原理图是整个设计的中心环节，它为工艺设计和制订其他技术资料提供依据。
2、工艺设计容
进行工艺设计主要是为了便于组织电气控制系统的制造，从而实现原理设计提出的各项技术指标，并为设备的调试、维护与使用提供相关的图纸资料。
工艺设计的主要容有：
（l）设计电气总布置图、总安装图与总接线图。
（2）设计组件布置图、安装图和接线图。
（3）设计电气箱、操作台及非标准元件。
（4）列出元件清单。
（5）编写使用维护说明书。
三、电气控制系统设计的一般步骤
1、拟订设计任务书
设计任务书是整个电气控制系统的设计依据，又是设备竣工验收的依据。
设计任务的拟定一般由技术领导部门、设备使用部门和任务设计部门等几方面共同完成的。
电气控制系统的设计任务书中，主要包括以下容：
（1）设备名称、用途、基本结构、动作要求及工艺过程介绍。
（2）电力拖动的方式及控制要求等。
（3）联锁、保护要求。
（4）自动化程度、稳定性及抗干扰要求。
（5）操作台、照明、信号指示、报警方式等要求。
（6）设备验收标准。
（7）其它要求。
2、确定电力拖动方案
电力拖动方案选择是电气控制系统设计的主要容之一，也是以后各部分设计容的基础和先决条件。
所谓电力拖动方案是指根据零件加工精度、加工效率要求、生产机械的结构、运动部件的数量、运动要求、负载性质、调速要求以及投资额等条件去确定电动机的类型、数量、传动方式以及拟订电动机起动、运行、调速、转向、制动等控制要求。
电力拖动方案的确定要从以下几个方面考虑：
（1）拖动方式的选择
电力拖动方式分独立拖动和集中拖动。
电气传动的趋势是多电动机拖动，这不仅能缩短机械传动链，提高传动效率，而且能简化总体结构，便于实现自动化。
具体选择时，可根据工艺与结构决定电动机的数量。
（2）调速方案的选择
大型、重型设备的主运动和进给运动，应尽可能采用无级调速，有利于简化机械结构、降低成本；精密机械设备为
保证加工精度也应采用无级调速；对于一般中小型设备，在没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相笼型异步电动机。
（3）电动机调速性质要与负载特性适应
对于恒功率负载和恒转矩负载，在选择电动机调速方案时，要使电动机的调速特性与生产机械的负载特性相适应，这样可以使电动机得到充分合理的应用。
3、拖动电动机的选择
电动机的选择主要有电动机的类型、结构型式、容量、额定电压与额定转速。
电动机选择的基本原则是：
（1）根据生产机械调速的要求选择电动机的种类。
（2）工作过程中电动机容量要得到充分利用。
（3）根据工作环境选择电动机的结构型式。
应该强调，在满足设计要求情况下优先考虑采用结构简单，价格便宜，使用维护方便的三相交流异步电动机。
正确选择电动机容量是电动机选择中的关键问题。
电动机容量计算有两种方法，一种是分析计算法，另一种是统计
类比法。
分析计算法是按照机械功率估计电动机的工作情况，预选一台电动机，然后按照电动机实际负载情况做出负载图，根据负载图校验温升情况，确定预选电动机是否合适，不合适时再重新选择，直到电动机合适为止。
电动机容量的分析计算在有关论著中有详细介绍，这里不再重复。
在比较简单、无特殊要求、生产数量又不多的电力拖动系统中，电动机容量的选择往往采用统计类比法，或者根据经验采用工程估算的方法来选用，通常选择较大的容量，预留一定的裕量。
4、选择控制方式
控制方式要实现拖动方案的控制要求。
随着现代电气技术的迅速发展，生产机械电力拖动的控制方式从传统的继电接触器控制向PLC控制、CNC控制、计算机网络控制等方面发展，控制方式越来越多。
控制方式的选择应在经济、安全的前提下，最大限度地满足工艺的要求。
5、设计电气控制原理图，并合理选用元器件，编制元器件明细表。
6、设计电气设备的各种施工图纸。
7、编写设计说明书和使用说明书;。