第三章-电气控制系统设计

第一节电气控制系统设计基础电器控制线路的设计方法通常分为一般设计法和逻辑设计法两种。一般设计法：根据生产工艺的控制要求，利用各种典型的控制环节，直接设计出控制线路。它要求设计人员必须掌握大量的典型控制线路，以及各种典型线路的控制环节，同时具有丰富的设计经验，由于它主要是靠经验进行设计，因此又通常称其为经验设计方法。逻辑设计法：利用逻辑代数这一数学工具来实现电气控制线路的设计。逻辑设计法特别适合完成较复杂的生产工艺要求的电器控制线路的设计，逻辑设计法难度较大，不容易掌握。一、电气设计中应注意的问题采用经验设计法设计线路时，需注意以下几个问题：1．尽量减少控制电源种类及控制电源的用量。2．尽量减少电器元件的品种、规格与数量。3．在控制线路正常工作时，除必要的必须通电的电器外，尽可能减少通电电器的数量，以利节能，延长电器元件寿命以及减少故障。4．合理使用电器触头。在设计中应注意：（1）尽可能减少触头使用数量，以简化线路。（2）使用的触头容量应满足控制要求，避免因使用不当而出现触头磨损、粘滞和释放不了等故障，以保证系统工作寿命和可靠性。（3）应合理安排电器元件及触头的位置。(4）尽量缩短连接导线的数量和长度。(5）正确连接电器的线圈。（6）在控制线路中应避免出现寄生电路。(7）避免发生触头“竞争”与“冒险”现象。（8）电气联锁和机械联锁共用。（9）所设计的控制线路应具有完善的保护环节。（10）线路设计要考虑操作、使用、调试与维修的方便。二、电气控制线路一般设计法步骤采用一般设计法设计控制线路，通常分以下几步：1．首先根据生产工艺的要求，画出功能流程图；2．确定适当的基本控制环节。对于某些控制要求，用一些成熟的典型控制环节来实现它；3．根据生产工艺要求逐步完善线路的控制功能，并适当配置联锁和保护等环节，成为满足控制要求的完整线路。第二节常用建筑设备的电气控制电路设计一、水泵的电气控制电路设计（一）给排水系统中水泵的控制1．给水系统的水位控制（1）干簧管水位控制器（2）水位控制电路设计1）水池水箱水泵联合供水水位控制系统在屋顶设置高位水箱，保证水压要求。在低处(地下室)设低位水箱，室外管网来水进入低水箱，然后由给水泵从低位水箱抽水向高位水箱补水。根据控制系统的要求及水泵运行条件，系统控制应满足下列要求:①水泵的启停运行既能手动控制，又能自动控制。②自动控制状态下，低水池中的水位低于最低水位a时，水泵不能启动；水泵启动运行时，低水池中的水位要在b以上，这样的水量至少能保证水泵向高水箱供水一次，以避免水泵频繁启动；水池中的水至溢流警戒水位c时，及时发出报警信号。③当高水箱水位下降至低水位d时水泵启动供水；水位上升至高水位e时水泵停止供水；水至溢流警戒水位f时，发出报警信号。根据控制要求，设置的水位开关工作状态如表3-1所示。由CPS（以KB0为例）组成的水池水箱水泵系统电气控制线路如图3-10所示。各回路功能如下:①系统具有手动、自动两种运行方式；②各中间继电器控制含义如下:KA1——水泵是否处于自动运行状态；KA2——BLf、BLe、BLb、BLd水位开关组合连接后，给出的信号是否允许水泵启停；KA3——水池水箱中水位开关BLc、BLf是否给出了超过溢流警戒水位的信号；③由BLf、BLe、BLb、BLd组成的自动控制水位条件回路中，各水位开关逻辑组合的结果使KA2接通，水泵启动，否则KA2断开，其结果保留于记忆回路中；④当水箱或水池的水位升至溢流警戒水位时，BLc或BLf接通，KA3得电并自锁，KA3动合触点接通报警设备，警铃HA、警灯PG持续发出报警声光信号。直至按下SS3警报解除按钮后，方可解除。2）两台给水泵互为备用，备用泵手动投入控制图中的SAC1和SAC2操作手柄各有两个位置，手柄搬向上边（或左边）为自动方式，手柄搬向下边（或右边）为手动方式。自动控制方式下，由水位控制器BL1、BL2发出触点信号控制水泵电动机的启动和停止；手动控制方式下，手动启动和停止按钮控制水泵电动机的启动和停止。图3-11a为水位控制开关接线图和水位信号电路图。图3-11b为两台水泵的主电路。3-11c为两台水泵的控制电路。3）两台给水泵互为备用，备用水泵自动投入控制如图3-12a为主电路。如图3-12图b为水位信号电路和控制电路。2．排水系统中水泵的控制对排水泵的基本控制要求如下：第一，应具有手动和自动控制功能，高水位时自动启泵，低水位时自动停泵；第二，能发出各种报警信息，如故障报警、溢流水位报警等；第三，如果是两台排水泵，应能互为备用，工作泵故障时，备用泵要自动启动，同时发出报警信号；第四，两台排水泵应能同时工作，以满足排水量过大的需要。（1）单台排水泵的控制图3-13a为单台排水泵控制主电路。图3-13b)为控制电路。(2）两台排水泵自动切换，溢流水位双泵运行的控制两台排水泵的工作方有手动和自动两种方式，由转换开关SAC控制。其中自动工作方式下，可以进行自动切换控制和溢流水位双泵同时工作控制。如图3-14a为主电路。如图3-14b控制电路1。如图3-14c控制电路2。（二）消防水泵的控制消防泵和喷淋泵分别为消火栓系统和水喷淋系统的主要供水设备。1．室内消火栓给水泵电气控制图3-15为消防水泵电气控制的一种方案，两台泵互为备用，备用泵自动投入。正常运行时，电源开关和SA1均合上。SA2为水泵检修双投开关，不检修时放在运行位置，SF10~SF1n为各消火栓箱消防启动按钮。2．消防自动喷淋泵电气控制图3-16为两台互备自投喷淋泵电气控制的线路图，可以实现两台喷淋泵互为备用，备用泵自动投入的控制功能。二、防排烟风机的电气控制电路设计1．防排烟控制方式在建筑物中采用的排烟有自然排烟、机械排烟、自然与机械组合排烟以及机械加压送风排烟等几种方式。防排烟设施有中心控制和模块控制两种方式。中心控制方式：有火灾发生时，火灾探测器动作，将报警信号传送到消防控制中心。模块控制模式：火灾发生时，消防控制中心接到报警信号后，产生联动控制信号，控制信号经过总线和控制模块驱动各设备动作，动作顺序及监测功能与中心控制方式相同，不同的是每一个控制模块控制一台设备。2．防火排烟装置（1）防火类1）防火阀：安装在通风、空调系统的送、回风管路上，平时呈开启状态，火灾时当管道内气体温度达到70℃时，易熔片熔断，阀门在扭簧力作用下自动关闭，在一定时间内能满足耐火稳定性和耐火完整性要求，起隔烟阻火作用的阀门。2）防烟防火阀：依靠烟感探测器控制其动作，电动关闭(防烟)，可由消控室远程控制关闭，一般用于平时送风、火灾补风共用风管系统中，火灾时可控制关闭不需要补风的房间。（2）排烟类1）排烟口：电动、手动或远距离开启，与排烟风机联动，可设280℃关闭装置，安装于排烟区域的顶棚或墙壁上。2）排烟阀：安装在排烟系统管路上，平时一般呈关闭状态，火灾时手动或电动开启，起排烟作用。当排烟管道内烟气温度达到280℃时关闭，在一定时间内能满足耐火稳定性和耐火完整性要求，起排烟作用的阀门。3）排烟窗：依靠烟感控制其动作，电动开启，也可远距离开启，安装于自然排烟处的外墙上。4）排烟风机：排烟系统中，风机的控制应按防排烟系统的组成进行设计。3．双速排烟风机控制电路双速排烟风机控制电路的控制功能是：正常工作时，低速运行作为排风使用，采取就地手动控制和远距离控制；火灾时高速运行作为排烟使用，由消防联动模块控制其启停。图3-19为排风兼排烟双速风机控制电路的主电路。排风兼排烟双速风机控制电路如图3-20所示。4．防火卷帘与防火门的作用及控制（1）防火卷帘主电路控制线路（2）防火门防火门一般都设置在疏散门或安全出口处。防火门既是保持建筑物防火分隔完整性的主要物件之一，又是人员疏散经过疏散出口或安全出口时需要开启的门。1）常闭式防火门的设置部位2）常闭式防火门的控制方式三、空调系统的电气控制电路设计（一）空调系统的分类1．集中式空调系统2．分散式空调系统3．半集中式空调系统（二）集中式空调系统1．集中式空调系统的组成集中式空调系统主要由以下三部分组成：（1）空气处理系统（2）空气输送设备（3）空气分配装置2．集中式空调系统的电气控制特点和要求（1）控制特点能自动调节温、湿度和自动进行季节工况转换，可做到全年自动化。开机时，只需按一下风机启动按钮，整个空调系统就自动投入运行(包括各设备间的程序控制、调节和季节的工况转换)；停机时，只要按一下风机停止按钮，就可以按一定程序停机。（2）控制要求自动控制温度时，在室内放置两个检测原件，一个是温度敏感元件RT，还有一个是相对湿度敏感元件RH和RT组成的温差发送器。3．集中式空调机组电气控制电路工作过程分析空调机组主要有新风阀、回风阀、排风阀、过滤器、冷/热盘管、送风机、回风机、加湿器组成。控制原理：电动风阀与送风机、回风机联锁控制，当送风机、回风机关闭时，电动风阀（新风、回风、排风风阀）都关闭。新风阀与排风阀动作同步，与回风阀动作相反。根据新风、回风以及送风焓值的比较，调节新风阀和回风阀的开度。当冬季温度太低时，防冻开关送出信号，风机和新风阀关闭，防止盘管冻裂。当防冻开关正常时，应重新启动风机，打开新风阀，恢复正常工作。送风机、回风机的启停顺序：启动时，先启动送风机，延时后再启动回风机；停机时，先关闭回风机，延时后再关闭送风机。空调机组送、回风机与风阀联锁控制电路的主电路如图3-23所示。空调机组送、回风机与风阀联锁控制电路的控制电路分别如图3-24所示。（三）分散式空调系统分散式空调系统的最大特点就是灵活、简易。它可满足不同房间的不同送风要求。分散式空调系统的冷源通常采用压缩式制冷机组，热源在容量不大和要求灵活性大时可采用电热。空气处理设备主要是制冷机的蒸发器，电加湿器及电加热器。分散式空调系统的空调机组电气控制电路主电路如图3-25所示。控制电路和信号灯与电磁阀控制电路如图3-26所示。（四）半集中式空调系统半集中式空调系统包括诱导空调系统和风机盘管系统，也称为混合式系统。1．诱导空调系统诱导器加新风的混合式空调系统，称为诱导空调系统。空气处理室和风道断面尺寸较小，可节省建筑面积与空间。其缺点是设备价格贵，初投资较多；易积灰尘，需定期清理；水的管路较复杂，维修工作量较大。2．风机盘管空调系统风机盘管机组加新风系统的混合式空调系统称为风机盘管空调系统。风机盘管系统的主要缺点是目前设备的价格偏高，风机产生的噪音对有较高要求的房间难于处理。四、电梯的电气控制系统(一)电梯的控制要求1．安全要求（1）直接触电保护。（2）间接触电的防护。（3）电气故障防护。（4）电气安全装置。2．电梯电气控制要求（1）电梯曳引电机（2）电梯门机（3）电气控制要求(二)电梯电气控制系统1．交流双速电动机拖动系统的主电路图3-27是常见的双速电梯拖动电动机主电路。2．电梯的控制电路电梯的控制电路由多个基本环节组成，为了便于分析可将其分成主拖动控制，电梯运行过程控制，自动开关门控制，呼梯、记忆及消号控制，自动定向及截梯控制，选层、记忆信号消除控制，信号及指示控制，轿内照明控制，线路保护九个环节。