电气控制设计中的模块化控制方法分析_张玉凤.pdf

306 集成电路应用 第 40 卷 第 1 期（总第 352 期）2023 年 1 月Applications创新应用电气控制系统的结构并无明显差异。其主要内容有：（1）电气控制应考虑到机器的实际要求和技术方法，使控制体系达到最大的效益，最大程度提高其生产力。（2）在保证生产要求的情况下，应以简单、可靠、经济、方便为主，以实用与可操作性为主。（3）在电力系统中，保护子系统是不可或缺的组成部分，针对过载、短路、过流、报警等问题进行详细分析，既能有效地保护机器，又能减少事故的发生。从以往的电气控制系统的设计实践中，将其分为理论与工艺两大部分，在此基础上，对电气、电子器件等进行全面的选型，以保证后续的设计工作能够顺利进行。2 电气控制设计中的模块化控制技术 机电一体化是当今社会发展的重要组成部分，使工业的生产力得到极大提升，同时也使整个行业的生活变得更加方便。要使电气控制的使用效益与使用成效得到进一步的提升，必须从实际出发，通过对装置的主要技术和调试方法进行革新，确定其安装技术，加强现有技术。从经济性上来说，一条全自动的生产线，需要消耗上千万的成本，而且随着自动化水平的提高，成本也会随之增加，是一项巨大的投资。在品质方面，良好的电器结构能使全自动生产线更加平稳地运转。而在制造企业中，精0 引言自动化生产已经是当前生产发展的主要模式之一，电气控制作为其中的核心关键，必须要得到重视，相应的设计手段、控制方法都需要得到进一步的讨论分析。模块化设计作为电气控制中一种较为常见的设计手段，能够让电气控制质量、效率得到大幅度提高，切实保证生产效率，满足机械设备等不同生产系统的发展需求。1 研究背景电气控制设计的特点。近年来，随着自动化技术的发展和革新，控制与通信技术的融合使控制效率和控制水平得到了极大提高，但是随着时代的变化，人们对其实用性和稳定性的需求也越来越大。机械是当前工业发展的重要驱动力，已被大量采用，采用电气技术实现电力系统的自动化控制，不需要人工操作即可实现自动化。例如：大型工厂内部的自动化生产线，不但能够实现自动化、智能化的电气控制，而且能够在远距离上发出网络控制命令，对机械的操作参数和状态进行调整。总之，加强机电设备的安全、时效性和可用性，使设备的设备性能和技术水平得到最大化的发挥。目前，我国的工业设备品种繁多，各方面的电气控制设备也存在很大差异，但从整体上来说，其基金项目：江苏省“十四五”高等教育科学研究规划课题（YB096）。作者简介：张玉凤，江苏师范大学科文学院，高级工程师，硕士；研究方向：智能控制与嵌入式系统。通信作者：张静宇，江苏师范大学科文学院，工程师，硕士；研究方向：模式识别、智能控制。收稿日期：2022-12-02；修回日期：2022-12-22。摘要：阐述电气控制设计的特点，电气控制设计中的模块化控制技术，模块化控制实例，包括机电一体化、模块化结构，实现过载保护、电流限制保护和短路保护。关键词：电气控制，模块化控制，一体化结构，过载保护。中图分类号：TM921.5 文章编号：1674-2583(2023)01-0306-03 DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2023.01.136文献引用格式：张玉凤，李朕，张静宇.电气控制设计中的模块化控制方法分析J.集成电路应用,2023,40(01):306-308.电气控制设计中的模块化控制方法分析张玉凤1，李朕2，张静宇1（1.江苏师范大学 科文学院，江苏 221132；2.徐州工程机械集团进出口公司，江苏 221001）Abstract This paper describes the characteristics of electrical control design,modular control technology in electrical control design,modular control examples,including electromechanical integration,modular structure,overload protection,current limit protection and short circuit protection.Index Terms electrical control,modular control,integrated structure,overload protection.Analysis of Modular Control Method in Electrical Control DesignZHANG Yufeng1,LI Zhen2,ZHANG Jingyu1(1.College of Science and Technology,Jiangsu Normal University,Jiangsu 221132,China.2.Xuzhou Construction Machinery Group Import and Export Company,Jiangsu 221001,China.)Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 1 期（总第 352 期）2023 年 1 月 307益生产的应用日益普遍，因此，生产厂家对稳定性的要求也就越高。所以，电力系统的模块化是电力系统的发展方向。在电气控制系统中采用模块化结构，可以简化整体的结构，大大缩短了设计周期。通过对标准化的模块化进行界定，避免了从零起步，有效减少了设计的困难，从而减少了因工程难度而带来的设计费用。从过往的实践经验来看，整个电气控制电路的结构都是由不同模块组成，而这些模块的设计和安排，则是建立在多个工程项目经验之上，在反复的实践累积中形成的，不仅稳定度很高，在实际应用中，最大程度确保了生产的稳定，从而使自动化流水线的电气控制的品质得以改善。但在实际设计过程中，应采用通用的牌子的电气控制器，既可以减少成本，也可以为日后的升级改造留出空间。除此之外，在进行模块化设计的过程中，采用广泛适用的软件，或是具有较高的实用功能的软件模块，为电气控制系统编程开发创造良好条件。电气控制设计中的模块化控制理念。生产线的机械化生产将成为今后的发展趋势，然而在国内由于机械化生产刚刚开始，无论是从系统的应用，还是从产品的规范化、产品的标准化、电气设备的可靠性等方面，都有一些缺陷。这就要求厂家及有关工程师持续改进。随着国际、国内工业发展，资源、环境、人力成本等因素的影响，以及日益加剧的市场环境，许多公司都在向自动化方向转变，以期提高自动化程度、整体性和可靠性，从而为客户创造更多的利益，从而减少成本，从而使其在瞬息万变的市场中站稳脚跟。在机械电气控制系统的设计中，既要严格遵守其基本原理，又要掌握其核心要领，从可靠性、智能化和节能三个方面进行论述。在可靠性上，重点对变频、微电子、DCS等技术进行了深入的研究，保证了生产机械的正常运行，而电力控制的费用比较高，一旦不可靠、不安全，整个系统就会出现故障，造成严重的后果。智能的实现，就是让电气控制系统能够实现实时的设定，这可以有效地缓解机电一体化装置运行中的各种问题，减少人力资源和经济资源的消耗，从一个方面促进了公司的迅速发展。电气控制设计是一项比较烦琐的工作，涉及的安装和安装部位也是各方面的，稍有不慎就会影响到以后的工作。从当前机电设备集成的发展方向来判断，设备的装配具有模块化、智能化、计算化和环保化的特征。电气控制设计的装配和测试模块化特征越来越明显，所以在具体实施装配工艺时，必须将各模块的功能进行整合扩展和扩展。特别是目前，随着设备制造商的增多，各种类型的产品也越来越多，采用模块化控制设计可以使机电一体化的设备更加适应市场的需要，提高设备的装配质量，提高装备的性能。电力控制系统通常包括电气和PC，所以在进行模块化的时候，必须寻求一种通用的模块化设计方法，可以采用电气+PC的控制系统为基本单元，这样就能覆盖全部的电力控制模式。又或者，根据系统的复杂性，对电气和PC在整个控制中的输入量进行调节。在对硬件进行模块化的选择时，考虑到了它对系统的需求，以及对其需求的不同，本文选择了智能控制系统作为微计算机系统设计的基础。3 电气控制设计中的模块化控制实例 以某型号水平车机的电气控制设计为实例，一般车机的作用是完成车削，钻孔，钻孔，倒角，割槽和切割，基于此对相应的模块化控制设计进行了整体的分析。实例概述。从模块化角度来看，某型号水平车机在机床的基础上，由三个电动机组成：电机M1、M2、M3，其中，M1是机床的主工作电机，在电气控制的基础上完成机床的主轴和刀片的送料，需要精确、迅速地定位，既便于进行加工调节，还应具备点动的作用。M2则为单向持续操作的控制器，需随时进行启动和停止操作，它们各自具有过载保护、电流限制保护和短路保护1。（1）安全设计。在电气控制的设计阶段，安全保护设计非常关键，采用保险丝进行短路防护，其中主电路与控制电路均采用保险丝，例如某型号机床的三个主电路、起动指示灯电路和控制电路均采用保险丝，从而达到短路的目的。过负荷防护采用热敏继电器，通常在有负荷和负荷长期工作的情况下，应设定相应的过载保护。例如某型号车床的电动机M1和M2主回路均使用了热继电器，以达到过负荷的目的。在电路的工作状态下，还可以加入一些比较有危险性的情况来进行防护，例如，在主回路的设计中，触点KM3负责对电流限制电阻器R的存取和截断。R是限流电阻器，它可以避免在起动时持续起动电流引起马达过负荷，也可以降低马达M1在刹车时的刹车电流。这种特殊的情形要求在实践中持续地累积。此外，对高精度的电子器件也可以采用低电压的方式来保证其工作的顺利进行。因此，在进行电气控制示意图的编制时，应以确保装置及操作者的人身为第一要务。（2）模块设计。通过模块化的思想，极大地改善了电气控制的可靠性，减少了电路的设计困难。在电气控制的设计中必须遵循模块化的思想，首先要熟悉电路的基本原理，其次是对其进行电路的结构设计，并通过各个模块来实现各个功能的设计。事实上，在快速地完成模块化设计时，需要采用比较多的调速控制、降压起动控制、刹车控制等都可以直接调用，根据实际情况进行调整。交流接触器的绕组控制环路是一个正向、可持续操作的控制器，而另一个绕组是一个反向连续操作控制器，308 集成电路应用 第 40 卷 第 1 期（总第 352 期）2023 年 1 月Applications创新应用除了主回路的两个 AC触点的顺序是反向的，两个组件的结合是，当停止键SB2被压下时，马达由正向反向运动，因此，此处的停顿按键SB2也是AC触头KM2上的起动键。而且，如果两个AC触头不能被同时供电，就会出现主线路的短路，必须进行互锁设定，这是一个正反方向的功能。在这种情况下，逆向运行是一种刹车，在这种情况下，刹车是非常关键的，如果刹车不彻底，刹车时间太长，刹车就会产生过度刹车，这就需要在倒车控制器中增加一个转速继电器，从而达到控制倒车的目的2。（3）设计分析。在主线路的整体设计中，包括保护继电器的结合，实现了相序保护、过电压保护、失电压保护、三相不均衡保护、断相保护等功能。设计重点是在电气装置的输入端的防护和在运行中的主电路模块化的防护。尤其当电力线路出现错误时，KM会因KA的防护功能而无法进行吸合，这时单相供电端XP无法供电，电气设备也不会因错误连接而受损。另外，为了防止因误接其他电源，造成电流、电压等参数不一致而造成电气设备故障，造成电气设备故障。在此模块化的设计中，当电机点动操作与持续操作时，电气程式必须在主线上驱动KM1与KH1，使之能带动整条电力控制线来完成马达点动与持续运转的作用。在此模块化的结构中，当电机正反转控制电路时，电气控制系统必须将KM1、KM4、KH1分别进行控制，使整条电力控制线能够完成对电机的双向正、反向控制、自动回路控制等操作。本线的结构是在KM1和KM4间设置有机械式连锁，可避免由于程序不正确的程序控制而导致的电路间的短路。在此模块化中，若要建立多组马达的串行控制电路，