浅谈矿用机械电气控制系统设计

摘要：现在的时代已经是信息化时代，矿用机械是技术含量和集成化很高的装备，其电气控制系统是决定其性能的关键环节。本文首先介绍了矿用机械电气控制系统设计的基本原则，然后介绍了电气控制装置的设计步骤与设计要点。

关键词：矿用机械 电气控制 系统设计

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0128-01

在现代化矿井建设中，凡要求较高的场合，都离不开自动控制。矿用机械的启动、加速、调速、制动和停车都可通过自动控制系统来实现，对不同的矿用机械需要不同的自动控制方式，虽然控制方法不同，但都是根据生产机械工作时物理量的变化确定的。因此，针对不同的物理量就有不同的控制原则。

1 电气控制系统设计的基本原则

电控系统设计涉及到的范围较广，系统从初步设计、技术设计到产品设计过程中的每一环节都与产品的质量和成本密切相关。电气控制系统设计过程应遵循的基本原则如以下几点。

（1）最大限度地满足机械设备对电气控制提出的要求。生产机械的电控装置是为生产机械按预定规律完成一定动作和保证部件协调运转服务的，电气设计必须满足生产机械对电气控制提出的技术要求。

（2）妥善处理机与电的关系，采用机电结合的方法，达到系统的控制要求。现代生产机械的机械运动是机电结合的结果，机与电两者相互关联、相互依赖，只有统筹考虑两者关系才能达到整机的技术指标和经济指标。

（3）在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单，避免盲目地追求高性能、高指标。评价生产机械电气设计水平，并不是电气控制的功能越强，技术指标越高就越好，而是以设备的性能价格比和运行可靠性来衡量的。高功能、高指标往往使系统的生产成本和复杂程度剧增，系统越复杂，所用元器件越多，系统的可靠性就越低（不包括冗余设计而增加的元器件）。因此，在满足生产机械提出的技术指标前提下，电气控制设计应力求简单，提高系统工作可靠性，提高装置的性能价格比。

（4）积极慎重地采用新技术、新工艺。任何设计在实施过程中都存在着成功和失败两种可能，从减少设计风险角度考虑，应尽可能采用成熟的、经过优化和实际运行考验的材料、元器件以及制造技术与工艺。新技术和新工艺的出现，往往会给社会带来巨大的效益，成功地应用新材料、新技术、新工艺，会使产品在品质、功能、成本方面发生巨大的变化。所以，在积极采用新材料、新技术、新工艺的同时，要进行充分的调查和研究，进行必要的试验，才能作出决策。

（5）正确合理地选用电器元件，尽可能减少元器件的品种和规格，降低生产成本。

（6）操作、维护要方便，外形协调、美观。电气控制系统设计的基本任务是根据生产机械的控制要求，设计和完成电控装置在制造、使用和维护过程中所需的图样和资料。这些工作主要反映在电气原理和工艺设计中。

2 电气控制装置的设计步骤

电气控制装置设计一般分成三个阶段：初步设计、技术设计和产品设计。

2.1 初步设计

初步设计是研究系统和电气控制装置的组成，并寻求最佳控制方案的初步阶段，是技术设计的依据。初步设计可由机械设计人员和电气设计人员共同提出，也可由机械设计人员提出有关机械结构资料和工艺要求，由电气设计人员完成初步设计。

初步设计阶段应根据机械设计人员提出的要求，尽可能收集国内外同类产品的有关资料，进行详细的分析研究，积极而又慎重地采用新技术、新工艺，并对某些新技术、新工艺、新结构、新组件等进行必要的原理性试验研究或提出试验研究大纲，提出系统中必须采用的专用元器件的技术要求。初步设计主要是给上级部门或用户的一份总体方案设计报告，这份报告是进行技术设计和产品设计的依据。只有在总体方案正确的前提下，才能保证生产设备各项技术指标的实现。如果在设计过程中只有某个细节或环节设计不当，可通过试验和改进来达到设计要求，但总体方案出错，将导致整个设计的失败，造成的损失是非常大的。因此，初步设计必须认真做好调研，注意借鉴已获成功应用并经过生产考验的类似设备和生产工艺，在几种可能实现的方案中，根据技术、经济指标及现有的条件进行综合分析，作出决策。

2.2 技术设计

技术设计是根据上级部门审查批准的或经用户同意的初步设计中提供的内容和方案，最终完成电气控制设计，完成电控设备布置设计。技术设计需完成下述内容：（1）对系统设计中某些环节做必要的试验，写出试验研究报告。（2）绘出电气控制系统的电气原理图。（3）编写系统参数计算书。（4）选择整个系统的元器件，提出专用元器件的技术指标，编制元器件明细表。（5）编写技术设计说明书，介绍系统原理、主要技术性能指标及有关运行维护条件和对施工安装要求。（6）绘制电控装置组合布置图、出线端子图等。

2.3 产品设计

产品设计是根据上级审查批准的或经用户同意认可的技术设计，最终完成电控设备产品生产用的工作图样。产品设计需完成下列内容：（1）绘制产品总装配图、部件装配图和零件图。（2）绘制产品接线图或接线表。（3）进行图样的标准化审查和工艺会签。一般来说，电气控制装置的设计应按上述三个阶段进行，每个阶段中的某些内容可根据设计项目的具体情况有所调整。

3 电气控制的设计要点

电气控制设计内容很多，这里仅对一些较为重要的设计作进一步探讨。（1）控制系统的选择。控制系统是电控装置的核心，它对整个装置工作起着决定性的作用。装置的控制系统选用应根据机械设备对电气控制提出的技术指标，综合考虑控制系统的功能、抗干扰能力、系统可靠性、环境适应性、软硬件工作量、执行速度、带载能力等。（2）电气传动调速方式选择。机械设备的主要功能是完成机械运动。一台机械设备必须完成相互协调的若干机械动作，这些动作的协调依靠机械和电气传动系统来实现。合理地选用电气传动调速方式是决定系统的技术、经济指标的重要条件。选用时应综合考虑传动调速的调速性质、调速范围、平滑性、动态性能、效率、费用等指标。（3）设计中应考虑的环境影响。任何电气控制装置都需要在一定的环境中储存、运输和工作，环境条件必然会对设备工作可靠性、使用寿命带来很大的影响。在电控设备设计时就应充分考虑环境因素，适当调整设计参数，这对减少设备故障率，延长使用寿命是相当有效的。影响设备工作的环境因素主要指气候、机械振动和电磁场。（4）工艺设计问题。工艺设计的目的是为了满足电气控制设备的制造和使用要求，在正确的原理设计前提下，系统的可靠性、抗干扰性、可维修性、结构合理性等都与电气工艺设计密切相关。电气工艺设计的主要内容是电气控制设备的总体配置（总装配图）、总接线图（表）、分柜装配设计（元器件布置）、接线图（表）、柜、面板、导线等设计和选用。

参考文献

[1] 熊刚.电气控制技术在矿山提升系统中的应用[J].黄金科学技术，2003（4）.

[2] 廖常初.PLC编程及应用[M].机械工业出版社，2002.