浅析电路控制设计

摘要：本文作者介绍了电气控制电路设计的一般设计规则、基本步骤以及电气设备防爆类型与措施。

关键词：电气控制；电路设计；电气安全问题

Abstract: In this paper, the author introduces the electrical control circuit design general design rules, the basic step as well as the electrical equipment explosion-proof type and measures.

Key words: electric control; circuit design; electrical safety issues

中图分类号：TM73文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

电气控制电路中,控制信号种类复杂,在设计过程中要严格按照国标GB 4728—1985等要求来合理的布局电路图,使设计最优化。同时,工矿企业的安全已经受到社会的广泛关注,针对不同行业的不同需求,目前已经研制出大量的不同防爆型式的电气设备,防爆电气设备和电气防爆措施的广泛应用,不仅有效的保证了人民的生命安全,也给工矿企业带来良好的经济和社会效益。

1 电气原理图设计的基本步骤

1.1 拟定技术参数

根据选定的拖动方案及控制方式设计系统的原理框图,拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。

1.2 绘制具体电路

根据各部分的要求,设计出原理框图中各个部分的具体电路。对于每一部分的设计总是按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查,反复修改与完善的步骤进行。

1.3 绘制总原理图

按系统框图结构将各部分联成一个整体。

1.4 正确选用原理线路中每一个电器元件,并制订元器件目录清单对于比较简单的控制线路,可以省略前两步,直接进行原理图设计和电器元件选用。但对于比较复杂的自动控制线路,就必须按上述过程一步一步进行设计。只有各个独立部分都达到技术要求,才能保证总体技术要求的实现,保证总装调试的顺利进行。

2 电气控制电路设计的一般原则

电气控制电路的设计应在充分满足生产工艺电气控制要求的前提下进行,并且力求工作可靠、动作准确、结构简单、操作安装检修方便。一般应做到:

2.1 保证控制电路工作的可靠性

诸如:电器元件要正确连接、尽量减少触头数,缩短连接导线、防止寄生电路、在设计控制电路时应尽量避免许多电器依次动作才能接通一个电器的现象,设计的电路应该能够适应所在电网的情况等。

2.2 保证电气控制电路的安全性

电气控制电路在事故的情况下,亦应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全,并能有效制止事故的扩大,即使出现误操作也不致造成事故。常用的保护措施有:采用漏电保护开关的自动切断电源保护、短路保护、过载保护、失压保护、联锁保护、行程保护、过容保护及极限位置保护等。

2.3 正确使用防爆电气设备

防爆电气设备接线腔的进线口,必须用标准规定的形式密封,如用弹性密封圈密封或用电缆密封夹紧接头等。禁止采用填充密封胶泥、石棉绳等其他方法代替。在现场检修时,当防爆电气设备的旋转部分未完全停止之前不得开盖。

3 电气控制原理电路设计的方法

电气控制原理电路设计的方法主要有分析设计法和逻辑设计法两种,分别介绍如下。

3.1 分析设计法

这种设计方法又称为经验设计法。所谓分析设计法是根据生产工艺的要求去选择适当的基本控制环节(单元电路)或经过考验的成熟电路,按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修改,综合成满足控制要求的完整线路。设计过程中,要随时增减元器件和改变触点的组合方式,以满足拖动系统的工作条件和控制要求,经过反复修改得到理想的控制线路。它的优点是设计方法简单,无固定的设计程序,容易为初学者所掌握,在电气设计中被普遍采用；其缺点是设计出的方案不一定是最佳方案,当经验不足或考虑不周全时会影响线路工作的可靠性。为此,应反复审核电路工作情况,有条件时还应进行模拟试验,发现问题及时修改,直到电路动作准确无误,满足生产工艺要求为止。

3.2 逻辑设计法

逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来进行电路设计。采用逻辑设计法能获得理想、经济的方案,所用元件数量少,各元件能充分发挥作用,当给定条件变化时,能指出电路相应变化的内在规律,在设计复杂控制线路时,更能显示出它的优点。任何控制线路、控制对象与控制条件之间都可以用逻辑函数式来表示,所以逻辑法不仅能用于线路设计,也可以用于线路简化和读图分析。逻辑代数读图法的优点是各控制元件的关系能一目了然,不会读错和遗漏。此外,组合逻辑电路、时序逻辑电路是逻辑电路的两种基本类型,对应的设计方法也各有不同。

4 防爆类型与防爆措施

4.1 电气设备防爆的类型和等级

4.1.1 电气设备的防爆类型

根据防爆的原理,针对不同的用途,电气设备的防爆类型有以下几种:

4.1.1.1 防止点火源的产生。代表有增安型电器设备。主要是对于一些正常工作时不产生火花和危险高温表面的电器设备,在结构上再采取一些附加的保护措施,提高设备的安全性和可靠性。

4.1.1.2 用介质隔离点火源。这是隔离点火源的最常用的方法,此方法采用安全介质包围电气设备的导电部件,导电部件产生的火花无法接触爆炸性混合物。利用此种方法的代表有正压型电气设备、充油型电气设备、浇封型电气设备等。

4.1.1.3 用外壳限制爆炸和隔离点火源。代表有隔爆型电气设备。它利用外壳罩住导电部分,阻止爆炸向外部传播,是一种传统的隔离防爆。

4.1.1.4 限制点火源的能量。典型的代表有本质安全型电路和电气设备,主要是通过限制电路在危险场合产生的能量,达到防爆的目的。

4.1.2 防爆电气设备的防爆等级

防爆电气设备防爆等级的划分是根据设备使用的类别、爆炸性气体混合物的温度组别、防爆电气设备的防爆型式来划分的。我国和世界上大部分国家和地区将爆炸性气体分为四个危险等级,根据爆炸性气体混合物引燃温度的差异,组别又分为T1、T2、T3、T4、T5、T6六组,引燃温度用t(℃)表示,各组别的引燃温度为:

T1为:450℃

T2为:300℃

T3为:200℃

T4为:135℃

T5为:100℃

T6为:85℃

4.2 电气防爆的技术与措施

4.2.1 危险环境的划分与注意事项

危险环境不同,选用防爆电气设备的类型就不同,采取的防爆措施也就不一样。根据环境危险区域的大小和级别,可以划分为气体、蒸气爆炸危险环境,粉尘、纤维爆炸危险环境。电气设备的爆炸与火灾密切相关,火灾容易并发爆炸。因此,防爆安全除按防火安全要求外,也需要格外注意防爆电气设备的选择、线路的安装。在防爆电气设备的选用上,电气设备的选用要与当地危险环境相适应;在防爆电气线路的安装上,电气线路的安装位置、敷设方式、导线材质、连接方法等均要与区域危险等级相一致,确保防爆的安全。

4.2.2 电气防爆安全技术与措施

电气防爆安全技术与措施主要有以下几点:

4.2.2.1 要尽量消除或减少爆炸性混合物

主要包括五个方面:采取封闭措施,防止爆炸性混合物泄漏；清理现场积尘、防止爆炸性混合物积累；设计正压室,防止爆炸性混合物扩散到有引燃源的区域；采取开放式作业或通风措施,稀释爆炸性混合物；在危险空间充填惰性气体或不活泼气体,防止形成爆炸性混合物。

4.2.2.2 采取隔离措施

对于危险性较大的设备,一般应该分室安装,并在隔墙上采取封堵措施。常见的隔离措施有电动机隔墙传动、照明灯隔玻璃窗照明等,通过隔离进一步达到防爆的效果。

4.2.2.3 切断引起爆炸的源头

在电气设备和电气线路设计的选用上,要与爆炸危险环境的特征和危险物的级别、组别相一致,这样才能保持电气设备和电气线路安全运行。安全运行包括电流、电压、温升和温度不超过允许范围,包括绝缘良好、连接和接触良好、整体完好无损、清洁、标志清晰等方面。

4.2.2.4 接地措施的采用

主要包括以下几种情况:应将所有不带电金属物体做等电位联结,如低压由接地系统配电,应采用TN—S系统,不得采用TN—C系统；低压由不接地系统配电,应采用IT系统,并应该安装必须的保护和报警装置。

5 结束语

电力作为一种能源,具有很多的优点,已经深入到了人们日常生活中的各个部分。但是电路设计任何的缺陷都将是严重的安全隐患,都会带来巨大的财产损失和人员伤亡。同时,在企业生产过程中,电气防爆也是备受人们关注的问题。

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