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电气控制技术的设计技巧分析

发表时间：2020/9/28 来源：《基层建设》2020年第17期作者：李婷

[导读] 摘要：本文结合电气控制技术发展实际情况，分析了电气控制设计的难点。

        山西万鹏变压器制造有限公司 030600
        摘要：本文结合电气控制技术发展实际情况，分析了电气控制设计的难点。并举例分析了电气控制设计的技巧。旨在提升技巧在电气控制设计中占据的地位，充分发挥已有经验的价值，提升电气控制设计的效率与效果。
        关键词：电气控制；设计技巧；控制电路
        引言
        电气控制技术是一项涵盖十分广泛的工作形式，其包含单片机控制、计算机控制、PLC、人工智能等多种表现形式，是一项技术门槛极高的工作。但理论支撑丰富的基础上，电气控制同样是面向应用的设计工作，经验在其中同样有十分关键的作用，掌握电气控制技术设计技巧对于设计人员来说意义重大。
        一、电气控制技术设计难点
        电气控制技术是通过小型电气控制设备设计实现大型机械的操控，保证生产工作开展的集中化、高效化与稳定性。因此，电气控制技术设计过程中应当考虑的因素有：目标生产工艺的安全、稳定与质量需求；不同机组之间的灵活、紧密配合；如紧急断电等突发故障的控制措施；远程、无线稳定操控等。在这种工作需求之下，电气控制设计的难点主要体现在：
        第一，综合性极强。设计人员除掌握电气控制的基础逻辑与继电保护基础原理等常规知识之外，对于系统应用场景也需要有充分的了解，确保电气控制设计的实际应用价值。
        第二，工作经验依赖性较强。面向车间生产的电气控制设计，不同于常规软件逻辑设计，其应用环境十分复杂，需要考量多方面的因素。但电气控制设计人员常缺乏充足的生产工作经验，设计过程中易出现针对性不足的缺陷，无法确保电气控制设计完美适应生产环境。
        二、电气控制设计方法简介
        现代技术背景下，电气控制设计方法主要包含经验设计与逻辑设计两种，需要注意的是，不同于一般分类情况。电气控制设计中，经验设计与逻辑设计是以互补的姿态出现，而非完全割裂的两种独立设计流程。
        （一）经验设计
        顾名思义，经验设计便是按照已有生产经验对电气控制系统的功能模块进行规划设计，并通过一定手段在软件系统与操控设备中实现。经验设计在实际工作中的表现主要为将复杂的电路系统划分为不同的功能模块，进而实现结构设计简化，保证电气控制设计的便捷性与精确性。一般情形下，经验设计理念主导之下，电气控制设计大致会按照启动、自锁、停机、保护、互锁、顺序、延时控制等多个功能模块开展，在电气控制设计中起纲领作用，对于电气控制设计的集成化意义重大。
        （二）逻辑设计
        逻辑设计是一种基于程序语言进行电气控制系统设计的方法，在现代技术背景下，电气控制系统的功能大多通过逻辑设计的渠道实现[1]。经验设计在电气控制功能划分层面给出指导建议，但在复杂程度不断提升的生产背景之下，传统导线操控模式显然无法实现大多数功能的便捷、稳定控制，逻辑设计方法由此出现，作为经验设计的缺陷弥补与功能实现手段。逻辑设计常见的模式多条件个别支路控制设计与多条件全支路控制设计。无论何种模式，均为通过逻辑理念对复杂生产条件的控制电路进行优化，实现最简电路的生产设备稳定操控。
        需要注意的是，无论经验设计或者逻辑设计，实际操作中均积累了大量的经验技巧，需要设计人员全面学习并灵活运用。
        三、电气控制技术设计技巧
        上文已经分析论述了技巧在电气控制设计技术中占据了十分重要的地位，对于设计工作的效率与成果有十分重大的影响。本章节将对常见电气控制技术设计技巧进行详细论述。
        （一）电气控制技术设计技巧的演变与形成
        电气控制技术设计技巧演变与形成的主要原因为生产环境变化，以常见的电机控制为例，传统设计方法多为直接控制，即电源直接连接。虽然设计及安装简便，但对人力资源依赖性较高、系统自身抗逆性较低等缺点使其无法适应集成化与自动化的生产需求变化。由此，电气控制技术中最为基础的技巧——间接控制设计法产生。
        如图1所示，图中M表示电机，电机与电源之间添加了由空气开关、熔断器、接触主接点、热继电器与配电电缆组成电路控制装置。该种装置为间接控制设计的核心部分，其通过多种开关的串联实现了多条件电路控制。无论是电机运行中电流或者功率等出现问题，电气控制设计都可以实现自动切断电源，确保生产的安全性，更加符合自动化与集成化生产控制的需求。图1中所示控制线路虽然结构较为简单，但其中蕴含了各种功能设计的原始思路，如SB1代表手动控制；KM并联是自锁功能的实现；SB2代表手动停机；FR用以进行线路保护。而这些结构的组合应用便成为了电气控制设计技巧的模型，是现代设计开展最为基础的内容。

        图1 经典电机间接控制设计模型
        （二）经验设计法技巧及应用
        经验设计法技巧就是指电气控制设计中积累的面向不同生产环境与问题的应对方案。如现代生产背景下，电机常会出现正转与反转的需求。在不切断电源更换电机电极连接的前提下，可以在图1所示结构的基础上额外并联一条KM开关回路，实现控制设计中的电极电极转向，灵活控制电极的正转与反转。该种设计方案下，出现的全新问题是由于KM开关的不唯一性，控制线路存在两极同时短路的风险，致使电机无法正常运转。因此，线路设计过程中，要确保并联的KM线路闭合的唯一性。而该项目标实现的方式便是在KM1线路中串联KM2常闭节点，KM2线路中串联KM1常闭节点，确保两条电路运行的唯一性，保证电机的正常运转。该种设计技巧便是上文中提及的互锁功能，在电机的转速转换与能耗控制中均为常用技巧。
        （三）逻辑设计法技巧及应用
        逻辑设计法技巧相较于经验设计法具备更强的专业性，由于逻辑设计法是对经验设计优化后的电路进行逻辑分析，消除其中不必要的线路与开关设计，设计人员必须具备完善的电路控制基础原理掌握[2]。同时，设计过程中还需要进行逻辑论证，确保简化后的电路与原有电路功能的一致性。虽然逻辑设计技巧执行较为复杂，但若无逻辑设计，电气控制线路通常过于复杂，安装难度较高且会造成大量的资源浪费。
        逻辑设计技巧同样可以按照逻辑设计分为两类。第一，针对多条件个别支路控制，该项技巧实施较为简单，由于面向电路结构单一，可以直接进行各节点作用分析，并将其中的同类节点进行合并，对控制线路进行简化。第二，针对多条件全支路控制设计，其基础思路与个别支路相似，但由于涉及接点数目过多，实际执行过程中为保证逻辑分析的效率与准确性，常会采用状态表的手段进行辅助分析，并用0或者1两个数字对线路断开或者运行进行表示，从而实现同功能接点的快捷合并，确保最简控制电路设计。
        结论
        电气控制设计不仅仅是一项理论支撑较高的工作，对于实践经验同样有着较高的要求。设计人员应当关注、学习与灵活运用电气控制设计技巧，在充分接纳前人积累的基础上，提升电气控制设计的效率与功能完善性，确保生产设备的稳定、安全运转。
        参考文献：
        [1]刘永春.电气控制技术的设计技巧探讨[J].电气自动化，2019，41（01）：115-118.
        [2]王新芝，李玉冬.现基于PLC技术的电气控制系统优化设计分析[J].时代农机，2018，45（10）：237.