控制回路设计优化方案

机电设备的控制回路承担着控制、互锁、保护、指示等多种功能，它对设备的安全、可靠运行极为重要，电气设计时必须根据机床的要求，按照相关标准正确设计。数控机床控制回路设计的一般原则如下。

1.控制电压

控制回路的电压应优先选择表4.1-1所示的IEC、EN、DIN等标准所推荐的电压。同一设备中的控制电压种类要尽可能少。控制回路的设计时，应保证在额定电压的0.85～1.1倍范围内正常使用。

表4.1-1 控制回路电压推荐表

注：“★”优选；“●”可以使用；“×”不推荐使用。

作为建议，数控机床的交流控制回路设计时，应优先采用AC220/230V，以提高接触可靠性、降低线路压降、减小导线线径；对于直流控制回路，则应优先采用DC24V，以便与PLC、CNC、驱动器、变频器等控制装置及接近开关、安全继电器组合装置等常用器件直接连接和配套。

2.控制器件

接触可靠性是控制回路设计必须考虑的问题。由于控制回路属于低电压、小电流线路，它不能像主回路那样可通过通断电弧来自净触点，因此，对于DC24V、10mA以下的器件需要通过选择银或镀银等为触点材料、采用合适的触点形状、利用动触点的滑移运动、加装外壳等结构措施，来保证其接触性能。

控制回路器件的使用类别一般为AC-15/DC-13，以保证容量在72V·A以上、通断电流为额定电流10倍的交流电磁负载及直流电磁铁的通断控制要求。

控制回路需要有短路保护措施，用于短路保护的断路器或熔断器额定电流，应按照线路中额定电流最小的器件要求选择。例如，如串联的控制线路包含有额定电流为16A的热继电器触点、10A的按钮、10A的中间继电器触点、6A的安全继电器触点时，短路保护断路器或熔断器的额定电流应选择为6A等。

3.可靠性要求

为了提高控制回路的可靠性，电气设计时应采取以下措施。

①互锁。对于需要进行动作互锁的电路，例如，电动机的正反转、/△起动等，不仅需要在软件（如PLC程序）上进行互锁，而且还必须通过接触器触点、按钮进行电磁互锁，以避免切换瞬间可能出现的相间短路等。

本节提供了的部分典型控制电路，这些都是国外推荐的优选线路，其可靠性已经实践验证，建议设计时采用。(www.xing528.com)

②防止颤抖。温控开关和检测装置处于临界点时，其触点或信号经常发生“颤抖”现象，导致工作的不可靠。为此，可以通过图4.1-6a所示的标准电路设计，通过线路中增加二极管、电阻、电容器，来消除触点或信号的“颤抖”现象。

③过电压抑制。电感负载的电流不能突变，因此，断开接触器、中间继电器、电磁阀、电磁铁等器件的线圈时，将会在触点的两端产生很高的过电压，影响触点的使用寿命，甚至损坏触点。为此，需要通过图4.1-6b所示的续流放电回路设计，或者，如图4.1-6c所示，在交流线圈上并联RC扼制器、在直流线圈两侧并联续流二极管或续流二极管/稳压管等措施，抑制过电压。

图4.1-6 控制回路的可靠性设计

a）防颤抖 b）续流放电 c）加扼制器

直流线圈并联续流二极管时，必须特别注意二极管的极性，防止负载短路；交流线圈并联的RC扼制器时，需要正确选择的R、C参数。理论和实践证明^[1]，对于50Hz、cosφ=0.3的交流接触器和继电器线圈，为了将分断过电压U_m限制在额定电压的4倍左右，其电容器的容量C（_μF）、电阻值R（Ω）可以按照下式进行计算：

式中 S_e——线圈保持功率（V·A）；

U_m——过电压限制值（V）；

U_e——线圈额定电压（V）。

需要注意的是：采用图4.1-6c所示的放电回路设计时，接触器、中间继电器的触点释放将产生数十毫秒的延时；如交流线圈并联RC扼制器，则触点释放将产生50ms左右的延时，而直流线圈并联续流二极管后，触点释放同样会有40ms左右的延时。但是，以上释放延时特性，也可有效防止控制回路电源电压瞬时中断引起的故障，或者用于紧急分断安全回路等特殊电路的设计。

三相异步电动机同样为感性负载，故电动机主回路实际也存在分断过电压问题，因此，在进口或正规厂家设计的数控机床上，为了延长接触器触点的使用寿命、提高可靠性，通常都要在电动机的电枢线上并联三相RC扼制器。

鉴于接触器、中间继电器、电磁阀、电磁铁等器件的线圈，以及异步电动机的电枢加过电压扼制器，这是数控机床电气设计的基本要求，因此，在本书的电路图中，为了简化线路、便于阅读，如线路无过电压扼制外的其他要求，将不再画出过电压扼制器。