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电气控制设计论文范文1
1.1电气控制线路设计法的重要性
电气控制线路的设计直接决定和影响了控制系统的的性能。在电气控制线路的设计中应当谨遵要求对电气控制系统的制造和使用，及维护资料进行编制和设计，确保其设备的安装、操作具有可靠性和安全性，这是保证电网正常运行的首要前提。
1.2电气控制线路设计法的基本特点
现代电气控制系统的三个特点：(1)功能强且体积小，灵活性较强，同时具有很强的通用功能，便于使用和维护。(2)采用了无触点式开关代替部分电器元件，执行程序的时间较短。(3)能够用软件实现电气控制，改变控制参数和要求时只需改动程序的对应部分，节省资源。
2电气控制线路设计法的优化策略
2.1了解生产机械和工艺
对电气控制线路的要求在进行电气控制线路的设计前应当对其生产工艺的要求有一定的掌握，同时要了解各程序的工作情况、保护措施及运动变化规律。设计人员在设计过程中要对同类产品进行调查和分析，将此结果作为设计的重要依据。
2.2线路设计法简单
在满足生产工艺的前提要求下，争取控制线路的设计简单、经济环保。（1）选用经过检验符合标准的线路环节。（2）贱导线连接的长度数量降到最低。在电器元件设计中合理安排触头位置，减少导线的连接数量和长度。（如图1）将启动、停止按钮都放在操作台上，接触器则放置在电器柜内。而由于按钮盒接触器之间距离较长，因此要将启动按钮盒停止按钮连接在一起，以简化导线连接。（3）采用标准件，同时注意将电气原件数量降到最少，尽量选择同一型号。（4）通过减少锄头来简化线路，增强可靠性。
2.3保障控制线路的安全可靠性
选用的电器机械使用寿命较长动作较为可靠、结构坚实同时抗干扰较强能够有效保障控制线路的安全可靠。在设计中注意以下几点：（1）选择正确的电气连接线圈进行线路设计法。在控制线路的设计时应当将线圈的一段统一接电源的同一端，使得电器触头在电源另一端。避免因为电器触头引发电源短路现象，也便于安装。（2）交流控制电路不能串联两个电器线圈。如果两个线圈串联，其中某一原件就只能得到一半电源电压。由于电压和线圈的阻抗成正比，不能同时进行动作。使交流接触器KM吸合，此时KM的磁路处于闭合状态，线圈的电感明显增大，使另一个接触器线圈的电压达不到工作电压。应当将两个电器线圈并联且保持同时动作才能保证运行。（3）避免因意外而在线路中接通的寄生电路。会造成误动影响线路的工作。（4）应当避免设计多个电器依次动作后接通另一个电器的控制线路。（5）线路的设计应当适应电网的情况，根据电网容量、电压和频率波动范围以及冲击电流的数值决定启动方式是直接或是减压启动。（6）以小容量继电器的锄头控制大容量接触器线圈来进行线路设计法，通过计算继电器触头断开和接通容量判断是否应当增加中间继电器和小容量控制器，增强可靠性。（7）将必要保护环节考虑在内，避免操作失误带来的线路事故。
2.4应具有必要的保护环节
（1）短路保护电气控制线路中通常采用熔断器、断路器来进行短路保护。在电动机容量较小时可以讲主电路的熔断器作为在控制线路中的短路保护，不需要再设熔断器进行保护。而当电动机容量大时就需要另设熔断器作短路保护。断路器在线路中既能做短路保护又可以当过载保护，而电气线路发生故障造成断路器跳闸时，排除故障后可直接合上断路器继续工作。（2）过流保护启动方法错误或是负载转矩过大都会熬制电动机的过电流故障。由于过电流较小，常用于直流电动机和绕线转子电动机控制线路。通过继电器、接触器相互配合将继电器的线圈和主电路串联，常闭触头和接触器控制电路串联。在电流达到整定值后断开常闭触头同时使继电器继续工作，同时切断控制电源和电动机电源进行线路保护。（3）过载保护三相鼠笼电动机会因为负载增加、断相动作或电网电压降低时引起过载，而电动机长期过载运行会造成过热导致的绝缘损坏。因此通常采用热继电器作为鼠笼型电动机的过载保护。（4）零电源保护通常将并联在启动按钮两侧的接触器自锁触头作为零电源保护。而主令控制器SA控制电动机则通过零电压继电器实现。
3结语
电气控制设计论文范文2
关键词：电气控制；PLC技术；自动化；无人值守
1 引言
随着可编程逻辑控制器（PLC）技术的逐渐发展，很多工业生产要求实现自动化控制的功能，都采用PLC来构建自动化控制系统，尤其是对于一些电气控制较为复杂的电气设备和大型机电装备，PLC在电气化和自动化控制方面具有独到的优势，如顺序控制，可靠性高，稳定性好，易于构建网络化和远程化控制，以及实现无人值守等众多优点。基于此，PLC技术逐渐成为工业电气自动化控制的主要应用技术。
本论文主要结合数控机床的电气化功能的改造，详细探讨数控机床电气化改造过程中基于PLC技术的应用，以及PLC技术在实现数控机床自动化控制功能上的应用，以此和广大同行分享。
2 数控机床的电气化改造概述
2.1 数控机床的主要功能
数控机床是实现机械加工、制造和生产中应用的最为广泛的一类机电设备。数控机床依托数控化程序，实现对零部件的自动切削和加工。但是目前我国仍然有超过近1000万台的数控机床，主要依靠手动控制完成切削加工，无法实现基本的电气化和自动化控制。为此，本论文的主要的目的是基于PLC控制技术，实现数控机床的电气化改造，主要实现以下功能：
（1） 数控机床的所有电机、接触器等实现基于PLC的自动化控制；
（2）数控机床的进给运动由PLC控制自动完成，无需人工手动干预；
（3） 自动检测零部件切削过程中的相关参数，如加工参数、状态参数等等；
（4） 结合上位机能够实现对数控机床的远程控制，以达到无人值守的目的。
2.2 电气化改造的总体方案
结合上文对于数控车床的电气化、自动化改造的功能要求，确定了采用上位机与下位机结合的自动化改造方案。该方案总体结构分析如下：
（1） 上位机借助于工控机，利用工控机强大的图像处理能力，重点完成数控车床的生产组态画面显示，以及必要的生产数据的传输、保存、输出，同时还要能够实现相关控制指令的下达，确保数控车床能够自动完成所有切削加工生产任务。
（ 2）下位机采用基于PLC技术的电气控制模式，由传感器、数据采集板卡负责采集数控车床的生产数据、环境数据、状态数据等所有参数，由PLC实现对相关数据的计算，并传输给上位机进行相关数据的图形化显示和保存；另一方面，PLC控制系统还接收来自于上位机的控制指令，实现对数控车床的远程控制。
（3） 对于数控车床最为关键的控制――进给运动的控制，利用PLC+运动控制板卡的模式实现电气化和自动化的控制。具体实现方式为：选用合适的运动控制板卡，配合PLC的顺序控制，对进给轴电机实现伺服运动控制，从而实现对数控车床进给运动的自动化控制。
3 数控车床电气化自动控制改造的实现
3.1 系统改造结构设计
数控车床的电气化自动控制改造，其整体结构如下图1所示，其整体结构主要由以下几个部分构成：
3.1.1 底层设备
底层设备主要包括两个方面，首先是实现数控车床自动切削加工运转等基本功能的必要电气、机电设备，如电源模块、电机模块等，这些机电设备能够保证数控车床的基本功能的稳定可靠的实现；其次，底层设备还包括各类传感器，比如监测电机转速、温度的速度传感器和温度传感器，监测进给轴运动进给量的光栅尺等，这些传感类和数据采集类设备为实现数控车床自动化控制提供了基础数据源。
3.1.2 本地PLC站
本地PLC站主要负责接收底层传感设备传送过来的传感参数、状态参数及其他检测参数，通过内部程序的运算，判断整个数控车床的工作状态，并将其中的重点参数上传到远程控制终端进行数据的图形化显示、存储、输出打印等操作；另一方面，本地PLC站同时还接收来自于远程控制终端所下达的控制指令，比如停机、启动等控制指令，PLC站通过对相应执行器（比如电机）的控制，从而实现自动化控制的功能。
3.1.3 远程控制终端
远程控制终端主要是依赖于工控机实现的上位机数据管理和状态监控，需要专门开发一套面向数控车床加工、生产和自动控制的软件程序，以实现对数控车床的远程化、网络化、自动化控制，真正实现无人值守的功能。
基于PLC的数控车床电气自动化改造框图
3.2 PLC电气控制系统的设计实现
本研究论文以CK6140普通数量机床为具体研究对象，详细探讨其电气化、自动化控制的改造。通过上文对机床改造方案和结构功能的分析，可以确定整个机床电气化、自动化改造，一共需要实现14个系统输入，9个系统输出。结合控制要求，这里选用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，输入回路采用24V直流电源供电方式。根据对数控机床的各模块控制功能的分析，选用合适的接触器、继电器、开关、辅助触点等电气控制元件，与PLC共同实现对电气设备的控制，比如PLC通过接触器控制电机模块，PLC通过继电器控制电磁阀等部件，从而完成基于PLC控制的数控车床电气化改造。
4 结语
随着电气设备的越来越复杂，工业生产对于电气控制的要求也越来越高，基于PLC的自动化控制技术得到了广泛的应用，逐渐成为了当前工业自动化生产控制中的主流技术之一。采用PLC技术最大的优势在于实现自动化控制同时具有较高的可靠性和抗干扰能力，极大的避免了由于采用单片机技术而造成的系统不稳定现象。本论文结合电气控制详细探讨了PLC自动化技术的应用，给出了具体的系统设计实例，对于进一步提高PLC自动化技术的工业化应用具有很好的指导和借鉴意义。
电气控制设计论文范文3
题目：成都国际金融中心负5层制冷机房的电
一、结合毕业论文课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：
摘要：本课题主要研究的是成都国际金融中心负5层制冷机房的电气部分研究问题[1]。案为成都国际金融中心项目，成都国金中心净用土地面积82亩[2]。为香港九龙仓投资的西部地标性建筑整个项目设计由4座塔楼及裙楼组成，包括超五星级酒店、高端写楼、高档酒店式公寓及高品位住宅等，其中主楼双塔最高达248米[3]。2007年9月香港九龙仓集团在成都以8800万元/亩[4]。总价72.4亿元拍下了位于成都市最繁华的商业中心春熙路片区82亩土地建成后，将成为中国西部地区最高档次、最具规模和影响力的地标性建筑物，将引进数百个中西部最具代表性的商铺，其中包括世界上最出名的国际名牌、港澳名牌，再加上其九龙仓本身之马哥孛罗酒店等，有望成为中国西部今后最具影响力的国际商贸金融中心[5]。
关键词：电气设计；配电系统；智能化系统；电气控制；电机；制冷机房；水泵
1.前言
建筑电气技术是以电能、电子、电器设备及电气技术为手段来创造、维持和改善人民居住或工作的生活环境的电、光、声、冷和暖环境的一门跨学科的综合性的技术科学[6]。它是强电和弱电与具体建筑的有机结合[7]。随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对有关供配电、照明、消防、防雷接地、通信、网络等系统的要求越来越高，使得建筑开始走向高品质、多功能领域，并进一步向多功能的纵深方向和综合应用方向发展[8]。建筑电气设计是在认真执行国家技术经济政策和有关国家标准和规范的前提下，进行工业与民用建筑建筑电气的设计，并满足保障人身、设备及建筑物安全、供电可靠、电能节约、技术先进和经济合理[9]。
2.设计内容
成都国际金融中心负5层制冷机房的电气部分研究问题。通过到成都国际金融中心负5层制冷机房实地实习，了解制冷机房电机启动类型，启动方式，启动速率。研究其中各个电机与电气控制装置之间是如何协调工作的[10]。了解系统的电气设备及其主回路工作原理[11]。探究其中存在的节能环保效应。计算电气设备的负荷、功率，了解相关电气设备的选用[12]。
3.设计依据
1)中户人民共和国工程建设标准强制性条文(房屋建筑部分)(2002年版)
2)民用建筑供暖通风与空气调节设计规范CB50736-2012
3)高层民用建筑设计防火规范CB50045-95(2005年版)
4)建筑设计防火规范CB50016-2006
5)汽车库、修车库、停车场设计防火规范CB50067-97
6)公共建筑节能设计标准CB50189-2005
7)《全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调.动力》(2009年版)
8)《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇-暖通空调.动力》(2007年版)
9)通风与空调工程施工质量验收规范CB50243-2002
4.总结
本次的文献综述内容主要是对成都国际金融中心负5层制冷机房的电气部分的一个概述，简要说明了毕业设计(论文)文献综述应该做些什么系统的设计，在查阅了大量的资料后的一个总结，也是对这段时间的工作的一个汇报[13]。并对一些规范和国标有了初步的了解，对以后的毕设做一个铺设[14]。小区的建筑电气设计主要是对变配电系统、冷却系统、电话系统、消防系统等的一个设计[15]。对这些系统的初步了解可以确定以后电气设计的方向，对之后的毕设起一个带头作用[16]。从对电气设计的迷茫到初步的认知，有老师的指导同学的帮助，更重要的还是自己的解收获的是实践知识，本次的文献综述对之后的毕设奠定了良好的基础[17]。
参考文献
[1]刘思亮.建筑供配电.第一版.北京.中国建筑工业出版社.1998.164～176
[2]孙建民.电气照明技术.北京：中国建筑工业出版社，1998年：56页
[3]唐志平.供配电技术[M].电子工业出版社，2008
[4]谢浩.住宅照明的处理和选择方法[J].住宅科技，2009，(02)
[5]刘宇.浅谈智能住宅小区弱电系统设计[J].硅谷，2008，(05)
[6]张言荣、高红、花铁森.智能建筑消防自动化技术[M].北京：机械工业出版社，2009
[7]郑洁、伍培.智能建筑概论[M].重庆：重庆大学出版社，2008
[8]唐志平.供配电技术[M].北京：电子工业出版社，2008
[9]俞丽华.电气照明[M].上海：同济大学出版社，2008
[10]戴瑜兴.民用建筑电气设计手册中国建筑工业出版社2010年：83页
[11]陈一才.智能建筑电气设计手册.北京：中国建材工业出版社，2002年：43页
[12]戴瑜兴.民用建筑电气设计数据手册.北京：中国建筑工业出版社，2003年：59页
[13]刘思亮.建筑供配电.北京：中国建筑工业出版社，2004年：24页
[14]杨光臣.建筑电气工程图识读与绘制.北京：中国建筑工业出版社，2002年：48页
[15]Frantz，J.m.Jdy.Intracanopylightingreduceselectricalenergycitilizationbyclosedcowpeastands.LifeSupportBiosphere，2001，7：283-290
[16]N.Shdbolt，Ambientintelligence.IEEEIntell.Syst，2003，18(4)：2-3
[17]NTayfunAmur.Cost，guestimpactdriveterrorism-securityplans[J].HotelandMotelManagement.Vol.220.No.20.Jun.2005.
二.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径)：
1.研究的问题
本课题主要研究的是成都国际金融中心负5层制冷机房的电气部分研究问题。通过到成都国际金融中心负5层制冷机房实地实习，了解制冷机房电机启动类型，启动方式，启动速率。研究其中各个电机与电气控制装置之间是如何协调工作的。了解系统的电气设备及其主回路工作原理。探究其中存在的节能环保效应。计算电气设备的负荷、功率，了解相关电气设备的选用。最终了解现场施工的程序等。
2.研究的途径
1)收集相关资料，查阅中外文献。学习相关知识，了解国金中心项目的基本情况。做好前期准备。
2)请教校外导师学习、掌握国金中心负5层的解制冷机房的电机启动类型、启动方式、启动速率，系统的电气设备及其主回路工作原理，探究其中存在的节能环保效应。
3)通过计算电气设备的负荷、功率，了解相关电气设备的选用。
4)利用AutoCAD等绘图软件，绘制施工平面图，系统图，及各个原理图等。
电气控制设计论文范文4
关键词：变频器；PLC；塔式起重机
1 概述
塔吊的组成部件众多，但在这其中，电动机对于系统的作用是最重要的，因为它是机械系统的主要驱动元件，是将电能转换为生产所需的机械能的主要装置。电机良好的电气性能能够改善机械系统的性能，提高系统的可靠性，降低故障可能性，从而降低维护成本。
塔式起重机的电气执行机构构成需要至少进行三个方向的控制，分别是垂直方向的起升机构、水平方向小车进退的变幅机构以及吊臂旋转的回转机构。
所以此次设计将采用的是传感器限位控制，主要使用的是旋转编码器和转速传感器，旋转编码器的工作方式类似于它在电梯中的，只是我们进行的转速调节线性平滑度要求较低。同时速度转速传感器可以配合变频器进行PID闭环转速调节。
2 变频器概述
西门子MM440系列变频器是一款具有代表性的三相交流异步电动机驱动设备，属于通用型矢量变频器，基于三线交流异步电动机稳态数学模型的控制方式，其核心是通过协调控制电压和频率，最大程度保证电动机气隙磁通稳定与额定值。该变频器提供的此类控制模式有：线性V/f 控制、抛物线V/f 控制、可编程多点设定V/f 控制、磁通电流控制等。此外，还有矢量控制功能。
3 方案的设计
3.1 塔式起重机的运行控制要求
塔式起重机的主要作用是物料的提升和下放，主要应用于建筑行业中的设备，属于循环、间隙运动的机械。总体的功能要求：
（1）起升机构
吊钩的升降机构的工作状态分为空载和轻载、重载两类。
（2）变幅机构
小车的变幅机构进行的是小车在塔臂进行的进退运动，前臂尖端和末端皆安装有限位开关。它也能够通过变频器对电机进行速度控制，由于类似回转机构具有一定的惯性冲击，起动和制动不能过快。
（3）回转机构
吊臂的回转机构完成的是吊臂的顺向逆向转动，其具有较大的惯性冲击，起动不能过快。停车和反打传都不允许过界，否则不仅运转不平稳，还会损坏机构。因此还通过回转专用减速机，同时采用变频调速使起动、制动平稳。
3.2 塔式起重机电气控制系统的设计分析
针对上面提到的控制要求，获得的起重机的电气控制系统分层结构。分层结图2。
根据控制要求初步设计了对应的实物的系统总框图，如图3所示。结合设计控制要求，从图中我们可以看出，整个系统的结构其实是多并联回路的控制系统。PLC控制器作为整个系统的上位机，主要职能是接受传感器采集的信号并进行处理运算，然后发出指令，主要是给下位机（以变频器为主）发送指令信号，这样也基本形成了闭环反馈控制的思路；其实PLC最基础的作用是M行逻辑控制，即作为软开关进行继电器的通断控制，实现各机构的工作状态的切换。
PLC控制器的下位机是变频器和若干的传感器。变频器是整个系统驱动电动机的设备，它能够实现电动机的矢量控制。
本系统使用的主要传感器为旋转编码器和限位开关。在实际的系统中，结构图中的PG卡（脉冲发生器，Pulse Generator）是配合旋转编码器完成电动机转速采集的选件，它可以将不同输出形式的编码器信号进行转换、隔离，输出可以适配控制器的信号，以达到矢量变频控制。主要实现的功能有：电平转换，模数转换，光耦隔离，整型等。
根据控制要求和系统总框图进一步确定系统软件控制流程，通过软件流程图确定基本的控制顺序。
4 结束语
本次设计主要是实现PLC与变频器结合的塔吊电气控制系统的设计，以了解现代自动塔吊系统的发展方向和控制系统中的可改进之处，同时也是设计更加效率的塔吊系统。与传统继电-接触器控制系统相比，现代软接触器控制的系统可以更加精确地进行控制，结合现代自动控制理论，功能更加完善，操纵性也更强。
另外，本论文篇幅有限，没有设计本系统的控制电路图和PLC程序，读者可自行设计。
参考文献
[1]王瑞兰.基于变频器的恒压供水系统的设计[J].微计算机信息， 2005，21（9）：123-124.
[2]杨宁，赵玉刚.集散控制系统及现场总线[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[3]焦玉成，陈瑞.基于PLC与变频器的编织生产线自动控制系统[J].制造业自动化，2012，34（2）：130-132.
[4]何凤有，鲍卫宁，刘良，等.基于PLC与变频器的空压机恒压供气系统[J].变频器世界，2009（2）：77-79.
电气控制设计论文范文5
【关键词】柔性制造系统；教学实训；仿真软件；自动化设备
【中图分类号】TS736
一、研究背景
柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，简称FMS)是指在批量加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统。随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，FMS发展颇为迅速。并且微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展也促使柔性制造技术日趋成熟。
MET-3机电气一体化实训装置具有模拟工业自动化生产线货物加工分拣过程的功能,可完成货物识别、搬运、分拣、加工、装配、出入库及管理等任务。装置主要由PLC控制模块、变频器模块、传感检测单元、气动机械手搬运单元、井式供料塔单元、加工装配单元、气动控制单元、触摸屏单元、自动化仓库单元等组成。各机构能够通过位置及功能的变化进行重组，构成多工位加工系统，多工位装配系统，物流仓储系统，从而组成柔性生产系统。使实训装置的培训内容从基本模块到柔性自动化生产线，逐步完成由简单、基础的训练到复杂、综合的培训。
二、教学软件系统设计与构成
1、仿真软件开发目的
依据MET-3机电一体化实训装置为原型，定制开发《MET-3教学实训仿真软件》。软件系统开发体现实训仿真与课程教学并重的设计理念，在具备机械结构拆装、电气控制原理、运动模拟等仿真实训功能。建立《自动化设备及生产线调试与维护》课程资源库，包含有工具使用讲解、元件介绍、运行演示视频、电子课件、电子工作页、电子图书、编程软件等相关素材，为辅助专业教师教学及学生自主学习搭建平台。
2、仿真软件的功能
仿真软件共分为助教类功能和实操类功能，形成教学做一体的实训仿真软件。
1）助教类功能
助教类功能设有工具箱、零配件库、设备运动展示资料、教学资源平台。
(1)工具箱功能栏中对每一种工具都进行了工具介绍、实物展示、三维展示、操作演示和使用规范。通过视频的方式教会学生去使用工具。
(2)零件库功能栏中包括每一个模块的机械零件和电子元件，对每一个零件或元件的结构、相关知识以及该零件在柔性制造系统中的作用都进行了详实的介绍。
(3)设备运行展示功能栏提供了柔性制造生产线各模块及整站的拆装视频和运行展示视频，可供学生查看，满足不同学习程度学生对实训的需求。
(4) 教学资源平台功能栏中建立《自动化设备及生产线调试与维护》资源库，包含有电子课件、电子工作页、电子图书、编程软件等相关素材，为辅助专业教师教学及学生自主学习搭建平台。
2）实操类功能
实操类功能设有机械拆装与电气控制两大部分。按模块和整站两种模式选择实训项目。教师调取典型项目布置实训任务，并在实训结束后查看学生的实验结果，做出评价。
三、仿真软件的教学及应用
本教学软件将应用于机电技术应用专业《自动化设备及生产线调试与维护》专业方向课程的教学。仿真软件为教师提供了一个快捷、简约的教学平台，将课程涉及的传感器技术、电机控制、液气压传动、PLC技术等相关知识直观的在理论原理讲授和实践操作教学相结合，让学生快速掌握理论知识和操作要领，轻松接收教师所授的知识点，避免不必要的误区，提高教学效果，减少设备损耗。
1、逼真的三维建模和动画演示提高学习效果
根据MET-3机电气一体化实训装置实体，建立三维模型，并应用3D渲染技术，模拟一个柔性制造系统实训室的工作场景。场景中有专用的工具摆放区、零件摆放区、工作操作区。柔性制造设备具有3D展示功能。结合后台的电路搭建，设置系统中所需要的参数和PLC控制程序，保证了仿真软件操作与实际设备运行的一致性。
2、自由搭建电路气路，激发学生自主探究
软件控制电路模块的元器件和三维实体工作场景的执行机构一一捆绑对应。从元器件库中选择所需要的相关元器件放置在电气控制界面中，用导线根据需要连接各种电路元器件，用管道连接各种液气压元器件搭建所需要的控制系统，并且可根据需要对元器件的参数进行修改。可以对搭建电路的电压、电流，液路和气路的压力等进行实时检测。教师可对控制线路、电气元件的故障进行设置，让学生根据出现的故障现象，完成故障检测修复训练。降低硬件设备的损耗，减少硬件设备的重复投入。
3、软件功能拓展，丰富教学资源
本软件具备ActiveX控件功能。ActiveX控件功能使软件与IE浏览器、PowerPoint建立对接接口。教师可以通过使用PPT和本软件自由搭建各种控制系统，编制各种富有个性化的、具有人机交互功能的大型电子教程。此功能不仅丰富了教师信息化教学方法，而且为实现学生登录校园网进行课后练习提供了技术保障。
4、模拟FMS工作场景，加强职业素养培养
软件中设计自动化生产线安全操作的指导及职业岗位要求，并植入相关企业文化。为了调动学生的积极性，设计电气控制和机械拆装的闯关模式。
四 结束语
《MET-3教学实训仿真软件》的开发改变了在传统教学中无法实现的教学效果，让抽象难懂的知识变得形象生动。为使软件进一步完善，升级版本将扩展软件新功能。如建立考核评价系统，根据考核项目，学生在完成考核项目的整个操作过程，自动统计并学生的实训成绩，教师可对学生的实训做出评价和批语。经过教学实践，教学软件的投入使用不仅增强了学生运用知识的意识，充分发挥了学生自主探索式学习，更重要的是提高了学生的工程实践能力，取得了良好的教学效果。
【参考文献】
[1]丁国富.虚拟柔性制造系统仿真研究[J].学术动态,2006,(1):1-3
电气控制设计论文范文6
关键词:横移绞车;液压系统;改造设计
中图分类号:U615.35 文献标志码:A文章编号:16717953(2009)04001406
The Research and Design of Across-Move Winch Hydraulic System on Dredge Boat
CAO Fu,LI Hao,LUO Chengjun,DENG Kui,WANG Min
(Changjiang Yichang Waterway Engineering Breau Yichang Hubei 443000,China)
Abstract: The function of dredger across-move winch is to dig wide when the dredger finished left to right waver in the construction. It divided into two systems: left and right and distributed in a symmetry position of the head-ship. It called left across-move and right across-move.After the analyses and research of across-move winch electric control system changed into hydraulic system, this text points out the design scheme of hydraulic system. And make certain the system pressure and flux with the basic of hydraulic system elements drawing. Then do some parameter calculation with the hydraulic components and supply the standards of choosing style principle for supplying the reference of hydraulic winch's design and produce, and eliminating the fault when using.
Key words: cross-move winch;hydraulic system;transformation design
绞吸式挖泥船是借助于绞刀和泥泵在水下挖掘泥砂的挖泥船。在挖泥作业中,它利用绞刀将淤泥砂土挖松,同时,泥泵通过吸、排泥管把泥砂和水一道吸入并输送至岸上[1]。它可以对水下作业面进行挖深与平整,或者自水下取土在岸边吹填成新的田地。因此,在建港、开挖航道、扩大陆地与造田等工程中,它是一种常用的工程船舶。
1 课题研究的对象及依据
1.1 原控制方式缺点
笔者所在单位的400 m3/h绞吸式挖泥船始建于上世纪80年代初期,其上装有横移及钢桩绞车共4台,这些绞车的控制方式为DFD-F-D系统[2],在使用过程中,我们发现该控制方式有如下缺点:
1)体积和重量较大;
2)因用电气实现无级调速特性,所以负载特性复杂、庞大;
3)通过改变截止电压达到调速的目的,在起动和变速时均产生冲击,起动频繁,成为造成机械和电气故障的原因;
4)为了达到硬特性并有堵转工作点,采用电压截止负反馈和电流负反馈控制;
5)该控制系统能耗高,噪音大,电气触点多,故障率高;
6)许多元器件已经淘汰,维护不便。
从而导致工效低,成本高,难以适应疏浚行业市场竞争的需要。为改变这种状况,决定对原有的绞车电气控制系统进行技术改造。
1.2 主要研究内容
主要研究内容包括:
1)对现有横移绞车的电气控制系统进行研究,从而选择一种新的合适的控制方式;
2)对选择的传动控制方式进行总体方案设计;
3)横移绞车系统主参数计算及其总体布置;
4)结构设计及元器件选择。
2 方案设计
根据上述分析及其他施工单位的经验,液压绞车具有结构紧凑、重量轻、起动平稳、调速方便和安全可靠等一系列优点,近年来得到了迅速发展[3]。为了适应市场的要求,我局拟对现有400 m3/h绞吸式挖泥船进行下列改造:采取加长绞刀架、增设水下泥泵、用液压横移绞车代替电动横移绞车等措施,以达到增加挖深、增加排距、提高生产效率的目的。
我们计划对《400 m3/h绞吸式挖泥船横移绞车电气控制系统技术改造》项目实施路线进行初步方案设计:取消原来的K-F-D动力及控制系统,用液压马达取代原横移绞车的电动机,辅以可编程控制系统对改进后的液压横移绞车进行方向、速度及拉力等进行操作控制[4]。
液压拖动方式和电力拖动方式的性能比较见表1。
尺寸与重量功率相同时体积约为1/2,重量小1/2。尤其在需要低速高转矩的绞车时,因采用了大转矩马达,绞车的体积和重量都大为减小。体积和重量大,需要大型的减速器。
负荷特性容易实现达到额定的正反转的无级变速。加减速性能好。在停车时也能保持一定的制动力矩。因用以电气实现无级调速的特性,所以较复杂。如采用直流制动方式,则价格昂贵、效率也低。
起动特性起动平稳,变速灵活。在起动和变速时均产生冲击,起动频繁,成为造成机械和电气故障的原因。
操作特性操作简单、灵活,容易实现集中控制和远距离控制自动控制和远距离控制较复杂,价格昂贵。
维护安装时若清理好管路,则具有半永久性,不需经常维修,装卸也容易。电路复杂、接点多而易损坏和磨损,在潮湿的地方,尤其需要加强管理。装卸费时间。
其他管路装配较电气线路难度大些。电气线路的配线方便。
3 横移绞车液压系统设计计算
3.1 设计要求
1)功能要求:
横移绞车产生正转或反转,对横移缆起收放作用。当要使挖泥船向一侧摆动时,收紧该侧的横移缆,放松另一侧的缆绳;反之亦然。施工中使绞吸式挖泥船完成左右摆动的挖宽目的[5]。
2)使用性能要求:
①滚筒负载:滚筒最外层钢丝绳最大拉力180kN;②滚筒速度:滚筒最内层钢丝绳最大收、放线速度24m/min左右,该速度可无级变速;③滚筒恒张力:绞车具有1~18 kN的恒张力功能,可在该范围内任意设定吨位;④滚筒直径:Φ900mm;⑤绞车设计使用的钢丝绳直径:Φ36mm;
3)工况适应性要求:
用于航道疏浚工程施工。
4)宜人性要求:
采用现场操控方式作业。绞车设计装有紧急放缆动力装置;当发动机不能工作时,操作人员可以通过紧急放缆动力装置脱开绞车制动器,利用外负载将缆绳放出[6]。
3.2 横移绞车液压系统主要参数设计计算
3.2.1 载荷的组成和计算
液压系统的主要参数是压力和流量,它们是涉及液压系统,选择液压元件的主要依据,压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动形式、速度和结构尺寸。对于横移绞车,其动力执行元件为液压马达。
1)滚筒工作载荷力矩Tg
由设计参数知:
最大负载为:180KN;
卷筒直径为:Ф900mm。
则液压卷筒的阻力矩为:
Tg=F•R=180×450=81000N•m。
2)滚筒轴颈摩擦力矩Tf
Tf=μG•r=3600 N•m。
式中:G――旋转部件施加于轴颈上的径向力(N);
μ――摩擦系数,参考文献[7]表23.4-1选择μ=0.01;
r――旋转轴的半径,在这里保守估计,取r=200mm。
由于滚筒的转动速度较慢,故惯性力矩Ta忽略不计。
则系统的总力矩为:TW= Tg+Tf=84600 N•m。
已知开式齿轮传动比为:i=6.35;
则液压马达需要的转矩为:TW'= TW/i= 84600/6.35=13322.8 N•m。
计算液压马达载荷转矩T'时,还要考虑液压马达的机械效率ηm(一般ηm=0.90~0.99,这里取ηm=0.95)
T'= TW'/ηm=14024 N•m
本系统拟采用两个马达给一个横移绞车提供动力。
则每个马达需要转矩为:T= T'/2=7012 N•m
3.2.2 初选液压系统工作压力
压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。一般来说,对于固定的尺寸不太受限的设备,压力可以选低一些,行走机械设备压力要选得高一些。
横移液压绞车属于中小型液压机,载荷最大时为启动工况,此时,高压油由两台液压马达提供,具体选择工作压力为Δp=16MPa[7]。
3.2.3 液压马达的排量
液压马达是双向旋转的,其回油直接回油箱,视其出口压力为零,液压马达的排量为:
V=2πTΔp=2×3.14×701216×106=2.752×10-3m3/r=2.752L/r
3.2.4 液压马达所需流量
液压马达所需流量为:qv=Vnm
式中:V――液压马达排量(m3/r);
nm――液压马达的转速(r/s),后面根据选定的具体液压马达计算
3.3 制定基本方案和绘制液压系统图
3.3.1 制定基本方案
1)执行机构的确定
绞车动作主要是收揽、放缆、联合作业三种动作方式,从而完成左横移、右横移、横移联动等动作。液压绞车主要运动形式为转动,选择液压马达。由于系统要求正反转,故选择正反转形式液压马达。
2)各基本回路的确定
左右横移绞车各由两台液压马达经一级齿轮减速传动。在移锚时,可以使用各自的“单独操纵”开关进行收揽或者放缆的操作;在挖泥作业中,则使用“联合操纵”开关进行左向或右向摆动的操纵。此系统采用两级容积式调速及分流调速的恒扭矩驱动特性,对于突发事故,采用了一个应急系统回路,以保证绞车操作的安全性。它包括以下几种回路(如图1):
3.3.2 拟定液压系统图
液压执行元件以及各基本回路确定之后,把它们有机地组合在一起。去掉多余的元件,考虑动作顺序的要求,回路结合处串联单向顺序阀。再加上其它一些辅助元件便构成了下图所示液压系统图2。其对应的电磁铁动作循环方式见表2。
动作举例说明:
收揽――假定需要单独使用右移横移绞车作慢速收进右横移缆车时,则应将其操纵开关右横移-收揽位置,于是电磁线圈31和33励磁,与其相联的插装阀开始工作,油泵开始为负载系统供油,液压油进入横移绞车马达,使按收揽方向驱动绞车,回油则直接接油箱。与此同时,左横移绞车马达与低压的回油连通而呈浮动状态,从而慢慢放缆。
若单独使用左横移绞车作快速收进左缆,其操纵开关左横移-收揽位置,于是电磁线圈30和31励磁,与其相联的插装阀开始工作,油泵开始为负载系统供油,液压油进入横移绞车马达,使按收揽方向驱动绞车,回油则直接接油箱。与此同时,右横移绞车呈浮动状态。
放缆――缆索的放出有主动和被动两种情况,这里只介绍前者。假定使用左横移绞车单独操纵开关使之放出,操纵开关左横移――放揽位置,则电磁线圈29和32励磁。其中29励磁则与之相应的溢流阀恢复其溢流功能,32励磁,与之相应的插装阀工作,于是,系统压力油进入左横移绞车马达,并使之按放缆方向驱动绞车。
联合作业(左向或右向摆动)――在挖泥作业中,使用联合操纵开关,可以使绞车及船首绕定位桩作左向或右向摆动。在右向摆动时,右横移绞车收揽,左缆因其绞车处于浮动状态而被外力拖出去。左向摆动的情形则与此相反。
假定需要绞车作右向摆动,其过程将开始与线圈30、31和34励磁,随后,右移横移绞车进入收揽状态,详细的情况跟前述的右移绞车单独收揽并无区别。此时,左移横移绞车缆绳逐渐被张紧,从而实现联合作业。
应急――液压装置的应急系统如图3所示。应急泵驱动的操作如下:
1)启动辅助柴油机;
2)将液压绞车的操纵开关置于所需的操纵位置;
3)将“应急泵操纵”置于“ON”,线圈S7和S8励磁,S7 励磁,则与之相应的溢流阀恢复其职能,S8励磁则应急支路接通,开始想横移绞车供油,使它按照操纵开关所在的位置运转;
4)应急泵不再使用时,勿忘将其操纵开关置于“OFF”。
3.4 液压元件的选择
3.4.1 液压泵的选择
1)液压泵工作压力的确定:
ppp1+∑Δp=16+1.6=17.6Mpa
式中: p1是液压执行元件的最高工作压力,对于本系统,最高压力为p1=16MPa。
∑Δp是泵到执行元件间总的管路损失,假设能量损失为10%,则,
∑Δp=16×10%=1.6MPa。
考虑其它因素,取液压泵系统压力18MPa。
3.4.2 液压阀及其它液压附件的选择
选择液压阀的主要依据是根据阀的工作压力和通过阀的流量。本系统的工作压力在7MPa左右,所以液压阀均选中高压阀组。所选阀及液压附件的规格型号见表3。
3.4.3 液压马达的选择
在4.3.3中已求得所需液压马达的排量为2.752L/r,正常工作时,输出转矩为7012N•m,系统工作压力为16MPa。
选江苏恒威机械制造有限公司生产的CLJM型液压马达,型号为CLJM-F3.15 。
理论排量为3.142L/r>2.752L/r;
额定转速为100r/min,则由4.3.4,液压马达所需流量为
qv=Vnm=3.142×100=314.2 L/min(符合要求);
额定压力为20MPa>16MPa;
最高转矩为9231N•m>7012N.m。
综上可知,所选液压马达满足设计要求。
3.4.4 油管内径计算
本系统管路较为复杂,取其主要几条管路,按式:d=4qvπv计算,有关参数及计算结果见图2横移绞车液压系统图。
4 结论
归纳起来,液压绞车具有操作容易;能根据负荷的大小进行无级调速;基础费、施工安装费和维修费等都比原来的绞车小;使用范围广等优点。
通过此次对400m3h绞吸式挖泥船横移绞车电气控制系统技术改造研究,用液压控制方式代替原有的电气控制方式,改变了原有的电气控制方式,克服了原系统能耗高,噪音大,电气触点多,故障率高,许多元器件已淘汰,维护困难的缺点。
参考文献
[1] 刘守金.绞吸式挖泥船施工与管理[M].北京:中国水利水电出版社,2005(12).
[2] MikeClifford.卷扬机驱动系统[A].李耀文.液压传递讨论会论文集[C].北京:北京农院出版社,1980,83-142.
[3] Miehael Markey.Single Drum Wineh Design[J].Markey Maehinery Artieles and Specification Data Sheets:chapter 10.
[4] 许国华.斗轮式挖泥船挖掘轨迹控制及综合监控研究[D].杭州:浙江大学,1999.
[5] 李家芳.液压控制斗轮式挖泥船的研究及微机控制液压传动综合试验台的研制[D].杭州:浙江大学,1999.
