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電氣控制設計論文范文1
1.1電氣控制線路設計法的重要性
電氣控制線路的設計直接決定和影響了控制系統的的性能。在電氣控制線路的設計中應當謹遵要求對電氣控制系統的制造和使用，及維護資料進行編制和設計，確保其設備的安裝、操作具有可靠性和安全性，這是保證電網正常運行的首要前提。
1.2電氣控制線路設計法的基本特點
現代電氣控制系統的三個特點：(1)功能強且體積小，靈活性較強，同時具有很強的通用功能，便于使用和維護。(2)采用了無觸點式開關代替部分電器元件，執行程序的時間較短。(3)能夠用軟件實現電氣控制，改變控制參數和要求時只需改動程序的對應部分，節省資源。
2電氣控制線路設計法的優化策略
2.1了解生產機械和工藝
對電氣控制線路的要求在進行電氣控制線路的設計前應當對其生產工藝的要求有一定的掌握，同時要了解各程序的工作情況、保護措施及運動變化規律。設計人員在設計過程中要對同類產品進行調查和分析，將此結果作為設計的重要依據。
2.2線路設計法簡單
在滿足生產工藝的前提要求下，爭取控制線路的設計簡單、經濟環保。（1）選用經過檢驗符合標準的線路環節。（2）賤導線連接的長度數量降到最低。在電器元件設計中合理安排觸頭位置，減少導線的連接數量和長度。（如圖1）將啟動、停止按鈕都放在操作臺上，接觸器則放置在電器柜內。而由于按鈕盒接觸器之間距離較長，因此要將啟動按鈕盒停止按鈕連接在一起，以簡化導線連接。（3）采用標準件，同時注意將電氣原件數量降到最少，盡量選擇同一型號。（4）通過減少鋤頭來簡化線路，增強可靠性。
2.3保障控制線路的安全可靠性
選用的電器機械使用壽命較長動作較為可靠、結構堅實同時抗干擾較強能夠有效保障控制線路的安全可靠。在設計中注意以下幾點：（1）選擇正確的電氣連接線圈進行線路設計法。在控制線路的設計時應當將線圈的一段統一接電源的同一端，使得電器觸頭在電源另一端。避免因為電器觸頭引發電源短路現象，也便于安裝。（2）交流控制電路不能串聯兩個電器線圈。如果兩個線圈串聯，其中某一原件就只能得到一半電源電壓。由于電壓和線圈的阻抗成正比，不能同時進行動作。使交流接觸器KM吸合，此時KM的磁路處于閉合狀態，線圈的電感明顯增大，使另一個接觸器線圈的電壓達不到工作電壓。應當將兩個電器線圈并聯且保持同時動作才能保證運行。（3）避免因意外而在線路中接通的寄生電路。會造成誤動影響線路的工作。（4）應當避免設計多個電器依次動作后接通另一個電器的控制線路。（5）線路的設計應當適應電網的情況，根據電網容量、電壓和頻率波動范圍以及沖擊電流的數值決定啟動方式是直接或是減壓啟動。（6）以小容量繼電器的鋤頭控制大容量接觸器線圈來進行線路設計法，通過計算繼電器觸頭斷開和接通容量判斷是否應當增加中間繼電器和小容量控制器，增強可靠性。（7）將必要保護環節考慮在內，避免操作失誤帶來的線路事故。
2.4應具有必要的保護環節
（1）短路保護電氣控制線路中通常采用熔斷器、斷路器來進行短路保護。在電動機容量較小時可以講主電路的熔斷器作為在控制線路中的短路保護，不需要再設熔斷器進行保護。而當電動機容量大時就需要另設熔斷器作短路保護。斷路器在線路中既能做短路保護又可以當過載保護，而電氣線路發生故障造成斷路器跳閘時，排除故障后可直接合上斷路器繼續工作。（2）過流保護啟動方法錯誤或是負載轉矩過大都會熬制電動機的過電流故障。由于過電流較小，常用于直流電動機和繞線轉子電動機控制線路。通過繼電器、接觸器相互配合將繼電器的線圈和主電路串聯，常閉觸頭和接觸器控制電路串聯。在電流達到整定值后斷開常閉觸頭同時使繼電器繼續工作，同時切斷控制電源和電動機電源進行線路保護。（3）過載保護三相鼠籠電動機會因為負載增加、斷相動作或電網電壓降低時引起過載，而電動機長期過載運行會造成過熱導致的絕緣損壞。因此通常采用熱繼電器作為鼠籠型電動機的過載保護。（4）零電源保護通常將并聯在啟動按鈕兩側的接觸器自鎖觸頭作為零電源保護。而主令控制器SA控制電動機則通過零電壓繼電器實現。
3結語
電氣控制設計論文范文2
關鍵詞：電氣控制；PLC技術；自動化；無人值守
1 引言
隨著可編程邏輯控制器（PLC）技術的逐漸發展，很多工業生產要求實現自動化控制的功能，都采用PLC來構建自動化控制系統，尤其是對于一些電氣控制較為復雜的電氣設備和大型機電裝備，PLC在電氣化和自動化控制方面具有獨到的優勢，如順序控制，可靠性高，穩定性好，易于構建網絡化和遠程化控制，以及實現無人值守等眾多優點?；诖?，PLC技術逐漸成為工業電氣自動化控制的主要應用技術。
本論文主要結合數控機床的電氣化功能的改造，詳細探討數控機床電氣化改造過程中基于PLC技術的應用，以及PLC技術在實現數控機床自動化控制功能上的應用，以此和廣大同行分享。
2 數控機床的電氣化改造概述
2.1 數控機床的主要功能
數控機床是實現機械加工、制造和生產中應用的最為廣泛的一類機電設備。數控機床依托數控化程序，實現對零部件的自動切削和加工。但是目前我國仍然有超過近1000萬臺的數控機床，主要依靠手動控制完成切削加工，無法實現基本的電氣化和自動化控制。為此，本論文的主要的目的是基于PLC控制技術，實現數控機床的電氣化改造，主要實現以下功能：
（1） 數控機床的所有電機、接觸器等實現基于PLC的自動化控制；
（2）數控機床的進給運動由PLC控制自動完成，無需人工手動干預；
（3） 自動檢測零部件切削過程中的相關參數，如加工參數、狀態參數等等；
（4） 結合上位機能夠實現對數控機床的遠程控制，以達到無人值守的目的。
2.2 電氣化改造的總體方案
結合上文對于數控車床的電氣化、自動化改造的功能要求，確定了采用上位機與下位機結合的自動化改造方案。該方案總體結構分析如下：
（1） 上位機借助于工控機，利用工控機強大的圖像處理能力，重點完成數控車床的生產組態畫面顯示，以及必要的生產數據的傳輸、保存、輸出，同時還要能夠實現相關控制指令的下達，確保數控車床能夠自動完成所有切削加工生產任務。
（ 2）下位機采用基于PLC技術的電氣控制模式，由傳感器、數據采集板卡負責采集數控車床的生產數據、環境數據、狀態數據等所有參數，由PLC實現對相關數據的計算，并傳輸給上位機進行相關數據的圖形化顯示和保存；另一方面，PLC控制系統還接收來自于上位機的控制指令，實現對數控車床的遠程控制。
（3） 對于數控車床最為關鍵的控制――進給運動的控制，利用PLC+運動控制板卡的模式實現電氣化和自動化的控制。具體實現方式為：選用合適的運動控制板卡，配合PLC的順序控制，對進給軸電機實現伺服運動控制，從而實現對數控車床進給運動的自動化控制。
3 數控車床電氣化自動控制改造的實現
3.1 系統改造結構設計
數控車床的電氣化自動控制改造，其整體結構如下圖1所示，其整體結構主要由以下幾個部分構成：
3.1.1 底層設備
底層設備主要包括兩個方面，首先是實現數控車床自動切削加工運轉等基本功能的必要電氣、機電設備，如電源模塊、電機模塊等，這些機電設備能夠保證數控車床的基本功能的穩定可靠的實現；其次，底層設備還包括各類傳感器，比如監測電機轉速、溫度的速度傳感器和溫度傳感器，監測進給軸運動進給量的光柵尺等，這些傳感類和數據采集類設備為實現數控車床自動化控制提供了基礎數據源。
3.1.2 本地PLC站
本地PLC站主要負責接收底層傳感設備傳送過來的傳感參數、狀態參數及其他檢測參數，通過內部程序的運算，判斷整個數控車床的工作狀態，并將其中的重點參數上傳到遠程控制終端進行數據的圖形化顯示、存儲、輸出打印等操作；另一方面，本地PLC站同時還接收來自于遠程控制終端所下達的控制指令，比如停機、啟動等控制指令，PLC站通過對相應執行器（比如電機）的控制，從而實現自動化控制的功能。
3.1.3 遠程控制終端
遠程控制終端主要是依賴于工控機實現的上位機數據管理和狀態監控，需要專門開發一套面向數控車床加工、生產和自動控制的軟件程序，以實現對數控車床的遠程化、網絡化、自動化控制，真正實現無人值守的功能。
基于PLC的數控車床電氣自動化改造框圖
3.2 PLC電氣控制系統的設計實現
本研究論文以CK6140普通數量機床為具體研究對象，詳細探討其電氣化、自動化控制的改造。通過上文對機床改造方案和結構功能的分析，可以確定整個機床電氣化、自動化改造，一共需要實現14個系統輸入，9個系統輸出。結合控制要求，這里選用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，輸入回路采用24V直流電源供電方式。根據對數控機床的各模塊控制功能的分析，選用合適的接觸器、繼電器、開關、輔助觸點等電氣控制元件，與PLC共同實現對電氣設備的控制，比如PLC通過接觸器控制電機模塊，PLC通過繼電器控制電磁閥等部件，從而完成基于PLC控制的數控車床電氣化改造。
4 結語
隨著電氣設備的越來越復雜，工業生產對于電氣控制的要求也越來越高，基于PLC的自動化控制技術得到了廣泛的應用，逐漸成為了當前工業自動化生產控制中的主流技術之一。采用PLC技術最大的優勢在于實現自動化控制同時具有較高的可靠性和抗干擾能力，極大的避免了由于采用單片機技術而造成的系統不穩定現象。本論文結合電氣控制詳細探討了PLC自動化技術的應用，給出了具體的系統設計實例，對于進一步提高PLC自動化技術的工業化應用具有很好的指導和借鑒意義。
電氣控制設計論文范文3
題目：成都國際金融中心負5層制冷機房的電
一、結合畢業論文課題情況，根據所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：
摘要：本課題主要研究的是成都國際金融中心負5層制冷機房的電氣部分研究問題[1]。案為成都國際金融中心項目，成都國金中心凈用土地面積82畝[2]。為香港九龍倉投資的西部地標性建筑整個項目設計由4座塔樓及裙樓組成，包括超五星級酒店、高端寫樓、高檔酒店式公寓及高品位住宅等，其中主樓雙塔最高達248米[3]。2007年9月香港九龍倉集團在成都以8800萬元/畝[4]?？們r72.4億元拍下了位于成都市最繁華的商業中心春熙路片區82畝土地建成后，將成為中國西部地區最高檔次、最具規模和影響力的地標性建筑物，將引進數百個中西部最具代表性的商鋪，其中包括世界上最出名的國際名牌、港澳名牌，再加上其九龍倉本身之馬哥孛羅酒店等，有望成為中國西部今后最具影響力的國際商貿金融中心[5]。
關鍵詞：電氣設計；配電系統；智能化系統；電氣控制；電機；制冷機房；水泵
1.前言
建筑電氣技術是以電能、電子、電器設備及電氣技術為手段來創造、維持和改善人民居住或工作的生活環境的電、光、聲、冷和暖環境的一門跨學科的綜合性的技術科學[6]。它是強電和弱電與具體建筑的有機結合[7]。隨著科學技術的發展和人民生活水平的不斷提高，人們對有關供配電、照明、消防、防雷接地、通信、網絡等系統的要求越來越高，使得建筑開始走向高品質、多功能領域，并進一步向多功能的縱深方向和綜合應用方向發展[8]。建筑電氣設計是在認真執行國家技術經濟政策和有關國家標準和規范的前提下，進行工業與民用建筑建筑電氣的設計，并滿足保障人身、設備及建筑物安全、供電可靠、電能節約、技術先進和經濟合理[9]。
2.設計內容
成都國際金融中心負5層制冷機房的電氣部分研究問題。通過到成都國際金融中心負5層制冷機房實地實習，了解制冷機房電機啟動類型，啟動方式，啟動速率。研究其中各個電機與電氣控制裝置之間是如何協調工作的[10]。了解系統的電氣設備及其主回路工作原理[11]。探究其中存在的節能環保效應。計算電氣設備的負荷、功率，了解相關電氣設備的選用[12]。
3.設計依據
1)中戶人民共和國工程建設標準強制性條文(房屋建筑部分)(2002年版)
2)民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范CB50736-2012
3)高層民用建筑設計防火規范CB50045-95(2005年版)
4)建筑設計防火規范CB50016-2006
5)汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范CB50067-97
6)公共建筑節能設計標準CB50189-2005
7)《全國民用建筑工程設計技術措施-暖通空調.動力》(2009年版)
8)《全國民用建筑工程設計技術措施節能專篇-暖通空調.動力》(2007年版)
9)通風與空調工程施工質量驗收規范CB50243-2002
4.總結
本次的文獻綜述內容主要是對成都國際金融中心負5層制冷機房的電氣部分的一個概述，簡要說明了畢業設計(論文)文獻綜述應該做些什么系統的設計，在查閱了大量的資料后的一個總結，也是對這段時間的工作的一個匯報[13]。并對一些規范和國標有了初步的了解，對以后的畢設做一個鋪設[14]。小區的建筑電氣設計主要是對變配電系統、冷卻系統、電話系統、消防系統等的一個設計[15]。對這些系統的初步了解可以確定以后電氣設計的方向，對之后的畢設起一個帶頭作用[16]。從對電氣設計的迷茫到初步的認知，有老師的指導同學的幫助，更重要的還是自己的解收獲的是實踐知識，本次的文獻綜述對之后的畢設奠定了良好的基礎[17]。
參考文獻
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二.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑)：
1.研究的問題
本課題主要研究的是成都國際金融中心負5層制冷機房的電氣部分研究問題。通過到成都國際金融中心負5層制冷機房實地實習，了解制冷機房電機啟動類型，啟動方式，啟動速率。研究其中各個電機與電氣控制裝置之間是如何協調工作的。了解系統的電氣設備及其主回路工作原理。探究其中存在的節能環保效應。計算電氣設備的負荷、功率，了解相關電氣設備的選用。最終了解現場施工的程序等。
2.研究的途徑
1)收集相關資料，查閱中外文獻。學習相關知識，了解國金中心項目的基本情況。做好前期準備。
2)請教校外導師學習、掌握國金中心負5層的解制冷機房的電機啟動類型、啟動方式、啟動速率，系統的電氣設備及其主回路工作原理，探究其中存在的節能環保效應。
3)通過計算電氣設備的負荷、功率，了解相關電氣設備的選用。
4)利用AutoCAD等繪圖軟件，繪制施工平面圖，系統圖，及各個原理圖等。
電氣控制設計論文范文4
關鍵詞：變頻器；PLC；塔式起重機
1 概述
塔吊的組成部件眾多，但在這其中，電動機對于系統的作用是最重要的，因為它是機械系統的主要驅動元件，是將電能轉換為生產所需的機械能的主要裝置。電機良好的電氣性能能夠改善機械系統的性能，提高系統的可靠性，降低故障可能性，從而降低維護成本。
塔式起重機的電氣執行機構構成需要至少進行三個方向的控制，分別是垂直方向的起升機構、水平方向小車進退的變幅機構以及吊臂旋轉的回轉機構。
所以此次設計將采用的是傳感器限位控制，主要使用的是旋轉編碼器和轉速傳感器，旋轉編碼器的工作方式類似于它在電梯中的，只是我們進行的轉速調節線性平滑度要求較低。同時速度轉速傳感器可以配合變頻器進行PID閉環轉速調節。
2 變頻器概述
西門子MM440系列變頻器是一款具有代表性的三相交流異步電動機驅動設備，屬于通用型矢量變頻器，基于三線交流異步電動機穩態數學模型的控制方式，其核心是通過協調控制電壓和頻率，最大程度保證電動機氣隙磁通穩定與額定值。該變頻器提供的此類控制模式有：線性V/f 控制、拋物線V/f 控制、可編程多點設定V/f 控制、磁通電流控制等。此外，還有矢量控制功能。
3 方案的設計
3.1 塔式起重機的運行控制要求
塔式起重機的主要作用是物料的提升和下放，主要應用于建筑行業中的設備，屬于循環、間隙運動的機械?？傮w的功能要求：
（1）起升機構
吊鉤的升降機構的工作狀態分為空載和輕載、重載兩類。
（2）變幅機構
小車的變幅機構進行的是小車在塔臂進行的進退運動，前臂尖端和末端皆安裝有限位開關。它也能夠通過變頻器對電機進行速度控制，由于類似回轉機構具有一定的慣性沖擊，起動和制動不能過快。
（3）回轉機構
吊臂的回轉機構完成的是吊臂的順向逆向轉動，其具有較大的慣性沖擊，起動不能過快。停車和反打傳都不允許過界，否則不僅運轉不平穩，還會損壞機構。因此還通過回轉專用減速機，同時采用變頻調速使起動、制動平穩。
3.2 塔式起重機電氣控制系統的設計分析
針對上面提到的控制要求，獲得的起重機的電氣控制系統分層結構。分層結圖2。
根據控制要求初步設計了對應的實物的系統總框圖，如圖3所示。結合設計控制要求，從圖中我們可以看出，整個系統的結構其實是多并聯回路的控制系統。PLC控制器作為整個系統的上位機，主要職能是接受傳感器采集的信號并進行處理運算，然后發出指令，主要是給下位機（以變頻器為主）發送指令信號，這樣也基本形成了閉環反饋控制的思路；其實PLC最基礎的作用是M行邏輯控制，即作為軟開關進行繼電器的通斷控制，實現各機構的工作狀態的切換。
PLC控制器的下位機是變頻器和若干的傳感器。變頻器是整個系統驅動電動機的設備，它能夠實現電動機的矢量控制。
本系統使用的主要傳感器為旋轉編碼器和限位開關。在實際的系統中，結構圖中的PG卡（脈沖發生器，Pulse Generator）是配合旋轉編碼器完成電動機轉速采集的選件，它可以將不同輸出形式的編碼器信號進行轉換、隔離，輸出可以適配控制器的信號，以達到矢量變頻控制。主要實現的功能有：電平轉換，模數轉換，光耦隔離，整型等。
根據控制要求和系統總框圖進一步確定系統軟件控制流程，通過軟件流程圖確定基本的控制順序。
4 結束語
本次設計主要是實現PLC與變頻器結合的塔吊電氣控制系統的設計，以了解現代自動塔吊系統的發展方向和控制系統中的可改進之處，同時也是設計更加效率的塔吊系統。與傳統繼電-接觸器控制系統相比，現代軟接觸器控制的系統可以更加精確地進行控制，結合現代自動控制理論，功能更加完善，操縱性也更強。
另外，本論文篇幅有限，沒有設計本系統的控制電路圖和PLC程序，讀者可自行設計。
參考文獻
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電氣控制設計論文范文5
【關鍵詞】柔性制造系統；教學實訓；仿真軟件；自動化設備
【中圖分類號】TS736
一、研究背景
柔性制造系統（Flexible Manufacturing System，簡稱FMS)是指在批量加工中以先進的自動化和高水平的柔性為目標的制造系統。隨著社會對產品多樣化、低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切，FMS發展頗為迅速。并且微電子技術、計算機技術、通信技術、機械與控制設備的發展也促使柔性制造技術日趨成熟。
MET-3機電氣一體化實訓裝置具有模擬工業自動化生產線貨物加工分揀過程的功能,可完成貨物識別、搬運、分揀、加工、裝配、出入庫及管理等任務。裝置主要由PLC控制模塊、變頻器模塊、傳感檢測單元、氣動機械手搬運單元、井式供料塔單元、加工裝配單元、氣動控制單元、觸摸屏單元、自動化倉庫單元等組成。各機構能夠通過位置及功能的變化進行重組，構成多工位加工系統，多工位裝配系統，物流倉儲系統，從而組成柔性生產系統。使實訓裝置的培訓內容從基本模塊到柔性自動化生產線，逐步完成由簡單、基礎的訓練到復雜、綜合的培訓。
二、教學軟件系統設計與構成
1、仿真軟件開發目的
依據MET-3機電一體化實訓裝置為原型，定制開發《MET-3教學實訓仿真軟件》。軟件系統開發體現實訓仿真與課程教學并重的設計理念，在具備機械結構拆裝、電氣控制原理、運動模擬等仿真實訓功能。建立《自動化設備及生產線調試與維護》課程資源庫，包含有工具使用講解、元件介紹、運行演示視頻、電子課件、電子工作頁、電子圖書、編程軟件等相關素材，為輔助專業教師教學及學生自主學習搭建平臺。
2、仿真軟件的功能
仿真軟件共分為助教類功能和實操類功能，形成教學做一體的實訓仿真軟件。
1）助教類功能
助教類功能設有工具箱、零配件庫、設備運動展示資料、教學資源平臺。
(1)工具箱功能欄中對每一種工具都進行了工具介紹、實物展示、三維展示、操作演示和使用規范。通過視頻的方式教會學生去使用工具。
(2)零件庫功能欄中包括每一個模塊的機械零件和電子元件，對每一個零件或元件的結構、相關知識以及該零件在柔性制造系統中的作用都進行了詳實的介紹。
(3)設備運行展示功能欄提供了柔性制造生產線各模塊及整站的拆裝視頻和運行展示視頻，可供學生查看，滿足不同學習程度學生對實訓的需求。
(4) 教學資源平臺功能欄中建立《自動化設備及生產線調試與維護》資源庫，包含有電子課件、電子工作頁、電子圖書、編程軟件等相關素材，為輔助專業教師教學及學生自主學習搭建平臺。
2）實操類功能
實操類功能設有機械拆裝與電氣控制兩大部分。按模塊和整站兩種模式選擇實訓項目。教師調取典型項目布置實訓任務，并在實訓結束后查看學生的實驗結果，做出評價。
三、仿真軟件的教學及應用
本教學軟件將應用于機電技術應用專業《自動化設備及生產線調試與維護》專業方向課程的教學。仿真軟件為教師提供了一個快捷、簡約的教學平臺，將課程涉及的傳感器技術、電機控制、液氣壓傳動、PLC技術等相關知識直觀的在理論原理講授和實踐操作教學相結合，讓學生快速掌握理論知識和操作要領，輕松接收教師所授的知識點，避免不必要的誤區，提高教學效果，減少設備損耗。
1、逼真的三維建模和動畫演示提高學習效果
根據MET-3機電氣一體化實訓裝置實體，建立三維模型，并應用3D渲染技術，模擬一個柔性制造系統實訓室的工作場景。場景中有專用的工具擺放區、零件擺放區、工作操作區。柔性制造設備具有3D展示功能。結合后臺的電路搭建，設置系統中所需要的參數和PLC控制程序，保證了仿真軟件操作與實際設備運行的一致性。
2、自由搭建電路氣路，激發學生自主探究
軟件控制電路模塊的元器件和三維實體工作場景的執行機構一一捆綁對應。從元器件庫中選擇所需要的相關元器件放置在電氣控制界面中，用導線根據需要連接各種電路元器件，用管道連接各種液氣壓元器件搭建所需要的控制系統，并且可根據需要對元器件的參數進行修改?？梢詫Υ罱娐返碾妷?、電流，液路和氣路的壓力等進行實時檢測。教師可對控制線路、電氣元件的故障進行設置，讓學生根據出現的故障現象，完成故障檢測修復訓練。降低硬件設備的損耗，減少硬件設備的重復投入。
3、軟件功能拓展，豐富教學資源
本軟件具備ActiveX控件功能。ActiveX控件功能使軟件與IE瀏覽器、PowerPoint建立對接接口。教師可以通過使用PPT和本軟件自由搭建各種控制系統，編制各種富有個性化的、具有人機交互功能的大型電子教程。此功能不僅豐富了教師信息化教學方法，而且為實現學生登錄校園網進行課后練習提供了技術保障。
4、模擬FMS工作場景，加強職業素養培養
軟件中設計自動化生產線安全操作的指導及職業崗位要求，并植入相關企業文化。為了調動學生的積極性，設計電氣控制和機械拆裝的闖關模式。
四 結束語
《MET-3教學實訓仿真軟件》的開發改變了在傳統教學中無法實現的教學效果，讓抽象難懂的知識變得形象生動。為使軟件進一步完善，升級版本將擴展軟件新功能。如建立考核評價系統，根據考核項目，學生在完成考核項目的整個操作過程，自動統計并學生的實訓成績，教師可對學生的實訓做出評價和批語。經過教學實踐，教學軟件的投入使用不僅增強了學生運用知識的意識，充分發揮了學生自主探索式學習，更重要的是提高了學生的工程實踐能力，取得了良好的教學效果。
【參考文獻】
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電氣控制設計論文范文6
關鍵詞:橫移絞車;液壓系統;改造設計
中圖分類號:U615.35 文獻標志碼:A文章編號: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
絞吸式挖泥船是借助于絞刀和泥泵在水下挖掘泥砂的挖泥船。在挖泥作業中,它利用絞刀將淤泥砂土挖松,同時,泥泵通過吸、排泥管把泥砂和水一道吸入并輸送至岸上[1]。它可以對水下作業面進行挖深與平整,或者自水下取土在岸邊吹填成新的田地。因此,在建港、開挖航道、擴大陸地與造田等工程中,它是一種常用的工程船舶。
1 課題研究的對象及依據
1.1 原控制方式缺點
筆者所在單位的400 m3/h絞吸式挖泥船始建于上世紀80年代初期,其上裝有橫移及鋼樁絞車共4臺,這些絞車的控制方式為DFD-F-D系統[2],在使用過程中,我們發現該控制方式有如下缺點:
1)體積和重量較大;
2)因用電氣實現無級調速特性,所以負載特性復雜、龐大;
3)通過改變截止電壓達到調速的目的,在起動和變速時均產生沖擊,起動頻繁,成為造成機械和電氣故障的原因;
4)為了達到硬特性并有堵轉工作點,采用電壓截止負反饋和電流負反饋控制;
5)該控制系統能耗高,噪音大,電氣觸點多,故障率高;
6)許多元器件已經淘汰,維護不便。
從而導致工效低,成本高,難以適應疏浚行業市場競爭的需要。為改變這種狀況,決定對原有的絞車電氣控制系統進行技術改造。
1.2 主要研究內容
主要研究內容包括:
1)對現有橫移絞車的電氣控制系統進行研究,從而選擇一種新的合適的控制方式;
2)對選擇的傳動控制方式進行總體方案設計;
3)橫移絞車系統主參數計算及其總體布置;
4)結構設計及元器件選擇。
2 方案設計
根據上述分析及其他施工單位的經驗,液壓絞車具有結構緊湊、重量輕、起動平穩、調速方便和安全可靠等一系列優點,近年來得到了迅速發展[3]。為了適應市場的要求,我局擬對現有400 m3/h絞吸式挖泥船進行下列改造:采取加長絞刀架、增設水下泥泵、用液壓橫移絞車代替電動橫移絞車等措施,以達到增加挖深、增加排距、提高生產效率的目的。
我們計劃對《400 m3/h絞吸式挖泥船橫移絞車電氣控制系統技術改造》項目實施路線進行初步方案設計:取消原來的K-F-D動力及控制系統,用液壓馬達取代原橫移絞車的電動機,輔以可編程控制系統對改進后的液壓橫移絞車進行方向、速度及拉力等進行操作控制[4]。
液壓拖動方式和電力拖動方式的性能比較見表1。
尺寸與重量功率相同時體積約為1/2,重量小1/2。尤其在需要低速高轉矩的絞車時,因采用了大轉矩馬達,絞車的體積和重量都大為減小。體積和重量大,需要大型的減速器。
負荷特性容易實現達到額定的正反轉的無級變速。加減速性能好。在停車時也能保持一定的制動力矩。因用以電氣實現無級調速的特性,所以較復雜。如采用直流制動方式,則價格昂貴、效率也低。
起動特性起動平穩,變速靈活。在起動和變速時均產生沖擊,起動頻繁,成為造成機械和電氣故障的原因。
操作特性操作簡單、靈活,容易實現集中控制和遠距離控制自動控制和遠距離控制較復雜,價格昂貴。
維護安裝時若清理好管路,則具有半永久性,不需經常維修,裝卸也容易。電路復雜、接點多而易損壞和磨損,在潮濕的地方,尤其需要加強管理。裝卸費時間。
其他管路裝配較電氣線路難度大些。電氣線路的配線方便。
3 橫移絞車液壓系統設計計算
3.1 設計要求
1)功能要求:
橫移絞車產生正轉或反轉,對橫移纜起收放作用。當要使挖泥船向一側擺動時,收緊該側的橫移纜,放松另一側的纜繩;反之亦然。施工中使絞吸式挖泥船完成左右擺動的挖寬目的[5]。
2)使用性能要求:
①滾筒負載:滾筒最外層鋼絲繩最大拉力180kN;②滾筒速度:滾筒最內層鋼絲繩最大收、放線速度24m/min左右,該速度可無級變速;③滾筒恒張力:絞車具有1~18 kN的恒張力功能,可在該范圍內任意設定噸位;④滾筒直徑:Φ900mm;⑤絞車設計使用的鋼絲繩直徑:Φ36mm;
3)工況適應性要求:
用于航道疏浚工程施工。
4)宜人性要求:
采用現場操控方式作業。絞車設計裝有緊急放纜動力裝置;當發動機不能工作時,操作人員可以通過緊急放纜動力裝置脫開絞車制動器,利用外負載將纜繩放出[6]。
3.2 橫移絞車液壓系統主要參數設計計算
3.2.1 載荷的組成和計算
液壓系統的主要參數是壓力和流量,它們是涉及液壓系統,選擇液壓元件的主要依據,壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執行元件的運動形式、速度和結構尺寸。對于橫移絞車,其動力執行元件為液壓馬達。
1)滾筒工作載荷力矩Tg
由設計參數知:
最大負載為:180KN;
卷筒直徑為:Ф900mm。
則液壓卷筒的阻力矩為:
Tg=F•R=180×450=81000N•m。
2)滾筒軸頸摩擦力矩Tf
Tf=μG•r=3600 N•m。
式中:G――旋轉部件施加于軸頸上的徑向力(N);
μ――摩擦系數,參考文獻[7]表23.4-1選擇μ=0.01;
r――旋轉軸的半徑,在這里保守估計,取r=200mm。
由于滾筒的轉動速度較慢,故慣性力矩Ta忽略不計。
則系統的總力矩為:TW= Tg+Tf=84600 N•m。
已知開式齒輪傳動比為:i=6.35;
則液壓馬達需要的轉矩為:TW'= TW/i= 84600/6.35=13322.8 N•m。
計算液壓馬達載荷轉矩T'時,還要考慮液壓馬達的機械效率ηm(一般ηm=0.90~0.99,這里取ηm=0.95)
T'= TW'/ηm=14024 N•m
本系統擬采用兩個馬達給一個橫移絞車提供動力。
則每個馬達需要轉矩為:T= T'/2=7012 N•m
3.2.2 初選液壓系統工作壓力
壓力的選擇要根據載荷大小和設備類型而定。還要考慮執行元件的裝配空間、經濟條件及元件供應情況等的限制。一般來說,對于固定的尺寸不太受限的設備,壓力可以選低一些,行走機械設備壓力要選得高一些。
橫移液壓絞車屬于中小型液壓機,載荷最大時為啟動工況,此時,高壓油由兩臺液壓馬達提供,具體選擇工作壓力為Δp=16MPa[7]。
3.2.3 液壓馬達的排量
液壓馬達是雙向旋轉的,其回油直接回油箱,視其出口壓力為零,液壓馬達的排量為:
V=2πTΔp=2×3.14×701216×106=2.752×10-3m3/r=2.752L/r
3.2.4 液壓馬達所需流量
液壓馬達所需流量為:qv=Vnm
式中:V――液壓馬達排量(m3/r);
nm――液壓馬達的轉速(r/s),后面根據選定的具體液壓馬達計算
3.3 制定基本方案和繪制液壓系統圖
3.3.1 制定基本方案
1)執行機構的確定
絞車動作主要是收攬、放纜、聯合作業三種動作方式,從而完成左橫移、右橫移、橫移聯動等動作。液壓絞車主要運動形式為轉動,選擇液壓馬達。由于系統要求正反轉,故選擇正反轉形式液壓馬達。
2)各基本回路的確定
左右橫移絞車各由兩臺液壓馬達經一級齒輪減速傳動。在移錨時,可以使用各自的“單獨操縱”開關進行收攬或者放纜的操作;在挖泥作業中,則使用“聯合操縱”開關進行左向或右向擺動的操縱。此系統采用兩級容積式調速及分流調速的恒扭矩驅動特性,對于突發事故,采用了一個應急系統回路,以保證絞車操作的安全性。它包括以下幾種回路(如圖1):
3.3.2 擬定液壓系統圖
液壓執行元件以及各基本回路確定之后,把它們有機地組合在一起。去掉多余的元件,考慮動作順序的要求,回路結合處串聯單向順序閥。再加上其它一些輔助元件便構成了下圖所示液壓系統圖2。其對應的電磁鐵動作循環方式見表2。
動作舉例說明:
收攬――假定需要單獨使用右移橫移絞車作慢速收進右橫移纜車時,則應將其操縱開關右橫移-收攬位置,于是電磁線圈31和33勵磁,與其相聯的插裝閥開始工作,油泵開始為負載系統供油,液壓油進入橫移絞車馬達,使按收攬方向驅動絞車,回油則直接接油箱。與此同時,左橫移絞車馬達與低壓的回油連通而呈浮動狀態,從而慢慢放纜。
若單獨使用左橫移絞車作快速收進左纜,其操縱開關左橫移-收攬位置,于是電磁線圈30和31勵磁,與其相聯的插裝閥開始工作,油泵開始為負載系統供油,液壓油進入橫移絞車馬達,使按收攬方向驅動絞車,回油則直接接油箱。與此同時,右橫移絞車呈浮動狀態。
放纜――纜索的放出有主動和被動兩種情況,這里只介紹前者。假定使用左橫移絞車單獨操縱開關使之放出,操縱開關左橫移――放攬位置,則電磁線圈29和32勵磁。其中29勵磁則與之相應的溢流閥恢復其溢流功能,32勵磁,與之相應的插裝閥工作,于是,系統壓力油進入左橫移絞車馬達,并使之按放纜方向驅動絞車。
聯合作業(左向或右向擺動)――在挖泥作業中,使用聯合操縱開關,可以使絞車及船首繞定位樁作左向或右向擺動。在右向擺動時,右橫移絞車收攬,左纜因其絞車處于浮動狀態而被外力拖出去。左向擺動的情形則與此相反。
假定需要絞車作右向擺動,其過程將開始與線圈30、31和34勵磁,隨后,右移橫移絞車進入收攬狀態,詳細的情況跟前述的右移絞車單獨收攬并無區別。此時,左移橫移絞車纜繩逐漸被張緊,從而實現聯合作業。
應急――液壓裝置的應急系統如圖3所示。應急泵驅動的操作如下:
1)啟動輔助柴油機;
2)將液壓絞車的操縱開關置于所需的操縱位置;
3)將“應急泵操縱”置于“ON”,線圈S7和S8勵磁,S7 勵磁,則與之相應的溢流閥恢復其職能,S8勵磁則應急支路接通,開始想橫移絞車供油,使它按照操縱開關所在的位置運轉;
4)應急泵不再使用時,勿忘將其操縱開關置于“OFF”。
3.4 液壓元件的選擇
3.4.1 液壓泵的選擇
1)液壓泵工作壓力的確定:
ppp1+∑Δp=16+1.6=17.6Mpa
式中: p1是液壓執行元件的最高工作壓力,對于本系統,最高壓力為p1=16MPa。
∑Δp是泵到執行元件間總的管路損失,假設能量損失為10%,則,
∑Δp=16×10%=1.6MPa。
考慮其它因素,取液壓泵系統壓力18MPa。
3.4.2 液壓閥及其它液壓附件的選擇
選擇液壓閥的主要依據是根據閥的工作壓力和通過閥的流量。本系統的工作壓力在7MPa左右,所以液壓閥均選中高壓閥組。所選閥及液壓附件的規格型號見表3。
3.4.3 液壓馬達的選擇
在4.3.3中已求得所需液壓馬達的排量為2.752L/r,正常工作時,輸出轉矩為7012N•m,系統工作壓力為16MPa。
選江蘇恒威機械制造有限公司生產的CLJM型液壓馬達,型號為CLJM-F3.15 。
理論排量為3.142L/r>2.752L/r;
額定轉速為100r/min,則由4.3.4,液壓馬達所需流量為
qv=Vnm=3.142×100=314.2 L/min(符合要求);
額定壓力為20MPa>16MPa;
最高轉矩為9231N•m>7012N.m。
綜上可知,所選液壓馬達滿足設計要求。
3.4.4 油管內徑計算
本系統管路較為復雜,取其主要幾條管路,按式:d=4qvπv計算,有關參數及計算結果見圖2橫移絞車液壓系統圖。
4 結論
歸納起來,液壓絞車具有操作容易;能根據負荷的大小進行無級調速;基礎費、施工安裝費和維修費等都比原來的絞車小;使用范圍廣等優點。
通過此次對400m3h絞吸式挖泥船橫移絞車電氣控制系統技術改造研究,用液壓控制方式代替原有的電氣控制方式,改變了原有的電氣控制方式,克服了原系統能耗高,噪音大,電氣觸點多,故障率高,許多元器件已淘汰,維護困難的缺點。
參考文獻
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