機(jī)床電氣控制及PLC技術(shù)課程設(shè)計(jì)教程正文_圖文

1、1. 機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則與基本內(nèi)容常用的生產(chǎn)機(jī)械廣泛應(yīng)用繼電接觸式控制。隨著計(jì)算科學(xué)和通信科學(xué)的發(fā)展,誕生了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的一種典型產(chǎn)品可編程控制器(簡(jiǎn)稱:PLC,隨之應(yīng)用在對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)控制中,構(gòu)成了新型的生產(chǎn)機(jī)械可編程控制器控制系統(tǒng)。在學(xué)習(xí)了繼電接觸式典型控制環(huán)節(jié)、PLC的硬、軟件基本知識(shí)和一些典型的機(jī)床電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)之后,應(yīng)該能對(duì)一般生產(chǎn)機(jī)械電力裝備控制線路進(jìn)行分析。更為重要的是,應(yīng)能舉一反三,對(duì)一些生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并提供一套完整的技術(shù)資料。1.1 機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則設(shè)計(jì)工作的首要問題是必須樹立正確的設(shè)計(jì)思想和群眾觀點(diǎn),樹立工程實(shí)踐的觀點(diǎn)。要虛

2、心地向有經(jīng)驗(yàn)的工人、工程技術(shù)人員請(qǐng)教。由于近代機(jī)床的生產(chǎn)效率高,結(jié)構(gòu)型式與機(jī)床電氣化程度有密切的關(guān)系。因此,機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行并密切配合,共同擬定機(jī)床電氣控制方案,協(xié)同解決在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。設(shè)計(jì)的繼電接觸式控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng),應(yīng)同時(shí)遵循以下基本原則:1.最大限度地滿足被控制對(duì)象和用戶的控制要求,包括功能要求、性能要求;2.在滿足控制要求的前提下,力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用時(shí)節(jié)約能源;3.力求控制系統(tǒng)安全、可靠、使用與維修方便。但是,PLC控制系統(tǒng)又具有自身的特點(diǎn),內(nèi)部具有程序存儲(chǔ)器,故其還應(yīng)遵循今后的發(fā)展和工藝流程的改進(jìn),在配置硬件設(shè)備時(shí)應(yīng)留有一定的裕量

3、,使其具有可擴(kuò)展性。1.2 機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容繼電接觸式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括:1. 確定繼電接觸式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件和任務(wù)書;電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)條件是整個(gè)電氣設(shè)計(jì)的依據(jù),通常以設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書的形式表示,由有關(guān)設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)備的總體技術(shù)方案討論決定。在任務(wù)書中,除了簡(jiǎn)要說明所設(shè)計(jì)的機(jī)電設(shè)備的名稱、型號(hào)、用途、工藝過程、技術(shù)性能、傳動(dòng)參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)工作條件外,還必須說明以下幾點(diǎn):1用戶供電電網(wǎng)的種類、電壓、頻率及容量。2有關(guān)電力拖動(dòng)的基本特性,如運(yùn)動(dòng)部件的數(shù)量和用途、負(fù)載特性、調(diào)速范圍和平滑性,電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反向和制動(dòng)的要求等。3有關(guān)電氣控制的特性,如電氣控制的基本方式。自動(dòng)工作循

4、環(huán)的組成,自動(dòng)控制的動(dòng)作程序,電氣保護(hù)及聯(lián)鎖條件等。4有關(guān)操作方面的要求,如操作臺(tái)的布置,操作按鈕的設(shè)置和作用,測(cè)量?jī)x器的種類以及顯示、報(bào)警和照明要求等。15機(jī)電設(shè)備主要電器元件(如電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行電器和行程開關(guān)等的布置草圖。2. 選擇電力拖動(dòng)與控制方案;3. 設(shè)計(jì)電氣控制原理圖;4. 選擇電動(dòng)機(jī)及其其它電器元件,制定電器元件明細(xì)表;5. 繪制機(jī)電設(shè)備的電氣裝配圖和接線圖;1繪制電氣控制裝置的電器布置圖電器元件在控制板 ( 或柜 上的布置原則a. 體積大和較重的電器應(yīng)安裝在控制板的下面。b. 發(fā)熱元件應(yīng)安裝在控制板的上面, 并注意使感溫元件與發(fā)熱元件隔開。c. 弱電部分應(yīng)加屏蔽和隔離, 防止強(qiáng)電部

5、分以及外界干擾。d. 需要經(jīng)常維護(hù)檢修操作調(diào)整用的電器( 例如, 插件部分、可調(diào)電阻、熔斷器等,安裝位置不宜過高或過低。e. 應(yīng)盡量把外形及結(jié)構(gòu)尺寸相同的電器元件安裝在一排, 以利于安裝和補(bǔ)充加工,而且宜于布置整齊美觀。f. 考慮電氣維修, 電器元件的布置和安裝不宜過密, 應(yīng)留有一定的空間位置,以利于操作。g. 電器布置應(yīng)適當(dāng)考慮對(duì)稱, 可從整個(gè)板考慮對(duì)稱, 也可從某一部分布置考慮對(duì)稱,具體應(yīng)根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而定。電器元件的相互位置各電器元件在控制板上的大體安裝位置確定之后, 就可著手具體確定各電器之間的距離,它們之間的距離應(yīng)從如下幾方面去考慮。a. 電器之間的距離應(yīng)便于操作和檢修。b. 應(yīng)保

6、證各電器的電氣距離, 包括漏電距離和電氣間隙。這些數(shù)據(jù)可從JB86266、JB61665、JB61765等部頒標(biāo)準(zhǔn)中查閱。c. 應(yīng)考慮有些電器的飛弧距離, 例如自動(dòng)開關(guān)、接觸器等在斷開負(fù)載時(shí)形成電弧將使空氣電離。所以在這些地方其電氣距離應(yīng)增加。具體的電器飛弧距離由制造廠家提供, 若由于結(jié)構(gòu)限制不能滿足時(shí), 則相應(yīng)的接地或?qū)щ姴糠忠媚突〗^緣材料加以保護(hù)。機(jī)床電氣控制柜、操縱臺(tái)、懸掛操縱箱有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 可根據(jù)要求進(jìn)行選擇, 但要進(jìn)行補(bǔ)充加工。如果標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)不能滿足要求, 可另行設(shè)計(jì)。這時(shí)可將所有電器元件按上述原則排在一塊板上, 移動(dòng)各個(gè)電器元件求出一個(gè)最佳排列方案, 然后確定控制柜的尺寸。這

7、種實(shí)物排列比用電器元件外形尺寸來考慮排列圖更為方便與迅速。2 繪制電氣控制裝置的接線圖根據(jù)電氣原理圖和各電氣控制裝置的電器布置圖, 繪制電氣控制裝置的接線圖。繪制機(jī)床電氣接線圖的要求如下:電氣接線圖所有電器元件圖形, 應(yīng)按實(shí)物, 依照左右對(duì)稱、上下對(duì)稱的原則繪制。電氣接線圖所有電器元件, 應(yīng)該注明與電氣原理圖一致的文字符號(hào);接線端子應(yīng)標(biāo)2注出與電氣原理圖一致的接線號(hào)。電氣接線圖一律采用細(xì)線條。要清楚地表示出接線關(guān)系和接線去向。目前接線圖接線關(guān)系的畫法有兩種:第一種, 直接接線法:直接畫出兩個(gè)元件之間的聯(lián)線。對(duì)簡(jiǎn)單的電氣系統(tǒng), 電器元件少、接線關(guān)系不復(fù)雜的情況下采用。第二種, 間接標(biāo)注接線法:對(duì)

8、復(fù)雜的電氣系統(tǒng)、電器元件多, 接線關(guān)系比較復(fù)雜的情況下采用較多。接線關(guān)系采用符號(hào)標(biāo)注, 不直接畫出兩元件之間的聯(lián)線。按現(xiàn)定清楚地標(biāo)注出配線用的不同導(dǎo)線的型號(hào)、規(guī)格、截面積和顏色。對(duì)于同一張圖中數(shù)量較多而導(dǎo)線的型號(hào)、規(guī)格、截面積、顏色相同的標(biāo)注符號(hào)可以省略, 待數(shù)量較少的其它導(dǎo)線標(biāo)注清楚后, 用“其余用××線”字樣注明即可。電氣接線圖上各電器元件的位置, 應(yīng)按裝配圖位置繪制,偏差不要太大。對(duì)于板后配線的接線圖, 應(yīng)按裝配圖翻轉(zhuǎn)后的方位繪制, 電器元件圖形符號(hào)應(yīng)隨之翻轉(zhuǎn),但觸頭方向不能倒置, 以便于施工配線?？刂瓢?、控制柜的進(jìn)線和出線, 除大線外, 必須經(jīng)過接線板。接線圖中各元

9、件的出線應(yīng)用箭頭注明。接線板的排列要清楚, 便于查找?？砂淳€號(hào)數(shù)字大小順序排列, 或按動(dòng)力線、交流控制線、直流控制線分類后, 再按線號(hào)順序排列。6. 設(shè)計(jì)電氣柜、操作臺(tái)、電氣安裝板以及非標(biāo)準(zhǔn)電器和專用安裝零件;7. 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書和使用說明書。根據(jù)機(jī)電設(shè)備對(duì)電氣系統(tǒng)復(fù)雜程度的要求不同,這些步驟可能全有也可能只有部分。1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1分析工藝要求,首先對(duì)被控制對(duì)象的工藝過程、工作特點(diǎn)、環(huán)境條件、用戶要求及其它相關(guān)情況,進(jìn)行仔細(xì)的全面的分析,然后繪制供設(shè)計(jì)時(shí)用的必要圖表。2控制方案的選定,在分析被控制對(duì)象及其控制要求的基礎(chǔ)上,根據(jù)PLC的技術(shù)特點(diǎn),在與繼電接觸控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及電子控制

10、系統(tǒng)等進(jìn)行綜合比較后,優(yōu)選控制方案。如果被控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn),則宜優(yōu)先選用PLC控制。(1輸入輸出以開關(guān)量為主。(2輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多,一般有20點(diǎn)左右就可選用PLC控制。(3控制系統(tǒng)使用環(huán)境條件較差,對(duì)控制系統(tǒng)可靠性要求高。(4系統(tǒng)工藝流程復(fù)雜,用常規(guī)的繼電接觸式控制難以實(shí)現(xiàn)。(5系統(tǒng)工藝有可能改進(jìn)或系統(tǒng)的控制要求有可能擴(kuò)充。選定PLC控制后,就要著手PLC控制的整體及其各個(gè)組成部分的設(shè)計(jì)。2. 硬件設(shè)計(jì)1PLC的選擇3主要考慮以下幾個(gè)因素:(1PLC功能與控制要求相適應(yīng)對(duì)于開關(guān)量控制的及對(duì)控制速度要求不高的項(xiàng)目,應(yīng)選用一般的低檔機(jī)。對(duì)于以開關(guān)量控制為主,帶有少量模擬量控制的項(xiàng)目,可選用帶有

11、A/D,D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算的PLC。對(duì)于控制比較復(fù)雜、功能要求較高的項(xiàng)目,如要求實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié),閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等,應(yīng)選用中型或大型PLC。PLC功能少了,不能滿足要求,多了則投資大。(2PLC結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一對(duì)于工藝過程比較穩(wěn)定,使用環(huán)境條件比較好的場(chǎng)合,宜選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低的整體式結(jié)構(gòu)的PLC。對(duì)于工藝過程變化較多,使用環(huán)境較差,尤其是用于大型的復(fù)雜的工業(yè)設(shè)備上,應(yīng)選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC,這便于維修更換和擴(kuò)充,但價(jià)格較高。對(duì)于應(yīng)用PLC 較多的單位,應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的幾型,這有利于購置備件,也便于維修和管理。(3在線編程或離線編程離線編程的PLC,主機(jī)和編程器共用一個(gè)CPU

12、,在編程器上有一個(gè)“編程/運(yùn)行”選擇開關(guān)。選擇編程狀態(tài)時(shí),CPU只為編程器服務(wù),不在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制,這就是“離線”編程。程序編好后,當(dāng)選擇運(yùn)行狀態(tài)時(shí),CPU只為現(xiàn)場(chǎng)控制服務(wù),這時(shí)不能進(jìn)行編程,這種離線編程方式可以降低系統(tǒng)的成本,而且又能滿足大多數(shù)PLC控制系統(tǒng)的要求,因此現(xiàn)今中小型PLC 常采用離線編程。對(duì)于在線編程方式,主機(jī)和編程器各有一個(gè)CPU。編程器的CPU可以隨時(shí)處由鍵盤輸入的編程指令。主機(jī)的CPU負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制,并在一個(gè)掃描周期的末尾和編程器通信,編程器把編號(hào)的或修改好的程序發(fā)送給主機(jī),從下一個(gè)掃描周期開始,主機(jī)將按新送入的程序運(yùn)行,控制現(xiàn)場(chǎng),這就是“在線”編程。在線編程的PLC增加

13、了硬件和軟件,價(jià)格高,但使用方便,能滿足某些應(yīng)用場(chǎng)合的要求。大型PLC采用在線編程。對(duì)于定型設(shè)備和工藝不常變動(dòng)的設(shè)備,應(yīng)選用離線編程的PLC;反之,可考慮選用在線編程的PLC。(4存儲(chǔ)器容量根據(jù)系統(tǒng)大小和控制要求的不同,選擇用戶存儲(chǔ)器容量不同的PLC。廠家一般提供1K、2K、4K、8K、16K程序步等容量的存儲(chǔ)器用戶程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān),目前只能作粗略估算,估算方法有下面兩種,供參考用:PLC內(nèi)存容量(指令條數(shù)約等于I/O總點(diǎn)數(shù)的1015倍。指令條數(shù)6(I/O+2(T+C。式中T為定時(shí)器總數(shù),C為計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)。還應(yīng)增加一定的裕量。(5I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備對(duì)輸入和輸出總點(diǎn)數(shù)的需求量,

14、據(jù)此確定PLC的I/0點(diǎn)數(shù)。必要時(shí)增加一定裕量。(6PLC的輸入輸出方式根據(jù)實(shí)際情況選定合適的輸入輸出方式的PLC。(7PLC 處理速度PLC以掃描方式工作,從接收輸入信號(hào)到輸出信號(hào)控制外圍設(shè)備,存在著滯后現(xiàn)象,但4能滿足一般控制要求。如果某些設(shè)備要求輸出響應(yīng)快 , 可采用快速響應(yīng)的模塊,優(yōu)化軟件縮短掃描周期或中斷處理等措施。(8是否要選用擴(kuò)展單元。2外圍設(shè)備的選擇包括對(duì)外圍輸入設(shè)備和外圍輸出設(shè)備兩部分的選擇。從現(xiàn)場(chǎng)向PLC輸入控制信號(hào)的外圍設(shè)備,例如按鈕、開關(guān)、傳感器等;由 PLC 輸出信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)的接觸器或電磁閥的線圈,指示器件等。對(duì)這些外圍設(shè)備應(yīng)按控制要求,從實(shí)際出發(fā),選定合適的類別,型

15、號(hào)和規(guī)格。3其它硬件的設(shè)計(jì)或選擇包括設(shè)計(jì)或選定控制柜(臺(tái);選定有關(guān)的儀表、熔斷器、導(dǎo)線等元器件和材料;選定電源模塊等。3. 軟件設(shè)計(jì)這是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)中工作量最大的一項(xiàng)工作。其主要內(nèi)容包括:對(duì)復(fù)雜的控制系統(tǒng)應(yīng)繪制工藝流程圖或控制功能圖;編制梯形圖,這是最關(guān)鍵也是較難的一步;根據(jù)梯形圖編寫程序單;選擇合適的編程工具將PLC程序送入PLC的程序存儲(chǔ)器里;一般選擇Windows環(huán)境下的PLC編程軟件,輸入、編輯梯形圖,將其轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部指令并下載到PLC的程序存儲(chǔ)器,進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)試和修改。對(duì)復(fù)雜的程序首先進(jìn)行分段調(diào)試,然后進(jìn)行總調(diào)試,并作必要的修改,直到滿足要求為止。4. 施工設(shè)計(jì)和一般電氣控

16、制系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)一樣,PLC控制系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)也應(yīng)包括以下主要內(nèi)容:1畫出完整的電路圖 , 必要時(shí)還要畫出控制環(huán)節(jié)(單元電氣原理圖。2畫出PLC 的輸入輸出端子接線圖。3畫出PLC 的電源進(jìn)線接線圖和輸出執(zhí)行電器的供電接線圖。4電氣柜內(nèi)元器件布置圖,相互間接線圖。5控制柜(臺(tái)面板元器件布置圖。6如果大的系統(tǒng)有多個(gè)電氣柜時(shí),應(yīng)畫出各個(gè)電氣柜間連接線圖。7其它必須的施工圖。施工時(shí)應(yīng)特別注意安裝要安全、正確、可靠、合理、美觀,特別要注意提高系統(tǒng)的抗干擾能力。5. 系統(tǒng)調(diào)試PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝好了以后,就可進(jìn)行系統(tǒng)總調(diào)試了。在檢查接線等無差錯(cuò)后,先對(duì)各單元環(huán)節(jié)和各電柜分別進(jìn)行調(diào)試,然后再

17、按系統(tǒng)動(dòng)作順序,模擬輸入控制信號(hào),逐步進(jìn)行調(diào)試,并通過各種指示燈顯示器,觀察程序執(zhí)行和系統(tǒng)運(yùn)行是否滿足控制要求。如果有問題,先修改軟件,必要時(shí)再調(diào)整硬件,直到符合要求為止。接著進(jìn)行模擬負(fù)載,到空載或輕載調(diào)試,沒有問題時(shí),最后進(jìn)行額定負(fù)載調(diào)試,并投入運(yùn)行考驗(yàn)。6. 將程序固化在程序調(diào)試好并投入運(yùn)行考驗(yàn)成功后,一般都將程序固化在有永久性記憶功能的EPROM 中。57. 編寫技術(shù)文件系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行考驗(yàn)成功后,整理技術(shù)資料,編制技術(shù)文件(包括控制系統(tǒng)的電氣原理圖、電器元件明細(xì)表、PLC梯形圖或者PLC指令清單、電氣控制柜的電器位置圖、電氣安裝圖、操作面板布置圖、接線端子圖以及穿管電線表及使用說明書、維

18、護(hù)說明書等。62 電力拖動(dòng)方案的確定原則由于交流電動(dòng)機(jī)特別是籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、維修方便,所以應(yīng)用廣泛。在選擇電力拖動(dòng)方案時(shí),首先應(yīng)盡量考慮籠型異步電動(dòng)機(jī),只有那些要求調(diào)速范圍大和頻繁起制動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械,才考慮采用直流或交流調(diào)速系統(tǒng)。所以,應(yīng)依生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速的要求來考慮電力拖動(dòng)方案。2.1 對(duì)于不要求電氣調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械當(dāng)不需要電氣調(diào)速和起制動(dòng)次數(shù)不頻繁時(shí),應(yīng)采用籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。僅在負(fù)載靜轉(zhuǎn)矩很大或有飛輪的拖動(dòng)裝置中,若籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)差率不能滿足要求時(shí),才考慮用繞線型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。當(dāng)負(fù)載很平穩(wěn)、容量大且起制動(dòng)次數(shù)很少時(shí) , 可采用同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。因?yàn)檫@時(shí)

19、可充分發(fā)揮同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn),即效率高、功率因數(shù)高,調(diào)節(jié)激磁可工作在過激情況下,并可提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。2.2對(duì)于要求電氣調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械這時(shí),應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械提出的一系列調(diào)速技術(shù)要求如調(diào)速范圍,調(diào)速平滑性,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)級(jí)數(shù),機(jī)械特性硬度及工作可靠性等來選擇拖動(dòng)方案,然后在滿足技術(shù)指標(biāo)前提下,再作經(jīng)濟(jì)比較(如設(shè)備初投資,調(diào)速效率,功率因數(shù)及維修費(fèi)用等,最后確定最優(yōu)拖動(dòng)方案。1. 若調(diào)速范圍D = 2 3, 調(diào)速級(jí)數(shù) 2 4,一般采用可變極數(shù)的雙速或多速籠型異步電動(dòng)機(jī)。2. 若調(diào)速范圍D < 3,且不要求平滑調(diào)速時(shí),采用繞線型異步電動(dòng)機(jī)較為合適,但這種調(diào)速只適用于短時(shí)負(fù)載和重復(fù)短時(shí)負(fù)載,如橋式起重機(jī)

20、移行機(jī)構(gòu)的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)。3. 調(diào)速范圍D = 3 10,且要求平滑調(diào)速時(shí),在容量不大情況下,采用帶滑差離合器的異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)較為合理。若需長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)在低速,也可考慮采用晶閘管電源的直流拖動(dòng)系統(tǒng)。4. 當(dāng)調(diào)速范圍D = 10 100時(shí),可采用F一D 系統(tǒng)或晶閘管電源的直流拖動(dòng)系統(tǒng)。2.3電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性質(zhì)應(yīng)與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性相適應(yīng)調(diào)速性質(zhì)主要是指電動(dòng)機(jī)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系,是容許恒功率輸出還是恒轉(zhuǎn)矩輸出。設(shè)計(jì)任何一個(gè)生產(chǎn)機(jī)械的電力拖動(dòng)系統(tǒng)都應(yīng)對(duì)負(fù)載性質(zhì)和系統(tǒng)調(diào)速性質(zhì)進(jìn)行研究,這是選擇拖動(dòng)和控制方案及確定電動(dòng)機(jī)容量的前提。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性質(zhì)必須與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性相適應(yīng)。以車床為例

21、,其主運(yùn)動(dòng)需要恒功率傳動(dòng),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則要求恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。若采用雙速異步電動(dòng)機(jī),當(dāng)定子繞組由三角形改成星形聯(lián)接時(shí),轉(zhuǎn)速由低速升為高速,功率卻增加很少,適用于恒功率傳動(dòng)。而定子繞組由星形改成雙星形聯(lián)接時(shí),電動(dòng)機(jī)所輸出的轉(zhuǎn)矩保持不變,適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。再如,他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變電壓的調(diào)速方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,而改變激磁的調(diào)速方法為恒功率調(diào)速。若恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用恒功率不對(duì)應(yīng)調(diào)速或恒功率負(fù)載采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,都將使電動(dòng)機(jī)的額定功率增大D倍,且使部分轉(zhuǎn)矩未得到充分利用。所以采用不對(duì)應(yīng)調(diào)速方法,對(duì)電動(dòng)機(jī)容量的選擇不利。因此,選用調(diào)速方法,應(yīng)盡可能使其與負(fù)載性質(zhì)相同。73 拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇3.1 根據(jù)環(huán)境條件選擇電動(dòng)機(jī)的

22、結(jié)構(gòu)形式1.在正常環(huán)境條件下,一般采用防護(hù)式電動(dòng)機(jī);在人員和設(shè)備安全有保證的條件下,也可采用開啟式電動(dòng)機(jī)。2. 在空氣中存在較多粉塵的場(chǎng)所,宜用封閉式電動(dòng)機(jī)。3.在濕熱帶地區(qū)或比較潮濕的場(chǎng)所,應(yīng)盡量選用濕熱帶型電動(dòng)機(jī),若用普通型電動(dòng)機(jī),應(yīng)采取相應(yīng)的防潮措施。4. 在露天場(chǎng)所,宜選用戶外型電動(dòng)機(jī),若有防護(hù)措施也可采用封閉式或防護(hù)式電動(dòng)機(jī)。5. 在高溫車間,應(yīng)根據(jù)周圍環(huán)境溫度,選用相應(yīng)絕緣等級(jí)的電動(dòng)機(jī),并加強(qiáng)通風(fēng),改善電動(dòng)機(jī)的工作條件,并提高電動(dòng)機(jī)的工作容量。6.在有爆炸危險(xiǎn)及有腐蝕性氣體的場(chǎng)所,應(yīng)相應(yīng)地選用防爆式及防腐式電動(dòng)機(jī)。3.2 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載性質(zhì)來選擇電動(dòng)機(jī)的類型電動(dòng)機(jī)的類型是指電動(dòng)機(jī)

23、的電壓級(jí)別、電流種類、轉(zhuǎn)速和工作原理。確定類型的主要依據(jù)是電動(dòng)機(jī)應(yīng)在經(jīng)濟(jì)條件下滿足生產(chǎn)機(jī)械在工作速度、機(jī)械特性硬度、速度調(diào)節(jié)、起制動(dòng)特性等方面所提出的要求。1. 不需要調(diào)速的機(jī)械應(yīng)首先考慮采用異步電動(dòng)機(jī)。2.對(duì)于周期性波動(dòng)負(fù)載的長(zhǎng)期工作機(jī)械,為了消平尖峰負(fù)載,一般都采用電動(dòng)機(jī)帶飛輪工作,這時(shí)應(yīng)考慮起動(dòng)條件和充分利用飛輪的作用而選用繞線型異步電動(dòng)機(jī)。3. 需要補(bǔ)償電網(wǎng)功率因數(shù)及穩(wěn)定的工作速度時(shí),應(yīng)優(yōu)先考慮采用同步電動(dòng)機(jī)。4.對(duì)于只需要幾種速度,但不要求調(diào)節(jié)速度的生產(chǎn)機(jī)械,選用多速異步電動(dòng)機(jī)。5.需要大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的機(jī)械如電車、牽引車等常用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。6.對(duì)于起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)有較高要

24、求的生產(chǎn)機(jī)械,可選用直流電動(dòng)機(jī)或帶調(diào)速裝置的交流電動(dòng)機(jī)7. 要求調(diào)速范圍很寬的機(jī)械,最好從機(jī)械變速和電氣調(diào)速二者結(jié)合起來考慮,這樣易于收到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較高的效果。3.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇1.對(duì)于不需要調(diào)速的高轉(zhuǎn)速或中轉(zhuǎn)速的機(jī)械,一般應(yīng)選用相應(yīng)轉(zhuǎn)速的異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)直接與機(jī)械相連接。2. 對(duì)于不調(diào)速的低速運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械,一般是選用適當(dāng)轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)來傳動(dòng),但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不宜過高,以免增加減速器的制造和維修。3.對(duì)于需要調(diào)速的機(jī)械,電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速應(yīng)與生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速相適應(yīng),連接方式可以采用直接傳動(dòng)或者通過減速機(jī)構(gòu)來傳動(dòng)?？傊?選擇電動(dòng)機(jī)的類型應(yīng)從技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩方面綜合考慮。3

25、.4 電動(dòng)機(jī)的容量選擇8我國(guó)機(jī)床制造廠對(duì)不同類型機(jī)床目前采用的主電動(dòng)機(jī)容量的統(tǒng)計(jì)分析公式如下:車床:P = 36.5 D1.54單位為kW。(4-1D 車削最大工件直徑單位為m 。立式車床:P = 20 D0.88單位為kW。(4-2D 車削最大工件直徑單位為m 。搖臂鉆床:P = 0.0646 D1.10單位為kW。(4-3D 最大鉆孔直徑單位為mm 。臥式鏜床:P = 0.004 D1.7單位為kW。(4-4D 鏜桿直徑單位為mm 。龍門刨床:P = D1.16 /1.66 單位為kW。(4-5B 工作臺(tái)寬度單位為mm 。按上式結(jié)果,選用稍大于或等于計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)容量電動(dòng)機(jī)。另一種實(shí)用方法為

26、類比法,它是調(diào)查研究經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行考驗(yàn)的同類生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)容量,然后采用主要參量、工作條件類比的方法來確定電動(dòng)機(jī)的容量。表4.1 列出了國(guó)產(chǎn)普通車床主軸電動(dòng)機(jī)的使用情況。 表4.1 國(guó)產(chǎn)普通車床主軸電動(dòng)機(jī)一覽表對(duì)于機(jī)床,當(dāng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由同一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí),可依主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率選擇。若進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由單獨(dú)電動(dòng)機(jī)并驅(qū)動(dòng)快速移動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)功率由快速移動(dòng)來選擇,而快速移動(dòng)所需要的功率,一般由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來選擇。表4.2 列出了其經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)值。 910 表4.2 機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí),溫度的升降具有一定的規(guī)律。電動(dòng)機(jī)溫度上升的根源是其損耗(銅耗、鐵耗、機(jī)械損耗所產(chǎn)生的熱量。這些熱量一部分

27、使電動(dòng)機(jī)溫度升高,一部分被電動(dòng)機(jī)散發(fā)到周圍空氣。電動(dòng)機(jī)的散熱能力因其散熱面積和它與周圍空間的溫差而不同。這兩個(gè)因素愈大,散熱能力愈強(qiáng)。電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),電動(dòng)機(jī)溫升由零開始,損耗產(chǎn)生的熱量散出的很少,大部分使電動(dòng)機(jī)溫度升高,這時(shí),電動(dòng)機(jī)溫度迅速上升。隨著溫度的升高,散熱能力逐漸增強(qiáng),用于電動(dòng)機(jī)溫度上升的熱量隨之減少,電動(dòng)機(jī)溫度的上升速度變慢。當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到一定溫升后 , 每個(gè)瞬時(shí)損耗所產(chǎn)生的熱量與電動(dòng)機(jī)散出熱量完全平衡時(shí),電動(dòng)機(jī)的溫升不再升高,達(dá)到穩(wěn)定溫 室。負(fù)載不變時(shí)穩(wěn)定溫度也不改變,負(fù)載增、減時(shí),溫度將升、降至新的穩(wěn)定值。這就是溫升變化的物理過程。其數(shù)學(xué)表達(dá)式見式(4-6。A/C t A /C

28、 t e e A Q -+ -=01 (4-6 式中 一一電動(dòng)機(jī)的溫升值,單位為;Q 一一電動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量,單位為 J/s ;A 一一散熱量,即電動(dòng)機(jī)溫度比周圍空間每高1 , 在1s 內(nèi)電動(dòng)機(jī)散出的熱量,單位為 J/( ·s ,c 一一電動(dòng)機(jī)的熱容量,即使電動(dòng)機(jī)溫度升高1所需的熱量 , 單位為 J/ ; 0一一初始溫升,單位為。 當(dāng)0 = 0 時(shí),它表示電動(dòng)機(jī)自溫升為零時(shí)開始的溫度上升過程,這是一條指數(shù)曲線,圖中T = C/A (4-8單位為S ,它表示溫升的快慢,稱為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。T 值愈大,電動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定溫升所需的時(shí) 間愈長(zhǎng)。一般認(rèn)為,經(jīng)過 4T ,電動(dòng)機(jī)溫升已經(jīng)穩(wěn)定

29、。由式 (4-8 可知 ,T 的數(shù)值與電動(dòng)機(jī) 熱容量成正比,與電動(dòng)機(jī)的散熱量成反比。而這二者又與電動(dòng)機(jī)的尺寸與結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。 一般T 值隨其容量的增大而增大。-=-A/C te A Q 1(4-7電動(dòng)機(jī)冷卻時(shí),溫升的變化情況和上升情況相似。當(dāng)電動(dòng)機(jī)停車?yán)鋮s時(shí)T te AQ -= (4-9 這是一條按指數(shù)衰減的曲線。圖4-1為電動(dòng)機(jī)升溫、冷卻曲線。 圖4-1電動(dòng)機(jī)升溫冷卻曲線按照負(fù)載溫升的特點(diǎn) , 電動(dòng)機(jī)可有三種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài):連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間t g (34T 的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)間內(nèi)能夠達(dá) 到穩(wěn)定溫升。短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間t g (34 T 的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。這時(shí),電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)間內(nèi)達(dá)

30、不到穩(wěn)定溫升,但在停歇時(shí)間內(nèi),卻完全能夠冷卻,使溫升為零。斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間t g (34 T, 電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)間內(nèi)達(dá)不到穩(wěn)定溫升,在停歇時(shí)間內(nèi)也來不及完全冷卻,使溫升在工作,停歇時(shí)間里周期地波動(dòng)。運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)不同,按發(fā)熱條件校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)容量的方法也就不同。下面以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)容量的選擇為例來說明。2. 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)容量的選擇連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)其負(fù)載有恒定不變與變動(dòng)兩種,在選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)方法有些不同。(1負(fù)載為恒值電動(dòng)機(jī)在恒定負(fù)載下長(zhǎng)期工作時(shí),它所達(dá)到的穩(wěn)定溫升應(yīng)當(dāng)?shù)扔陔妱?dòng)機(jī)所允許的最高溫升,只有這樣對(duì)電動(dòng)機(jī)的利用才是最充分的。4 機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法4.1 繼電接觸式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的

31、基本方法在生產(chǎn)機(jī)械的電力拖動(dòng)方案及拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量確定之后,在明確了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般要求基礎(chǔ)上,就可開始進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),通過對(duì)電氣控制線路的操作與控制來實(shí)在生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求。為此,首先要確定電氣控制方案,然后再進(jìn)行電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)。1. 電氣控制方案的選擇機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)應(yīng)能保證機(jī)床的使用效能和正確的動(dòng)作程序。在設(shè)計(jì)機(jī)床的電氣原理圖之前應(yīng)當(dāng)首先確定電氣控制方案,在控制方案中要考慮并確定以下內(nèi)容。1 控制方式機(jī)床的控制方式應(yīng)當(dāng)與機(jī)床的通用化和專用化的程度相適應(yīng)。對(duì)于專用機(jī)床,其工作程序往往是固定的,使用中并不需要經(jīng)常改變?cè)械某绦颉Ｒ虼?控制線路在結(jié)構(gòu)上往往做成“固定”式的。對(duì)于萬

32、能機(jī)床,為了適應(yīng)不同的工藝過程的需要,機(jī)床的工作程序往往需要在一定的范圍內(nèi)加以更改。在這種情況下,就宜采用程序預(yù)選控制和順序控制的方式。在機(jī)床自動(dòng)線中,可根據(jù)控制要求和聯(lián)鎖條件的復(fù)雜程度不同采用分散控制或集中控制的方式。但是各臺(tái)單機(jī)的控制方式和基本控制環(huán)節(jié)則應(yīng)盡量一致,以便簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和制造過程。2自動(dòng)工作循環(huán)的組成在控制方案中可列出有關(guān)機(jī)床自動(dòng)工作循環(huán)的簡(jiǎn)圖或說明、行程開關(guān)的布置與作用簡(jiǎn)圖或說明,以及執(zhí)行電器(如電磁鐵或電磁閥的通斷狀態(tài)與所執(zhí)行動(dòng)作的關(guān)系表。對(duì)于機(jī)床自動(dòng)線還應(yīng)列出自動(dòng)線的循環(huán)周期表。這些都為控制線路原理圖設(shè)計(jì)提供了具體要求和條件。3 控制系統(tǒng)的工作方式說明控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備的不同工

33、作方式,如自動(dòng)循環(huán)、手動(dòng)調(diào)整、動(dòng)作程序更換或控制系統(tǒng)的檢測(cè)測(cè)試等等。4 聯(lián)鎖條件及電氣保護(hù)機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)和操作,都是相互聯(lián)系的。為了保證這些運(yùn)動(dòng)和操作的相互協(xié)調(diào)和正常執(zhí)行,在機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)中必須嚴(yán)格保證各有關(guān)控制線路的電氣聯(lián)鎖。這些聯(lián)鎖條件應(yīng)當(dāng)在制定控制方案時(shí)根據(jù)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和各種動(dòng)作的相互制約關(guān)系,全面和妥善地予以考慮。如果聯(lián)鎖條件不足,可能導(dǎo)致某些錯(cuò)誤的動(dòng)作或事故的發(fā)生。如果聯(lián)鎖條件重復(fù),又會(huì)使控制線路趨于復(fù)雜。因此,在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中,對(duì)于每一工步都應(yīng)列出有關(guān)的聯(lián)鎖條件,以便設(shè)計(jì)和檢查。在控制方案中,還應(yīng)當(dāng)指出電氣系統(tǒng)所應(yīng)具有的各種電氣保護(hù)措施?？刂齐娖鞯碾娫捶N類和工作電壓,按實(shí)際

34、電氣控制線路的電流種類和工作電壓來決定。此外,在控制方案中還應(yīng)當(dāng)提出有關(guān)機(jī)床操縱、信號(hào)指示、故障檢查、儀表檢測(cè)以及局部照明等設(shè)計(jì)要求。2. 繼電接觸式控制系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法繼電接觸式控制線路設(shè)計(jì)中往往采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。它是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電氣控制電路的要求,先設(shè)計(jì)各個(gè)獨(dú)立環(huán)節(jié)的控制電路,然后根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求擬定各部分控制電路的聯(lián)鎖與聯(lián)系,最后再考慮減少電器與觸頭數(shù)目,努力取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。在具體的設(shè)計(jì)過程中通常有兩種作法:第一種是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求與工作過程,將現(xiàn)有的典型環(huán)節(jié)集聚起來,加以補(bǔ)充修改,綜合成所需要的控制線路;第二種是在找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時(shí),則根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求與

35、工作過程自行設(shè)計(jì),邊分析邊畫圖,將輸入的主令信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換,得到執(zhí)行元件所需要的工作信號(hào)。這種方法在設(shè)計(jì)過程中,要隨時(shí)增加電器元件和觸頭,以滿足所給定的工作條件。這種方法易于拿握,但不易獲得最佳方案,設(shè)計(jì)出來后還要反復(fù)審核電路的動(dòng)作情況,有條件者可進(jìn)行模擬試驗(yàn),直至電路動(dòng)作準(zhǔn)確無誤,完全滿足控制原求為止。這種設(shè)計(jì)方法有以下缺點(diǎn):1在發(fā)現(xiàn)試畫出來的線路達(dá)不到要求時(shí),往往用增加電器元件或觸頭數(shù)量的方法加以解決,所以設(shè)計(jì)的線路不一定是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的。2設(shè)計(jì)中可能因?yàn)榭紤]不周發(fā)生差錯(cuò),影響線路的可靠性或工作性能。3設(shè)計(jì)過程中需要反復(fù)修改草圖,設(shè)計(jì)速度慢。4 設(shè)計(jì)程序不固定。3. 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)舉

36、例下面以龍門刨床橫梁升降控制線路為例來說明經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。1橫梁升降機(jī)構(gòu)的工藝要求由于機(jī)床加工工件位置的高低不同,要求橫梁能作上升、下降的調(diào)整運(yùn)動(dòng)。為保證機(jī)床能夠進(jìn)行加工,橫梁在立柱上必須有夾緊裝置。在移動(dòng)前首先將橫梁放松,然后再移動(dòng)到所需位置,移動(dòng)到位后,隨即自動(dòng)夾緊。所以,橫梁的上升、下降以及橫梁的夾緊與放松分別由橫梁升降電動(dòng)機(jī)和橫梁夾緊放松電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。動(dòng)作配合上,當(dāng)橫梁上升時(shí),應(yīng)能自動(dòng)按照放松橫梁橫梁上升夾緊橫梁的順序動(dòng)作。橫梁下降時(shí),為防止橫梁歪斜,保證加工精度,消除橫梁的絲桿與螺母的間隙,橫梁下降以后應(yīng)有回升裝置,為此要求橫梁下降時(shí)能自動(dòng)按照放松橫梁橫梁下降橫梁回升夾緊橫梁的順序動(dòng)作。

37、橫梁在上升與下降時(shí)應(yīng)有限位保護(hù)。2 控制線路設(shè)計(jì)步驟根據(jù)工藝要求可知,橫梁升降需由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)(橫梁升降電動(dòng)機(jī)D1和夾緊放松電動(dòng)機(jī)D2來驅(qū)動(dòng),而且都具有正、反轉(zhuǎn),其中橫梁升降為調(diào)整運(yùn)動(dòng),故升降電機(jī)采用點(diǎn)動(dòng)控制。由于橫梁的上升運(yùn)動(dòng)是按照工藝要求第3條來動(dòng)作的,所以在發(fā)出“橫梁上升”指令后,應(yīng)先使夾緊放松電動(dòng)機(jī)工作,將橫梁放松,待橫梁放松后,發(fā)出信號(hào),使橫梁夾緊放松電動(dòng)機(jī)停止工作,同時(shí)使升降電動(dòng)機(jī)起動(dòng)工作,驅(qū)動(dòng)橫梁向上移動(dòng)。橫梁放松信號(hào)由復(fù)合限位開關(guān)SQ1來完成。橫梁夾緊時(shí)SQ1不受壓處于原始狀態(tài),當(dāng)橫梁放松到一定程度時(shí),夾緊裝置經(jīng)杠桿將SQ1壓下,發(fā)出放松信號(hào)。當(dāng)橫梁移動(dòng)至所需位置時(shí),撤除“橫梁上

38、升”指令,使升降電動(dòng)機(jī)D1停止工作,同時(shí)接通夾緊放松電動(dòng)機(jī)D2,使D2 反向工作,通過夾緊裝置使橫梁夾緊。在夾緊過程中SQ1復(fù)原,為下次放松作準(zhǔn)備,當(dāng)夾緊到一定程度時(shí),發(fā)出夾緊信號(hào),切斷夾緊放松電動(dòng)機(jī)。這個(gè)夾緊信號(hào)由接于夾緊放松電動(dòng)機(jī)主回路某一相的過電流繼電器發(fā)出。當(dāng)夾緊橫梁時(shí),夾緊電動(dòng)機(jī)電流逐漸增大,當(dāng)超過電流繼電器整定值時(shí),繼電器動(dòng)作,發(fā)出夾緊信號(hào),切斷夾緊電動(dòng)機(jī)電路,上升過程結(jié)束。橫梁下降若暫不考慮回升裝置的工作過程,其動(dòng)作過程與橫梁上升相同。由上四點(diǎn)出發(fā),可設(shè)計(jì)出圖4-1所示控制線路草圖。 圖4-1橫梁升降機(jī)構(gòu)控制線路草圖一在圖4-1控制線路中尚未考慮橫梁下降時(shí)的回升運(yùn)動(dòng),并考慮到一般

39、不采用兩個(gè)常開觸頭的復(fù)合式按鈕。在圖4-1控制線路中加入一個(gè)中間繼電器KA,用按鈕來控制KA,再由KA 來控制橫梁的上升、下降、放松,并且用按鈕的常閉觸頭來作為上升、下降的互鎖觸頭。進(jìn)一步考慮橫梁下降后的回升運(yùn)動(dòng)。由于回升時(shí)間短,故采用斷電延時(shí)的時(shí)間繼電器 KT 來控制。將KT通電瞬時(shí)閉合、斷電延時(shí)斷開的常開觸頭與夾緊接觸器KM4常開觸頭串聯(lián),再并聯(lián)在上升電路中KA常開觸頭兩端。KT 時(shí)間繼電器由下降接觸器KM2常開觸頭控制?？紤]控制線路的各種保護(hù)和聯(lián)鎖:SQ2一一橫梁與側(cè)刀架運(yùn)動(dòng)的限位保護(hù);SQ3一一橫梁上升極限保護(hù);SQ4一一橫梁下降極限保護(hù);橫梁上升與下降的互鎖;橫梁夾緊與放松的互鎖;F

40、U1、FU2一一短路保護(hù)。橫梁升降機(jī)構(gòu)控制線路設(shè)計(jì)完畢,最后形成圖4-2所示控制線路。 圖4-2 橫梁升降機(jī)構(gòu)控制電路線路的校核。控制線路設(shè)計(jì)完畢后, 往往還有不合理之處, 或有進(jìn)一步簡(jiǎn)化之處,須認(rèn)真仔細(xì)地校核。特別應(yīng)反復(fù)校核控制線路是否滿足生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求;分析線路是否會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作, 是否會(huì)產(chǎn)生設(shè)備事故和危及人身安全, 要保證安全可靠地工作。一般不太復(fù)雜的繼電接觸式控制線路都按此法進(jìn)行設(shè)計(jì)。掌握較多的典型環(huán)節(jié)和具有較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)工作大有益處,通過不斷設(shè)計(jì)實(shí)踐是能較快掌握經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的。(略詳見其它參考資料。4.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法PLC控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)原理、方法與繼電

41、接觸式控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)相同。以PLC 核心的控制電路硬件設(shè)計(jì)方法采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法;究其控制程序的編寫方法可分為:翻譯法、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖法和邏輯設(shè)計(jì)法。參見電子教案第7章。參見電子教案第7章。參見電子教案第7章。5 低壓電器及PLC的選擇5. 1 低壓電器的選擇在繼電接觸式控制線路設(shè)計(jì)完成之后, 就應(yīng)著手選擇各種控制電路。正確地選用控制電器是控制線路安全、可靠工作的重要保證。下面僅對(duì)常用控制電器的選用一一介紹。接觸器用途廣泛, 其額定工作電流或額定控制功率是隨使用條件不同而變化的, 只有根據(jù)不同使用條件正確選用, 才能保證接觸器在控制系統(tǒng)中長(zhǎng)期可靠運(yùn)行,充分發(fā)揮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。1.交流接觸器的選用

42、1根據(jù)不同使用類別選用產(chǎn)品系列交流接觸器共有五種使用類別, 不同的使用類別,接觸器的工作條件差異很大。JK0 類用于無感或微感負(fù)載, 電阻爐負(fù)載。接通和分?jǐn)囝~定電壓下的額定電流。JK1類用于起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)中斷開繞線型電動(dòng)機(jī)。在額定電壓下, 接通和分?jǐn)?倍額定電流。JK2類用于起動(dòng)、反接制動(dòng)、反向與密接通斷繞線型電動(dòng)機(jī)。在額定電壓下,接通和分?jǐn)?倍額定電流。JK3類用于起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)中斷開籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。在額定電壓下接通8倍額定電流, 在額定電壓下分?jǐn)?倍額定電流。JK4類用于起動(dòng)、反接制動(dòng)、反向與密接通斷籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。在額定電壓下接通和分?jǐn)?倍額定電流。目前的幾個(gè)產(chǎn)品系列, 都是按照一定的使同類別設(shè)

43、計(jì)的, 如CJ10系列交流接觸器就是按JK3 使用類別設(shè)計(jì)的。在選擇時(shí), 首先根據(jù)接觸器所控制負(fù)般的工作任務(wù)來選擇相應(yīng)使用類別的接觸器。生產(chǎn)上廣泛使用中、小容量的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī), 而且其中大部分電動(dòng)機(jī)的負(fù)載是一般任務(wù), 它相當(dāng)于JK3使用類別。對(duì)于控制機(jī)床電動(dòng)機(jī)的接觸器來說, 負(fù)載情況比較復(fù)雜, 有JK4類負(fù)載, 也有JK3類與JK4類混合的負(fù)載, 這些都屬重任務(wù)的范疇。如果負(fù)載明顯地屬重任務(wù)類, 自然應(yīng)選用JK4使用類別的接觸器, 至于負(fù)載為一般任務(wù)與重任務(wù)混合的情況, 應(yīng)據(jù)實(shí)情選JK3類或JK4類接觸器, 如已確定選用JK3類接觸器, 它的容量應(yīng)降級(jí)使用。即使如此, 其電壽命仍將有不同程度

44、的降低。表5-1列出了CJ10系列所控制的電動(dòng)機(jī)的最大容量。 表5-1 CJ10系列交流接觸器所能控制的電動(dòng)機(jī)的最大容量2根據(jù)電動(dòng)機(jī)(或其他負(fù)載的功率和操作情況確定接觸器的容量等級(jí)接觸器的容量一般是按產(chǎn)品使用說明書提供的數(shù)據(jù)來選擇。但當(dāng)選用按JK3設(shè)計(jì)的接觸器來控制與JK4混合類負(fù)載時(shí)往往降級(jí)使用。表5一2 列出了CJ10-10型交流接觸器降級(jí)使用情況, 由表可知,當(dāng)用CJ10-10型交流接觸器控制JK3類負(fù)載的380V、4KW籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí) , 其電壽命可達(dá)六十萬次。如果用它來控制混合類負(fù)載, 由于電壽命降低, 只能降級(jí)使用。所以, 是否降級(jí)使用, 取決于對(duì)電壽命的要求, 而電壽命又決定于

45、生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求, 也就是操作頻率的要求, 若操作頻率很低時(shí), 也可不降級(jí)使用。反過來說, 降級(jí)使用后, 其操作頻率也不是可以任意提高的, 因?yàn)橐环矫鏈缁∮欣щy, 再則電磁線圈也會(huì)因過熱而損壞。倘若接觸器控制的不是電動(dòng)機(jī), 而是電容器或白熾燈時(shí), 則應(yīng)以“接通”方面來考慮, 因?yàn)檫@時(shí)接通時(shí)的沖擊電流可達(dá)額定電流的十幾倍, 這時(shí),宜選用JK4使用類別的接觸器,如果選用JK3類的接觸器, 建議降低7080 %額定容量來使用。但要注意, 對(duì)于JK2類使用類別的接觸器, 一般不宜用來控制JK4 類負(fù)載, 因?yàn)樗?表5-2 CJ10-10 型交流接觸器降級(jí)使用情況3根據(jù)控制回路的要求選擇接觸器的線圈參

46、數(shù)接觸器線圈的額定電壓由控制回路電壓決定。4根據(jù)使用地點(diǎn)的周圍環(huán)境選擇有關(guān)系列或特殊規(guī)格的接觸器2.直流接觸器的選用直流接觸器有四種工作類別:ZKl 類用于起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)中斷開并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。在額寇電壓下接通2.5倍額定電流,在額定電壓下分?jǐn)?倍額定電流。ZK2類用于起動(dòng)、反接制動(dòng)、反向與密接通斷并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。在額定電壓下接通與分?jǐn)?.5及4倍額定電流。ZK3 類用于起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)中斷開串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。在額定電壓下接通與分?jǐn)?.5及4倍額定電流。ZK4類用于起動(dòng)、反接制動(dòng)、反向與密接通斷串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。在額定電壓下接通與分?jǐn)?.5及4倍額定電流。具體選用方法與交流接觸器相同。1 電磁式控制繼電器的選

47、用控制繼電器主要按其被控制或被保護(hù)對(duì)象的工作特性來選擇使用。電磁式控制繼電器選用時(shí), 除線圈電壓或線圈電流滿足要求外, 還應(yīng)按被控制對(duì)象的電壓、電流和負(fù)載性質(zhì)及要求來選擇, 如果控制電流超過繼電器額定電流, 可將觸頭并聯(lián)使用, 以提高長(zhǎng)期允許通過電流。在需要提高分?jǐn)嗄芰r(shí)(一定范圍內(nèi)可用觸頭串聯(lián)方法, 但觸頭有效數(shù)量將減少。電流繼電器具有瞬時(shí)動(dòng)作、反時(shí)限動(dòng)作、反時(shí)限與瞬時(shí)動(dòng)作特性, 可按不同要求選取。2時(shí)間繼電器的選用通過對(duì)各種時(shí)間繼電器工作原理和典型線路的分析可知, 每一種時(shí)間繼電器都有其各自的特點(diǎn), 所以要合理選用以發(fā)揮它們的特長(zhǎng)?？蓮囊韵聨讉€(gè)方面來選擇時(shí)間繼電器。1時(shí)間繼電器按其延時(shí)方式

48、分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種, 所以選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮一下, 選用哪一種延時(shí)方式的繼電器對(duì)組成控制線路更為方便。2凡是對(duì)延時(shí)要求不怎么高的場(chǎng)合, 一般宜采用價(jià)格較低的電磁式或氣囊式時(shí)間繼電器, 反之, 如對(duì)延時(shí)要求較高, 則宜采用電動(dòng)機(jī)式或晶體管式時(shí)間繼電器。3要考慮電源參數(shù)變化的影響, 如在電源電壓波動(dòng)大的場(chǎng)合, 采用氣囊式或電動(dòng)機(jī)式時(shí)間繼電器就比采用晶體管式為好,而在電源頻率波動(dòng)大的場(chǎng)合, 則不宜采用電動(dòng)機(jī)式繼電器。4應(yīng)考慮溫度變化的影響, 通常, 在溫度變化較大處, 采用氣囊式和晶體管式時(shí)間繼電器是不適宜的。5此外還應(yīng)注意, 時(shí)間繼電器動(dòng)作過后需要一個(gè)復(fù)位時(shí)間, 它應(yīng)當(dāng)比固有動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)一些

49、, 不然會(huì)有延時(shí)誤差增大甚至不能產(chǎn)生延時(shí)的危險(xiǎn)。同時(shí), 對(duì)操作頻率也要加以考慮,當(dāng)操作頻率過高時(shí), 不僅影響電壽命, 還會(huì)導(dǎo)致延時(shí)動(dòng)作失調(diào)。表5-3列出了空氣阻尼式時(shí)間繼電器的技術(shù)參數(shù)。 表5-3 JS7-A空氣阻尼式時(shí)間繼電器的技術(shù)參數(shù)3熱繼電器的選用熱繼電器選擇是否得當(dāng), 往往是決定它能否可靠地對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)的關(guān)鍵因素。應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境要求、起動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)等方面來考慮。1原則上按被保護(hù)電動(dòng)機(jī)的額定電流選取熱繼電器。根據(jù)電動(dòng)機(jī)實(shí)際負(fù)載選取熱繼電器器的整定值為電動(dòng)機(jī)額定電流的0.95 1.05 倍。但對(duì)于過載能力較差的電動(dòng)機(jī), 它所配用的熱繼電器的額定電流就應(yīng)適當(dāng)小些, 一般來說

50、, 這時(shí)選取熱繼電器的額定電流為電動(dòng)機(jī)額定電流的60 80 %。2在非頻繁起動(dòng)的場(chǎng)合, 必須保證熱繼電器在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程中不致誤動(dòng)作。通常, 在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為其額定電流6倍, 以及起動(dòng)時(shí)間不超過6s 的情況下, 只要是很少連續(xù)起動(dòng),就可按電動(dòng)機(jī)的額定電流來選擇熱繼電器。3斷相保護(hù)用熱繼電器的選用, 對(duì)星形接法的電動(dòng)機(jī), 一般采用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。對(duì)于三角形接法的電動(dòng)機(jī), 若熱繼電器發(fā)熱元件接于電動(dòng)機(jī)每相繞組中, 則選擇三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器, 若發(fā)熱元件接于三角形接線電動(dòng)機(jī)的電源進(jìn)線中, 則選擇帶斷相保護(hù)裝置的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器。4對(duì)比較重要的、容量較大的電動(dòng)機(jī), 可考慮選用半導(dǎo)體溫度繼電器進(jìn)

51、行保護(hù)。常用的熱繼電器有JR0和JR10系列。表5-4 列出了JR0-40型熱繼電器的技術(shù)參數(shù)。 表5-4 JR0-40型熱繼電器的技術(shù)參數(shù)熔斷器的選擇主要是熔斷器類型的選擇和熔體額定電流的確定。1熔斷器類型的選擇根據(jù)負(fù)載的保護(hù)特性和短路電流的大小來選擇熔斷器的類型。例如, 電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)用的熔斷器采用具有鋅質(zhì)熔體和鉛錫合金熔體的熔斷器。對(duì)于車間配電網(wǎng)路的保護(hù)熔斷器, 如果短路電流較大 , 就要選用分?jǐn)嗄芰Υ蟮娜蹟嗥?, 有時(shí)甚至還需要選用有限流作用的熔斷器,如RT0 系列熔斷器。在經(jīng)常要發(fā)生故障的地方, 應(yīng)考慮選用“可拆式”熔斷器, 如RC1A、RL1、RM7、RM10 等系列產(chǎn)品。2熔體額

52、定電流的確定在選擇和計(jì)算熔體電流時(shí), 應(yīng)區(qū)別兩種負(fù)載情況:一種是有沖擊電流的負(fù)載如電動(dòng)機(jī);另一種是負(fù)載電流比較平穩(wěn)的情況,如一般照明電路。用熔斷器保護(hù)電動(dòng)機(jī)時(shí), 要達(dá)到過載保護(hù)的目的, 其熔體的額定電流盡可能接近電動(dòng)機(jī)的額定電流, 但又為保證電動(dòng)機(jī)能正常起動(dòng), 熔斷器在通過起動(dòng)電流時(shí)不應(yīng)當(dāng)動(dòng)作。綜合上要求, 通常對(duì)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)取熔體的額定電流為I eR = (l.52.5I eD (5-1式中 I eD 電動(dòng)機(jī)的額定電流, 單位為A 。在輕載起動(dòng)或起動(dòng)時(shí)間較短的情況下, 上式中的系數(shù)取1.5;而在較重負(fù)載下起動(dòng)或起動(dòng)次數(shù)較多和起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)的情況下, 系數(shù)取為2.5。如果數(shù)臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用一個(gè)總的

53、熔斷器來保護(hù), 則熔體的額定電流為I eR=(1.52.5I eDmax + I d(5-2式中 I eDmax容量最大的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流, 單位為A。I d 其余各臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定電流之和, 假如其中還有照明電路, 則將該電路的額定電流也計(jì)入I d內(nèi), 單位為A。在負(fù)載電流比較平穩(wěn)的場(chǎng)合, 基本上可按額定負(fù)載電流來確定熔體的額定電流。3熔管額定電流的確定在熔體的額定電流已經(jīng)確定以后, 還要確定熔管的額定電流。通常, 熔管的額定電流應(yīng)大于(至少等于熔體的額定電流。表5-4 列出了RL1系列熔斷器的技術(shù)參數(shù)。 表5-4 RL1系列熔斷器的技術(shù)參數(shù)4校核保護(hù)特性按上述方法初步選定了熔斷器的類型以及

54、熔體和熔管的額定電流以后,還必須校核它的保護(hù)特性曲線I = f (t是否與保護(hù)對(duì)象的特性相匹配, 即保護(hù)對(duì)象的安全待性I =f1(t曲線一定要高于熔斷器本身的I =f2(t曲線。5熔斷器上下級(jí)配合為了滿足選擇性保護(hù)的要求, 應(yīng)注意熔斷器上下級(jí)之間的配合。為此, 選擇熔體時(shí), 應(yīng)當(dāng)顧及到其特性曲線的誤差范圍, 使得下一級(jí) ( 支路 熔斷器的全部分?jǐn)鄷r(shí)間較之上一級(jí)( 主電路熔斷器熔體加熱到熔化溫度的時(shí)間為小。通常, 要求上一級(jí)熔斷器的熔斷時(shí)間至少是下一級(jí)的3 倍以上, 不然就難以避免發(fā)生越級(jí)動(dòng)作及擴(kuò)大停電范圍的現(xiàn)象。為了保證熔斷器保護(hù)動(dòng)作的選擇性, 當(dāng)上下級(jí)采用同一型號(hào)的熔斷器時(shí),其電流等級(jí)以相差

55、兩級(jí)為宜。如果上下級(jí)所用的熔斷器型號(hào)不同, 則應(yīng)根據(jù)保護(hù)特性上給出的熔斷時(shí)間選取。選擇自動(dòng)開關(guān)時(shí)應(yīng)從以下幾方面考慮:1根據(jù)電氣裝置的要求確定自動(dòng)開關(guān)的類型, 即框架式、塑料外殼式、限流式等。2 根據(jù)線路對(duì)保護(hù)的要求,即所謂幾段保護(hù)的要求。3根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的最大短路電流來選擇, 應(yīng)使自動(dòng)開關(guān)的極限分?jǐn)嗄芰σ笥?、至少也要等于電路的最大短路電? 以保證分?jǐn)嗟陌踩煽俊?根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的額定電壓和額定電流確定開關(guān)的容量等級(jí)。而脫扣器的額定電流應(yīng)根據(jù)負(fù)載負(fù)載允許的長(zhǎng)期平均電流來選擇。5 如果電動(dòng)機(jī)不需要頻繁起動(dòng), 同時(shí)線路中又容易發(fā)生斷相故障, 則選用塑料外殼式自動(dòng)開關(guān)來代替磁力起動(dòng)器和熔斷器組合來控

56、制電動(dòng)機(jī), 有時(shí)反而更為經(jīng)濟(jì)和便利。6自動(dòng)開關(guān)的價(jià)格畢竟昂貴了些, 如非必要, 仍宜采用閘刀開關(guān)和熔斷器組合,以利節(jié)約。7 初步確定好自動(dòng)開關(guān)的類型和等級(jí)以后, 還要和其上、下級(jí)開關(guān)作保護(hù)特性的協(xié)調(diào)配合, 從總體上滿足系統(tǒng)對(duì)選擇性保護(hù)的要求。控制變壓器一般用于降低控制電路或輔助電路電壓, 以保證控制電路安全可靠。選擇控制變壓器的原則為:1控制變壓器原、副邊電壓應(yīng)與交流電源電壓、控制電路或輔助電路電壓相符。2應(yīng)保證控制電路中, 所有交流電磁器件在起動(dòng)時(shí)可靠地吸合。3系統(tǒng)在正常運(yùn)行中變壓器不應(yīng)超過允許溫升。控制變壓器容量選擇的近似公式為:P B 0.6 Pg + 41P kj + 81P KKM K i (5-3P B K f Pg (5-4式中 P B 一一 控制變壓器容量, 單位為 VA ; Pg 一一 電磁器件的吸持功率, 單位為 VA ;P kj 一一 繼電器、接觸器起動(dòng)功率, 單位為 VA ; P KM 一一 電磁鐵起動(dòng)功率, 單位為 VA ; K i 一一 電磁鐵工作行程 L p 與額定行程 L H 之比的修定系數(shù); 當(dāng) Lp/L H = 0.50.8 時(shí), K i = 0.70.8Lp/L H = 0.850.9 時(shí), K i = 0.850.95 Lp/L H = 0.9 以上時(shí) , K i = 1K f 一 變壓器容量?jī)?chǔ)備系數(shù), 一般