工程機械電氣控制基礎案例

工程機械電氣控制根底案例磁路和電路根底知識案例1插圖電磁學之父-法拉第案例1電磁學之父-法拉第對于電與磁這兩種物理現(xiàn)象，在遙遠的古代人們就已經有所認識。在中國的神話傳說中，在5000多年前，黃帝大戰(zhàn)蚩尤時，黃帝被蚩尤制造的大霧擋住，迷失前進方向時，黃帝借助于指南車辨識了方向，最后打敗了蚩尤。指南車的原理就是利用了磁力定向原理。而奠定現(xiàn)代電磁學根底的那么是法拉利。法拉第是英國物理學家，電磁場理論的創(chuàng)立者，1791年出生于英國倫敦的一個鐵匠家庭里，由于家境貧困，7歲上學，9歲綴學，12歲當了報童，13歲就到一家印刷廠當訂書學徒。他有強烈的求知欲，利用裝訂書和雜志的時機，如饑似渴地閱讀物理、化學知識，并省吃儉用籌集錢來買些實驗用品，自己試作書上的實驗。他非常愛聽英國化學家戴維的講演。有一次他寫了一封信并附上了自己聽戴維講演所作的筆記給戴維。戴維從中看出他的天才而賞識他。1813年就收他為助手。他幫戴維作了不少工作。不久，開始獨立研究化學。最重要的奉獻是1825年制取了苯，他還液化了氯氣，并進行了一系列液化氣體的工作，成功地運用了降低溫度和增大壓強相結合的方法來液化氣體。1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應以后，法拉第開始對電磁學產生濃厚的興趣。1821年，他在日記中寫著：用磁產生電。從此，他在長達10年的研究中，運用了多種方法，企圖使磁產生電，但都告失敗。也就是在這一年，他認識了好友愛德華的妹妹薩拉，從而背叛了原來自己聲討愛情的“檄文〞以及終生不戀愛的誓言，而與薩拉結了婚。1831年8月29日，他用軟鐵做了一個外徑6吋的鐵芯，纏上兩組互相絕緣的線圈。一組接電流計，另一組接電池。當電池電路接通時，法拉第看見析流計指針偏轉；電路斷開時，指針又偏轉。法拉第甭提多快樂，他領悟到了這是一種“暫態(tài)現(xiàn)象〞，他把這個實驗起名為“伏打電感應〞。隨后他又用圓柱形磁鐵插入接有析流計的閉合線圈中，仍有電流產生。當年11月28日，他向皇家學院報告了這一工作，并確定了“電磁感應定律〞。一個劃時代的發(fā)現(xiàn)就這樣誕生了，從而為人類翻開了電能的寶庫。奠定了現(xiàn)代電工學的根底現(xiàn)在不管是機械設備、還是交通工具汽車、火車、輪船、飛機以及磁懸浮列車，計算機的硬盤、光驅等，都包含了“電磁感應定律〞的運用。工程機械電氣控制根底案例2工程機械世界之最世界上最大--TEREX/O&KRH400正鏟挖掘機RH400操作重量980噸，發(fā)動機輸出功率達3280千瓦，正鏟能容納85噸的礦物，它在加拿大油砂礦創(chuàng)造了液壓正鏟新的世界紀錄：在性能測試時大大超過9000噸/小時，平均產量超過5500噸/小時，對于超大型的卡車例如CAT797B等，3-5鏟即可裝滿。RH400挖掘機可配備柴油發(fā)動機或電機驅動裝置。CATERPILLAR榮獲2000-2001年度最大卡車頭銜，它的V24缸發(fā)動機到達驚人的3400馬力。該車有24英尺高，47.5英尺長，30英尺寬，當翻斗升起后高度那么到達50英尺。有8臺電腦監(jiān)視著油壓，扭矩，機械性能和輪胎溫度等。該車上的輪胎是米其林專為其定制，每個輪胎都有13英尺高，耗資3萬美元。該車裝備850加倫的油箱，也可選擇1800加倫的油箱。車輛本身售價340萬美元。在每個輪子后面都有一組42英寸的剎車碟，前輪10個，后輪14個。一臺電腦控制著剎車冷卻系統(tǒng)，并以每分鐘1160加倫的速度將油通過碟片上的散熱器，帶走剎車產生的巨大熱量。該車的翻斗容量360噸，但在裝礦石時能輕松到達400噸，加上自重的288噸，總重量到達了648噸。但驚奇的是，它的最快速度是40英里每小時。該車的油耗近乎瘋狂，平均每小時高達65加倫，意味著每加侖只能跑0.3英里。美國特雷克公司日前在北京正式簽署了關于CC8800-1雙臂履帶式起重機的訂購協(xié)議。據悉，這臺合同金額超過2億元人民幣的CC8800-1“巨無霸〞起重機將首先被用于在山東海陽縣核電站建造工程工地。該起重機是目前國際上最先進的起重設備，最大起重單位到達3200噸，是迄今位置起重能力最大的移動式式起重機，目前在全球范圍內實際應用不超過10臺。上述世界上最大的工程機械，都是基于強大的計算機軟硬件資源支持，以滿足工程機械任務目標的不確定性，控制目標多樣化，非線性表現(xiàn)等動態(tài)特性。這些都離不開根底的電氣控制技術。工程機械電器檢測裝置案例3電子檢測器件的妙用通過能聽到遠隔千里之外親朋的聲音；在飯店洗手間，手一伸，水龍頭自動出水；隔空測溫這東西也好神奇...也許你不曾留意，身邊無處不在的傳感器，他們確實在默默的工作著?！靶畔r代〞計算機被稱為“大腦〞，傳感器被稱為“五官〞，信息的獲取和處理都離不開“大腦〞和“五官。現(xiàn)代信息技術的三大根底是信息的獲取、傳輸和處理技術，也就是傳感技術、通信技術和計算機技術，它們分別構成了信息技術系統(tǒng)的“感官〞，“神經〞和“大腦〞。如果沒有“感官技術〞感受信息，或者“感官〞遲鈍都難以形成高精度、高反響速度的控制系統(tǒng)。人們通常將能把被測物理量或化學量轉換為與之有明確對應關系的電量輸出的裝置稱為傳感器，其技術稱為傳感技術。傳感器輸出的信號有不同形式，有電壓，電流，頻率，脈沖等，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。如紅外傳感器的可以進行非接觸式測量，使其在現(xiàn)場工業(yè)測試、國防建設、科學研究等領域得以廣泛應用，主要應用在鐵路、車輛、石油化工、食品、醫(yī)藥、塑料、橡膠、紡織、造紙、電力等行業(yè)的溫度測量、溫度檢測、設備故障的診斷、在民用產品中，廣泛應用在各類入侵報警器、自動開關〔人體感應燈〕、非接觸測溫、火焰報警器等自動設施中。辦公樓宇的自動門，洗手間的水龍頭的自動出水，人體感應的自動沖廁所裝置等等都是紅外傳感器應用的地方?；魻杺鞲衅骺梢詫⒋艌鲛D換為電壓信號，因此可以在很多場合下應用。如速度檢測，開關檢測，電流傳感器，位置檢測，電動自行車調速器，霍爾傳感器與外圍電路的接口。溫度傳感器用于工業(yè)測溫中。雙金屬溫度傳感器主要用來作為開關使用，因此通常又被稱為雙金屬溫度開關，主要是將兩種不同的金屬片熔接在一起，因為金屬的熱膨脹系數(shù)不同，當加熱是，膨脹系數(shù)大的一方，因迅速膨脹而使得材料的長度變長，而膨脹系數(shù)小的一方，因為膨脹系數(shù)小，而使得材料的長度略微伸長。但由于兩片金屬片是熔接在一起的，因此兩金屬片上作用的結果使得材料彎曲。如應用在電熨斗，電飯鍋的加熱保溫中。測量元件向多信息融合的自主智能開展。案例3插圖1測量元件的多信息化應用測量元件向高度集成化的方向迅速開展。案例3插圖2測量元件的高度集成化可編程序控制器原理及應用案例4PLC控制音樂噴泉圖1西湖音樂噴泉圖2肇慶音樂噴泉圖3迪拜世界音樂噴泉所謂音樂噴泉，就是利用音樂的主要音素(頻率、振幅、音色和節(jié)拍)控制噴水的花型組合變化、水柱上下、遠近變化和燈光色彩組合、明暗變化的噴泉。音樂噴泉是把現(xiàn)代控制技術應用于人工噴泉，是在程序控制噴泉的根底上參加了音樂控制系統(tǒng)，通過音樂控制噴泉的水形及燈光的變化，從而到達噴泉水型、燈光及色彩的變化與音樂情緒的完美結合，使噴泉表演生動且富有內涵。目前音樂噴泉最常采用的控制方式為實時控制，即對音樂的主要音素進行全員實時跟蹤采集、分解處理并轉換成模擬量或數(shù)字量訊號，用以控制水泵的運行組合和轉速變化，或用以控制液壓伺服閥或電動調節(jié)閥的運行組合和開啟度，同時相應控制燈光的組合變化。這種控制方式不必對音樂預先進行編輯處理，所以對任何新版音樂文件甚至現(xiàn)場即興演奏都可響應。隨著科學技術突飛猛進的開展，可編程控制器和變頻調速器技術正大步走進噴泉控制領域，發(fā)揮著不可替代的作用。利用小型PLC結合變頻器的音樂噴泉控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)噴泉彩燈、水泵的多點控制，簡單的接線和編程即可完成水形燈光完美的伴隨音樂節(jié)奏和情感，適合追求時尚的家居生活和娛樂場所等場合。以PLC與變頻器為控制核心的音樂噴泉控制系統(tǒng)，將來自媒體設備的音頻信號通過音頻采集系統(tǒng)的識別，進行譯碼和編碼后轉換成控制信號，最終將信號輸出到控制系統(tǒng)，使得所設計的音樂噴泉水形的變化能夠伴隨音樂，燈光的閃爍跟隨音樂的節(jié)奏，實現(xiàn)了水形跟隨音樂的旋律變化，燈光跟隨預定程序變化，形成了聲、光、水、色交融的美景，燈光、音響、水景統(tǒng)一的立體效果。交流電動機變頻調速技術案例5變頻器在兒童游樂設備上的應用游樂場是讓兒童自由自在玩耍的地方?，F(xiàn)代游樂場通常會有蹺蹺板、旋轉木馬、秋千、單杠、雙杠、滑梯、吊秋千、吊環(huán)、玩具小屋及迷宮。這些游戲能夠幫助兒童開展協(xié)作能力、使身體強健及學會處世技巧，而且又可提供娛樂及享受。其中，旋轉木馬是小朋友最喜歡的玩的一種游樂設施，傳統(tǒng)的木馬以一種固定的速度運行，缺乏趣味性和刺激性。隨著變頻器技術的運用，使木馬以不同的速度旋轉，增加了愉樂性，同時節(jié)省了電能。采用的變頻器產品特點

1、采用電機專用處理器DSP矢量控制；

2、動態(tài)性能穩(wěn)定,反響速度快，適合于頻繁起動正反轉場合；

3、豐富的端子功能,滿足不同需求；

4、低頻轉矩輸出200%，轉速精度0.5%，低頻運行特性良好；

5、標準RS485/Modbus通信接口，內置PID，簡易PLC；

6、載波頻率可調，靜音運行；

7、體積緊湊，安裝方便，操作簡單；

8、采用SMT全貼裝生產及三防漆處理工藝

9、保護功能全面,平安運行。

木馬要求先以20HZ運行30秒，然后以30HZ運行30秒，再以40HZ運行1分鐘，最后以50HZ運行30秒停止。工程機械電子控制系統(tǒng)案例6揭秘“玉兔號〞神奇機械臂規(guī)劃控制技術遙遠的月宮傳來佳音，北京航天飛行控制中心精確控制嫦娥三號巡視器舒展“玉兔之手〞——機械臂，對月壤成功進行了第一次元素成分科學探測分析?！坝裢弥吱曃挥凇坝裢猫曁栐虑蜍囌娴奈逍羌t旗圖案下方，是有一個“四肢三軸〞的活動機構。肢，猶如人的手臂；軸，是肢的連接點，如同手臂的關節(jié)。機械臂展開后，最里面的關節(jié)只能左右移動，中間的關節(jié)和末端的關節(jié)只能上下移動，就像人的手臂和手掌繞關節(jié)一樣?！坝裢弥吱暿侨绾卧诘孛婵刂葡峦瓿煽茖W探測？“對機械臂的控制，主要依靠機械臂遙操作控制技術。〞北京航天飛行控制中心總工程師周建亮介紹說，“我們綜合考慮機械臂的構造特點和科學探測的各類約束條件，建立了精確的控制算法模型，研發(fā)了具有自主知識產權的機械臂遙操作控制系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)對機械臂毫米量級的精確控制。〞據周建亮介紹，由于活動維度限制和避障等因素的影響，要完成對一個目標點的探測，機械臂一次投放一般要經過十幾步操作，而且每一步的投放角度都要經過極其精密的計算。北京航天飛行控制中心軌道室控制組組長劉勇是機械臂遙操作控制技術的負責人。他結合自己多年軌道控制的經驗，通過近一年的計算鉆研，自主建立了機械臂規(guī)劃控制正向求解算法、逆向求解算法和機械臂避障算法等3個算法模型，有效解決了機械臂精確控制和有效避障接近目標點的困難。劉勇介紹說，正向求解算法就是根據移動角度大小，計算出能移動到距目標點多遠處；逆向求解算法恰恰相反，就是根據目標位置，計算出需要移動角度大小，只有兩相印證才能得到最正確的控制參數(shù)。而避障算法，是為了有效避開本體和月面地形的干預，以到達逐步逼近目標點10到30毫米的目的?！皺C械臂末端的X射線譜儀是一個高精度的科學探測儀。〞劉勇說，“如果不能有效避障，機械臂移動時一旦碰觸到本體或者探測目標就會對探測儀器造成損害。〞在遙操作廳，劉勇和榮志飛協(xié)同配合現(xiàn)場演示了機械臂的整個遙操作控制流程。大屏幕上，纖細靈巧的“玉兔之手〞在榮志飛的精確操控下緩緩舒展，精確避障，最終到達預定位置。據介紹，月壤探測只是月面工作段科學探測的一個開始，后續(xù)還有更多的科學探測任務要依賴“玉兔之手〞。開展月面探測，“玉兔〞必須隨時掌握三個問題：“我在哪？〞“我要去哪？〞和“我怎么去？〞這需要一個精密的“大腦〞。我國首套巡視探測gnc系統(tǒng)擔當了此項重任。該系統(tǒng)由航天科技集團五院消耗十年研發(fā)而成，讓“玉兔〞能看得清、辨得明、走得正。知道自己的位置，這是月球車實現(xiàn)能源供給和對地通訊的根本。但月面環(huán)境具有低重力、弱磁場、真空和輻射等特點，在地球應用成熟的指南針、導航儀等手段都不可用，加之月球車有嚴苛的重量和功耗約束，其定位方式的選擇更是難上加難?？萍既藛T經過長期調研論證，走訪了多家國內機器人和野外車輛研究院所，完成了上千次數(shù)學仿真，最終找到了適合月球車的導航定姿定位方案，并確定了導航敏感器指標。想知道“我要去哪〞，要求月球車具備一雙明亮的“眼睛〞，讓它能在陌生的月面看清周圍的地形。五院研發(fā)了我國首套月球雙目視覺在軌三維恢復系統(tǒng)。該系統(tǒng)擁有兩個鏡頭，能把“看〞到的二維地形信息經過處理運算后，變成三維坐標信息。盡管月面被塵土覆蓋，紋理不清；太陽斜照，地面上陰影遍布，但在這雙“眼睛〞的幫助下，“玉兔〞照樣能準確地區(qū)分障礙。目的地確定了，怎么去？“玉兔〞必須自己尋找一條平安的道路?？萍既藛T找遍了國內外所有能查到的路徑規(guī)劃方法，逐一進行適用性研究和仿真驗證，最終提出了自己的路徑規(guī)劃方法。但找到了路，還要具備準確沿路徑行駛的能力?！坝裢猫暡捎玫氖橇啌u臂式移動裝置，六個輪子都能獨立驅動，其中四個角輪可以轉向，但除了自身運動能力外，考慮月面松軟月壤下的輪土接觸力學關系，減少滑移等現(xiàn)象。針對這些因素，科技人員設計了十多種運動控制律，經過千余次仿真驗算，最終確定了協(xié)調的控制方法，實現(xiàn)了對規(guī)劃路徑的準確跟蹤控制。塔式起重機電路控制案例7吊車的起源在遙遠的古代，人們就知道了利用吊車來提升重物。在我國明朝宋應星編寫的《天工開物》中，就有現(xiàn)代吊車的雛形使用的記載。案例7插圖1古代吊車〔見天工開物〕塔式起重機簡稱塔機，俗稱塔吊，起源于西歐。據記載，第一項有關建筑用塔機的專利頒發(fā)于1900年，1923年制成第一臺近代塔機的原型樣機，1930年德國已經開始批量生產。我國的塔機行業(yè)起步于20世紀50年代初，自從1984年引進法國Potain公司三種型號塔機的設計技術后，極大地促進了我國塔機設計制造技術的進步。進入90年代以后，我國的塔機行業(yè)進入了一個新的興盛時期。特別是近幾年，我國塔機的產銷量都增長迅速，2023年的銷售量為40000臺，塔機保有量已達20萬臺，所以無論是從生產規(guī)模，應用范圍和塔機總量來講我國均堪稱世界首號塔機大國。案例7插圖2施工電梯的運用目前國外的塔機廠商主要有：Potain、LIEBHEER、WOLF、COMANSA、KROLL、FAVCO、JOST等。國內的塔機廠商大大小小有400多家，其中主要有：中聯(lián)重科、三一重工、永茂〔后起之秀，80%來自海外〕、三洋、四川建機、廣西建工、南京中昇、山東豐匯、華夏〔8年第一〕、方圓等。世界上最大的塔機：丹麥KROLL公司生產的K10000。砂石料篩分樓電路案例8振動篩的運用近年來，隨著科技水平的提高，人們對各種商品的需求也越來越精細，質量越來越高。振動篩的技術在制造業(yè)上也有更高的要求，從最古老式的篩分機到現(xiàn)在最受歡送的產品已經經過了很多代的轉變，現(xiàn)在國外的許多國家在這方面的研究相對我國來說已經是遙遙領先，像美國，德國，日本等等這些興旺國家，在振動篩的技術研究方面比我國早好幾十年，為了滿足振動篩在國民經濟中的各行業(yè)中高速開展，加快振動篩的開展進度，我們對家鄉(xiāng)沙石廠進行參觀實習后，對此進行了研究探討并做出了詳細的設計方案。用篩分機把碎散物料篩分成不同的顆粒，已經有悠久的歷史。從英國煤炭工業(yè)的文獻記載，在1589年提到煤的篩分。為了向市場提供各種顆粒的商品煤，廣泛的對煤進行篩分，是到19世紀下半業(yè)才盛行起來。插圖古代篩子的應用〔見天工開物〕固定篩是古老的篩分機。當時，有的固定篩用假設干木條構成，也叫棒篩，后來出現(xiàn)了有傳動機構的棒條篩。這就是沿用至今的輥軸篩。為滿足工業(yè)生產的需要，圓筒篩，搖動篩和振動篩也先后問世。與固定篩相比，雖然輥軸篩，圓筒篩和搖動篩的工作效率有較大的改善，而且仍不失為結構簡單和工作可靠，但是卻步能滿足生產開展的需要。因此，早在60年代，這些篩子在我國就開始被逐漸淘汰。固定篩不消耗動力和非常簡單可靠的結構，仍具有很強的生命力，目前仍大量用于初步篩分。振動篩采用拋射式篩分，篩子每振動一次，物料便被拋射一次，相對篩面沖擊一次，被篩分物料的折中特點使得振動篩的篩分效率高，生產能力大，因此被廣泛使用。在振動篩產生以后，人們開始重視建立和開展篩分理論。早期的篩分理論形成于50年代初，它是以單個顆粒為研究對象而開展起來的，一般稱為單顆粒運動理論。該理論系統(tǒng)的描述了振動篩對物料進行拋射式篩分時，單個顆粒的運動情況，進而提出了篩分機特性值，即振動強度K，和篩分特性值，即拋射強度，經過長期實踐，人們覺察按照上述篩分理論設計的振動篩，對細物料進行篩分時的生產能力太小，遂意識到以單個顆粒物料的運動狀態(tài)代表成群的物料運動狀態(tài)具有交大的片面性。隨著研究工作的深入，自1965年開始逐步建立起顆粒在篩面上的運動理論。該理論以力群為研究對象，根據物體在碰撞時傳遞能量的原理，提出了篩面上整個料層中不同位置顆粒的速度變化規(guī)律，突破了單顆料理論關于振動強度小于3.3的臨界值。在此根底上，建立了薄層篩分法和變傾角篩分法，研制出等厚振動篩。用統(tǒng)計學方法研究碎散物料在篩面上透篩概率，稱為概率篩分理論。該理論是由瑞典的摩根森于1951年最先提出的，故在該理論指導下設計的振動篩稱為摩根森概率篩。在力群運動理論的知道下，近代振動篩的拋射強度和振動強度普遍提高。如德國和美國直線振動篩K值達4.4，有的甚至達6.7，值達3.5以上。振動概率篩K值達5.5-7，弛張篩 K值甚至到達30。這些參數(shù)強化的振動篩適應了近代篩分作業(yè)的特點——細粒物料增多，水分和黏性增大，以及篩分粒度下降和要求的分級，脫水效率提高等。，德國K.H.D公司生產的振動篩寬達5.5m，面積約為50。振動篩大型化標志著篩分機技術已到達先進水平。零部件標準化，通用化和產品系列化，生產專業(yè)化，是近代機械工業(yè)的重要標志，篩分機械也不例外。如德國K.H.D公司生產的USK圓振動篩和USL直線振動篩，其激振器可以通用，同一個篩框既可以裝分級篩面，也可裝脫水篩面。又如美國振動篩，其基形已經穩(wěn)定，主要力量放在改良結構，簡化制造和應用新技術的方面。有的篩子除激振器外，篩框也作成單體結構，可以在現(xiàn)場組裝，極大地方便了制造，運輸和維修。前蘇聯(lián)早在60年代中期就組織了篩分機產品整頓，統(tǒng)一基型，減少雜亂型號，在此根底上提高產品的系列化程度。國外許多篩分機械公司都是科研，設計，制造和銷售的聯(lián)合體，專業(yè)化程度高，產品繼承性好，經過多年改良，使產品逐步完善和提高混凝土攪拌樓電路案例9世界海拔最高混凝土攪拌站日前，世界海拔最高的攪拌站由三一重工在西藏那曲建成。此套攪拌站的建成填補了三一重工在國內高海拔地區(qū)的銷售空白，同時，18天的建設速度，也刷新了三一重工建站的紀錄。西藏那曲屬高原亞寒帶季風氣候區(qū)，這里海拔4500米以上，冬季長達半年，晝夜溫差大，全年無絕對無霜期。中鐵建工集團將在這里安裝攪拌站，建設青藏鐵路物流中心。經過慎重考慮和仔細選擇，中鐵建工將橄欖枝伸向了三一。惡劣的自然條件對攪拌站安裝的要求極高。三一攪拌站的高原特色保證了高海拔、高寒地區(qū)的攪拌站正常打料。首先，攪拌站的外包裝采用100mm厚彩鋼夾芯板〔一般50mm〕，保證保溫保暖；其次，攪拌站配置了兩套空壓機、兩套儲氣罐供氣；第三，由于青藏高原日照時間長，紫外線濃度高，早晚溫差大，一般的管道容易脆化，三一特別選用進口高配置氣管和管接頭，從而保證了供液管路抗高壓、防腐、防酸堿。特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能奉獻、特別能團結、特別能忍耐的“老西藏精神〞，是西藏建設者共同的特點。為了盡快使站點投入使用，保證整個工程工期的如期進行，在建站過程中，三一重工攪拌站安裝隊面對缺氧頭暈、日照強烈、晝夜溫差大、交貨工期短等特殊情況，不畏嚴寒、缺氧，發(fā)揚“老西藏精神〞，喊出“缺氧但不缺精神，海拔高但志氣更高〞的口號。在與施工方的緊密配合下，世界海拔最高的攪拌站如期矗立在青藏高原。據了解，建成后的那曲物流中心，將是西藏最大的物資轉運基地，成為國內