残极压脱控制系统的设计毕业设计.doc

毕业设计 残极压脱控制系统的设计残极压脱控制系统的设计 毕业设计 论文 原创性声明和使用毕业设计 论文 原创性声明和使用 授权说明授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 所呈交的毕业设计 论文 是我个人在指导教师 的指导下进行的研究工作及取得的成果 尽我所知 除文中特别加以 标注和致谢的地方外 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究 成果 也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而 使用过的材料 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体 均 已在文中作了明确的说明并表示了谢意 作 者 签 名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集 保存 使用毕业设计 论文 的规定 即 按照学校要求提交毕业设计 论文 的印刷本和电子版本 学校有权保存毕业设计 论文 的印刷本和电子版 并提供目录检索与 阅览服务 学校可以采用影印 缩印 数字化或其它复制手段保存论 文 在不以赢利为目的前提下 学校可以公布论文的部分或全部内容 作者签名 日 期 学位学位论论文原文原创创性声明性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担 作者签名 日期 年 月 日 学位学位论论文版文版权权使用授使用授权书权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 涉密论文按学校规定处理 作者签名 日期 年 月 日 导师签名 日期 年 月 日 摘要 随着自动化生产程度的提高 PLC 在生产控制系统中的应用也越来越广泛 该系统为悬挂式输送链 简称悬链 和残极压脱机 260t 残极压脱机 设计的 自动控制系统 控制方案中 PLC 采用德国西门子 S7 200 系列可编程控制器 CPU 主机选用 CPU226 触摸屏采用 SIEMENS TP170 系列彩色触摸屏 TP170B COLOR 可以方便的实现对控制系统的操作 监控和参数设置等功能 人机界面 和 PLC 的有机结合 借助其产品的功能 能够很灵活的构造控制方案 它相对 传统的电气控制方案具有更高的可靠性 控制更精确 采用触摸屏与 PLC 控制 整个控制过程采用手动和自动方式 克服了人工处理劳动强度大 安全隐患多 而且效率低下的缺点 关键词 关键词 PLCPLC 自动控制系统 触摸屏 自动控制系统 触摸屏 Abstract With automatic production degree rise PLC control system the application in production more and more widely The system for suspension conveyor chain hereinafter referred to as hanging chain and the extreme pressure offline 260 t the extreme pressure offline design of the automatic control system Control scheme PLC with the German SIEMENS S7 200 series programmable controller CPU host chooses CPU226 touch screen with SIEMENS TP170 series COLOR touch screen TP170B COLOR easy to realize for the control system of the operation monitoring and parameter Settings etc Function The man machine interface and PLC organically with its product function can be very flexible structure control scheme it is relatively the traditional electric control scheme has higher reliability control more precise The touch screen and PLC control the whole process control using manual and automatic way overcoming the artificial processing labor intensity and the hidden security trouble and more low efficiency of shortcomings Key Words PLC Automatic control system Touch screen 目录 第 1 章 绪论 1 1 2 残极压脱控制系统研究的背景和意义 4 1 1 课题背景 1 2 残极压脱控制系统研究的背景和意义 第 1 章 第 1 章 绪论 1 1 选题背景 工业控制计算机 简称工控机 是以计算机技术为基础的新型工业控制装 置 目前已成为工业控制的标准设备 被广泛地应用于各行各业 工控机是实 现生产自动化的最佳配套产品 而工业可编程序控制器 PLC 则在工控领域中占 有主要的地位 PLC 具有通用性强 使用方便 适应面广 可靠性高 抗干扰 能力强 编程简单等特点 PLC 的定义有许多种 国际电工委员会 IEC 对 PLC 的定义是 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环 境下应用而设计 它采用可编程序的存贮器 用来在其内部存贮执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字的 模拟的输入 和输出 控制各种类型的机械或生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都 应按易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的原则设计 从结构 上 PLC 分为固定式和组合式 模块式 两种 固定式 PLC 包括 CPU 板 I O 板 显示面板 内存块 电源等 这些元素组合成一个不可拆卸的整体 模块式 PLC 包括 CPU 模块 I O 模块 内存 电源模块 底板或机架 这些模块可以按 照一定规则组合配置 PLC 作为工控机的一员 在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装 置 它具有控制方便 可靠性高 容易掌握 体积小 价格适宜等特点 据统 计 当今世界 PLC 生产厂家约 150 家 生产 300 多个品种 2000 年销售额约为 86 亿美元 占工控机市场份额的 50 PLC 将在工控机市场中占有主要地位 并保持继续上升的势头 PLC 在 60 年代末引入我国时 只用作离散量的控制 其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等 最早只能完成以继电器梯形逻 辑的操作 新一代的 PLC 具有 PID 调节功能 它的应用已从开关量控制扩大到 模拟量控制领域 广泛地应用于航天 冶金 轻工 建材等行业 但 PLC 也面 临着其它行业工控产品的挑战 各厂家正采取措施不断改进产品 主要表现为 以下几个方面 1 微型 小型 PLC 功能明显增强 2 集成化发展趋势增强 3 向开放性转变 随着微处理器 网络通信 人机界面技术的迅速发展 工业自动化技术日 新月异 各种产品竞争激烈 新产品不断涌现 PLC 也由最初的只能处理开关 量而发展到可以处理模拟量和数据 加之与 DCS PID 调节器 工业 PC 等技术 相结合 使之不再是一种简单的控制设备 而且必将随着自动控制技术的不断 发展而发展生存下去 可实现高精度要求生产线控制 循环控制 精确的测控 材料检测等等 PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位 在可预见的 将来 是无法取代的 发展趋势如下 1 更快的处理速度 多 CPU 结构和容错系统 2 编程语言与工具日趋标准化和高级化 3 强化 PLC 的连网通讯能力 4 记忆容量大 采用专用的集成电路 实用性增强 5 向小型化 高机能的整体型发展 1 2 残极压脱控制研究的背景和意义 随着国内电解铝工业技术的迅猛发展和生产规模的不断扩大 人工处理阳 极残极的弊端显现的越来越突出 不仅劳动强度大 安全隐患多而且效率低下 已极大地制约了生产的发展和规模的扩大 使用残极处理生产线和设备来安全 高效地处理阳极残极已经成为一个发展趋势 与此同时 残极处理生产线和设 备也正逐步向全面机械化和自动化的方向发展 从电解返回的残阳极是通过悬 挂式输送链 悬链 运至 260t 残极压脱机 进行残极压脱 通过裙式输送机运 到破碎系统进行下道工序作业 本控制系统运用 PLC 来控制整个工艺过程 最 大限度的满足被控对象的控制要求 在满足控制要求的前提下 使控制系统更 为简单 经济 使用及维修方便 同时保证了系统的安全可靠 本系统有自动和手动控制两种方式 在自动控制方式下 首先启动 260t 主 辅油泵电机 接着启动悬链电机 当残极到达 1 时 使 1 处的停止器打开 同 时 1 处的推进器推出 夹具闭合 刀具推出 进行残极的破碎处理 为了使破 碎达到最大化 此时通过活塞的上下运动使残极的上下也得到了清理 处理完毕 后 夹具打开 侧缸拉回 同时为了使生产流程不发生事故 在 2 3 4 处 都设置了停止器 可以使整个压脱流程更为安全有效的进行 通过为残极压脱设计控制系统 我们可以很明显的看到自动化在工业领域 中的地位越来越显著 人工处理阳极残极的弊端显现的越来越突出 不仅劳动强 度大 安全隐患多而且效率低下 已近极大地制约了生产的发展和规模的扩大 本控制系统运用 PLC 来控制整个工艺过程 最大限度的满足被控对象的控制要 求 在满足控制要求的前提下 使控制系统更为简单 经济 使用及维修方便 同时保证了系统的安全可靠 1 3 残极压脱系统的发展趋势 1 4 设计的主要内容 功能和技术指标 1 毕业设计 论文 的主要内容 1 设计残极压脱控制系统的硬件系统 如控制器及各类模板的选型 控制系 统主电路部分的设计等 2 设计残极压脱控制系统的软件系统 包括系统的手自动控制 自动状态下 各环节参数的修正 以及触摸屏画面的设计等 2 设计实现的主要功能 1 手动控制功能 通过触摸屏实现对残极压脱系统各设备的手动控制 2 自动控制功能 在 PLC 上实现对残极压脱系统的自动控制 同时实现控 制参数的修正功能 3 报警与保护功能 对电机及仪表的状态进行实时监控 当出现故障后及 时分类地通知操作人员 3 系统设备清单 1 260t 主油泵电机一台 功率 75KW 2 260t 辅油泵电机一台 功率 15KW 3 P3 悬链电机一台 功率 3KW 4 侧缸 3 个 5 控制器 拟采用西门子 S7 200 系列 PLC 6 触摸屏 拟采用威纶通公司 EB8000 系列触摸屏 4 其他需要说明的问题 第 2 章系统方案设计 2 1 理论依据 残极压脱工艺是电解铝行业中不可缺少的一种作业方式 其作业的劳动强度 不大 本系统的作业流程为 启动 260t 主 辅油泵电机 启动悬链 1 停止器 开 1 推进器推出 2 停止器开 夹具闭合 刀具推出 活塞上升 活塞下降 夹具打开 侧缸拉回 3 停止器开 4 停止器开 2 推进器开 结束 这种 作业方式工作流程长 早期残极压脱工艺电气控制系统多为继电器 接触器组 成的复杂系统 这种系统存在设计周期长 体积大 成本高等缺陷 几乎无数 据处理和通信功能 必须有专人负责操作 而将 PLC 应用到阳极组装工艺的控 制系统后 不仅实现了自动化控制 降低了系统的运行费用 而且采用 PLC 控 制系统具有连线简单 控制速度快 精度高 可靠性和可维护性好 安装 维 修和改造方便等优点 本次设计是根据铝厂处理阳极工艺的要求 完成悬挂式输送链和残极压脱 机控制系统的电气控制电路设计和 PLC 控制程序的设计 自动控制系统由可编 程控制器 PLC 控制柜 轨道电机操作台等组成 系统以 PLC 为核心 配以 合理的低压电气 先进的检测元件 控制电动机 液压阀等机构协调动作 实 现阳极处理工艺过程的自动化 2 2 控制方案的比较 论证和确定 2 2 1 方案的比较 实现铝厂阳极组装工艺控制系统设计的方案有多种 常用技术方案选项有 单片机 MCS 工业计算机 IPC 可编程计算机控制器 PCC 可编程控制 器 PLC 等 近几十年来 IPC 单片机和PLC三者在技术上都有了长足的发展 在微电 子技术发展的背景下 它们之间也有许多相同之处 例如 从硬件的角度来看 它们都是由微电子元件 微处理器 大容量半导体存储器和I O模件等组成 在 软件编程方面 也有很多相同点 因此 这三类自动化控制装置在技术 功能 和应用领域上不断地相互渗透 在很多场合下可以相互补充或替代 但是 由 于IPC 单片机和PLC三者的技术起源不同 在技术发展的侧重点和主要应用背 景上也有差异 它们又保持着各自的特点和优势 适合的应用场合也不完全一 样 一 单片机 所谓单片机系统就是采用单片机CPU及其它外围芯片 根据不同系统设计电 路板 最终设计成一台简易的计算机系统 并在此基础上设计程序以达到所要 求的控制功能 单片机是由工业自动化仪表控制系统发展而来 目前形成了以 工业控制计算机为中心的集散系统 所以 单片机在模拟量处理 回路调节方 面具有一定优势 主要用在连续过程控制 侧重回路调节功能 由于单片机的所有器件均不是工业级的 抗干扰性 特别是抗电源干扰能 力很弱 可能引起单片机系统的不稳定 而且一旦单片机系统出现故障 很难 诊断出故障元件 操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在 按说明书指示 排除故障 这样排除故障的时间相对较长 最简单的方法是更换整个系统 这 样就会增加维修成本 总之 这样的人机对话不够友善 由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的 所以要增加一个功 能就要重新设计线路 而且对应的程序都要重新设计 一般单片机系统的操作 均采用自动设计的键盘 设定数据用拨码开关 显示用LED 整个面板显得繁锁 而且为了减少操作键 设计时往往一键多用 操作人员很难脱开说明书操作 单片机系统在80年代国内很流行 但由于受到本身可靠性及其它方面的限 制 目前除了仪表上仍然采用外 在工业现场的应用已逐步被PLC所代替 单片机的显著优势在于单片机要改变控制规律和被控参数 只需要改变其 程序就可以了 但同时也是它的劣势 因为工程技术人员必须具备有较高的计 算机专业知识才能对控制规律和被控参数进行修改 鉴于这个原因且按照工程 上的惯例 众多工程技术人员还是喜欢采用PLC进行控制 二 工业计算机 IPC 所谓IPCIPC系统就是采用工业控制计算机系统 在此基础上设计程序以达到所 设计的功能 工控机由普通计算机发展起来 是为了满足快速大量数据处理要 求的设备 在硬件结构方面 总线标准化程度高 兼容性强 在软件开发方面 软件资源丰富 特别是有实时操作系统的支持 因此 IPC在要求快速 实时性 强 模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制方面占有优势 由于IPCIPC的主要器件均不是工业级的 相对单片机系统 抗干扰性特别是抗 电源干扰能力虽然有一定提高 但变频调速对电源的干扰很大 因此也可能引 起系统的不稳定 一旦工控机系统出现故障 很难诊断出故障元件 这样维修 周期增加 而且非专业人员不能维修 如果故障由于程序设计不合理引起 如 果缺乏合适的调试工具 要找出故障原因也很困难 系统若要增加一个功能就 要重新设计对应的程序 而IPCIPC的编程又相对比较复杂 这样对于现场操作人员 的要求就比较高 虽然操作的界面较为友善 但对于不熟悉计算机系统的人来 说 仍然不够简便易学 工业计算机 IPC 用于工业现场的个人计算机系统 具有功能强大 软件丰 富和界面友好等优点 但是 IPC 软件开发周期长 接口模块少 布线不灵活 安装体积大 扩展性差 而且 IPC 主要通过接口模块转换各种信号 如何抗干 扰也是个问题 在本系统中 控制现场环境恶劣 高温 多烟尘等 控制器的高度可靠性 是工程师在设计中首先要考虑的问题 显然 IPC 可靠性差和对环境要求甚高的 特点使它无法胜任 而且由于 IPC 本身可靠性及其它的限制 目前除了在工厂 中作为监控机以外 在工业现场已很少采用 三 可编程计算机控制器 PCC PCC 是一种不同于 PLC 和 IPC 的新一代控制器 代表了当今工业控制技术 它不仅吸收了 PLC 和 IPC 的优点 而且自身优势也很明显 它采用了分时多任 务操作系统 可十分灵活的利用操作系统调度和管理整个系统 PCC 模式和 IPC 模式相比 优势在于设计时能提供面向工业的专业化标准 符合软件及硬 件的模块化的设计 此外 PCC 还能方便的处理设计中的开关量和模拟量 灵 活的进行回路调节 能使用高级语言编程 但作为新兴的控制器 广大工程技术人员对其可靠性和厂商能否提供优良 的后续服务和技术支持抱怀疑的态度 同时 作为先进的控制技术 工厂维护 人员对之知之甚少 不利于维护 而 PCC 的技术成本也是我们不得不考虑的因 素 四 可编程逻辑控制器 简称 PLC 可编程逻辑控制器 简称 PLC 是以微处理器为基础 综合了计算机技术与 自动化控制技术而开发的新一代工业控制器产品 广泛应用于各种生产机械的 过程控制中 被认为是构成机电一体化产品的重要装置 PLC 是一种数字运算的电子系统 专为在工业环境下而设计 采用了可编 程的存储器 用来在其内部存储逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算 等操作指令 并通过数字或模拟输入和输出 控制各种类型机械的生产过程 可编程控制器及其外围设备 都按易于与工业系统连成一个整体 易于扩展其 功能的原则设计 由于其面向用户的指令系统 具有数字量或模拟量的输入输 出能力 使得其应用非常方便 特别适用于各种工业设备的控制 PLC 之所以得到迅速发展和广泛应用 主要是由于它具有以下特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 用软件实现大量的开关量逻辑运算 克服了因 继电器触头不良而造成的故障 输入采用直流低电压 更加可靠 安全 面向工业环境设计 采用滤波 屏蔽 隔离等抗干扰措施 适应各种恶劣 的工业环境 远远超过了传统的继电器控制系统和一般的计算机控制系统 2 编程简单 易于掌握 PLC 采用梯形图方式的编程 与继电器逻辑控制 的设计相似 具有直观 简单 易于掌握等优点 3 功能完善 使用灵活方便 随着 PLC 技术的不断发展 其功能更加完善 不仅具有开关量逻辑控制功能 步进和计数功能 还具有模拟量处理 温 度控制 网络通信等功能 既可单机使用 也可联网运行 既可集中控制 也可分布控制 运行过程中可随时修改控制逻辑 增减系统的功能 4 体积小 质量轻 功耗低 由于采用了单片机等集成芯片 其体积小 质量轻 结构紧凑 功耗低 进入 90 年代后 PLC 机的性能价格比大幅度地提高 尤其是 PLC 机较过去 的继电器回路 其硬件配置灵活 组态方便 控制系统简单明了 接线简单 可靠 便于查找故障点 使得 PLC 已经成为新一代工业控制机的首选装置 2 2 22 2 2 方案论证及确定方案论证及确定 由于本次设计的系统要在现场使用 且通过对以上几种控制方案的对比 我发现采用可编程序控制器 简称 PLC 不但能达到阳极组装工艺控制系统需要 的控制要求 而且控制精度和可靠性能也都令人满意 PLC 这项控制技术在工 程实际中应用的时间较长 范围较广 技术已经相当成熟 在工程技术人员心 目中有不可替代的地位 最重要的是 PLC 可根据电流保护的要求适时输出 控 制断路器的脱扣跳闸装置完成保护动作 综 合比较以上四种方案 从可实时性等方面考虑 本设计采用方案四较好 故我决定采用 PLC 控制 在整个工艺的控制过程中 夹具小车的动作很关键 对于这部分控制采用 了液压驱动的控制方式 以便能更好的完成该工艺中的夹具的各动作过程 与 其它传动控制方式相比 液压传动与控制具有能量大 易获得较大的力矩 结 构简单 紧凑 动态响应快 便于大范围无级调速 易于实现自动控制及机电 一体化 易于实现过载保护 有标准化 系列化 通用化程度高等技术优势 已成为现代机械装备传动与控制的重要技术手段及关键技术之一 其应用领域 几乎囊括了国民经济各个部门和领域 应用液压技术的程度已成为衡量一个国 家工业化水平的重要标志之一 第 3 章系统硬件设计 3 1 设计依据 软件设计体现在怎样去控制所要控制的对象 怎样把整个控制系统的功能 实现 硬件的设计则能体现出整个控制系统的流程 硬件设计是软件设计的基 础 软件设计是硬件设计功能的集中体现 在本章主要是硬件设计及器件选择 经过对系统的功能要求和性能指标的分析 把整个控制系统的硬件设计分 为两个模块来完成 1 主电路图设计 2 系统控制图设计 根据前面 已经确定了的方案来设计相关的硬件图 硬件设计之前 要考虑到供电系统 供电系统的设定直接影响到控制系统的可靠性 故在设计硬件时是要据以下几 方面来设计 1 输入电源电压在一定的允许范围内变化 2 当输入交流电断电时 应不破坏控制器的程序和数据 3 当控制系统不允许断电的场合 要考虑供电电源的冗余 4 当外部设备电源断电时 应不影响控制器的供电 综合以上几方面的考虑 可以把供电线路设计如下 供电直接采用市电网提供的 380V AC 50HZ 配电方面主要是给 3 台鼠笼式 异步电动机和控制系统中 PLC 的电源模块 输入输出模块的电能分配 所用的 PLC 需要的电压既有交流又有直流 交流电压可以用照明电来供给 而直流电 流则由电源模块来供给 电动机用的电也是 380V 的三相交流电 在整个供电系 统中采取了很多的保护环节 如 熔断器 热继电器 断路器等等 主电路设计中 给 PLC 供电时 要注意应该对电的质量进行控制 主电路 设计主要是选择电机 计算和选择导线 断路器 接触器等装置的参数和型号 3 2 主电路设计 主电路图反映了现场设备的布置情况 接线原理以及相关的保护装置 是 系统硬件设计中必不可少的部分 从图中可体现出对电器接线图的画法标准 系统的控制流程 设计主电路图时 不但要求接线合理 而且要求对用到的每 个器件进行选型 1 电气总配线主电路如图 3 2 1 所示 该电路中有三台电机 M1 为主油泵电机 M2 为辅油泵电机 M3 为悬链电机 三相交流电源通过刀开关 QS 将电源引入 FR 为主油泵电机的过载保护 FU1 FU2 FU3 分别为主油泵 辅油泵和悬链电机的短路保护 3 3 导线电缆及元器件的选择 3 3 1 导线和电缆 导线和电缆的选择是供配电设计中的重要内容之一 导线和电缆是分配电 能的主要器件 选择的合理与否 直接影响到有色金属的消耗量与线路投资 以及电力网的安全经济运行 选择导线和电缆以前应贯彻以铝代铜的技术政策 尽量采用铝心导线 目前提倡采用铜线 以减少损耗 节约电能 而在易爆炸 腐蚀严重的场所 以及用于移动设备 检测仪表 配电盘的二次接线等 必须 采用铜线 导线和电缆的选择 必须满足用电设备对供电安全可靠和电能质量的要求 尽量节省投资 降低年运行费 布局合理 维修方便 导线和电缆的选择包括两个方面内容 型号选择 截面选择 1 型号选择 建筑物或车间内采用的配电线路及从电杆上引进户内的线路多为绝缘导线 绝缘导线的线芯材料有铝芯和铜芯两种 鉴于塑料绝缘的绝缘性能良好 价格 低 可节约橡胶和棉纱 在室内敷设可取代橡胶绝缘线 所以选择了塑料绝缘 导线 常用塑料绝缘线型号有 BLV BV BLVV BVV BVR 这里选用 BV 型 2 截面选择 按允许载流量选择导线和电缆截面 在导线和电缆 包括母线 通过正常 最大负荷电流 即计算电流 时 其发热温度不应该超过正常运行时的最高允 许温度 以防止导线或电缆因过热而引起绝缘损坏或老化 这就要求通过导线 或电缆的最大负荷电流不应大于其允许载流量 3 导线和电缆的有关计算 本设计在配电部分采用 BV 型铜心塑料线穿钢管埋地敷设 假设当地的最热 月平均气温为 15 度 油泵电机 线路中电流的计算 PC Pe k 75KW 0 89 84 27KW IC Pe 3UNCOS 84 27 GAJF 84 27 0 5849 144A 相线截面的选择 因为是三相四线制线路 所以查 4 根单芯线穿钢管的参数 查下表得 4 根单芯线穿钢管敷设的每相芯线截面为 50mm 的 BV 型导线 在环境温度为 25 度时的允许流量为 150A 其正常最高允许温度为 65 度 即 Ial 150A 65 15 65 25 1 12 alo alo K 导线额定负荷时的最高允许温度 65 度 al 导线允许载流量所采用的环境温度 25 度 o 导线敷设地点实际的环境温度 15 度 o 导线的实际允许载流量为 Ial k Ial 1 12 150 168 Ic 144A 所以选择 S 50mm 满足允许载流量的要求 保护线 Spe 的选择 按 Spe 0 5S 要求选择 Spe 50mm 所以选择的导线 BV 500 3 50 1 10 辅油泵电机 线路中电流的计算 PC Pe k 15KW 0 89 16 85KW IC Pe 3UNCOS 16 85 GAJF 16 85 0 5849 28 81A 相线截面的选择 因为是三相四线制线路 所以查 4 根单芯线穿钢管的参数 查下表得 4 根单芯线穿钢管敷设的每相芯线截面为 16mm 的 BV 型导线 在环境温度为 25 度时的允许流量为 65A 其正常最高允许温度为 65 度 即 Ial 65A 65 15 65 25 1 12 alo alo K 导线额定负荷时的最高允许温度 65 度 al 导线允许载流量所采用的环境温度 25 度 o 导线敷设地点实际的环境温度 15 度 o 导线的实际允许载流量为 1 126572 828 81IalKIalAIcA 所以选择满足允许载流量的要求 2 16mmS 保护线的选择 PE S 按要求选择0 5 PE SS 2 16PEmmS 所以选择的导线 BV 500 3 16 1 10 悬链电机 线路中电流的计算 PC Pe k 7 5KW 0 89 8 43KW IC Pe 3UNCOS 8 43 GAJF 8 43 0 5849 14 41A 相线截面的选择 因为是三相四线制线路 所以查 4 根单芯线穿钢管的参数 查下表得 4 根单芯线穿钢管敷设的每相芯线截面为 16mm 的 BV 型导线 在环境温度为 25 度时的允许流量为 65A 其正常最高允许温度为 65 度 即 Ial 65A 65 15 65 25 1 12 alo alo K 导线额定负荷时的最高允许温度 65 度 al 导线允许载流量所采用的环境温度 25 度 o 导线敷设地点实际的环境温度 15 度 o 导线的实际允许载流量为 1 126572 828 81IalKIalAIcA 所以选择满足允许载流量的要求 2 16mmS 保护线的选择 PE S 按要求选择0 5 PE SS 2 16PEmmS 所以选择的导线 BV 500 3 16 1 10 3 3 2 断路器 断路器俗称自动开关 兼有短路 过载和欠电压保护等功能 这种开关能在线 路发生故障时快速地自动切断电源 它是低压配电重要保护元件之一 常作低 压配电盘的总电源开关及电动机 变压器的合闸开关 对熔断器 在发生短路时 很可能造成一相熔断器熔断 造成单相运行 但对于断路器 只要发生短路就会自动跳闸 将三相电源同时切断 故可减少 电动机断相运行的隐患 本设计用的是低压断路器 低压断路器是指用于交流电压 1200V 直流电 压 1500V 及以下电压范围的断路器 是低压配电系统中的主要配电电器元件 低压断路器主要用于保护交 直流低压电网内用电设备和线路 使之免受过 电流 短路 欠电压等不正常情况的危害 同时也可用于不频繁起动的电动机 操作或转换电路 低压断路器结构 低压断路器主要由触点 操作机构 脱扣器 灭弧装置等组成 操作机构 有直接手柄操作 杠杆操作 电磁铁操作 电动机驱动四种 脱扣器又分为电 磁脱扣器 热脱扣器 复式脱扣器 欠压脱扣器 分励脱扣器等五种 低压断路器型号及含义如下图 3 3 2 1 所示 D 低压断路器 W 万能式 WX 万能式限流型 Z 塑料外壳式 ZX 塑料外壳式限流型 ZL 漏电断路器 极数 额定电流 A 设计代号 图 3 3 2 1 低压断路器型号及含义 DZ15L 系列漏电保护开关的技术数据如下表所示 额定电压 V 380 额定频率 Hz 50 60 额定频率 Hz 40 极数 3 过电流脱扣器额定电流 mA 40 额定漏电动作电流 mA 50 派生代号 L 漏电 额定漏电不动作电流 mA 25 额定漏电动作时间 s 0 1 DZ15L 系列漏电保护断路器适于在交流 380V 及以下 频率为 50Hz 额定 电流为 63A 及以下的电路中作漏电保护之用 当有人触电或回路泄漏电流超过 规定值时 漏电保护断路器能在 0 1s 内自动切断电源 保障人身安全和防止发 生因泄漏电流造成的事故 同时可用来保护线路和电动机的过载及短路 也可 作为线路的不频繁转换及电动机的不频繁起动之用 断路器图形符号如下图 3 3 2 2 所示 图 3 3 2 2 断路器图形符号 低压断路器选用原则 低压断路器的选用应根据线路及电气设备的额定电流及对保护的要求来选 择适合的类型 1 若额定电流较小 600A 以下 短路电流不太大 可选用塑料壳式断路器 2 若短路电流相当大的支路 则应选用限流式断路器 3 若额定电流很大 或需要选择型断路器时 则应选择万能式断路器 4 若有漏电电流保护要求时 应选用带漏电保护功能的断路器等 5 若控制和保护硅整流装置及晶闸管的断路器 应选用直流快速断路器 在选择之前要进行一些负荷计算 计算负荷是按发热条件选择供配电系统元件而需要计算的负荷功率和负荷 电流 是用来代替实际变动负荷的一种假想负荷 计算负荷的确定方法有 需要系数法 二项式法 ABC 法 等 计算 结果比较相近 本设计计算采用 需要系数法 1 用电设备容量及单台计算负荷的确定 1 设备的设备容量 PS 指在长期工作制下的电动机的设备容量 是指其铭牌上的额定功率 PN 2 成组用电设备的设备容量 PS PSI 3 照明设备容量 PS AW A 建筑物面积 W 单位容量 4 单台用电设备的计算负荷 Pjs1 ps 对于不计及效率的单台用电设备 对于需要计及效率 的单台用电设备 Pjs1 ps 2 用电设备计算负荷的确定 求出各用电设备的设备容量后 就可以按需要系数表上的分类方法详细分 成若干个组 进行用电设备组的负荷计算 用电设备组的计算负荷的计算公式 如下 有功计算负荷 Pjs2 kx Pjs1 kx为需要系数 一般为 0 9 无功计算负荷 Qjs2 P js2tg tg 为功率因素角的正切值 视在计算负荷 Sjs2 22 Pjs2 Qjs2 注 三相线路中单相设备的总容量不超过总容量的 15 时 单相设备可按 三相负荷平衡计算 3 尖峰电流的计算 尖峰电流是指由电动机启动 电压波动等原因引起的单台或多台用电设备 持续 1s 2s 的短时最大负荷电流 它与计算电流不同 它比计算电流大得多 计算尖峰电流的目的是选择熔断器 整定低压断路器 继电保护装置 计算电 压波动及检验电动机自起动条件等 尖峰电流就是用电设备的起动电流 尖峰电流的计算公式为 Ijf KIN 其中 IN 额定电流 K 起动电流系数 鼠笼型电动机取 6 7 绕线式电动机取 2 2 5 直流电动机取 1 7 4 本设计的负荷计算过程如下 主油泵电机 Pc kd Pe 0 8 75 60KW Qc Pc tg 60 0 75 45kW Sc Pc cos 60 0 8 75kVA Ic Sc UN 75 0 38 341A33 尖峰电流的计算 其中 IN 144A Ipk Ist Kst IN 7 144 1008A 辅油泵电机 Pc kd Pe 0 8 15 12kW Qc Pc tg 12 0 75 9kW Sc Pc cos 12 0 8 15kVA Ic Sc UN 15 0 38 68 4A33 尖峰电流的计算 其中 IN 28 81 A Ipk Ist Kst IN 7 28 81 202A 悬链电机 Pc kd Pe 0 8 3 2 4KW Qc Pc tg 2 4 0 75 1 8kW Sc Pc cos 2 4 0 8 3kVA Ic Sc UN 3 0 38 13 7A33 尖峰电流的计算 其中 IN 5 8A Ipk Ist Kst IN 7 5 8 40 3A 低压断路器的选择 本设计中选择的断路器是具有过载和短路功能的塑料外壳式自动空气断路 器 该断路器又称装置式自动开关 选择这种断路器后不用再选择热继电器了 该断路器主要产品有 DZ5 DZ9 DZ10 DZ20 DZ15L 等系列 1 过电流脱扣器动作电流的整定 ORrelpk op IKI 式中 为可靠系数 对动作时间在 0 02s 以上的断路器 rel K 1 35 rel K 2 热脱扣器动作电流的整定 式中 取 1 1 cop TRrel IKI rel K 断路器型号选择 油泵电机 1 35 1008 1361A ORrelpk op IKI 1 1 341 375A cop TRrel IKI 故选型号 DZ20 60 辅油泵电机 1 35 202 273A ORrelpk op IKI 1 1 68 4 75 2A cop TRrel IKI 故选型号 DZ 15L 10 悬链电机 1 35 40 3 54 4A ORrelpk op IKI 1 1 13 7 15A cop TRrel IKI 故选型号为 DZ 15L 40 PLC 因这些设备的功率和驱动电流很小 所计算出来的电流也很小 故均选用以下型号 DZ 15L 10 3 3 3 熔断器 1 概述 熔断器时一种最简单有效的保护电器 在使用时 熔断器串联在所保护的 电路中 作为电路及用电设备的短路和严重过载保护 当电路发生严重过载或 短路短路电流通过熔体时 因其自身发热而熔断 从而分断电路的电源 但主 要用作短路保护 有时也可作为过载保护之用 熔断器主要由熔体 俗称保险丝 和安装熔体的熔管 或熔座 两部分组 成 熔体由易熔金属材料铅 锌 锡 银 铜及其合金制成 通常制成丝状和 片状 熔管是装熔体的外壳 由陶瓷 绝缘钢纸制成 在熔体熔断时兼有灭弧 作用 由于熔断器简单 具有较高的分断能力 使用方便 体积小 重量轻以及 价格便宜等优点 因而在工业生产中使用极为广泛 熔断器图形符号如下图 3 3 4 1 所示 图 3 3 3 1 熔断器图形符号 2 熔断器的种类和型号 熔断器的分类 熔断器按结构形式可分为 半封闭插入式熔断器 自复式熔断器 无填料 密闭管式熔断器 有填料密闭管式熔断器 螺旋式熔断器等 熔断器的型号 熔断器的常用型号有 RL6 RL7 RT12 RT14 RT15 RT16 NT RT18 RT19 AM3 RO19 RO20 RTO RC1A 等 在选用时可根据使用场合 酌情选择 3 熔断器的主要技术参数 熔断器主要技术参数包括额定电压 熔体额定电流 熔断器额定电流 极 限分断能力等 1 额定电压 指保证熔断器能长期正常工作的电压 2 熔体额定电流 指熔体长期通过而不会熔断的电流 3 熔断器额定电流 指保证熔断器 绝缘底座 能长期正常工作的电流 实际应用中 熔断器的额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流 4 极限分断能力 指熔断器在额定电压下所能开断的最大短路电流 在电路 中 出现最大电流一般是指短路电流值 所以 极限分断能力也反映了熔断器 分 断短路电流的能力 4 熔断器的选择原则 熔断器的选择主要是选择熔断器类型 额定电压 熔断器额定电流及熔体 的额定电流等 1 熔断器类型的选择 根据负载的保护特性 短路电流大小 使用场合 安装条件和各类熔断器 的适用范围来选择熔断器类型 2 额定电压的选择 熔断器额定电压应大于或等于线路的工作电压 3 熔体与熔断器额定电流的确定 a 熔体额定电流的确定 对于电阻性负载 熔体的额定电流等于或略大于电路的工作电流 对于电容器设备的容性负载 熔体的额定电流应大于电容器额定电流的 1 6 倍 对于电动机负载 要考虑启动电流冲击的影响 计算方法如下 对于单台电动机 1 5 2 5 NF I NM I 式中 熔体额定电流 A 电动机额定电流 A NF I NM I 对于多台电动机 1 5 2 5 NF I NM I NM I 式中 容量最大一台电动机额定电流 A maxNM I 其余各台电动机额定电流之和 A NM I b 熔断器额定电流的确定 熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定电流 4 额定分断能力的选择 额定分断能力必须大于电路中可能出现的最大短路电流 5 熔断器上 下级配合 为满足选择保护的要求 应注意熔断器上 下级之间的配合 为此要求两 级熔体额定电流的比例不小于 1 6 1 6 熔断器选型 RT16 NT 有填料封闭管式刀形触头熔断器适用交流 50HZ 额定电压 500 600V及 380V 额定电流 1250A 及以下的工业电气配电装置中 作过栽和短 路保护之用 RT16 NT 型低压高分断能力熔断器是我厂参照国外先进技术资料自行设计 的一种新型熔断器 具有体积小 重量轻 功耗小 分断能力高等特点 广泛 用于电气设备的过载保护和短路保护 R T 16 额定电压 额定电流 设计序号 有填料 熔断器 图 3 3 3 2 RT16 熔断器型号及含义 RT14 系列熔断器适用于交流 50HZ或 60HZ 电压 380V 电流至 63A 的配电 电流中 作为线路过载和短路保护之用 是一种高分断能力熔断器 带撞击器 式的熔断器与 HG1 熔断器式隔离器配合使用时 可作为电动机的缺相保护 RT14 熔断器型号及含义如图 3 3 3 2 所示 14 有填料封闭式 管式熔断器 设计代号 熔断器额定电流 A 熔断体额定电流 A 熔断撞击器代号 1 不带熔断撞击器 2 带熔断撞击器 图 3 3 3 3 RT14 熔断器型号及含义 RT 综上 对于主油泵电机 1 5 2 5 1 5 2 5 144 216 360 A NF I NM I 故 FU1 FU2 熔断器选用型号为 RT16 400 500 辅油泵电机 FU3 熔断器选用型号为 RT14 63 1 悬链电机 FU4 熔断器选用型号为 RT14 63 1 RT14 63 1 熔断器其技术参数如下表所示 型 号 RT14 63 1 熔断器额定电流 A 63 AC380 额定电压 V DC440 AC50 额定分断电流 KA DC25 熔体额定电流 A 40A 3 3 4 接触器 1 概述 接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路 大容量控制电路等大 电流电路的自动切换电器 在功能上接触器除能自动切换外 还具有手动开关 所缺乏的远距离操作功能和失压 或欠压 保护功能 仍没有低压断路器所具有 的过载和短路保护功能 接触器具有操作频率高 使用寿命长 工作可靠 性 能稳定 成本低廉 维修简便等优点 主要用于控制电动机 电热设备 电焊 机 电容器组等 是电力拖动自动控制线路中应用最广泛的控制电器之一 2 接触器的分类 1 按驱动触头系统的动力不同分为电磁接触器 气动接触器 液压接触器等 2 按主触头控制电流的性质不同可分为直流接触器和交流接触器 交流接触器常用于远距离 频繁地接通和分断额定电压至 1140V 电流至 600A 的交流电路 它分别由电磁系统 触点系统 灭弧装置和其他部件等组成 直流接触器主要用来远距离接通与分断额定电压至 400V 额定电流至 600A 的直流电路或频繁地操作和控制直流电动机启动 停止 反转 反接制动 3 接触器的结构及工作原理 1 接触器的结构 接触器主要由电磁机构 触头系统 灭弧装置三部分组成 电磁式接触器 的结构包括电磁机构 主触头及灭弧系统 辅助触头 反力装置 支架和底座 几部分 电磁机构由线圈 铁心和衔铁组成 直流接触器和电流 20A 以上的交 流接触器均装有灭弧罩 有的还带有栅片或磁吹灭弧装置 辅助触头有常开和 常闭之分 均为桥式双断口结构 辅助触头的容量较小 主要用在控制电路中 起联锁作用 且不设灭弧装置 因此不能用来分合主电路 反力装置由释放弹 簧和触点弹簧组成 支架和底座用于接触器的固定和安装 2 接触器的工作原理 接触器电磁机构的线圈通电后 在铁心中产生磁通 在衔铁气隙处产生吸 力 使衔铁产生闭合动作 主触头在衔铁的带动下也闭合 于是接通了电路 与此同时 衔铁还带动辅助触头动作 使常开触头闭合 性常闭触头打开 当 线圈断电或电压显著降低时 吸力消失或减弱 衔铁在释放弹簧作用下打开 主 辅触头又恢复到原来状态 接触器图形符号如下图 3 3 5 1 所示 3 3 4 1 交流接触器图形符号 KM KM 4 接触器的主要技术参数 接触器的主要技术数据有额定电压 额定电流 线圈额定电压 额定操作 频率接通与分断能力 电气寿命相机械寿命 线圈的起动功率与吸持功率等 1 额定电压 是指接触器主触点的额定电压 一般情况 交流 220V 380V 660V 在特殊场合额定电压高达 1140V 直流主要有 110V 220V 440V 等 2 额定电流 是指接触器主触点的额定工作电流 它是在一定的条件下规定 的 目前常用的电流等级为 10 800A 3 吸力线圈的额定电压 交流 36V 127V 220V 380V 直流 24V 48V 220V 440V 4 机械寿命和电气寿命 接触器的机械寿命一般可达到数百万次以至一千万 次 电气寿命 是机械寿命的 5 20 5 线圈的消耗功率 可分为启动功率和吸持功率 两者相等 对于交流接触 器 一般启动功率约为吸持功率的 5 8 倍 6 额定的操作工作功率 是指每小时允许的操作次数 一般为 300 次 小时 600 次 小时 1200 次 小时 7 动作值 是指接触器的吸合电压和释放电压 规定接触器的吸合电压大 于线圈额定电压的 85 时应可靠吸合 释放电压高于线圈额定电压的 7 5 接触器的型号 本设计选用交流接触器 交流接触器的型号如下图 3 3 5 2 所示 CJ 设计序号 Z 重任务 X 消弧 B 栅片去游离灭弧 T 表示改型后的 极数 以数字表示 三极 产品不注明数字 A B 改型产品 Z 直流线圈 S 带锁扣 额定电流 A 图 3 3 4 2 交 直流接触器型号含义 如 CJ12T 250 该型号的意义为 CJ12T 系列交流接触器 额定电流 250A 主触头为三极 6 接触器的选择 接触器使用广泛 只有根