冷却机电控系统毕业设计说明书VIP

无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 1 泰州职业技术学院泰州职业技术学院 毕业设计说明书毕业设计说明书 题目题目 冷却机电控系统冷却机电控系统 系部名称系部名称 机电技术学院机电技术学院 专业名称专业名称 机电一体化机电一体化 班级名称班级名称 0505 机电单一机电单一 学生名称学生名称 左跃晖左跃晖 学号学号 05010322520501032252 指导老师指导老师 树龙珍树龙珍 职称职称 高级高级 指导老师指导老师 职称职称 年年 月月 日日 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 2 目录目录 前言 4 1 继电接触器系列电控设计综述 5 1 1 继电接触器系列电控设计的基本内容 5 1 2 典型生产机械的工艺要求及电气传动系统方案选择 7 1 3 常用电动机性能指标及应用范围 11 1 4 电动机的起动 制动及控 制 14 1 5 控制电路的设 计 16 1 6 电气元件的选择 17 1 7 电气系统工艺设计 21 2 设计 3 5X36m 冷却机电控系 统 24 2 1 工艺概况 24 2 2 总体设计方案 27 2 3 主电机和辅助电机的控制 28 2 4 挡轮液压站的控制 29 2 5 主减速机润滑站的控 制 30 2 6 电气元件的选择 33 2 7 电控柜布置与柜体设计 38 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 3 3 冷却机在水泥工艺中的使 用 41 3 1 熟料冷却的目的 41 3 2 冷却机工作原理 42 3 3 二次 三次空气 43 4 结束语 45 5 致谢 45 6 参考文献 45 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 4 前言前言 冷却机是水泥公司的瓶颈设备 是熟料冷却的咽喉 该设备性能的优劣直 接关系到公司的生存与发展 是全公司要改造的重点关键设备 由于该设备有 举足轻重的作用 在技术改造中既要先进 更要把安全可靠摆在头等地位 因 此在设计中先进科技设备和控制技术成熟度是第一位的 冷却机是一个复杂的 系统 它的控制涉及众多工程技术问题 是多技术系统应用的复合体 为了改 善冷却机性能 保证该系统在高频率 大运量的情况下正常运行 需对该冷却 机的控制系统及相应的机械传动部分进行技术改造 改造后的控制系统应能适 应设备年起冷却熟料 100 万吨的作业状况 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 5 1 1 继电接触器系列电控设计综述继电接触器系列电控设计综述 一般中 小型生产设备的电气传动系统大多都是由继电接触器系统来实现 其控制的 设计的重点是绘制继电接触器控制电路及选择电气元件 在一般的简单生产设备中 其工作程序往往是固定的 使用中并不需要经 常改变原有程序 可采用有触头的继电接触器系统 控制线路在结构上接成固 定式的 这种系统的特点是控制方法简单 工作稳定 便于维护 成本低 因 此在现有的生产设备控制系统中应用仍相当广泛 但对于工作复杂 控制要求 高的生产设备 应优先采用 PLC 控制系统 1 11 1 继电接触器系列电控设计的基本内容继电接触器系列电控设计的基本内容 生产设备的电气控制系统设计是生产设备设计的重要组成部分 生产设备 的电气控制系统设计应满足生产设备的总体技术方案 电气控制系统的设计涉及的内容很广泛 在这一节里将概括地介绍一下电 气控制系统设计的基本内容 重点阐述继电接触器控制电路设计的一般规律设 计方法 1 电气控制系统设计的一般内容 生产设备的电气控制系统设计与生产设备的机械结构设计是分不开的 而 现代生产设备的结构以及使用效能与电气自动控制的程序又是密切相关的 对 机械设计人员来说 也需要对电气控制系统设计有一定的了解 反之 电气设 计人员也应对工艺 机械 液压等技术有所了解 一项设计的成功往往是各方 人员共同劳动 分工合作和协同攻关的结果 下面将就电气控制系统设计涉及的主要内容 以及电气控制系统如何满足 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 6 生产设备的主要技术性能加以讨论 1 满足生产设备的主要技术性能 即机械传动 液压和气动系统的工作 特性 以及对电气控制系统的要求 这是生产设备的电气控制系统设计的主要 依据之一 2 生产设备的电气传动方案 要依据生产设备的结构 传动方式 调速 指标以及对电气制动和正反向转动要求等来确定 生产设备的主运动或辅助运 动都有一定调速范围的要求 要求不同 则采取的调速传动方案就不同 调速 性能的好坏与调速方式密切相关 例如 中小型机床一般采用单独或双速笼型 异步电动机 通过变速箱传动 对传动功率较大 主轴转速较低的机床 为了 降低成本 简化变速机构 可选用转速较低的异步电动机 对调速范围 调速 精度 调速的平滑性要求较高的机床 可考虑采用直流调速系统 满足无级调 速和自动调速的要求 随着交流调速技术的发展 交流变频调速装置得到了广 泛的应用 由电动机完成生产设备的正反向运动比机械方法简单容易 因此只要条件 允许 应尽可能由电动机来完成 电动机是否需要制动 要根据生产设备的需 要而定 对于由电动机来实现正反转的生产设备 对制动无特殊要求时 一般 采用反接制动 可使控制电路简化 在电动机频繁起制动或经常正反向的情况 下 必须采用措施限制电动机起 制动电流 3 生产设备所使用的电动机的调速性质应与生产设备的负载特性相适应 调速性质是指转矩 功率与转速的关系 设计任何一个生产设备的电力拖 动系统都离不开对负载和系统调速性质的研究 它是选择拖动和控制方案及确 定电动机容量的前提 电动机的调速性质必须与生产设备的负载特性相适应 例如 机床的切屑 运动 主运动 需要恒功率传动 而进给运动则需要恒转矩传动 双速异步电 动机定子绕组由三角形改成星型连接时 转速由低速升高速 功率增加很少 因此适用于恒功率传动 对于定子绕组为星型低速运转的双速电动机 或定子 绕组为双星型连接高速运转的双速电动机 转速改变时 电动机所输出的转矩 保持不变 因此适用于恒转速调速 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 7 他励直流电动机改变电压的调速方法属于恒转矩调速 改变励磁的调速方 法属于恒功率调速 4 正确合理地选择电气控制方式是生产设备电气控制系统设计的主要内 容 电气控制方式应能保证生产设备的使用效能和动作程序 自动循环等基本 动作要求 现代生产设备的控制方式与生产设备的结构密切相关 由于近代电 子技术和计算机技术已深入到电气控制系统的各个领域 各种新型控制系统不 断出现 它不仅关系到生产设备技术与使用性能 而且也深刻地影响着生产设 备的机械结构和总体方案 因此 电气控制方式根据生产设备的总体技术要求 来拟定 5 明确有关操纵方面的要求 如操纵台的设置 测量显示 在故障自诊 断和保护措施的要求等 6 设计应考虑用户供电网的要求 如电网容量 电流种类 电压及频率 电气控制系统设计的技术条件是生产设备设计的有关人员和电气设计人员共同 拟定的 根据设计任务书中拟定的电气控制系统设计的技术条件 就可以进行 设计 实际上 电气控制系统设计就是把上述的技术条件明确下来并付诸实施 2 继电接触器系列电控设计的基本内容 继电接触器系列电控设计的基本内容是根据生产机械的控制要求 设计和 完成电控装置在制造 使用和维护过程中所需要的图样和资料 这些工作主要 反映在电气原理和工艺设计中 具体来说需完成下列设计项目 1 拟定电气设计技术任务书 2 提出电气控制原理性方案及总体框图 包括电控装置设计预期达到 的主要技术指标 各种设计方案技术性能比较及实施可能性 3 编写系统参数计算书 4 绘制电气原理图 总图和分图 5 选择整个系统的电气元件 提供专用元件的技术指标并给出元器件 明细表 6 绘制电控装置总装 部件 组件 单元装备图 元器件布置安装图 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 8 和接线图 7 标准构件的选用与非标准构件的设计 包括电控箱 柜结构与尺寸 散热器 导线 支架等 8 绘制装置布置图 出线端子图和设备连接图 9 编写操作使用 维护说明书 以上电气控制系统设计的各项内容 必须以有关国家标准为纲领 根据生 产设备的总体要求和控制电路的复杂程度不同 以上内容可增可减 某些图样 和技术文件可适当合并或增删 1 21 2 典型生产机械的工艺要求及电气传动系统方案选择典型生产机械的工艺要求及电气传动系统方案选择 电气控制原理性方案的主要内容是依据生产设备的主要技术性能 即机械 传动 液压和气动系统的工作特性 以及对电气控制系统的要求 设计电气传 动系统方案 它是生产设备的电气控制设计的主要依据之一 下面分类对负载 类型 工艺特点及传动系统方案予以介绍 1 风机和泵类 长期工作制 平稳负载 风机和泵类负载这类机械启动不困难 运行稳定 一般不调速 在设计时 一种方法是按生产中可能需要的最大风量和流量并留 有较大的裕量选用风机和泵 但在实际运行时 电机不能调速 只好利用挡板 调节风量和流量 能量利用率很低 另一种方法是为了取得最佳经济运行效果 采用交流调速 如串级调速或变频调速 通过改变速度控制风量 以实现节能 2 球磨机和磨类 长期工作制 平稳及恒转矩负载 这类机械不要求调速 但启动困难 另 一特点是转速低 通常带有庞大的减速机 造价高 磨损严重 其电气传动方 案是母线供电 继电接触器控制或 PLC 控制 3 简单调速类 长期工作制 这类机械生产中不调速 但在不同的产品品种和不同规模时 要求不同的速度 例如不可逆扎机 它对调速精度和加减速时间无严格要求 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 9 调速范围不大 其电气传动方案是直流不可逆调速或交 直 交 PWM 变频等交 流调速系统 4 稳速类 长期工作制 平稳负载 要求在各种扰动下以一定的稳速精度长期运行 例如风洞 橡胶压延机等 这类机械不强调动态指标和调速范围 其电气传动 方案是采用直流不可逆调速或交 直 交 PWM 变频等交流调速系统 适宜于小 功率设备 或交 交变频 适宜于大功率设备 5 多单元速度协调类 这类机械由多个单元组成 他们通过被加工的工件 如造纸机通过纸 连 轧机通过钢材 连成一个整体 各部分之间的速度必须维持一定的比例关系 这类机械要求抗干扰能力强 以免破坏各部分之间的速度协调 当速度给定值 变化时 实际速度应尽快跟上给定的变化 多单元速度协调类机械和稳速机械 的工艺要求相似 都要求速度稳定 但多单元速度协调类机械更强调动态指标 其电气传动方案有 1 单象限或要求较小制动力矩的四象限运行 采用直流不可逆或不对 称可逆调速 2 若单电枢直流电机 GD2 过大 不能满足系统动态要求 需用双电枢 或三电枢时 采用交流调速比直流调速合理 3 由于这类机械对调速的动态性能指标要求高 因此在各类交流调速 系统中必须采用矢量控制技术 6 宽调速类 这类机械要求从高速到低速有宽的调速范围 100 1000r min 以上 在 最低速时仍平稳运行且保持一定的转速变化率 例如机床进给机构 其电气传 动方案有 1 一般宽调速类机械功率不大 四象限运行时 GTR 交 直 交 PWM 调 速与直流调速成本相差不大 2 在直流调速中 GTR 的 PWM 控制比常用的晶闸管相控效果好 3 在各类交流调速系统中必须采用矢量控制技术 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 10 4 在较低速下稳定运行时 采用锁相技术 7 快速正反转类 某些机械 如可逆轧机主副传动 龙门刨床等 工作时频繁起制动 加减 速 正反转 其生产效率在很大程度上取决于电气传动系统的快速性 属于重 复短期工作制 要求启动 制动 反转过程尽可能短 以满足高生产率和频繁 操作的要求 要求能在较大范围内调速 以满足爬行和小行程时低速运转的需 要 但对转速变化率要求不高 其电气传动方案有 1 四象限运行 目前仍以直或流传动为主 2 若受 GD2 或电机极限功率的限制 单电枢直流电机不能满足要求时 可采用交流变频调速方案 3 在各类交流调速系统中必须采用矢量控制技术 8 随动 伺服 类 要求机械的位置 或转角 和速度紧紧地跟随给定量 随机的时间函数 的变化 例如 火炮的自动瞄准 雷达天线跟踪 数控机床刀具和工作台的定 位等 对电气传动的基本要求是快速响应 精确跟随 位置 速度和加速度误 差小 其电气传动方案有 1 一般功率不大 四象限运行 无论直流调速系统还是交 直 交变 频调速装置均需要两套交流器 2 常用的方案有 GTR PWM 变频加永磁同步电机或 GTR PWM 变频加三相 异步电动机和晶闸管整流加直流电动机 9 提升机械类 提升机械是具有位势负载的生产机械 如电梯 卷扬机和起重设备等 其 特点是下放重载时 储存于负载中的位能被释放出来变成动能 负载拖着机械 和电机转动 电机转矩方向和转速方向相反 一般要求 1 能在较大范围内调速 10 20 以下 以满足爬行和准确停车的需要 对转速要求不高 2 对速度变化率有限制 为确保按给定速度图运行 须有良好的速度 跟随性能 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 11 3 零负载工作 当平衡重转矩等于负载转矩时 电机转矩在零附近摆 动 一段时间工作在电动状态 一段时间工作在再生状态 过渡必须平滑 可 靠 其电气传动方案有 1 一般是四象限运行 直流调速系统及交 直 交变频调速装置均需 要两套变流器 2 低速中小卷扬机以绕线转子异步电动机驱动为主 靠电气切换转子 回路电阻起动 3 高速电梯及大功率卷扬机 以直流调速为主 某些大型卷扬机采用 磁场可逆方案 4 在电梯传动中出现了以交流调速取代直流调速的趋势 采用的方案 有两种 一种是定子调压 软特性异步电动机方案 另一种是 GTR PWM 变频调 速方案 前者简单 性能较差 后者较复杂 有矢量控制 性能好 5 起重设备以电器控制 交流电动机驱动为主 为改善传动性能 目 前许多设备改用定子调压调速和变频调速 10 张力控制类 在许多带材 金属带 布带 纸带 和线材 铜线 钢线 铝线 生产线 中 有各种卷取器和开卷机 为使带 线 材卷得紧而齐 以及改变产品质量 均要求卷取器 开卷机 和压延机 或张力辊 之间维持张力恒定 这类机械 的特点是位势类负载 在卷取时 张力矩是阻力矩 电机拖带线材建立张力 开卷时 张力拖电机和机械移动 电机转矩方向和转速方向相反 卷取机的控 制目标是转矩 而不是速度 电气传动系统工作于机械特性的下垂段 即软特 性区 堵转区 其电气传动方案有 1 大多采用不可逆或不对称可逆整流的直流调速 2 小功率或中小功率设备也可用交流调速 方案有 滑差离合器调速 和交 直 交 PWM 变频调速 前者简单 性能差 耗能高 后者较复杂 性能 好 高性能的张力控制系统需采用矢量控制 11 高速类 某些机械工作转速特别高 3000r min 以上 不宜用升速齿轮 要求采用 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 12 高速电机直接驱动 其电气传动方案有 1 由于高速直流电机制造困难 该类设备无一例外地采用变频交流调 速 2 大功率用无换向器电机 中小功率用交 直 交 PWM 变频器 1 31 3 常用电动机性能指标及应用范围常用电动机性能指标及应用范围 电动机是电力拖动必不可少的设备 也是电气控制系统控制的主要目标 了解其性能指标是设计的前提条件 常用电动机型号 结构性能及应用范围见 表 3 1 表表 3 13 1 常用电动机性能及应用范围常用电动机性能及应用范围 型号名称 内容范围 KW 转速范围 r min 电压 V 结构形式及 性能 应用范围 J2 防滴式 笼型异 步电动 机 7 5 12558 2950 380 能防止水滴 及其他杂物 从垂直方向 落入电动机 内部 一般用途 可 用以传动在起 动及性能上无 特殊要求的机 器与设备 如 水泵 鼓风机 金属切屑机床 及运输机械等 JQ2 JQO2 高起动 转矩笼 型异步 电动机 13 100 720 147 0 380 系 J2 JO2 系列的派生 产品 结构 形式与 J2 JO2 相 同 起动转 矩大 适用于需要起 动转矩较大的 静止负载或惯 性负载的机械 如压缩机 粉 碎机及某些小 型起重运输机 械 JHO2 高转差 率笼型 异步电 动机 0 6 100 603 273 0 380 系 JO2 系列 的派生产品 具有较高起 动转矩 低 起动电流以 及额定负载 转差率提高 的特性 适用于传动飞 轮力矩较大 冲击性负载以 及起动 逆转 次数较多的机 械 如冲床 剪床 电镀 锻冶机械等 JZ2 起重冶 金用笼 型异步 2 5 125 FS 25 690 910 380 结构为封闭 外部自扇冷 式 有较高 适用于起重机 械及冶金设备 中辅助机械 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 13 电动机的转差率 转矩过载能 力较大 JD02 变极式 多速异 步电动 机 0 3 50 480 290 0 380 系 JO2 的派 生系列 有 双速 三速 四速三种类 型 主要用于各种 万能和专用切 屑机床 木工 机床 也适于 分级调速的一 般机械上 如 印染机 印刷 机等 JRZ YR 高压绕 线转子 异步电 动机 250 2500 241 993 3000 6000 一般为开启 式 也可制 成封闭或管 道通风式 用以传动轧钢 机 提升机 水泵 通风机 发电机组及其 他通风机械 型号名称 内容范围 KW 转速范围 r min 电压 V 结构形式及 性能 应用范围 JZT 电磁调 速异步 电动机 0 6 100 580 296 0 220 3 80 系交流恒转 矩调速机 由封闭式异 步电动机和 电磁转差离 合器组成 无制动转矩 用于纺织 印 染 化工 造 纸 船舶等要 求调速而不需 要电气制动的 机械 Y 三相异 步电动 机 0 75 90 750 300 0 380 全封闭自扇 冷 有较好 的起动性能 用于机床 水 泵 鼓风机 起重卷扬 运 输机械 矿山 机械 轻工业 和农副业加工 设备 以及其 他一般机械 YCT 电磁调 速异步 电动机 0 55 90 440 135 0 380 由 Y 系列电 机和转差离 合器组成 调速比 10 1 高速 下传递效率 比老系列提 高 4 5 10 同 JZT 系列 可代替 JZT JZT2 J ZTT JZTS 等 系列 ZO2 直流电0 4 13750 300 110 封闭式自扇用于多尘埃场 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 14 动机 0220 冷所的金属切屑 机床 ZT2 宽调速 直流电 动机 0 3 55 300 1200 750 3000 110 220 防护式自扇 冷 弱磁调 速范围分 1 3 1 4 两种 用于传动调速 范围较宽的生 产机械 ZZ 起重冶 金用直 流电动 机 1 3 125 390 147 0 220 440 封闭式自然 冷却或强迫 通风 断续 定额 用于起重及冶 金工业辅助机 械 TDMK TDQ 球磨机 用同步 电动机 380 1300150 250 3000 4000 10000 两个空式轴 承 整块底 板 开启自 冷式 用于传动格子 型球磨机 棒 磨机 磨煤机 TDG TZ 轧机用 同步电 动机 800 1090 0 500 100 0 3000 4000 10000 两个座式轴 承 管道通 风式 定子 可根据需要 制成可移式 过载能力较 高 可达 2 5 3 0 倍 用于传动轧机 及电动机发电 机组 1 41 4 电动机的起动 制动及控制电动机的起动 制动及控制 1 电动机的起动 笼型异步电动机的起动一般分为直接起动和降压起动 一般中小型机床的 主电机采用接触器直接起动 降压起动只适用于对起动转矩要求不高或空载 轻载下起动的设备 常用的降压起动方式有 Y 降压起动 串电阻降压起动 和自耦变压器降压起动 绕线转子异步电动机一般采用电阻分级起动或频敏变阻器起动两种方式 前者起动转矩大但控制较复杂 且起动电阻体积大 维修麻烦 而后者具有恒 转矩的起 制动特性 又是静止元件 很少维修 除了有低速要求的传动装置 或初始起动转矩很大的传动装置外 绕线转子异步电动机大多采用频敏变阻器 起动 同步电动机起动时对电网电压波动影响很大 应先进行核算 当电网容量 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 15 足够大且允许直接起动时 应尽量采用直接起动 只有在电网和电动机本身结 构不允许直接起动时 才考虑采用电抗器或自耦变压器起动 直流串励电动机起动时大多采用电阻分级起动 2 电动机的制动 许多由电动机驱动的机械设备需要能迅速停车和准确定位 即要求对电动 机进行制动 强迫其立即停车 制动停车的方式有两大类 机械制动和电气制 动 机械制动是采用机械抱闸的方式由手动或电磁铁驱动机械抱闸机构实现制 动 常用的机械制动器有电磁制动器 电动 液压制动器 带式制动器和圆盘 式制动器 电气制动是在电动机上产生一个与原转子转动方向相反的制动转矩 迫使电动机迅速停车 常用的电气制动方法是能耗制动 反接制动 回馈制动 三种 能耗制动使用于经常起动 频繁逆转并要求迅速准确停车的机械 如轧钢 车间的升降台 直流并励电动机一般采用能耗制动 同步电动机和大容量笼型 电动机因反接制动冲击电流太大 功率因素低 也多采用能耗制动 交流高压 绕线转子电动机为防止滑环上感应高压 宜采用能耗制动 反接制动因其阻抗可随频率的变化而变化 能自动地限制反接制动电流 因此它更使用于经常反接的系统 能获得平滑的正反向运转 回馈制动使用于位势负载场合 重物高速下放时 获得稳定制动 如起重 机下放负载等 3 电动机的保护 电动机的保护应根据电动机的类型 功率大小 使用场所及所拖动的生产 机械的重要程度等因素而定 通常对于每台电动机 至少应装设短路保护装置 对于功率为 1KW 以上的连续运转的电动机 还应该加设过载保护 频繁起 制 动的电动机难以用热继电器实现过载保护 可以用过电流继电器电器实现过电 流保护 以防止电动机因堵转而损坏 交流电动机的保护应设短路保护装置 并根据不同的情况分别设防止电动 机过载 两相运行 低电压运行的保护装置 直流电动机的保护应设短路保护装置 还应根据不同情况设过载 弱磁 欠电压 过电压 超转速等保护元件 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 16 4 交流电动机常用电气控制线路 电气控制线路是采用接触器 继电器 操作主令电器等低压电器元件组成 的有触电的控制系统 用于对电动机进行起动 制动 反转 调速以及实现生 产机械的自动控制 由于这种系统简单 工作可靠 低廉 易于维修 因此直 至目前这类系统在不调速的电气传动系统中仍占据着主要地位 交流电动机采用电器控制的线路繁多 对于常用的典型控制线路 要求在 搞毕业设计前应牢记其原理和应用场合 这是进行复杂线路设计的基础 典型的控制线路有 1 用接触器直接起动的笼型电动机控制电路 2 笼型电动机星 三角变换减压起动电路 3 笼型电动机定子串电阻减压起动电路 4 电动机正反转控制线路 5 行程开关控制的正反转电路 6 可逆带能耗制动的笼型电动机控制线路 7 采用频敏变阻器起动的绕线转子电动机控制电路 8 采用电阻分级起动带能耗制动和反接制动的绕线转子电动机控制电 路 除此之外 还应掌握控制电路的其他基本环节 主要包括 1 点动控制电路 2 连锁与互锁控制电路 3 多台电动机先后顺序工作的控制电路 4 多个地点操作的控制电路 5 工作循环自动控制电路 1 1 5 5 控制电路的设计控制电路的设计 当生产设备的控制方案确定后 可根据各电动机或液压 气动系统的控制 任务的不同 参照典型线路逐一设计局部线路 然后再根据各部分的相互关系 综合成完整的控制电路 控制电路的设计分为主回路设计和控制回路设计 两者紧密相连 保证电 气系统的正确运行 控制电路的设计应在满足生产设备对电气控制系统具体要 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 17 求的前提下 工作要可靠 力求操作 安装及维修方便 1 控制电路的设计规律 继电接触器控制电路有一个共同的特点 就是通过触头的 通 和 断 来控制电动机或其他设备 从而完成运动机构的动作 即使很复杂的控制系统 也是由常闭和常开触头组合而成的 为了设计方便 把他们的相互关系归纳为 以下几个方面 1 常开触头串联 当要求几个条件同时具备 才使电器线路得电动作 时 可用几个常开触头与线圈串联的方法实现 这种关系在逻辑线路中称为 与 逻辑 2 常开触头并联 当在几个条件中 只要求具备其中任一条件 所控 制的电器线圈就能得电时 可用几个常开触头并联来实现 这种关系在逻辑线 路中称为 或 逻辑 3 常闭触头串联 当几个条件仅具备一个时 电器线圈就断电 这时 可用几个常闭触头与电器线圈串联的方法来实现 4 常闭触头并联 当要求几个条件都具备 电器线圈才断电时 可用 几个常闭触头并联 再与被控制的电器线圈串联的方法来实现 5 一般保护电器应既能保证控制电路长期正常运行 又能起到保护电 动机及其他电器设备的作用 一旦线路出故障 它的触头应能从通 转 为 断 2 控制线路设计的一般问题 1 除非有必要 否则应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电 器的现象 2 应正确连接电器的线圈 在设计控制线路时 控制线路的线圈应接 在电源的同一侧 继电器 接触器以及其他电器的线圈要统一接在电源的同一 侧 而所有电器的触头接在电源的另一侧 另有考虑的除外 如热继电器的触 头常接在线圈的另一侧 用以消除寄生电路 交流励磁电器的线圈不能串联使用 这是因为两个交流励磁电器的线圈串 联使用时 至少有一个线圈至多能得到 1 2 的电源电压 由于吸合的时间不尽 相同 只要有一个电器吸合动作 它的线圈上的压降也就增大 从而使另一电 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 18 器达不到多需要的电压 致使动作失误 3 在控制电路中应尽量减少触头数 以提高线路的可靠性 在简化 合并触头的过程中 主要着眼点应放在同类性质的触头合并 一个触头能完成 的动作 不用两个触头 在简化过程中 应注意触头的额定电流是否允许 也 应考虑其它回路的影响 4 在电路图中 应考虑各电气元件的实际接线情况 使之尽可能减少 实际连接导线 要搞清线路中所用的元件的实际位置 那些是在电控柜中 哪 些是在操作面板上 哪些是在远距离的生产现场或总控制室 尽量将同一去向 的触头安排在一起 可减少连接导线和接线端子 5 在设计控制线路时 应考虑各种连锁关系 特别是自动生产线上的 设备 与前端和后面的设备之间存在大量的起动和停止上的顺序关系 电气系 统应具备各种电气保护措施 即使误操作也不致造成事故 例如过载 短路 失电压 限位 超限等保护措施 6 在设计控制电路时也应考虑有关操纵 故障检查 检测仪表 信号 指示以及照明等要求 7 要保证电路工作可靠 消除一切隐患 如误断电 误通电及寄生电 路现象 1 61 6 电气元件的选择电气元件的选择 电气元件选择的目的是按控制系统的方案 通过计算和查阅元件的技术数 据 选择合适的参数元件 使之在希望的时间和情况下 正确地动作 满足工艺要 求 1 低压断路器的选择 断路器主要用于保护交流 直流电路内的设备 使之免受过电流 逆电流 断路和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以及操作 和转换电路 常用断路器有空气式断路器和真空断路器两种 真空断路器主要用于 3 6KV 高压电动机的保护 对于低压电路 用的最多的是空气式断路器 断路器按用途可分为配电用断路器 电动机保护用断路器 照明用断路器 漏电保护用断路器等 用途不同 选用时的极数也不同 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 19 选择断路器时应考虑的主要参数有 额定电压 额定电流和允许分断的极限 电流 选择的一般要求是 1 低压断路器的额定电压大于或等于线路额定电压 2 低压断路器的额定电流大于或等于线路计算负载电流 3 低压断路器的脱扣器额定电流大于或等于线路计算负载电流 4 低压断路器的极限通断能力大于或等于线路中最大短路电流 配电用断路器选用条件 1 长延时动作电流整定值为 0 8 1 倍导线允许载流量 ZI I 2 3 倍长延时动作电流整定值的可返时间大于或等于线路中最大起动电 流的电动机的起动时间 电动机保护用断路器选用条件 1 长延时动作电流整定值等于电动机的额定电流 ZI I 2 6 倍长延时动作电流整定值的可返时间大于或等于电动机的实际起动 时间 3 瞬时整定电流对笼型电动机为 8 15 倍脱扣器额定电流 对绕线转子 电动机 3 6 倍脱扣器额定电流 2 接触器的选择 接触器是一种通用性很强的电磁式电器 它可以频繁地接通和分断交 直 流主电路 并可实现远距离控制 主要用来控制电动机 也可以控制电容器 电阻 炉和照明器具等电力负载 接触器按主触头所控制电路的种类分为直流接触器和交流接触器 按主触 头的极数分为单极 双极 三极和多极 三极接触器主要用在直接起动及控制 交流电动机中 多极接触器主要用于桥式起重机 用以控制两台电动机同时起动 和停止 它也用于控制三相四线制的照明线路 选择接触器应从其工作条件出发 主要考虑下列因素 1 控制交流负载应选择交流接触器 控制直流负载应选择直流接触器 2 接触器的使用类别应与负载性质相一致 3 主触头的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压 通常电压等 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 20 级分为交流接触器 380V 660V 及 1140V 直流接触器 220V 440V 及 660V 4 主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流 还要注意的 是 接触器主触头的额定工作电流是在规定的条件下 额定工作电压 使用类 别 操作频率等 能够正常工作的电流值 当使用条件不同时 这个电流值也 随着改变 常用的 CJ20 系列交流接触器额定电流等级有 10A 16A 32A 55A 80A 125A 200A 315A 400A 630A CZ18 系列直流 接触器额定电流等级有 40A 80A 160A 315A 630A 1000A 5 吸引线圈的额定电压与控制回路电压一致 接触器在线圈额定电压 85 及以上时应能可靠地吸合 通常电压等级分为交流线圈 36V 127V 220V 380V 直流线圈 24V 48V 110V 220V 6 主触头和辅助触头的数量应能满足系统的需要 各种类型的主触头 数目不同 交流接触器的主触头有三对 常开触头 一般有四对 两对常开 两对常闭 最多可达到六对 三对常开 三对常闭 7 交流接触器控制电动机时 其技术参数表中可控制电动机的最大功 率指标要大于控制电动机的实际功率 8 用于长期工作制的电路时 应尽量选用银 银合金或镶银触头的接 触器 如 CJ10 如选用铜触头的接触器 如 CJ12 系列 则应将其容量降至 间断长期工作制额定容量 50 以下使用 9 选用直流接触器时 除考虑上述一些共性问题以外 还应考虑当用 于高电感负载时 如起重电磁铁等 时间常数大的问题 为保证可靠使用 一 般应在电感线圈两端并联一电阻 起阻值不大于线圈电阻 6 倍 3 热继电器的选择 热继电器是依据电流流过发热元件时产生的热使双金属片发生弯曲而推动 执行机构动作的一种电器 主要用在电动机的过载保护 断相及电流不平衡运 行的保护及其他电气设备发热状态的控制 热继电器的选择应按工作环境要求 起动情况 负载性质来考虑 主要注 意以下几个方面的因素 1 长期工作制下 按电动机的额定电流来确定热继电器的型号和规格 热继电器元件的额定电流应接近或略大于电动机的额定电流 即 RT I NOM I 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 21 0 95 1 05 RT I NOM I 2 使用时 热继电器的整定旋钮应调到电动机的额定电流处 否则不 起保护作用 3 对于星形接法的电动机 因其相绕电流与线绕组电流相等 选用两 相或三相普通的热继电器即可 4 对于三角形接法的电动机 在有可能不满载工作时 必须选用带断 相保护的热继电器 5 频繁正反转及频繁通断工作和短时工作的电动机不宜采用热继电器 来保护 6 遇到下列情况时 选择热继电器的整定电流要比电动机额定电流高 一些来保护 电动机负载惯性非常大 起动时间长 电动机所带的设备不允许停电 电动机拖动的为冲击性负载 如冲床 剪床等 4 中间继电器和时间继电器的选择 中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号放大 即增加触头 容量 中间继电器在继电接触器系列电控系统中应用很广 起控制 放大 连锁 保护与调节的作用 以实现过程的自动化 选用中间继电器须综合考虑继电器的通用性 功能特点 使用环境 额定 工作电压及电流 同时还要考虑常开 常闭触头的数量 种类 以满足控制电 路的要求 时间继电器有空气式 电动式 电子式等多种 是一种按时间原则进行控 制的继电器 按其控制原理有通电延时和断电延时两种类型 选择时间继电器主要考虑控制回路所需要的延时方式 通电延时还是断电 延时 以及各类触头的数目 根据使用条件选择品种规格 5 主令电器的选择 主令电器主要用于闭合 断开控制电路 以发布命令或信号 达到对电力 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 22 拖动系统的控制或实现程序控制 属于主令电器的主要有 按钮 行程开关 接近开关和光电开关 按钮主要是根据所需要的锄头数 触头形式 使用的场合来选择 用于紧 急操作的按钮 应选蘑菇形钮帽的特殊按钮 行程开关 接近开关和光电开关均属检测装置 选用时要根据使用场合和 控制对象确定检测元件的种类 当被测对象运动速度不是太快时 可选用一般 用途的行程开关 在工程频率很高对可靠性及精度要求也高时 应选用接近开 关 当不能接近被测物体时 应选用光电开关 1 71 7 电气系统工艺设计电气系统工艺设计 工艺设计的目的是为了满足电气控制设备的制造和使用要求 在正确的原 理设计前提下 系统的可靠性 抗干扰性 可维修性 结构合理性等都与电气 工艺设计密切相关 电气工艺设计的主要内容是电气控制设备的总体配置 总 装配图 总接线图 表 设计 分柜装配设计 元器件布置 及接线图 表 柜 面板 导线等的设计和选用 1 电气设备总体布置设计 电气设备由电气元件组成 每一器根据各自的作用都有一定的装配位置 有些器件 如继电器 接触器 控制调节器等各种控制电器 安在控制柜中 有 些器件 如传感器 行程开关 接近开关等 安装在机械设备的相应部位上 还有器件 如各种控制按钮 指示灯 显示器 指示仪表等 则要安置在面板 或操作台上 由于各种电器安装位置不同 在构成一个完整的电气控制装置时 必须分为部件 组件等 同时还要考虑部件 组件之间的电气连接问题 总体 布置设计是否合理将直接影响电气控制装置的制造 装配 运输 调试 操作 维护及工作运行 组件划分 系统中组件划分是根据电气控制设备的生产 维护 调试和运 行可靠性等因素综合考虑的 组件划分原则为 功能类似的元器件组合在一起 1 尽可能减少组件间的连接数量 连接关系密切的元器件置于同一组件中 2 强弱电分离 减小系统内部干扰影响 3 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 23 力求美观 整齐 外型尺寸尽可能向标准靠拢 4 便于检查与调试 经常调节 维护和更换的元器件要组合在一起 5 组件连接方式 电器板 控制板 机床电器的部件进出线必须通过接线端 子 端子规格按电流大小和端子上进出线数选用 一般一个端子接一根导线 最多不超过两根 若将 2 3 根导线压入同一裸压接线端内时 可将其看作一根 导线 但应考虑其载流量 电气柜 箱 与被控设备或电气柜 箱 之间应采 用多孔插件 以便拆装和搬运 元器件布局原则 电气柜 板上元器件布局按下述原则设计 体积大和重量较重的元器件宜安装在控制柜的下部 以降低柜体重心 1 发热元器件宜安装在控制柜的上部 以避免对其他元器件的热影响 2 需经常维护 调节的元器件安排在便于操作的位置 3 外型尺寸与结构类似的元器件放在一起 以便安装 配线及使外观整齐 4 电器元件布置不宜过密 要留有一定的间距 若采用板前走线槽配线的 5 方法 则应适当加大各排电器元件的间距 以利于布线和维护 将散热器及发热元件置于风道中 以保证得到良好的散热条件 熔断器 6 应布置与风道外 以避免改变其工作特性 2 布置图绘制 在电气元件位置确定以后 就可以绘制对应的电器布置图了 布置图上元 件是根据元器件外形绘制的 其外形尺寸必须符合该元器件的最大轮廓尺寸 对元器件的外形尺寸应在设计前逐一查阅样本或产品手册 搞清其形状和尺寸 布置图上应标注各元器件的代码 在元器件外形图上方 和相互间距 间距尺 寸可不按公差连续标注 但尺寸不得封闭 一般以左端和下端作基准尺寸 安 装布置在面板上的元器件还需根据布置图画出元器件安装开孔图 3 接线图的设计 接线图时电控设备进行柜内布线的依据图样 是根据系统电气原理图及电 气元件布置图绘制的 接线图应按以下要求绘制 1 接线图应按布置图上的元器件相对位置绘出元器件对应的图形符号 或简化外形图并标出其代号和端线号 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 24 2 所有元器件代号和端线号必须与电气原理图中元器件代号和端线号 一致 3 与原理图不同 接线图上同一电器元件的各部分 如继电器的触头 与线圈等 必须画在一起 4 接线图连线用连续线条 单线或束线 加线号表示 也可以中断线 加去向表示 5 接线图绘制必须符合 GB 6988 5 86 电气制图接线图与接线表 的规则 4 控制面板的设计 控制面板上布有操作元件和显示元件 其布局按下述规律布置 操作元件 一般布置在目视的前方 元器件按操作顺序由左向右 从上而下布置 也可按 目视的生产流程布置 一般尽可能将高精度调节 连续调节 频繁操作器件配 置在右方 急停按钮宜选用大型的蘑菇头按钮 并布置在控制板上不易被碰撞 的位置 按钮的颜色含义见表 3 2 显示器件布置在面板的中上部 操作者的远 端 指示灯颜色参见表 3 3 表表 3 23 2 按钮颜色的含义按钮颜色的含义 颜色含义举例 处理事故紧急停机 扑灭燃烧 红 停止 或 断 开 正常停机 停止一台或多台电动机 装置的 局部停机 切断一个开关 带有 停止 或 断电 功能的复位 黄参与 防止意外情况 参与抑制反常的状态 避免 不需要的变化 事故 绿 起动 或 接 通 正常起动 起动一台或多台电动机 装置的 局部起动 接通一个开关装置 投入运行 蓝 上列颜色未包含 的任何指定含义 凡红色和绿色未包含的用意皆可采用 黑灰白无特定含义 除单功能的 停止 和 断电 外的任何功 能 表表 3 33 3 指示灯颜色的含义指示灯颜色的含义 颜色含义说明举例 红危险或告急有危险或需立即采取行动 润滑系统失压 温度已 超 安全 极限 因保 护电器动作而停机 有 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 25 触及带点或移动部件的 危险 黄注意 情况有变化 或即将发生 变化 温度 或压力 异常 能承受的短时过载 绿安全正常或允许进行 冷却通风正常 自控系 统运行正常 机器准备 起动 蓝按需指定用意 除红 黄 绿 三色之外 的任何用意 遥控指示 选择开关在 设定 位置 白无特定用意 任何用意 例如 不能确 切的用红 黄 绿以及用作 执行 时 5 导线的选择 装置中控制电路的导线截面应按规定的截流量选择 考虑到机械强度需要 对 于低压电控设备的控制导线 通常采用 1 5mm 或 2 5mm 的导线 所采用的导线 截面不宜小于 0 75mm 单芯铜绝缘线 或不宜小于 0 5mm 多芯铜绝缘线 对 于电流很小的线路 电子逻辑电路或信号线路 导线最小截面不的小于 0 2mm 导线的额定绝缘电压应与电路的额定工作电压或对地电压相适应 必要时 用 于较高工作电压的导线 应采用绝缘措施 如加绝缘套管 用绝缘支架架空等 2 2 设计 设计 3 5X36m 3 5X36m 冷却机电控系统冷却机电控系统 2 12 1 工艺概况工艺概况 1 冷却机工艺简介 冷却机是水泥厂常用的主要设备之一 它的位置是在水泥原料煅烧的设备 水泥窑之后 用于将从窑中送出的已煅烧完毕的水泥熟料疏松蹦使之冷却 而 后送往水泥厂的另一重要设备 水泥磨中将水泥熟料研磨为散装水泥成品 水泥生料煅烧后 必须经过熟料急冷系统 冷却机的处理 熟料的急冷除 了有利于运输及后续的加工研磨外 也能提高水泥的品质 若缓慢冷却 熟料的 一切成分均结成品体 会影响水泥的抗压强度以及可研磨性 熟料的急速冷却同 时也能提高水泥对于化学侵蚀的抵抗力 如硫酸钠及硫酸镁等化学侵蚀 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 26 本系统中冷却机的机械装置是一个长 36m 的筒体 圆筒直径为 3 5m 带有通 风制冷的装置 正常工作时 筒体倾斜地高速旋转 同时还能往复地上下运行 小 型冷却机不带挡轮液压站 只有旋转功能 冷却机机械装置见图 3 1 冷却机与电气系统有类的装置有 主电机 用于驱动筒体高速旋转的设备 辅助电机 用于检修时驱动筒体慢速旋转的设备 有时称为慢驱 主减速润滑站 用于减速机齿轮的润滑 保证减速机正常运行 挡轮液压站 靠液压的力量推动冷却机筒体上行 下行 上行 下行往复 运行 冷却机上 下行的转换靠上 下限行程开关控制 冷却机的技术参数 冷却机技术参数如下 主电机为滑差电机 电磁调速异步电动机 功率为 132 kw 额定转速为 990r min 电压为 330V 调速比 10 1 辅助电机参数 型号为 Y180L 6 的笼型异步电动机 功率为 1 5KW 转速为 970r min 电压为 380V 制动器型号为 YWZ525 315 25 12 5 主减速器润滑站型号为 TE525 含如下元件 油泵电机 Y112M 6 B8 2 台 2 2KW AC380V 50Hz 电加热器 SRY2 220 2 3 件 AC220V 2KW 液位控制器 VQK 02 1 件 AC220V 220uA DC24V 0 5A 电接点温度计 WTZ 288 2 件 AC24 38V 10uA 温度控制器 YWK 50 C 1 件 AC380V 3A DC220V 2 5A 阻性负载 温度设 定范围 50 60 电磁水阀 ZCS 25P 1 件 AC220V 650mA 压力控制器 YWK 50 C 3 件 AC380V 3A DC220V 2 5A 阻性负载 压力设 定范围 0 1Mpa 压差开关 CS II 2 件 触点容量 AC220V 0 25A DC24V 0 05A 挡轮液压站型号为 TE326 限位开关型号为 油泵电动机 YB100L1 4 V1 2 件 2 2KW AC380V 50Hz 电磁球阀 23QDF6B 31 5E24 1 件 DC24V 无锡工艺技术学院 2008 届毕业生毕业设计说明书 27 电加热器 SRY2 220 1 1 件 1KW DC24V 压力控制器 D505 18D 1 件 压力设定范围 2 5 25Mpa AC220V 3A 温度控制器 WTZK 50 C 1 件温度设定范围 10 40 AC380