毕业设计：电镀行车的电气设计.doc

摘 要 行车是用来在短距离内提升和移动物件的机械，是现代化工厂中用于物料输送的重要设备，电镀行车由于他的高危险性，应用它的场合更是频繁，行车对减轻工人体力劳动，提高劳动生产率起着重要的作用。本设计中的行车要实现左右，前后及上下的三维运动，并且要准确定位，具有远距离控制，能够按照预定顺序和控制要求，自动完成一序列的工作。在设计中采用低压电器的控制方式，控制线路的设计方面力图做到布局合理,排列均匀,原理图上有极限位置保护和必要的电气保护措施。 A B S T R A C Driving is used in ascension and moving objects within the short of machinery, is used in modern factory conveying equipment, electroplating, driving the important because of his high risk, it is the occasion for relief workers, frequent physical labor, and improve labor productivity and plays an important role. This design is to realize the driving around, and 3d movement, and accurate positioning, remote control, in accordance with the order and control requirements, the reservation of a sequence of working automatically. In the design of the control mode by low-pressure electrical control circuit, the design tries to accomplish rational layout, uniform, diagram are necessary to protect and limit position of electrical protection measures. 关键字：行车; 低压电器; 控制线路设计 绪 论1.1电镀行业的简介 电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。 利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术。电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等。通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件。镀层大多是单一金属或合金，如钛靶、锌、镉、金或黄铜、青铜等；也有弥散层，如镍-碳化硅、镍-氟化石墨等；还有覆合层,如钢上的铜-镍-铬层、钢上的银-铟层等。电镀的基体材料除铁基的铸铁、钢和不锈钢外,还有非铁金属,如ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料电镀前,必须经过特殊的活化和敏化处理。1.2行车的简介行车、吊车、天车都是人们对起重机的一个笼统的叫法，行车和现在我们所称的起重机基本 一样。 基本有两类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。 行车的种类按其结构和功能特点可以分为几大类型。第一：轻小型起重设备。他特点是轻便、结构紧凑，动作简单，作业范围投影以点、线为主。轻、小型起重设备，一般只有一个升降机构，它只能使重物作单一的升降运动。第二：桥式起重机 。他的特点是可以使挂在吊钩或其他取物装置上的重物在空间实现垂直升降或水平运移。桥式起重机包括：起升机构，大、小车运行机构。第三：臂架式起重机。他多装设在车辆上或其他形式的运输（移动）工具上，这样就构成了运行臂架式旋转起重机。第四：升降机。他的特点是重物或取物装置只能沿导轨升降。升降机虽只有一个升降机构，但在升降机中，还有许多其他附属装置。 图1. 工业中常见20/5T的行车1.3 系统及工艺 电镀车间专用行车是一台专用半自动起吊设备.采用远距离控制, 起吊重量在500Kg以下，起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种产品零件，根据工艺要求，专业行车的结构与动作流程如图2所示. 图2 电 镀 专 用 行 车 结 构 示 意 图 在电镀生产线一侧，工人将待加工零件装入吊篮，并发出信号，专业行车便提升并按工艺要求在需要停留的槽位停止，自动下降，停留一定时间（各槽停留时间预先按工艺要求设定）后自动提升，如此完成电镀工艺规定的每一道工序，直至生产线的末端自动返回原位，卸下处理好的零件，重新装料发出信号进入下一个加工循环。 为了适应批量生产需要，电镀车间专用行车的电气控制系统要针对不同的工艺流程（例如镀金，镀银，镀锌）有程序和修改能力。 设备机械结构与普通小型行车结构类似，跨度较小，要求准确停位，以便吊篮能准确进入电镀槽内。工作是除具有自动控制的大车前后移动与吊物上下移动外，还有调整吊篮位置的小车左右移动。 生产线上镀槽的数量，由用户综合各种电镀工艺的需要提出要求，电镀种类越多，则槽数也越多，为简化设计过程，本设计暂定5个电镀槽，停留时间由用户根据工艺要求进行调整。 方 案 设 计 过 程2.1 方案设计比较 在电镀行车的电气控制线路设计中既可以采用传统的低压电器(继电器)的控制方式,也可以采用现代工业中常用PLC设计,二者的优缺点和特点主要表现在以下几方面 1 控制方式： 继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。 PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。2 控制速度 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。 PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。3 延时控制 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。4 工作方式 电源接通时,继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态,即该吸合的都应吸合,不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合,它属于并行控制方式.而PLC的控制逻辑中,各内部器件都处于周期性循环扫描过程中,各种逻辑,数值输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算得出的,所以他属于串行工作方式.5 使用成本继电器控制方式中主要由传统的低压电器按照一定的电气规则和设计的要求组合而成,常用的器件有接触器,继电器,熔断器以及一些主令电器.这些器件价格成本较低,特别是最近几年电子器件的普及.PLC依照他的点数,类型,品牌价格不等,也相差很大,常用的PLC有西门子,三菱,欧姆龙.,整体来说价格高于继电器的控制方式 PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。而在本设计中PLC的I/O点数不是很多,电镀槽数也非常的有限,考虑到设计的简单和经济效益,最终确定选用传统的低压电器(继电器)的控制方式.2.2 方案设计的思路 专用行车的小车、大车及升降运动均采用三相交流异步电机(JO2 - 12 - 4型018 kW、1199 A、1 410 r/min、380 V）分散拖动。由于电镀行车要求采用远距离控制，行车在运动的时候必然要左右，前后，上下都能进行，故要采用三台电动机，这三台电动机并且要能正反转；考虑到前后，升降运动使用频繁，所以对应的电机在制动的时候要采取制动措施.行车的左右、前后及上下运动分别由电动机M1、M2、M3 拖动,并由接触器 KM1、KM2、KM3、KM4 及KM5、KM6 分别控制电动机M1、M2、M3 的正反转.KM7,KM8是M2,M3电机制动的接触器,SQ1-SQ5分别是1号槽位到5号槽位的行程开关,SQ7-SQ11分别是左右运动,前后运动,升降运动的限位开关.KT1-KT5 分别是1号槽位到5号槽位的停留等待时间。KT6,KT7分别是M2.M3电机的制动时间。HL1-HL5分别是1到5号槽位的指示灯HL6-HL11分别是左右，前后，升降运动的指示灯，HL12原位指示灯，HL13电源指示灯。SB1-SB6分别是左右，前后，升降的起动按扭，SB7是紧急停止按扭，SB8是原位起动按扭。2.2.1 M1电机的主辅电路M1电机控制行车的左右运动，在左右运动中由于他并不需要自动运行，自锁是没有必要的，它只需要点动,以下是他的主辅电路 其中 QS 是电源控制，FUI熔断器，在这里起着保护电路的作用，当发生短路或过载时，电流很大，熔体因过热熔化而切断电路。FR1热继电器，。他是一种具有反时限（延时）过载保护特性的过电流继电器，广泛用于电动机的过载保护，在这里主要起着过电流的保护作用 当合上按扭SB1时，KM1线圈通电，接通正序电源，电动机正转，行车往左运动，指示灯HL1亮。当把SB1复位时，由于KM1线圈没有自保持功能，KM1线圈就失电，指示灯HL1立刻熄灭，行车停止。 当合上按扭SB2时，KM2线圈通电，接通反序电源，电动机反转，行车往右运动，指示灯HL2亮。当把SB2复位时，由于KM2线圈没有自保持功能，KM2线圈就失电，指示灯HL2立刻熄灭，行车停止。这就是M1电机的过程。2.2.2 M2,M3电机按时间原则的可逆运行能耗制动控制线路 M2电机的点动过程与M1电机类似，不在累述。M2电机控制行车的前后运动，由于要求行车在镀槽中能够准确停位，也就在生产工艺中要求他对应的电动机能迅速而准确地停车，这就要求对电动机进行一个强迫制动。制动停车的方式有机械制动和电气制动两种，机械制动是采用机械抱闸制动，电气制动是产生一个与原来转动方向相反的制动力矩。以下是制动的分类和比较，以及各类制动的特点。 机械制动：机械抱闸制动分类 电气制动：反接制动、能耗制动、回馈制动机械制动：用电磁铁操纵机械机构进行制动（电磁抱闸制动、电磁离合器制动等）。电气制动：用电气的办法，使电动机产生一个与转子原转动方向相反的力矩进行制动。一、机械制动：（电磁抱闸） 1、电磁抱闸的结构：制动电磁铁、闸瓦制动器 2、机械制动控制电路 1）断电制动控制电路：特点：断电时制动闸处于“抱住”状态。适用场合：升降机械 SB2 KM+ YA+ 松闸 起动 SB1 KM- YA- 抱闸 制动 2）通电制动控制电路：特点：断电时制动闸处于“松开”状态。 适用场合：加工机械 SB2 KM1+ 起动SB1 KM1- KM2+ YA+ 抱闸 制动SB1 KM2- YA- 松闸 停止二、电气制动原理：制动时使电动机产生与转子原转向相反的制动转矩。1、反接制动原理：改变电动机任意两相电源相序以产生制动转矩。特点：设备简单，制动力矩较大，冲击强烈，准确度不高。适用场合：要求制动迅速，制动不频繁（如各种机床的主轴制动）。说明：1）反接制动时，当电动机的转速接近于零时应及时切断电源，否则电机将反 转。此控制要求可由速度继电器实现。 SB2 KM1+ n 100 r/min KS+ 工作 SB1 KM1- KM2+ n 100 r/min KS- KM2- 自由停车 2）反接制动的电流（制动冲击力）较大，在主电路中串入限流电阻R。10kw以上电动机的定子电路中串入对称电阻或不对称电阻，称为制动电阻。以限制制动电流和减少制动冲击力。3）注意速度继电器触点的方向。2、可逆起动反接制动控制线路KM1、KM2：正、反转接触器 KAlKA4：中间继电器KM3：短接电阻接触器 R：限制反接制动、起动电流电流2、能耗制动 原理：制动时，切除定子绕组三相电源的同时接通直流电源，产生静止磁场，使惯性转动的转子在静止磁场的作用下产生制动转矩。 特点：能耗小，需直流电源，设备费用高。（制动准确度较高，制动转矩平滑，但制动力较弱，制动转矩与转速成比例减小）适用场合：要求平稳制动，停位准确。（如铣床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等）。 说明：1）主电路中的R用于调节制动电流的大小。 2）能耗制动结束，应及时切除直流电源。TSB2 KM1+ 起动 SB1 KM1 KM2+ KT+ KM2 KT 自由停车制动 补充：KM2常开触点上方应串接KT瞬动常开触点。防止KT出故障时其通电延时常闭触点无法断开，致使KM2不能失电而导致电动机定子绕组长期通入直流电。异步电动机能耗制动与反接制动比较制动方法适用范围特点能耗制动要求平稳准确制动场合。制动准确度高，需直流电源，设备投入费用高。反接制动制动要求迅速系统惯性大，制动不频繁的场合。设备简单,制动迅速，准确性差，制动冲击力强。由于电镀行车要求是准确停位，而且鉴于电镀现场的环境。在这里我们选用能耗制动的方式。以下是M2电机按时间原则控制的可逆运行能耗制止的主辅电路图 以上是设计的主电路 以下是设计的辅助电路图图中，KM3，KM4分别为正，反转接触器，KM7为制动接触器。KT6为时间继电器。线路的工作情况如下：起动时，和上电源开关QS，根据需要按下正转按钮或反转按钮，相应的接触器KM3或KM4线圈通电并自锁，电动机正转或反转，此时需要时间继电器触电闭合。停车时，按下停车按钮SB7，使KM3或KM4线圈断电，SB7的动合触电闭合，接触器KM7线圈通电动作并自锁，电动机定子绕组接入直流电源进行能耗制动，KT6常开触点闭合，开始延时，当延时时间已到时，切断KM7，对应的线圈失电，能耗制动结束，以后电动机自由停车。M3电机控制行车的升降运动，,KM5,KM6接触器分别为他的正，反转接触器，分别控制电机的下降运动，上升运动，KM8为制动接触器，KT7为时间继电器。由于M3电机控制升降运动，升降运动使用频繁，在这也要使用制动，它的制动跟M2电机一样也采用能耗制动。由于是正反转运动，也是可逆运动的能耗制动，他的主辅电路图如下以上是M3电机可逆运行的能耗制动的主电路图下面是M3电机可逆运行的能耗制动的辅助电路图 M3电机的线路工作情况是这样的：起动时，和上电源开关QS，根据需要按下正转按钮或反转按钮，相应的接触器KM5或KM6线圈通电并自锁，电动机正转或反转，此时需要时间继电器触电闭合。停车时，按下停车按钮SB7，使KM5或KM6线圈断电，SB7的动合触电闭合，接触器KM8线圈通电动作并自锁，电动机定子绕组接入直流电源进行能耗制动，KT7常开触点闭合，开始延时，当延时时间已到时，切断KM8，对应的线圈失电，能耗制动结束.2.3 总电路图2.3.1 电机的主电路图 根据上面M1，M2, M3电机的分别工作状态可以得到整个电机的主电路图专用行车的左右、前后及上下运动分别由电机M1、M2、M3 拖动,并由接触器 KM1、KM2、KM3、KM4 及KM5、KM6 分别控制电动机M1、M2、M3 的正反转。电动机M1,M2、M3 自动控制连续运转,由热继电器FR1，FR2,FR3 实现过载保护。隔离开关QS作为电源控制,由熔断器 FU1 实现短路保护。为保证准确停车并考虑到前后与升降运动由同一型号的电动机拖动,并且不能同时工作。所以停车时,可采用一个直流电源实现能耗制动。直流电源可采用低压交流电源经单相桥式整流得到。能耗制动回路中设有单独的短路保护，此电路中没有画出。2.3.2 自动控制流程 根据设计的要求得知，行车的运行要穿过5个电镀槽数，行车的点动过程很简单，只需要按下对应的按钮就会左右，前后，升降相应的运动，在这重点分析行车在这5个电镀槽中自动运行的过程，尤其是这自动过程中电气元件的运行情况。 前进（按SB10）1号槽(压SQ1)下降（M3正转）下降限位（压SQ11）等待（KT1计时启动）上升（M3反转） 上升限位（ 压SQ10 ） 前进(KM3得电)2号槽(压SQ2)下降（M3正转）下降限位（压SQ11）等待（KT2计时启动）上升（M3反转）上升限位（压SQ10)前进(KM3得电)3号槽(压SQ3)下降（M3正转）下降限位（压SQ11）等待（KT3计时启动）上升（M3反转）上升限位（压SQ10)前进(KM3得电) 4号槽 (压SQ4)下降（M3正转）下降限位（压SQ11）等待（KT4计时启动）上升（M3反转）上升限位（压SQ10)前进(KM3得电)5号槽(压SQ5)下降（M3正转）下降限位（压SQ11）等待（KT5计时启动） 上升（M3反转）上升限位（压SQ10)前进(KM3得电)前进限位(SQ8)前进制动(KM7得电)后退控制(KM3得电)后退限位(压SQ9)后退制动(KM8得电)。2.3.2 自动运行中行车的控制回路的设计 以上流程是属于电镀行车从1槽到5槽的全部自动控制过程分析，但在实际运动中空可能只是道其中的某个槽，这时候就要实行点动控制。考虑到控制回路的庞大,以一个槽为例来说明他的自动运行过程.下面就是行车自动到1号槽并自动返回原位的控制回路的设计 以上电路图中没有把指示灯在控制回路中画出,相应的指示灯只需画在接触器线圈或者时间继电器的上面, 线路的工作情况是这样的: 按下按钮SB10,接触器KM3线圈通电动作并自锁,行车开始自动前进,当自动前进运行到压下第一槽位限位开关SQ1,SQ1的常闭触点断开,KM3线圈断电,前进运动停止.SQ1的常开触点闭和,KM6线圈(控制下降运动)通电并自锁,电动机正转,行车开始下降,当行车下降运行到预定位置时压下限位开关SQ11,SQ11常闭触点断开,KM6线圈断电,行车停止下降,此时时间继电器KT1常开触点也开始闭和,行车在槽位中延长一段时间(该时间设置为KT1,由用户自行设定)后,KT1常开触点也开始断开,延时时间已到,这时候KM5线圈通电并自锁,行车开始上升,到上升到压下上限开关也就是SQ10,SQ10的常闭触电断开,KM5线圈断电,行车的上升运动停止,SQ10的常闭触点闭合后，KM4线圈通电动作并自锁,行车开始后退,到预定位置时压下后退限位SQ9,SQ9的常开触点闭合,KM4线圈失电,行车停止运动,完成一个周期的工作, 由以上分析可以看出,行车到1号槽位的工作顺序是 前进-行车下降 行车上升 退出其转换是依靠行车开关的动合,常闭触点实现的. 设 计 结 果 的 验 证3.1 手动过程 手动过程在行车的自动运动过程中会出现一些故障后者移动不到位的情况，这个时候就要进行手动过程，手动的过程其实就是要把左右，前后，升降对应的点动调整按钮启动，按下他们对应的按钮，就能进行点动。 2.4控制过程分析2.4.1手动过程分析 在行车的自动运动过程中会出现一些故障后者移动不到位的情况，这个时候就要进行手动过程，手动的过程其实就是要把左右，前后，升降对应的点动调整按钮启动，按下他们对应的按钮，就能进行点动。2.4.2自动过程分析：根据电镀工艺要求,行车前进运动与升降运动为自动控制,其控制过程是:在原位状态下,按下 SB10 ,KM3 吸合,行车前进,当运行至需要停留的槽位,例如至1槽,由运动挡铁压下固定于道轨一侧的行程开关SQ1 , SQ1 常开触点接通使M2 停止运转,同时接通前制动回路,使M2 制动,行车准确停在 1槽位。在行车停止在 1槽位时,要求接通 KM6 ,使M3 正转,吊篮下降,至下限保护开关 SQ11动作,使 KM6 失电,M3 失电,三相电磁铁 YA释放,抱闸刹车,根据工艺要求不同,吊篮在每个电镀槽停留的时间不同,由用户根据工艺要求进行设定。吊篮在槽位停留的时间结束后,应该马上接通M3 反转,吊篮上升,至上限保护开关 SQ10动作,使 KM5 失电,M3 失电,三相电磁铁 YA释放,抱闸刹车，根据工艺要求不同,吊篮在电镀槽电镀后要停留的时间不同,由用户根据工艺要求进行设定。为简化设计过程,本设计暂定吊篮在第 1槽电镀后停留的时间为10秒,在第2槽电镀后停留的时间为20秒,在第3槽电镀后停留的时间为 30秒,在第 4槽电镀后停留的时间为40秒,在第5槽电镀后停留的时间为50秒。吊篮在槽位停留的时间结束后,马上接通M3 反转,吊篮上升,至上限保护开关 SQ10动作,使 KM5 失电,M3失电,三相电磁铁 YA释放,抱闸刹车,根据工艺要求不同,吊篮在电镀槽电镀后要停留的时间不同,由用户根据工艺要求进行设定。吊篮在电镀后停留的时间结束,马上接通 KM3 ,行车再次前进,如此循环,直至按工艺要求完成零件的电镀过程,行车到达终点,压下 SQ8前进限位开关,接通前进制动回路后,接通 KM4 ,使行车自动回到原位。若工艺要求 2槽无需要电镀加工,可扳动 SA2 ,则行车会继续前进,直接到3槽加工;在生产过程中由指示灯HL1 HL5 和HL12显示行车的停留位置,由HL6 HL11显示行车的运行状态,并由HL13显示电源2.5主要参数计算2.5.1 FU1 熔体额定电流 IRN 7IN /215 =73 1199/215A =516A 故选用 IRN =6 A,其余熔体额定电流选用2 A。2.5.2 能耗制动参数计算 制动电流 ID = 115IN =3 A 直流电压UD = ID R =30 V (R为定子两相电阻,可查电工手册得知) 整流变压器二次侧交流电流 I2 = 3/0. 9 A =3.33 A 整流变压器二次侧交流电压 U2 = 30/0. 9 V =33.3 V 整流变压器容量 S = I2U2 =100 VA2.6原器件的统计 元 件 代 号 功 能 定 义 元 件 代 号 功 能 定 义 SB1 左移点动调整按钮 KM1 左移控制交流接触器 SB2 右移点动调整按钮 KM2 右移控制交流接触器 SB3 前进移动点动调整按钮 KM3 前