工程机械电气设计概述电气工程师培训教学课件

1、碎石车电气设计概述1 电路基础2 自动控制3 传感器4 PLC5 挖掘机电气控制6 电气标准化设计目 录1.电路：是电流的流通路径, 它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接 而成的。2.电路的作用：（1）实现电能的传输和转换 （2）实现信号的处理1 电路基础电路基础3.线束 线束：是电路中连接各电器设备的接线部件,由绝缘护套、接线端子、导线及绝缘包扎材料等组成。线束是挖掘机电路的网络主体。4.电路原理图和线束图 电路原理图：是表述各个电气部分之间关系的图像。不受各个电器元件的尺寸形状和它们之间距离的影响。 线束图：是表述各关联线束走向的图像。需顾及各个电气元件的尺寸形状和它们之间的距离，也需

2、反映出电气件彼此之间的连接方式。 挖掘机整车主线束一般分成发动机（点火、电喷、发电、起动）、仪表、照明、空调、辅助电器等部分。电路基础5.最简单电器系统 最简单的电器系统组成：电源、开关、线束和用电器。电路基础2 自动控制 自动控制：是在没有人参与的情况下，系统的控制器自动地按照人预定的要求控制设备或过程，使之具有希望的状态和性能。具有自动控制功能的系统称为自动控制系统。手臂,手人眼输入信号大脑人眼输出信号用自动化装置代替人工操作图1 人体控制系统1.自动控制自动控制 开环控制：控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制。 即控制系统的输出量对系统没有控制作用，这种系统是开环控制系

3、统。 输出量 (炉温) 控制装置 被控对象输入信号 (炉子) (开关)图2 开环控制框图2.开环控制和闭环控制自动控制EK电源开关进料出料液位控制闭环控制开环控制炉温控制阀例如：图3 控制系统实例 开环控制系统的特点: （1）系统输出量对控制作用无影响； （2）无反馈环节； （3) 出现干扰靠人工消除； （4）无法实现高精度控制。自动控制 闭环控制：即把输出量直接或间接地反馈到系统的输入端，形成闭环，参与 控制，这种系统叫闭环控制系统。闭环控制实例见图3所示。 输出量 控制装置 被控对象给定值 测量扰动图4 闭环控制框图自动控制 闭环控制系统的特点: （1）系统输出量对控制作用有直接影响； （

4、2）有反馈环节，并应用反馈减小误差； （3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响； （4）系统可能工作不稳定。输出量送回输入端并与输入信号比较的过程即反馈。3.什么是反馈：自动控制开环控制优点 ：结构简单，成本低，工作稳定；当输入信号和扰动信号能预先知道时，控 制效果比较好。缺点：不能自动修正被控制量的偏差，系统元件参数变化以及外来的未知扰动对 控制精度影响比较大。闭环控制优点：具有自动修正被控制量出现偏差的能力，可以修正元件参数变化以及外界 扰动引起的误差，控制精度高。 缺点：被控量可能出现振荡，甚至发散。4.开环控制与闭环控制的比较自动控制5.控制系统的组成： (1) 测量元件 (2) 比较元

5、件 (3) 控制元件 (4) 执行元件 (5) 被控对象 对象 测量变送 执行器设定值被控量 控制器自动控制3 传感器一种检测装置，它能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 敏感元件感受被测量并输出与之成确定关系的其它量的元件。 传感元件可直接感受被测量（非电量）而输出与之成确定关系的电量。 测量电路将转换元件输出的电量变成便于显示、记录、控制和处理的有 用电信号的电路。2.传感器的组成：1.传感器：传感器3.挖掘机上传感器主要有： 转速传感器 压力传感器 温度传感器 液位传感器 压

6、力开关等传感器（1）转速传感器 电磁感应式发动机转速传感器主要由永久磁铁、感应线圈等组成。感应线圈绕在永久磁铁外面，永久磁铁的下端靠近发动机飞轮齿圈的齿顶，并保持一定的空气隙。当发动机运转时，通过线圈的磁力线发生变化，在线圈中感应出交变正弦波电压信号，其频率与发动机转速成正比，信号比较弱，经过放大、整流、比较转换为方波脉冲信号，输入仪表或控制单元。传感器（2）压力传感器 压力传感器使用压力应变片组成的压敏电阻作为测量元件，作用在测量元件上的压力使内部的压力应变片感应压力的变化产生形变，其结果使得连接在惠斯通电桥中的该电阻阻值改变，进而使得与压力信号成正比的桥路输出电压值发生变化，经过内部电子电

7、路处理，经过计算后得到测量结果。带变送器的压力传感器输出方式有：电压输出型（05V、15V、010V）、电流输出型（020mA ，420mA）和总线输出型（CAN）。 RS系列挖掘机所选用的压力传感器是电压型输出（0.54.5V）。传感器滑动电阻线圈机油压力传感器结构机油压力传感器（3）机油压力传感器传感器（4）温度传感器温度传感器有热电偶和热电阻两种。 热电阻型传感器是利用温度变化时本身电阻随之变化的特性来测量温度的， 热电阻感温元件电阻丝均匀地绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质温度变化时，测得的温度是感温元件所在范围内的平均温度。还有一种温度开关，又叫热敏开关，由热胀冷缩不同的双金属片制

8、成 。RS系列挖掘机上温度传感器主要有水温和液压油温传感器。传感器温度传感器结构传感器温度报警开关原理（4）温度报警开关传感器（5）液位传感器 燃油油位传感器：由可变电阻，滑片和浮子组成，浮子漂浮在油面上，当浮子随油面高低而改变位置时，可带动滑片滑动，从而改变可变电阻有效值。当油箱无油时，浮子靠自重下降到最低位置，可变电阻有效电阻近似为零；当油箱中的燃油增加时，浮子上升，带动滑片移动，有效电阻变大。传感器可变电阻的未端搭铁，可减小滑片与可变电阻接触不良产生的火花。 摆动浮子式直杆式传感器（6）压力开关压力开关有常开型和常闭型。常开型：用于怠速控制时，当压力大于设定值时触电闭合，小于设定值时开路

9、。 常开型压力开关属于隔膜式结构。压力开关动作原理压力开关传感器压力报警开关压力报警开关结构压力报警开关动作常闭型机油压力开关传感器4 PLC 一种工业计算机可编程控制器，是现代自动化设备中使用最广泛的核心控制器件。它是应用计算机技术进行逻辑判断与运算的控制器。以可编程控制器为核心加入各种辅助器件（传感器、驱动器件等）构成控制系统，以顺序+反馈的方式实现设备的自动化运转。PLC1.可编程控制器2.PLC硬件结构PLC3.PLC控制器各主要部分作用 微处理器： 显然是控制器的核心部件，它实现各种逻辑运算、算术运算，还要对整个控制系统的各个部分的工作进行协调与控制。 存储器： 数据的存储区域，用于

10、存放系统程序、用户程序、逻辑变量、输入/输出状态的映像、以及各种其它数据信息。 输入/输出接口： 即I/O接口，可编程控制器与被控对象设备、或者周边其它控制器相互联系、交换信息与指令的通道。PLC 电源： 整个控制器的电力供给中心；其一为内部电源内部的微处理器、存储器。等的工作用电，一般是直流5V；其二为外部电源（也称用户电源）用于传送设备上各传感器信号、用于驱动设备的各种执行元件，一般是直流24V且功率较小。 I/O扩展部分： 为控制系统扩展输入/输出的点数而设计，根据不同的控制器型号能扩充的最大点数也不相同，而且扩展的功能模块也不尽相同，高版本的输入、输出、模/数、数/模转换等。 外部设备

11、： 开发及维护设备的可编程控制器系统时，及设计与调试应用程序、监控系统运行状态的各种辅助设备，我们公司内常用到的是安装有NPST-GR软件的笔记本电脑、或者是手持编程器等。PLC4.输入输出接口开关量输入（DI）：增力按钮、压力开关、温度开关等；模拟量输入（AI）：压力传感器、温度传感器等；高速输入（PI）：转速传感器。 输入接口 输出接口开关量（DO）：电磁阀、继电器等；模拟量（AO）PWM：比例电磁阀。PLC挖掘机电气控制 检测传感器 电控单元 执行元件 与微电子技术、电力电子技术、检测传感技术、机械制造技术等紧密联系在一起。各传感器向电控单元输入检测信号，电控单元根据存储的控制程序和输入

12、信号计算各控制动作，向各控制对象发出信号，实现精确控制、报警、数据存储等。5 挖掘机电气控制1.电控系统组成：电子控制器（ECU）人机交互界面（仪表）远程监控系统（GPS终端）油门伺服电机转速传感器压力开关其他传感器比例电磁阀挖掘机电控系统原理框图CAN总线油门旋钮变量泵挖掘机电气控制2.挖掘机控制系统的主要功能：系统监控信息发动机的控制液压泵的控制液压阀的控制 挖掘机电气控制(1)系统监控信息 对发动机的转速、发动机水温、机油压力、燃油量、电瓶电压、空滤堵塞、液压油温、液压进油堵塞、液压回油堵塞、液压先导油堵塞、充电状态、预热指示等输入、输出量实时监测并在显示器显示，驾驶员可以了解更多的机器

13、状态，从而使故障判断更容易。挖掘机电气控制(2)发动机的控制 将柴油机空载转速从低到高分为十档，各档的转速可通过显示屏幕进行修改。十档油门控制挖掘机电气控制 自动怠速控制：所有的操纵手柄都在中位时，降低发动机转速，以减少油耗和噪音。手柄有动作时自动取消该功能并恢复到当前档位转速设定值。 自动怠速控制挖掘机电气控制发动机过热保护/自动暖机 过热保护功能：当发动机水温过高后，降低发动机的功率，减小对发动机的损害，以达到保护发动机的功能。 自动暖机功能：发动机启动后，如果发动机冷却水温过低缓慢增加发动机转速，以达到暖机目的。挖掘机电气控制(3)液压泵的控制-功率匹配控制功能： 根据发动机因负荷变化而

14、产生的转速变化控制泵流量，以便有效利用发动机的输出。 H模式发动机油门处于最大供油位置，泵设定为最高负载档，在此状态下，发动机用最高转速，最大功率，最短工作周期。 S模式适用于一般挖掘及装载作业。周期短、耗油少、工作效率高。 L模式发动机转速较低适合于挖掘机的平整作业。挖掘机电气控制（4）液压阀的控制-手动/自动增力控制 挖掘作业时，如果需要更大的挖掘力（例如挖起岩石时）可以按下增力开关，以将液压压力提高9%左右并持续8秒，通过临时增加溢流压力增加挖掘力。挖掘机电气控制6 电气标准化设计电气标准化设计（一）电气标准（二）电气制图标准（三）基本电气符号（四）电气认证在电气设计过程中，国家、行业、

15、企业对于电气设计人员进行设计过程中的一些规范要求。主要包含： 国家、国际标准 行业设计标准 企业内部设计标准 具体项目设计要求标准1.标准概况：（一）电气标准电气标准化设计 2.电气标准化的功能电气标准化设计3.电气标准化的收益 事实证明，在企业实施电气设计标准化以后，企业在电气设计方面可以节省人力成本、时间成本，提高工作效率。电气标准化设计（二）电气制图标准1、图幅大小：A3；2、图纸风格：熔盛风格；3、整体布置：协调、合理、美观；4、元器件画法：按最新国家标准，控制器接线全部画出（按插件分开）；5、文字：同一张图纸用同一种类型的文字（单行、多行、动态），不能被线压住；6、比例：1：1。原理

16、图电气标准化设计7、接地符号：用 ，不用 ；8、尽量避免线交叉，交叉相接处用0.8实心圆点表示；9、合理使用图层、颜色和线宽，以使图纸层次、主次分明；10、标题栏中的材料栏不标，名称栏统一为：E-DQ；11、功能类似的零部件尽可能放在一起；12、线号用三位数字表示（0线除外）。其中第1位表示功能区域，第2、3位为 流水号。原理图电气标准化设计1、图幅大小：A1；2、图纸风格：最好能在三维模型上布线；3、整体布置：协调、合理、美观；4、电气元器件用合适粗实线，其它用细实线或虚线；5、文字：同一张图纸用一种类型的文字（单行、多行、动态），不能被线压住。系统图6、比例：1：1；7、所有插接件、线束固

17、定卡要在实际位置标出；8、不属于电气系统的元器件，在相应位置用文字标示；9、序号标注高度要统一、整齐；10、由几个零部件组成的相对独立的功能块要设计成下一级部件。电气标准化设计1、同一张图中绘制；2、直接与元器件相接的可不标示插件号，只标示所接的元器件名称，与线束相 接的插件要标示插件号及元器件名称；3、整体布置：协调、合理、美观；4、画法一致性：不同机型的插件、端子等器件的画法要一致；5、文字：同一张图纸用一种类型的文字（单行、多行、动态），不能被线压住；6、比例：1：1；7、线号、线色、线径一同标注，888/红-1.0，如果颜色少，可在技术要求中说明；8、共性的技术要求或不方便在图纸中表示

18、的，统一在技术要求中说明；9、所有插件视图为接合面俯视图；线束图电气标准化设计10、线束长短直接以mm为单位标示在相应位置；11、技术要求要使用软件的功能进行编制，调整好字体和大小；12、插件针脚信息用表格表示，图纸中所有表格、字高要统一，所有的针脚全部 列出；13、插件的信息标示在其附近，护套不在图上叠加，但要标示出规格型号；14、插件以德驰为主，电气零部件已带插件的而通过沟通无法更改为德驰的，可按 自带的配置；15、插件设计过程中，要有防误插功能。线束图电气标准化设计（三）基本电气符号电气符号的含义：用于图样或其他文件以表示一个设备或概念的图形、标记 或字符。电气标准化设计电气标准化设计电气标准化设计电气标准化设计（四）电气认证1.CCC认证CCC认证： 就是“中国强制性产品认证制度”，即China Compulsory Certificat