殘極壓脫機工作原理之控制系統(tǒng)設計

1、 目 錄摘要Abstract一、緒論1.1選題背景.11.2殘極壓脫控制研究的背景和意義.21.3殘極壓脫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢.31.4 設計的主要內容、功能和技術指標4二、系統(tǒng)方案設計2.1理論依據(jù).52.2控制方案的比較、論證和確定.62.2.1方案的比較.72.2.2 方案論證及確定8三、系統(tǒng)硬件設計3.1設計依據(jù)93.2主電路設計103.3導線電纜及元器件的選擇113.3.1導線和電纜123.3.2斷路器133.3.3熔斷器143.3.4接觸器153.3.5繼電器163.3.6低壓隔離器17三、結語18四、附圖19五、致謝20七、參考文獻21 摘要隨著陽極組裝廠自動化生產程度的不斷提高，PL

2、C在生產控制系統(tǒng)中的應用也越來越廣泛。該系統(tǒng)為懸掛式輸送鏈（簡稱懸鏈）和殘極壓脫機（260t殘極壓脫機）設計的自動控制系統(tǒng)。控制方案中PLC采用德國西門子S7-2000系列可編程控制器，CPU主機選用CPU2026，觸摸屏采用SIEMENS TP170系列彩色觸摸屏TP170B COLOR，可以方便的實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)控和參數(shù)設置等功能。人機界面和PLC的有機結合，借助其產品的功能，能夠很靈活的構造控制方案，它相對傳統(tǒng)的電氣控制方案具有更高的可靠性，控制更精確。采用觸摸屏與PLC控制，整個控制過程采用手動和自動方式，克服了人工處理勞動強度大、安全隱患多而且效率低下的缺點。關鍵詞：PLC；

3、自動控制系統(tǒng)；殘極壓脫AbstractWith 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 au

4、tomatic control system. Control scheme PLC with the German SIEMENS S7-2000 series programmable controller, CPU host chooses CPU2026, 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.

5、 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

6、 manual and automatic way, overcoming the artificial processing labor intensity and the hidden security trouble and more low efficiency of shortcomings. l Key Words: PLC; Automatic control system; the extreme pressure offline.一、緒論1.1 選題背景 工業(yè)控制計算機(簡稱工控機)是以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置，目前已成為工業(yè)控制的標準設備，被廣泛地應用于各行各業(yè)，

7、工控機是實現(xiàn)生產自動化的最佳配套產品，而工業(yè)可編程序控制器(PLC)則在工控領域中占有主要的地位。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC的定義有許多種，國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。從結構上，PLC分為固定式和組合式（

8、模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC作為工控機的一員，在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。據(jù)統(tǒng)計，當今世界PLC生產廠家約150家，生產300多個品種。2000年銷售額約為86億美元，占工控機市場份額的50%，PLC將在工控機市場中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢頭。PLC在60年代末引入我國時，只用作離散量的控制，其功能只是將操作接到離散量輸出

9、的接觸器等，最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的PLC具有PID調節(jié)功能，它的應用已從開關量控制擴大到模擬量控制領域，廣泛地應用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但PLC也面臨著其它行業(yè)工控產品的挑戰(zhàn)，各廠家正采取措施不斷改進產品，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：(1)微型、小型PLC功能明顯增強(2)集成化發(fā)展趨勢增強(3)向開放性轉變隨著微處理器、網(wǎng)絡通信、人機界面技術的迅速發(fā)展，工業(yè)自動化技術日新月異，各種產品競爭激烈，新產品不斷涌現(xiàn)。PLC也由最初的只能處理開關量而發(fā)展到可以處理模擬量和數(shù)據(jù)，加之與DCS、PID調節(jié)器、工業(yè)PC等技術相結合，使之不再是一種簡單的控制設備，而且必將隨著自動

10、控制技術的不斷發(fā)展而發(fā)展生存下去?？蓪崿F(xiàn)高精度要求生產線控制，循環(huán)控制，精確的測控，材料檢測等等。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。發(fā)展趨勢如下：(1)更快的處理速度，多CPU結構和容錯系統(tǒng)(2)編程語言與工具日趨標準化和高級化(3)強化PLC的連網(wǎng)通訊能力(4)記憶容量大，采用專用的集成電路，實用性增強(5)向小型化、高機能的整體型發(fā)展1.2 殘極壓脫控制研究的背景和意義隨著國內電解鋁工業(yè)技術的迅猛發(fā)展和生產規(guī)模的不斷擴大，人工處理陽極殘極的弊端顯現(xiàn)的越來越突出，不僅勞動強度大、安全隱患多而且效率低下，已極大地制約了生產的發(fā)展和規(guī)模的擴大。使用殘極處

11、理生產線和設備來安全、高效地處理陽極殘極已經成為一個發(fā)展趨勢。與此同時，殘極處理生產線和設備也正逐步向全面機械化和自動化的方向發(fā)展。從電解返回的殘陽極是通過懸掛式輸送鏈（懸鏈）運至260t殘極壓脫機，進行殘極壓脫，通過裙式輸送機運到破碎系統(tǒng)進行下道工序作業(yè)。本控制系統(tǒng)運用PLC來控制整個工藝過程，最大限度的滿足被控對象的控制要求，在滿足控制要求的前提下，使控制系統(tǒng)更為簡單、經濟、使用及維修方便.同時保證了系統(tǒng)的安全可靠.本系統(tǒng)有自動和手動控制兩種方式.在自動控制方式下,首先啟動260t主、輔油泵電機,接著啟動懸鏈電機，當殘極到達1#時，使1#處的停止器打開，同時1#處的推進器推出，夾具閉合，刀

12、具推出，進行殘極的破碎處理.為了使破碎達到最大化，此時通過活塞的上下運動使殘極的上下也得到了清理.處理完畢后，夾具打開，側缸拉回，同時為了使生產流程不發(fā)生事故，在2#、3#、4#處都設置了停止器，可以使整個壓脫流程更為安全有效的進行.通過為殘極壓脫設計控制系統(tǒng)，我們可以很明顯的看到自動化在工業(yè)領域中的地位越來越顯著.人工處理陽極殘極的弊端顯現(xiàn)的越來越突出，不僅勞動強度大、安全隱患多而且效率低下，已近極大地制約了生產的發(fā)展和規(guī)模的擴大.本控制系統(tǒng)運用PLC來控制整個工藝過程，最大限度的滿足被控對象的控制要求，在滿足控制要求的前提下，使控制系統(tǒng)更為簡單、經濟、使用及維修方便.同時保證了系統(tǒng)的安全可

13、靠1.3 殘極壓脫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1.3.1 二十世紀八十年代前20世紀60之前沒有操作系統(tǒng)，此階段完全靠手工操作。20世紀50年代后期，計算機進入晶體管時期。1953年，IBM 701和IBM 704采用監(jiān)控程序來管理作業(yè)，這可以說是最早的操作系統(tǒng)了。該系統(tǒng)的是一個批處理系統(tǒng)。20世紀50年代末期的典型操作系統(tǒng)應該是英國曼徹斯特大學的ATLAS，它是帶有假脫機（SPOOLing）的批處理系統(tǒng)。1962年，最早的分時操作系統(tǒng)CTSS（Compatible Time-Sharing System）在麻省理工大學（MIT)誕生，最初實現(xiàn)于IBM 7090機上。此后，貝爾實驗室、麻省理工學院及美國通用

14、電氣公司以CTSS為基礎，共同研發(fā)出Multics(Multiplexed Information and Computing Service) 1964年，IBM 推出了一系列用途與價位都不同的大型電腦IBM System/360，它們都共享代號為OS/360的多道批處理操作系統(tǒng)。OS/360包含另一個優(yōu)點：永久貯存設備硬盤驅動器的面世。1969年，湯普森（Ken Thompson），丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）等人在AT&T的貝爾實驗室開發(fā)出最早的unix系統(tǒng)。20世紀60年代后期，計算機廣泛用于工業(yè)控制、軍事控制及商業(yè)事務領域。這些領域需要系統(tǒng)能對來自外

15、部的信息在規(guī)定時限內作出處理（稱之為實時處理）。1.3.2 個人計算機操作系統(tǒng)1974年，intel公司生產出第一代cpu芯片intel 8086，并配套開發(fā)了相應的磁盤操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)CP/M（Control Program/Monitor）。 CP/M是個人計算機上的第一個操作系統(tǒng)。后來，微軟以此系統(tǒng)為基礎，為IBM開發(fā)出操作系統(tǒng)PC-DOS,在其他公司的計算機上該系統(tǒng)則稱為MS-DOS。20世紀80年代中期，Apple首先推出基于圖標的可視化操作系統(tǒng)Macintosh。受此啟發(fā)，微軟公司也開發(fā)了圖形界面的操作系統(tǒng)Microsoft Windows 1.0操作系統(tǒng)。早期的Windows是只

16、基于Dos系統(tǒng)的一個圖形應用程序。1.3.3網(wǎng)絡操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)20世紀70年代末到80年代初，個人計算機的普及使得計算機網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展。網(wǎng)絡的出現(xiàn)給操作系統(tǒng)帶來新的要求。為方便控制計算機網(wǎng)絡，人們提出“分布式操作系統(tǒng)”的理想境界。在為之奮斗的過程中，網(wǎng)絡操作系統(tǒng)隨之派生。1.3.4嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)。20世紀60年代嵌入式操作系統(tǒng)就用于對電子機械電話交換的控制，當時被稱為“存儲式程序控制系統(tǒng)”。1971年11月，Intel公司成功地把算術運算器和控制器電路集成在一起，推出了一系列微處理器，以這些微處理器作為核心所構成的系統(tǒng)，廣泛地應用于

17、儀器儀表、醫(yī)療設備、機器人、家電等領域。微處理器的廣泛應用形成了一個廣闊的嵌入式應用市場。人們接觸最多的當屬Palm OS、Symbian、Windows mobile、Linux和Android、iPhoneOS,黑莓等手機操作系統(tǒng)。 1.4 設計的主要內容、功能和技術指標1、 畢業(yè)設計（論文）的主要內容（1） 設計殘極壓脫控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，如控制器及各類模板的選型，控制系統(tǒng)主電路部分的設計等。（2） 設計殘極壓脫控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的手自動控制、自動狀態(tài)下各環(huán)節(jié)參數(shù)的修正，以及觸摸屏畫面的設計等。 2、設計實現(xiàn)的主要功能 (1)手動控制功能：通過觸摸屏實現(xiàn)對殘極壓脫系統(tǒng)各設備的手

18、動控制 （2）自動控制功能：在PLC上實現(xiàn)對殘極壓脫系統(tǒng)的自動控制，同時實現(xiàn)控制參數(shù)的修正功能。 （3）報警與保護功能：對電機及儀表的狀態(tài)進行實時監(jiān)控，當出現(xiàn)故障后及時分類地通知操作人員。 3、系統(tǒng)設備清單1）260t主油泵電機一臺，功率75KW.2）260t輔油泵電機一臺，功率15KW.3） P3懸鏈電機一臺,功率3KW.4） 側缸3個.5） 控制器：擬采用西門子S7-2000系列PLC.6） 觸摸屏：擬采用威綸通公司EB8000系列觸摸屏 4、其他需要說明的問題二、 系統(tǒng)方案設計2.1理論依據(jù)殘極壓脫工藝是電解鋁行業(yè)中不可缺少的一種作業(yè)方式,其作業(yè)的勞動強度不大，本系統(tǒng)的作業(yè)流程為:啟動2

19、60t主、輔油泵電機啟動懸鏈1#停止器開1#推進器推出2#停止器開夾具閉合刀具推出活塞上升活塞下降夾具打開側缸拉回3#停止器開4#停止器開2#推進器開結束。這種作業(yè)方式工作流程長。早期殘極壓脫工藝電氣控制系統(tǒng)多為繼電器、接觸器組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責操作。而將PLC應用到陽極組裝工藝的控制系統(tǒng)后，不僅實現(xiàn)了自動化控制，降低了系統(tǒng)的運行費用，而且采用PLC控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，安裝、維修和改造方便等優(yōu)點。本次設計是根據(jù)鋁廠處理陽極工藝的要求，完成懸掛式輸送鏈和殘極壓脫機控制系統(tǒng)的

20、電氣控制電路設計和PLC控制程序的設計。自動控制系統(tǒng)由可編程控制器（PLC）控制柜、軌道電機操作臺等組成。系統(tǒng)以PLC為核心，配以合理的低壓電氣、先進的檢測元件、控制電動機，液壓閥等機構協(xié)調動作，實現(xiàn)陽極處理工藝過程的自動化。2.2控制方案的比較、論證和確定2.2.1方案的比較實現(xiàn)鋁廠陽極組裝工藝控制系統(tǒng)設計的方案有多種。常用技術方案選項有單片機（MCS）、工業(yè)計算機（IPC）、可編程計算機控制器（PCC）、可編程控制器（PLC）等。近幾十年來，IPC、單片機和PLC三者在技術上都有了長足的發(fā)展，在微電子技術發(fā)展的背景下，它們之間也有許多相同之處。例如，從硬件的角度來看，它們都是由微電子元件，

21、微處理器，大容量半導體存儲器和I/O模件等組成。在軟件編程方面，也有很多相同點。因此，這三類自動化控制裝置在技術，功能和應用領域上不斷地相互滲透，在很多場合下可以相互補充或替代。但是，由于IPC、單片機和PLC三者的技術起源不同，在技術發(fā)展的側重點和主要應用背景上也有差異，它們又保持著各自的特點和優(yōu)勢，適合的應用場合也不完全一樣。（一）單片機所謂單片機系統(tǒng)就是采用單片機CPU及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設計電路板，最終設計成一臺簡易的計算機系統(tǒng)，并在此基礎上設計程序以達到所要求的控制功能。單片機是由工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來，目前形成了以工業(yè)控制計算機為中心的集散系統(tǒng)。所以，單片機在模擬量

22、處理、回路調節(jié)方面具有一定優(yōu)勢，主要用在連續(xù)過程控制，側重回路調節(jié)功能。  由于單片機的所有器件均不是工業(yè)級的，抗干擾性，特別是抗電源干擾能力很弱，可能引起單片機系統(tǒng)的不穩(wěn)定。而且一旦單片機系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故障元件，操作人員必須翻閱說明書方能發(fā)現(xiàn)故障所在，按說明書指示排除故障，這樣排除故障的時間相對較長。最簡單的方法是更換整個系統(tǒng)，這樣就會增加維修成本?？傊@樣的人機對話不夠友善。由于單片機的線路是根據(jù)一定的功能要求特別設計的，所以要增加一個功能就要重新設計線路，而且對應的程序都要重新設計。一般單片機系統(tǒng)的操作均采用自動設計的鍵盤，設定數(shù)據(jù)用撥碼開關，顯示用LED，整個面板

23、顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。單片機系統(tǒng)在80年代國內很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場的應用已逐步被PLC所代替。單片機的顯著優(yōu)勢在于單片機要改變控制規(guī)律和被控參數(shù)，只需要改變其程序就可以了，但同時也是它的劣勢，因為工程技術人員必須具備有較高的計算機專業(yè)知識才能對控制規(guī)律和被控參數(shù)進行修改。鑒于這個原因且按照工程上的慣例，眾多工程技術人員還是喜歡采用PLC進行控制。（二）工業(yè)計算機（IPC）所謂IPC系統(tǒng)就是采用工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，在此基礎上設計程序以達到所設計的功能。工控機由普通計算機發(fā)展起來，

24、是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設備。在硬件結構方面，總線標準化程度高，兼容性強；在軟件開發(fā)方面，軟件資源豐富，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持。因此，IPC在要求快速、實時性強、模型復雜和計算工作量大的工業(yè)對象的控制方面占有優(yōu)勢。由于IPC的主要器件均不是工業(yè)級的，相對單片機系統(tǒng)，抗干擾性特別是抗電源干擾能力雖然有一定提高，但變頻調速對電源的干擾很大，因此也可能引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。一旦工控機系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故障元件，這樣維修周期增加，而且非專業(yè)人員不能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，如果缺乏合適的調試工具，要找出故障原因也很困難。系統(tǒng)若要增加一個功能就要重新設計對應的程序，而IPC的編

25、程又相對比較復雜，這樣對于現(xiàn)場操作人員的要求就比較高，雖然操作的界面較為友善，但對于不熟悉計算機系統(tǒng)的人來說，仍然不夠簡便易學。  工業(yè)計算機IPC用于工業(yè)現(xiàn)場的個人計算機系統(tǒng)，具有功能強大、軟件豐富和界面友好等優(yōu)點。但是IPC軟件開發(fā)周期長，接口模塊少，布線不靈活，安裝體積大，擴展性差，而且IPC主要通過接口模塊轉換各種信號，如何抗干擾也是個問題。在本系統(tǒng)中，控制現(xiàn)場環(huán)境惡劣（高溫、多煙塵等），控制器的高度可靠性是工程師在設計中首先要考慮的問題。顯然IPC可靠性差和對環(huán)境要求甚高的特點使它無法勝任。而且由于IPC本身可靠性及其它的限制，目前除了在工廠中作為監(jiān)控機以外，在工業(yè)現(xiàn)場已很

26、少采用。（三）可編程計算機控制器（PCC）PCC是一種不同于PLC和IPC的新一代控制器，代表了當今工業(yè)控制技術。它不僅吸收了PLC和IPC的優(yōu)點，而且自身優(yōu)勢也很明顯。它采用了分時多任務操作系統(tǒng)，可十分靈活的利用操作系統(tǒng)調度和管理整個系統(tǒng)， PCC模式和IPC模式相比，優(yōu)勢在于設計時能提供面向工業(yè)的專業(yè)化標準，符合軟件及硬件的模塊化的設計。此外，PCC還能方便的處理設計中的開關量和模擬量、靈活的進行回路調節(jié)、能使用高級語言編程。 但作為新興的控制器，廣大工程技術人員對其可靠性和廠商能否提供優(yōu)良的后續(xù)服務和技術支持抱懷疑的態(tài)度。同時，作為先進的控制技術，工廠維護人員對之知之甚少，不利于維護。而

27、PCC的技術成本也是我們不得不考慮的因素。 （四）可編程邏輯控制器(簡稱PLC)可編程邏輯控制器(簡稱PLC)是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術與自動化控制技術而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器產品，廣泛應用于各種生產機械的過程控制中，被認為是構成機電一體化產品的重要裝置。PLC是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下而設計，采用了可編程的存儲器，用來在其內部存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字或模擬輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程。可編程控制器及其外圍設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴展其功能的原則設計。由于其面向用戶的指令系統(tǒng)、具有數(shù)字量或模擬量的輸

28、入輸出能力，使得其應用非常方便，特別適用于各種工業(yè)設備的控制。PLC之所以得到迅速發(fā)展和廣泛應用，主要是由于它具有以下特點：（1）可靠性高、抗干擾能力強、用軟件實現(xiàn)大量的開關量邏輯運算，克服了因繼電器觸頭不良而造成的故障；輸入采用直流低電壓，更加可靠、安全；面向工業(yè)環(huán)境設計，采用濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適應各種惡劣的工業(yè)環(huán)境，遠遠超過了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和一般的計算機控制系統(tǒng)。（2）編程簡單、易于掌握. PLC采用梯形圖方式的編程，與繼電器邏輯控制的設計相似，具有直觀、簡單、易于掌握等優(yōu)點。（3）功能完善、使用靈活方便. 隨著PLC技術的不斷發(fā)展，其功能更加完善，不僅具有開關量邏輯控制

29、功能、步進和計數(shù)功能，還具有模擬量處理、溫度控制、網(wǎng)絡通信等功能。既可單機使用，也可聯(lián)網(wǎng)運行；既可集中控制，也可分布控制。運行過程中可隨時修改控制邏輯，增減系統(tǒng)的功能。（4）體積小、質量輕、功耗低.由于采用了單片機等集成芯片，其體積小、 質量輕、結構緊湊、功耗低。進入90年代后，PLC機的性能價格比大幅度地提高，尤其是PLC機較過去的繼電器回路，其硬件配置靈活，組態(tài)方便，控制系統(tǒng)簡單明了，接線簡單、可靠，便于查找故障點，使得PLC已經成為新一代工業(yè)控制機的首選裝置。2.2.2 方案論證及確定由于本次設計的系統(tǒng)要在現(xiàn)場使用，且通過對以上幾種控制方案的對比，我發(fā)現(xiàn)采用可編程序控制器(簡稱PLC)不

30、但能達到陽極組裝工藝控制系統(tǒng)需要的控制要求，而且控制精度和可靠性能也都令人滿意， PLC這項控制技術在工程實際中應用的時間較長，范圍較廣，技術已經相當成熟，在工程技術人員心目中有不可替代的地位。最重要的是PLC可根據(jù)電流保護的要求適時輸出，控制斷路器的脫扣跳閘裝置完成保護動作。綜 合比較以上四種方案，從可實時性等方面考慮，本設計采用方案四較好，故我決定采用PLC控制。在整個工藝的控制過程中，夾具小車的動作很關鍵，對于這部分控制采用了液壓驅動的控制方式，以便能更好的完成該工藝中的夾具的各動作過程，與其它傳動控制方式相比，液壓傳動與控制具有能量大，易獲得較大的力矩、結構簡單、緊湊，動態(tài)響應快，便于

31、大范圍無級調速，易于實現(xiàn)自動控制及機電一體化，易于實現(xiàn)過載保護，有標準化、系列化、通用化程度高等技術優(yōu)勢，已成為現(xiàn)代機械裝備傳動與控制的重要技術手段及關鍵技術之一，其應用領域幾乎囊括了國民經濟各個部門和領域，應用液壓技術的程度已成為衡量一個國家工業(yè)化水平的重要標志之一.三、系統(tǒng)硬件設計3.1設計依據(jù)軟件設計體現(xiàn)在怎樣去控制所要控制的對象，怎樣把整個控制系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。硬件的設計則能體現(xiàn)出整個控制系統(tǒng)的流程。硬件設計是軟件設計的基礎，軟件設計是硬件設計功能的集中體現(xiàn)。在本章主要是硬件設計及器件選擇。經過對系統(tǒng)的功能要求和性能指標的分析，把整個控制系統(tǒng)的硬件設計分為兩個模塊來完成：（1）.主電路圖

32、設計；（2）.系統(tǒng)控制圖設計。根據(jù)前面已經確定了的方案來設計相關的硬件圖。硬件設計之前，要考慮到供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)的設定直接影響到控制系統(tǒng)的可靠性，故在設計硬件時是要據(jù)以下幾方面來設計：1.輸入電源電壓在一定的允許范圍內變化；2.當輸入交流電斷電時，應不破壞控制器的程序和數(shù)據(jù)；3.當控制系統(tǒng)不允許斷電的場合，要考慮供電電源的冗余；4.當外部設備電源斷電時，應不影響控制器的供電；綜合以上幾方面的考慮，可以把供電線路設計如下：供電直接采用市電網(wǎng)提供的380V/AC 50HZ；配電方面主要是給3臺鼠籠式異步電動機和控制系統(tǒng)中PLC的電源模塊、輸入輸出模塊的電能分配，所用的PLC需要的電壓既有交流又有

33、直流，交流電壓可以用照明電來供給，而直流電流則由電源模塊來供給。電動機用的電也是380V的三相交流電。在整個供電系統(tǒng)中采取了很多的保護環(huán)節(jié)，如：熔斷器，熱繼電器、斷路器等等。主電路設計中，給PLC供電時，要注意應該對電的質量進行控制。主電路設計主要是選擇電機，計算和選擇導線，斷路器，接觸器等裝置的參數(shù)和型號。 3.2主電路設計主電路圖反映了現(xiàn)場設備的布置情況、接線原理以及相關的保護裝置，是系統(tǒng)硬件設計中必不可少的部分。從圖中可體現(xiàn)出對電器接線圖的畫法標準、系統(tǒng)的控制流程。設計主電路圖時，不但要求接線合理，而且要求對用到的每個器件進行選型。（1） 電氣總配線主電路如圖3.2(1)所示：該電路中有

34、三臺電機，M1為主油泵電機，M2為輔油泵電機，M3為懸鏈電機。三相交流電源通過刀開關QS將電源引入，F(xiàn)R為主油泵電機的過載保護，F(xiàn)U1、FU2、FU3分別為主油泵、輔油泵和懸鏈電機的短路保護。3.3導線電纜及元器件的選擇3.3.1導線和電纜 導線和電纜的選擇是供配電設計中的重要內容之一。導線和電纜是分配電能的主要器件，選擇的合理與否，直接影響到有色金屬的消耗量與線路投資，以及電力網(wǎng)的安全經濟運行。選擇導線和電纜以前應貫徹以鋁代銅的技術政策，盡量采用鋁心導線，目前提倡采用銅線，以減少損耗、節(jié)約電能，而在易爆炸、腐蝕嚴重的場所，以及用于移動設備、檢測儀表、配電盤的二次接線等，必須采用銅線。導線和電

35、纜的選擇，必須滿足用電設備對供電安全可靠和電能質量的要求，盡量節(jié)省投資，降低年運行費，布局合理，維修方便。導線和電纜的選擇包括兩個方面內容：型號選擇；截面選擇。1.型號選擇：建筑物或車間內采用的配電線路及從電桿上引進戶內的線路多為絕緣導線。絕緣導線的線芯材料有鋁芯和銅芯兩種。鑒于塑料絕緣的絕緣性能良好，價格低，可節(jié)約橡膠和棉紗，在室內敷設可取代橡膠絕緣線，所以選擇了塑料絕緣導線。常用塑料絕緣線型號有：BLV（BV），BLVV（BVV），BVR。這里選用BV型。2.截面選擇： 按允許載流量選擇導線和電纜截面：在導線和電纜（包括母線）通過正常最大負荷電流（即計算電流）時，其發(fā)熱溫度不應該超過正常運

36、行時的最高允許溫度，以防止導線或電纜因過熱而引起絕緣損壞或老化。這就要求通過導線或電纜的最大負荷電流不應大于其允許載流量。3.導線和電纜的有關計算： 本設計在配電部分采用BV型銅心塑料線穿鋼管埋地敷設，假設當?shù)氐淖顭嵩缕骄鶜鉁貫?5度。 油泵電機：線路中電流的計算：PC=Pe/k=75KW/0.89=84.27KWIC=Pe/3UNCOS=84.27/GAJF=84.27/0.5849=144A相線截面的選擇：因為是三相四線制線路，所以查4根單芯線穿鋼管的參數(shù)，查下表得，4根單芯線穿鋼管敷設的每相芯線截面為50mm²的BV型導線，在環(huán)境溫度為25度時的允許流量為150A，其正常最高允

37、許溫度為65度，即Ial=150A。導線額定負荷時的最高允許溫度65度導線允許載流量所采用的環(huán)境溫度25度導線敷設地點實際的環(huán)境溫度15度 導線的實際允許載流量為：Ial=k×Ial=1.12×150=168>Ic=144A所以選擇S=50mm²滿足允許載流量的要求。保護線Spe的選擇：按Spe0.5S要求選擇Spe=50mm²所以選擇的導線BV-500-3×50-1×10。 輔油泵電機線路中電流的計算：PC=Pe/k=15KW/0.89=16.85KWIC=Pe/3UNCOS=16.85/GAJF=16.85/0.5849=2

38、8.81A相線截面的選擇：因為是三相四線制線路，所以查4根單芯線穿鋼管的參數(shù)，查下表得，4根單芯線穿鋼管敷設的每相芯線截面為16mm²的BV型導線，在環(huán)境溫度為25度時的允許流量為65A，其正常最高允許溫度為65度，即Ial=65A。導線額定負荷時的最高允許溫度65度導線允許載流量所采用的環(huán)境溫度25度導線敷設地點實際的環(huán)境溫度15度 導線的實際允許載流量為：所以選擇滿足允許載流量的要求。保護線的選擇：按要求選擇所以選擇的導線BV-500-3×16-1×10。懸鏈電機線路中電流的計算：PC=Pe/k=7.5KW/0.89=8.43KWIC=Pe/3UNCOS=8.

39、43/GAJF=8.43/0.5849=14.41A相線截面的選擇：因為是三相四線制線路，所以查4根單芯線穿鋼管的參數(shù)，查下表得，4根單芯線穿鋼管敷設的每相芯線截面為16mm²的BV型導線，在環(huán)境溫度為25度時的允許流量為65A，其正常最高允許溫度為65度，即Ial=65A。導線額定負荷時的最高允許溫度65度導線允許載流量所采用的環(huán)境溫度25度導線敷設地點實際的環(huán)境溫度15度 導線的實際允許載流量為：所以選擇滿足允許載流量的要求。保護線的選擇：按要求選擇所以選擇的導線BV-500-3×16-1×10。3.3.2 斷路器斷路器俗稱自動開關，兼有短路、過載和欠電壓保護

40、等功能，這種開關能在線路發(fā)生故障時快速地自動切斷電源。它是低壓配電重要保護元件之一，常作低壓配電盤的總電源開關及電動機、變壓器的合閘開關。對熔斷器，在發(fā)生短路時，很可能造成一相熔斷器熔斷，造成單相運行，但對于斷路器，只要發(fā)生短路就會自動跳閘，將三相電源同時切斷，故可減少電動機斷相運行的隱患。本設計用的是低壓斷路器，低壓斷路器是指用于交流電壓1200V、直流電壓1500V及以下電壓范圍的斷路器，是低壓配電系統(tǒng)中的主要配電電器元件。 低壓斷路器主要用于保護交、直流低壓電網(wǎng)內用電設備和線路，使之免受過電流、短路、欠電壓等不正常情況的危害，同時也可用于不頻繁起動的電動機操作或轉換電路。.低壓斷路器結構

41、低壓斷路器主要由觸點、操作機構、脫扣器、滅弧裝置等組成。操作機構有直接手柄操作、杠桿操作、電磁鐵操作、電動機驅動四種。脫扣器又分為電磁脫扣器，熱脫扣器，復式脫扣器、欠壓脫扣器、分勵脫扣器等五種。.低壓斷路器型號及含義如下圖3.3.2（1）所示：派生代號：L漏電D低壓斷路器W萬能式WX萬能式限流型Z 塑料外殼式ZX塑料外殼式限流型ZL漏電斷路器極數(shù)額定電流（A）設計代號圖3.3.2（1） 低壓斷路器型號及含義DZ15L系列漏電保護開關的技術數(shù)據(jù)如下表所示：額定電壓（V）380額定頻率（Hz）5060額定頻率（Hz）40極數(shù)3過電流脫扣器額定電流（mA）40額定漏電動作電流（mA）50額定漏電不動

42、作電流（mA）25額定漏電動作時間（s）0.1DZ15L系列漏電保護斷路器適于在交流380V及以下、頻率為50Hz、額定電流為63A及以下的電路中作漏電保護之用。當有人觸電或回路泄漏電流超過規(guī)定值時，漏電保護斷路器能在0.1s內自動切斷電源，保障人身安全和防止發(fā)生因泄漏電流造成的事故。同時可用來保護線路和電動機的過載及短路，也可作為線路的不頻繁轉換及電動機的不頻繁起動之用斷路器圖形符號如下圖3.3.2（2）所示： 圖3.3.2（2） 斷路器圖形符號.低壓斷路器選用原則低壓斷路器的選用應根據(jù)線路及電氣設備的額定電流及對保護的要求來選擇適合的類型。1. 若額定電流較?。?00A以下），短路電流不太

43、大，可選用塑料殼式斷路器；2. 若短路電流相當大的支路，則應選用限流式斷路器；3. 若額定電流很大，或需要選擇型斷路器時，則應選擇萬能式斷路器；4. 若有漏電電流保護要求時，應選用帶漏電保護功能的斷路器等；5.若控制和保護硅整流裝置及晶閘管的斷路器，應選用直流快速斷路器。.在選擇之前要進行一些負荷計算計算負荷是按發(fā)熱條件選擇供配電系統(tǒng)元件而需要計算的負荷功率和負荷電流，是用來代替實際變動負荷的一種假想負荷。計算負荷的確定方法有“需要系數(shù)法”、“二項式法”、“ABC法”等，計算結果比較相近。本設計計算采用 “ 需要系數(shù)法 ”。1. 用電設備容量及單臺計算負荷的確定：(1) 設備的設備容量PS：

44、指在長期工作制下的電動機的設備容量,是指其銘牌上的額定功率PN(2) 成組用電設備的設備容量PS=PSI(3) 照明設備容量PS=AW (A 建筑物面積 W 單位容量)(4) 單臺用電設備的計算負荷Pjs1=ps (對于不計及效率的單臺用電設備) 對于需要計及效率（）的單臺用電設備，Pjs1=ps/。2. 用電設備計算負荷的確定 求出各用電設備的設備容量后,就可以按需要系數(shù)表上的分類方法詳細分成若干個組,進行用電設備組的負荷計算。用電設備組的計算負荷的計算公式如下： 有功計算負荷： Pjs2=kxPjs1 (kx為需要系數(shù)，一般為0.9 ) 無功計算負荷： Qjs2=P js2tg (tg為功

45、率因素角的正切值) 視在計算負荷： Sjs2=注：三相線路中單相設備的總容量不超過總容量的15%時，單相設備可按三相負荷平衡計算。3. 尖峰電流的計算：尖峰電流是指由電動機啟動、電壓波動等原因引起的單臺或多臺用電設備持續(xù)1s2s的短時最大負荷電流。它與計算電流不同，它比計算電流大得多。計算尖峰電流的目的是選擇熔斷器、整定低壓斷路器、繼電保護裝置、計算電壓波動及檢驗電動機自起動條件等。尖峰電流就是用電設備的起動電流。尖峰電流的計算公式為： Ijf=KIN 其中：IN 額定電流 K起動電流系數(shù)（鼠籠型電動機取67 ，繞線式電動機取22.5，直流電動機取1.7。）4. 本設計的負荷計算過程如下：主油

46、泵電機 Pc= kd×Pe = 0.8×75=60KWQc= Pc×tg=600.75=45kWSc=Pc/cos=60/0.8= 75kVAIc=Sc/UN=75/0.38=341A尖峰電流的計算：(其中IN=144A)Ipk=Ist=Kst×IN=7144=1008A輔油泵電機Pc= kd×Pe =0.815= 12kWQc= Pc×tg=120.75=9kWSc=Pc/cos=12/0.8= 15kVAIc=Sc/UN=15/0.38= 68.4A尖峰電流的計算：(其中IN=28.81 A)Ipk=Ist=Kst×IN

47、=728.81= 202A 懸鏈電機 Pc= kd×Pe = 0.8×3=2.4KWQc= Pc×tg=2.40.75=1.8kWSc=Pc/cos=2.4/0.8= 3kVAIc=Sc/UN=3/0.38=13.7A尖峰電流的計算：(其中IN=5.8A)Ipk=Ist=Kst×IN=75.8=40.3A. 低壓斷路器的選擇:本設計中選擇的斷路器是具有過載和短路功能的塑料外殼式自動空氣斷路器，該斷路器又稱裝置式自動開關，選擇這種斷路器后不用再選擇熱繼電器了。該斷路器主要產品有DZ5、DZ9、DZ10、DZ20、DZ15L等系列。1.過電流脫扣器動作電流的

48、整定 式中，為可靠系數(shù)，對動作時間在0.02s以上的斷路器=1.35。2.熱脫扣器動作電流的整定 式中，取1.1。斷路器型號選擇： 油泵電機=1.35×1008=1361A =1.1×341=375A故選型號 DZ20-60 輔油泵電機 =1.35×202=273A =1.1×68.4=75.2A故選型號 DZ 15L10 懸鏈電機 1.35×40.3=54.4A=1.1×13.7=15A故選型號為DZ 15L40 PLC： 因這些設備的功率和驅動電流很小，所計算出來的電流也很小。 故均選用以下型號： DZ 15L10 3.3.3 熔

49、斷器1. 概述熔斷器時一種最簡單有效的保護電器。在使用時，熔斷器串聯(lián)在所保護的電路中，作為電路及用電設備的短路和嚴重過載保護，當電路發(fā)生嚴重過載或短路短路電流通過熔體時，因其自身發(fā)熱而熔斷，從而分斷電路的電源，但主要用作短路保護，有時也可作為過載保護之用。熔斷器主要由熔體（俗稱保險絲）和安裝熔體的熔管（或熔座）兩部分組成。熔體由易熔金屬材料鉛、鋅、錫、銀、銅及其合金制成，通常制成絲狀和片狀。熔管是裝熔體的外殼，由陶瓷、絕緣鋼紙制成，在熔體熔斷時兼有滅弧作用。由于熔斷器簡單，具有較高的分斷能力、使用方便、體積小、重量輕以及價格便宜等優(yōu)點，因而在工業(yè)生產中使用極為廣泛。熔斷器圖形符號如下圖3.3.

50、4（1）所示： 圖3.3.3 （1）熔斷器圖形符號2. 熔斷器的種類和型號 熔斷器的分類 熔斷器按結構形式可分為：半封閉插入式熔斷器、自復式熔斷器、無填料密閉管式熔斷器、有填料密閉管式熔斷器、螺旋式熔斷器等。 熔斷器的型號 熔斷器的常用型號有：RL6、 RL7、 RT12、RT14、RT15、RT16(NT)、RT18、RT19(AM3)、RO19、RO20、RTO、RC1A等，在選用時可根據(jù)使用場合酌情選擇。3. 熔斷器的主要技術參數(shù) 熔斷器主要技術參數(shù)包括額定電壓、熔體額定電流、熔斷器額定電流、極限分斷能力等。（1）額定電壓：指保證熔斷器能長期正常工作的電壓。（2）熔體額定電流：指熔體長期

51、通過而不會熔斷的電流。（3）熔斷器額定電流：指保證熔斷器（絕緣底座）能長期正常工作的電流。實際應用中，熔斷器的額定電流應大于或等于所裝熔體的額定電流。（4）極限分斷能力：指熔斷器在額定電壓下所能開斷的最大短路電流。在電路中 出現(xiàn)最大電流一般是指短路電流值。所以，極限分斷能力也反映了熔斷器分 斷短路電流的能力。4熔斷器的選擇原則熔斷器的選擇主要是選擇熔斷器類型、額定電壓、熔斷器額定電流及熔體的額定電流等。（1）熔斷器類型的選擇：根據(jù)負載的保護特性、短路電流大小、使用場合、安裝條件和各類熔斷器的適用范圍來選擇熔斷器類型。（2）額定電壓的選擇：熔斷器額定電壓應大于或等于線路的工作電壓。（3）熔體與熔

52、斷器額定電流的確定： a 熔體額定電流的確定：對于電阻性負載，熔體的額定電流等于或略大于電路的工作電流。 對于電容器設備的容性負載，熔體的額定電流應大于電容器額定電流的1.6倍。對于電動機負載，要考慮啟動電流沖擊的影響，計算方法如下： 對于單臺電動機： （1.52.5）式中：熔體額定電流（A）；電動機額定電流（A）。對于多臺電動機： （1.52.5）式中：容量最大一臺電動機額定電流（A）；其余各臺電動機額定電流之和（A）。b熔斷器額定電流的確定：熔斷器的額定電流應大于或等于熔體的額定電流。（4）額定分斷能力的選擇：額定分斷能力必須大于電路中可能出現(xiàn)的最大短路電流。（5）熔斷器上、下級配合：為滿

53、足選擇保護的要求，應注意熔斷器上、下級之間的配合，為此要求兩級熔體額定電流的比例不小于1.6：1。（6) 熔斷器選型 RT16 (NT)有填料封閉管式刀形觸頭熔斷器適用交流50Hz，額定電壓500/600v及380v，額定電流1250A及以下的工業(yè)電氣配電裝置中，作過栽和短路保護之用。 RT16(NT)型低壓高分斷能力熔斷器是我廠參照國外先進技術資料自行設計的一種新型熔斷器。具有體積小、重量輕、功耗小、分斷能力高等特點，廣泛用于電氣設備的過載保護和短路保護 R T 16 - / 額定電壓 額定電流 設計序號 有填料 熔斷器 圖3.3.3（2）RT16熔斷器型號及含義RT14系列熔斷器適用于交流50Hz或60Hz、電壓380V、電流至63A的配電電流中，作為線路過載和短路保護之用，是一種高分斷能力熔斷器。帶撞擊器式的熔斷器與HG1熔斷器式隔離器配合使用時，可作為電動機的缺相保護。 RT14熔斷器型號及含義如圖3.3.3（2）所示：14有填料封閉式管式熔斷器設計代號熔斷器