《移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計》畢業(yè)答辯論文

1、I移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計摘摘 要要隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大提出了一種基于 PLC 對多種液體，實現(xiàn)轉(zhuǎn)存加注的監(jiān)控和操控的控制系統(tǒng)設(shè)計思路，加液車是一種液體轉(zhuǎn)存過程中使用的專用車輛，常用于液體運輸過程中的加注作業(yè)階段，完成對液體的抽取和轉(zhuǎn)存目的，課題要求設(shè)計一套裝置，將液體輸送至目標(biāo)區(qū)域，操作簡便、可靠，具備一定的安全警示功能。提高了液體轉(zhuǎn)存、加注及液體運輸?shù)淖詣踊潭群蜕a(chǎn)效率。通過可編程控制器（西門子 S7-200）控制兩臺直流電機實現(xiàn)機構(gòu)在水平面內(nèi) 360旋轉(zhuǎn)，豎直面內(nèi) 90的展開與收起。并且實現(xiàn)對加液車各個泵、電機、液位的監(jiān)視和控制，統(tǒng)一在觸摸屏人機界面上進

2、行顯示和操作，同時設(shè)計操作面板，實現(xiàn)手動操作，提供必要的警示功能。另外，為了保證整個控制系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，系統(tǒng)還采用了多種傳感器對系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行保護。通過系統(tǒng)調(diào)試，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、高效、可靠及操作方便。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進一步發(fā)展,自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進行操作。所有，本次設(shè)計是非常有必要的。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：加液車，編程控制器，人機界面，警示功能，

3、系統(tǒng)設(shè)計IITo move the liquid filling liquid vehicle system designAbstractWith the popularization and development of industrial automation , the controller increases the demand for year proposed a PLC based on a variety of liquid fluid , filling dump achieve monitoring and control of the control system d

4、esign ideas, plus liquid vehicle is special vehicles used during dump , commonly used in the process of filling liquid transport session , complete liquid extraction and dump purposes, subject to design a device , the liquid delivered to the target area , easy to operate , reliable, have some securi

5、ty warning. Improved liquid dump , filling and degree of automation and productivity liquid transport. Through the programmable controller ( Siemens S7-200) control two DC motors to achieve 360 rotating bodies in the horizontal plane , the vertical plane by 90 expanded and retracted . And add liquid

6、 vehicle to achieve the various pumps, motors , level of monitoring and control , unified on the touch screen display and operation, while the design control panel, for manual operation , to provide the necessary warning. In addition, to ensure the stability and reliability of the control system ope

7、ration , the system also uses a variety of sensors to protect key aspects of the system . Debugging through the system , the system is able to accurately and efficiently , reliable and easy to operate . In modern industry , the production process of mechanization and automation has become a prominen

8、t theme. With the further development of industrial modernization , automation has become an important pillar of the modern enterprise , no shop , no production lines , etc., have been everywhere. Meanwhile, modern production , there is a wide variety of production environments , such as high temper

9、ature , Radioactive , toxic gases, harmful gases occasions and underwater operations , these harsh production environment is not conducive to manual operation. All this design is very necessary .Keywords:Add liquid vehicles, programmable controllers, HMI, warning function, system designIII目 錄摘 要 .IA

10、bstract .II1 緒 論.11.1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.11.2 移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計的意義.11.3 方案討論.21.3.1 動力系統(tǒng)及機械機構(gòu).21.3.2 電氣控制系統(tǒng).21.4 主要任務(wù) .32 機構(gòu)設(shè)計 .42.1 執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇.42.2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 .62.2.1 底座設(shè)計.72.2.2 支架設(shè)計.72.2.3 夾具設(shè)計.82.2.4 電機的選擇與計算.93 控制系統(tǒng)設(shè)計 .123.1 可編程序控制器 .123.1.1 PLC 的介紹.123.1.2 可編程序的控制類型.123.1.3 PLC 的特點.123.1.4 PLC 的工作原理 .133.2

11、PLC 系統(tǒng)設(shè)計.153.2.1 PLC 的 I/O 口分配.153.2.2 PLC 的 I/O 接線圖.163.3 電機控制部分 .183.3.1 電動機的啟動方式及其比較 .183.4 編碼器的選型 .223.4.1 編碼器信號輸出形式.233.4.2 編碼器的應(yīng)用 .244 人機界面(HMI)設(shè)計 .254.1 觸摸屏概述.25IV4.2 EasyBuilder8000 .254.2.1 功能介紹 EB8000 .255 總結(jié)與展望 .29致 謝 .30參 考 文 獻 .311移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計1 緒 論1.1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢經(jīng)過長時間的發(fā)展，我國工程機械行業(yè)已具備了相

12、當(dāng)?shù)囊?guī)模和技術(shù)水平，能生產(chǎn)出接近和達到國際領(lǐng)先水平的產(chǎn)品，并出現(xiàn)了在國際上享有一定知名度的品牌，行業(yè)基本形成了一個完整的體系，除特種大型的工程機械外，能夠生產(chǎn)國內(nèi)工程建設(shè)所需要的二十大類產(chǎn)品、280 多個系列、1700 多個品種、4000 多個規(guī)格。2013 年，工程機械出口一路高歌，極大地提振了行業(yè)信心。龍頭企業(yè)徐工國際化進程逆勢提速，出口額五年來累計達 42.2 億美元，出口規(guī)模保持國內(nèi)行業(yè)第一，成為中國制造“走出去”的標(biāo)桿。目前，我國已超越美國、日本、歐洲成為全球最大的工程機械市場，這對投資者來說意味著良好的投資機會。大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展等，都將直接帶動工程機械

13、市場繼續(xù)發(fā)展。隨著國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展，很多城市興建樓房、基礎(chǔ)設(shè)施，工程機械需求量很大，還有很多發(fā)展中國家，由于國內(nèi)不能夠滿足需求也需要從國外進口，這樣就給我們創(chuàng)造了很多機會。國內(nèi)的的工程機械一直都以廉價、實用，以及售后服務(wù)贏得國外市場，這樣的產(chǎn)品對他們來說也是合適的選擇。1.2 移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計的意義移動加液車是實現(xiàn)液體轉(zhuǎn)存和抽取，將原料輸送到目標(biāo)區(qū)域。所以加注系統(tǒng)設(shè)計顯得的尤為重要，步進電機可以實現(xiàn)加液炮臂在平面內(nèi) 90 度展開、收起，整體應(yīng)用PLC（S7-200）控制，并且對液車各個泵、電機、液位的監(jiān)控和控制，統(tǒng)一在觸摸屏人機界面（EB8000）上進行顯示和操作，同時設(shè)計操作面板，實現(xiàn)

14、手動操作，提供必要的警示功能。本課題移動加液車設(shè)計一套液體加注系統(tǒng)，題目是一個綜合性的設(shè)計課題，對學(xué)生的要求很全面。通過本次環(huán)節(jié)很好的把教學(xué)與實踐相結(jié)合，是一次綜合性的大檢驗。培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、培養(yǎng)學(xué)生新產(chǎn)品的開發(fā)能力，以及熟練掌握文獻檢索、寫作能力、溝通能力。2*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書1.3 方案討論1.3.1 動力系統(tǒng)及機械機構(gòu)圖 1-1 機械結(jié)構(gòu)（1）機械機構(gòu)：可用電瓶直接驅(qū)動輔助液壓泵收起加液炮臂；保證各運動件工作靈活，按要求配置旋轉(zhuǎn)軸固定座、旋轉(zhuǎn)軸、固定座、銷軸等。加液炮臂收回后要有固定架，所有結(jié)構(gòu)做防銹處理。（2） 液壓系統(tǒng)：動力單元包括：直流電機、泵、溢流閥、電磁換向閥、閥塊、限位

15、開關(guān)、油箱（4L）等。油缸（參考尺寸 50 350mm ） 、管路（軟管、管夾、接頭）等。應(yīng)提供各液壓泵、液壓缸制造商全稱、國別、品牌、型號、詳細參數(shù)、廠址的說明。 （3） 加液炮臂結(jié)構(gòu)，已知參考數(shù)據(jù)：加液炮臂總長 5 米，前部 4 米，后部 1 米。不銹鋼管采用 893。 （4） 操作控制采用：觸摸屏控制（置于駕駛員側(cè)設(shè)備廂內(nèi)） 。1.3.2 電氣控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)：整車控制系統(tǒng)采取 PLC 觸摸屏控制，在車體一側(cè)設(shè)置觸摸屏控制面板，控制面板上需提供照明裝置，其中包括發(fā)電機組控制和整個動力控制面板，實現(xiàn)整車所有功能全觸摸屏控制功能，并配置手動控制功能，且能實現(xiàn)觸摸控制及手動控制切換?？刂泼姘宄?/p>

16、寸：400 寬*700 高（參考尺寸） ，顏色：白色。（1） 液壓控制：利用 24V 電瓶電源，可以開啟電磁換向閥、溢流閥、液壓泵；油缸工作，可以進行加液炮臂展開及收起。液壓控制應(yīng)采用直流接觸器。3移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計（2） 照明控制：利用 24V 電瓶電源，觸摸屏上界面切換至照明控制，在車頭、車尾和最高點設(shè)有黃色警示燈和示寬燈用于夜間安全警示，在人工操作部分安裝防爆照明燈（一用一備）用于夜間工作照明配，前后設(shè)備廂安裝照明燈。（3） 發(fā)電機控制：（發(fā)電機廠家提供，控制廂面板放置在駕駛員側(cè)設(shè)備廂內(nèi)， ，固定之） ，安裝電瓶開關(guān)。（4） 液位報警顯示及控制（具有液位數(shù)顯、高低液位報警、消音功

17、能，液位顯示儀表、報警器、消音按鈕，液位計廠家提供，液壓控制廠家安裝在控制柜上） ，避免泵空轉(zhuǎn)或液體溢出。（5） 5 臺泵的控制：加液泵 ISGB80-20(I)A，功率為 7.5kw，2 臺；進液泵 KCB-483.3，功率為 7.5 kw，3 臺。每臺泵配置：啟停按鈕、運行故障指示燈。必須有空開、交流接觸器、熱繼。（6） 電磁閥的控制：打開、關(guān)閉除冰液管路上電磁閥 2 臺（24V） 。（7） 安裝雷達和倒車影像系統(tǒng)，攝像頭必須高清、防水、防霧并帶夜視功能。監(jiān)視屏放置在駕駛室。1.4 主要任務(wù) （1）查閱資料并整理，提出測量儀機械結(jié)構(gòu)方案，同時完成開題報告。 （2）提出系統(tǒng)控制方案，選定主控

18、系統(tǒng)類型，設(shè)計加液操作的炮臂伺服控制方案，實現(xiàn)對加液車各個泵、電機、液位的監(jiān)視和控制。 （3）觸摸屏并且在人機界面上進行顯示和操作，同時設(shè)計操作面板，實現(xiàn)手動操作，提供必要的警示功能。 （5）完成設(shè)計圖紙，撰寫 1.5 萬字的說明書，翻譯 3000 字的專業(yè)技術(shù)文章。4*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書2 機構(gòu)設(shè)計2.1 執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇按照設(shè)計要求，加液炮臂需滿足 360旋轉(zhuǎn)，且需設(shè)計固定架。為保證加液炮臂完成加液操作，加液炮臂需滿足升降功能。加液炮臂可能的形式很多，按照坐標(biāo)形式分類，可分為直角坐標(biāo)式，圓柱坐標(biāo)式，球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式，下面對加液炮臂可能的形式進行簡單的對比。1）直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)直角坐標(biāo)式可

19、滿足加液炮臂的上升下降、前移后移和左移右移，可以向 X、Y、Z三個方向運動，但是不能實現(xiàn)加液炮臂的旋轉(zhuǎn)，不滿足設(shè)計要求。圖 2-1 直角坐標(biāo)2）圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)允許加液炮臂的旋轉(zhuǎn)，上升下降，即可以繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)，沿 Z 軸運動，滿足設(shè)計要求。圖 2-2 圓柱坐標(biāo)3）球坐標(biāo)式結(jié)構(gòu) 0球坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)允許加液炮臂繞 X、Y、Z 軸旋轉(zhuǎn)，滿足設(shè)計要求。5移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計 圖 2-3 球坐標(biāo)4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)綜上所述，滿足要求的結(jié)構(gòu)形式為圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)和球坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)，考慮到加液炮臂前端有一根用于加注操作的軟管，所以加液炮臂的升降沒有很高的精度要求，球狀式結(jié)構(gòu)設(shè)計更為簡單便捷，根據(jù)實際

20、需求，本次設(shè)計只需用到球狀坐標(biāo)的 Z 軸正半軸以上空間，且加液炮臂不允許向上抬升至 90，本次設(shè)計設(shè)定最大仰角 =60。 圖 2-4 關(guān)節(jié)坐標(biāo)2.2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，在水平面內(nèi)適用于 360加液炮臂旋轉(zhuǎn)的展開、收起操作控制，在豎直面內(nèi)可以 90 內(nèi)旋轉(zhuǎn)，加液炮臂總長 5 米，前部 4 米，后部 1 米。采用 89 不銹鋼管。6*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書圖 2-5 機械結(jié)構(gòu)（1）如圖所示，炮臂的在水平面內(nèi) 360旋轉(zhuǎn)是通過安裝在水平面內(nèi)的齒輪來實現(xiàn)的。圖 2-6 360旋轉(zhuǎn)示意圖（2）如圖所示，炮臂在豎直面內(nèi) 90展開與收起是通過豎直面的渦輪實現(xiàn)。 圖 2-7 豎直面 90展開與收起7移動加

21、液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計2.2.1 底座設(shè)計機構(gòu)底座是承載機構(gòu)所有重量的基礎(chǔ)，它對強度、穩(wěn)定性、可加工性要求很嚴(yán)格。一個機構(gòu)的底座主要實現(xiàn)支撐功能，這也涉及到整體設(shè)計的布局和結(jié)構(gòu)。另外機座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機構(gòu)工作時的穩(wěn)定行。 圖 2-8 底座2.2.2 支架設(shè)計 支架主要實現(xiàn)整體機構(gòu)的 360旋轉(zhuǎn)和支撐水平軸，360旋轉(zhuǎn)是通過安裝在支架軸上的齒輪連接直流電機來實現(xiàn)。支架通過兩個推力軸承安裝在底座內(nèi)，可以滿足設(shè)計要求。8*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 2-9 支架2.2.3 夾具設(shè)計 夾具安裝在支架內(nèi)，通過一個縮緊套夾住炮臂來在豎直面內(nèi)展開與收起。它的動力是通過安裝在夾具軸上的一個渦輪來提

22、供。 圖 2-10 夾具自鎖機構(gòu)：自鎖是如果作用于物體的主動力的合力 Q 的作用線在摩擦角之內(nèi)，則無論這個力怎樣大，總有一個全反力 R 與之平衡，物體保持靜止；反之，如果主動力的合力 Q 的作用線在磨擦角之外，則無論這個力多么小，物體也不可能保持平衡。這種與力大小無關(guān)而與摩擦角有關(guān)的平衡條件稱為自鎖條件。物體在這種條件下的平衡現(xiàn)象稱之自鎖現(xiàn)象。蝸輪減速機特點與自鎖功能的應(yīng)用 9移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計 圖 2-11 蝸輪蝸桿實際上蝸輪減速機就是蝸輪蝸桿減速器，因為蝸輪與蝸桿在減速器的應(yīng)用當(dāng)中都是成對出現(xiàn)的。減速器中有一個蝸桿就一定會有一個蝸輪，因此蝸輪減速器只是人們對蝸輪蝸桿減速器的一種口語

23、化叫法。但通常大家更喜歡把蝸輪蝸桿減速器稱為蝸輪蝸桿減速機?；蛘哒f蝸輪蝸桿減速機是更通用的一種叫法。 簡單介紹一下蝸輪及蝸桿機構(gòu)的特點： 蝸輪蝸桿可以得到很大的傳動比，比交錯軸斜齒輪機構(gòu)緊湊。兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機構(gòu) 蝸桿傳動相當(dāng)于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小。具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時，機構(gòu)具有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。如在其重機械中使用的自鎖蝸桿機構(gòu)，其反向自鎖性可起安全保護作用。 傳動效率較低，磨損較嚴(yán)重。蝸輪蝸桿嚙合傳動時，嚙合輪齒間的相對滑動速度大，故摩擦損耗大、

24、效率低。另一方面，相對滑動速度大使齒面磨損嚴(yán)重、發(fā)熱嚴(yán)重，為了散熱和減小磨損，常采用價格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤滑裝置，因而成本較高 蝸桿軸向力較大。 蝸輪蝸桿減速機自鎖功能的應(yīng)用： 在減速機的傳動方式中,蝸輪傳動具備其他齒輪傳動所沒有特性,即蝸桿可以輕易轉(zhuǎn)動蝸輪，但蝸輪無法轉(zhuǎn)動蝸桿。這是因為蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)和傳動是通過摩擦實現(xiàn)的造成的。 蝸輪蝸桿傳動方式具有的自鎖止功能在機械應(yīng)用很有用處，比如卷揚機，輸送設(shè)備等等。然而也是因為蝸輪蝸桿的摩擦傳動方式，也造成了蝸輪蝸桿的傳動效率相對齒輪傳動要低很多。 10*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書備注：不過要注意的一點是，不是所有的蝸輪減速機都具有

25、很好的自鎖功能，蝸輪的自鎖功能要達到一定的速比才能實現(xiàn)。這和導(dǎo)程角有關(guān)，即小速比的蝸輪蝸桿自鎖功能就不那么理想。2.2.4 電機的選擇與計算電機選型表中有部分參數(shù)需要計算來得到。但是實際計算中許多情況我們都無法得到確切的機械參數(shù)，因此，這里只給出比較簡單的計算方法。 （a）靜態(tài)力矩 圖 2-13 炮臂尺寸 M(炮臂界面)=（ R12-R22）1+R222=（44.52-432）*7.9+432*2=3.26+5.8=9.06kgT 水平軸=M 右-M 左=1.75*9.06-0.5*9.06=11.325Nm則，F(xiàn)t2=渦=11.325/200mm=56.625N根據(jù)蝸輪蝸桿公式：傳動比：i=

26、Z2/Z1=32/1=32蝸輪蝸桿總效率：=123=0.8T2=T1iFa1=Ft2=2T2/D2得，F(xiàn)t1=0.22NT 電機 1=Ft1*50mm=0.22*0.05= 0.011Nm (b ) 初定炮臂以 =0.2m/s渦輪 V=*r=0.2*0.2=0.04m/s蝸桿 V=0.04*32=1.28m/s則，n=V/D=1.28/*0.05m=8.148r/min 圖 2-14 蝸輪蝸桿受力分析(c) 驅(qū)動要求分析（1） 估算驅(qū)動力矩由設(shè)計要求可知，加液炮臂長 l=5m，不銹鋼材質(zhì)，管口尺寸為：893。由solidworks 質(zhì)量測量工具測量可知，加液炮臂的質(zhì)量為 m=31.205kg。

27、當(dāng)加液炮臂處于3500mm500mm11移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計水平位置時，炮臂對固定架的扭矩達到最大，此時加液炮臂對固定架的扭矩約為：N1=mg(L-l)=31.2059.8(2-0.5)=458Nm (2-1)在加液過程中，加液炮臂靜止不動，此時炮臂內(nèi)有加注液體，以液體的密度為水的密度的 2 倍計算，估算此時的加液炮臂（包括管內(nèi)液體）的質(zhì)量為 M=54kg。加液炮臂對固定架的最大扭矩為：N2=Mg(L-l)=549.8(2-0.5)=793.8Nm (2-2)加液炮臂支撐柱由兩個單列圓錐滾子軸承固定，圓錐滾子軸承承受著執(zhí)行機構(gòu)的豎直壓力，由于受力方向單一，2 個單列圓錐滾子軸承采用同向安

28、裝的形式。驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的水平旋轉(zhuǎn)主要克服圓錐滾子軸承的摩擦力矩。（2） 估算所需功率加液炮臂在操作過程中要求低速緩慢的轉(zhuǎn)動，設(shè)定升降轉(zhuǎn)動速度為 0.5rmp（約為0.05rad/s） ，即加液炮臂每秒轉(zhuǎn)動 3，加液炮臂前端每秒升降 0.2m。設(shè)定旋轉(zhuǎn)速度為1.2rmp（約為 0.125rad/s） ，即加液炮臂每秒水平旋轉(zhuǎn) 7，炮臂前端每秒轉(zhuǎn)過的弧度為：0.5m。由公式 3-3 可知：P=T （2-3）加液炮臂升降時所需功率 P1=22.9w。根據(jù)驅(qū)動要求分析，未進行輸液時，加液炮臂對固定架支點的最大扭矩約為458NM，最大靜力矩為 793Nm,無刷直流電機通過行星齒輪減速器減速輸出，并且在輸

29、出軸上安裝一個半徑為 15mm 的直齒輪 A，A 與加液炮臂上固定架上的大直齒輪B（半徑 150mm）連接，減速器輸出軸的輸出轉(zhuǎn)矩最小為：45.8Nm，加液過程中所需的靜力矩為：79.3Nm，根據(jù)轉(zhuǎn)矩要求，選擇減速器型號為：北京和利時 WPNF120 型減速器，該減速器的額定輸入轉(zhuǎn)速為 3000rmp，額定輸出轉(zhuǎn)矩為 230NM，最大輸出轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的兩倍，無刷電機的選擇型號為：北京和利時 57BL-0730N1-LS-B，電機輸出轉(zhuǎn)速為 3000rmp，額定功率為 70W，由于加液炮臂要求緩慢轉(zhuǎn)動，本設(shè)計減速器的減速比為 320，所以輸出轉(zhuǎn)速為 9.4rmp，經(jīng)過大小齒輪再一次減速，加液炮

30、臂的的轉(zhuǎn)動速度為 1.4rmp，滿足緩慢轉(zhuǎn)動的要求，根據(jù)轉(zhuǎn)動速率，估算出加液炮臂轉(zhuǎn)動所需的功率為約 53W，滿足加液炮臂的正常工作要求。驅(qū)動加液炮臂水平轉(zhuǎn)盤電機同為上述型號，經(jīng)測算符合驅(qū)動要求。電機的驅(qū)動器為和利時公司為電機適配的電機驅(qū)動器，驅(qū)動器的型號為：BL040812*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 3 控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 可編程序控制器 3.1.1 PLC 的介紹 可編程序控制器（programmable controller） ，現(xiàn)在一般簡稱為PLC（programmable logic controller） ，它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通

31、 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。以其顯著的優(yōu)點在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價格便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對象改變時，原有的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。3.1.2 可編程序的控制類型1）用于邏輯控制 這是 PLC 最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用 PLC 取代繼電器控制和順序控制

32、器控制。例如機床的電氣控制、包裝機械的控制、自動電梯控制等。2）用于模擬量控制 PLC 通過模擬量 I/O 模塊，可實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對模擬量控制。3）用于機械加工中的數(shù)字控制 現(xiàn)代 PLC 具有很強的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機械加工中的數(shù)字控制（NC）及計算機控制（CNC）緊密結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)字控制。4）用于工業(yè)機器人控制5） 用于多層分布式控制系統(tǒng) 高功能的 PLC 具有較強的通信聯(lián)通能力，可實現(xiàn) PLC 與 PLC 之間、PLC 與遠程I/O 之間、PLC 與上位機之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。3.1.3 PLC 的特點1）可靠性高、抗干擾能力強 PLC

33、能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動、機械振動、溫度變化等中可靠地工作，PLC 的平均無故障間隔時間高，日本三菱公司的 F1 系列 PLC 平均無故障時間間13移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計隔長達 30 萬 h，這是一般微機所不能比擬的。2） 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強 由于 PLC 是采用軟件編程來實現(xiàn)控制功能，對同一控制對象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時，不必改變 PLC 的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。3）編程簡單、使用、維護方便4）組合方便、功能強、應(yīng)用范圍廣 PLC 既可用于開關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機控制，又可用于組成多級控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控

34、制復(fù)雜系統(tǒng)。因此，PLC 應(yīng)用范圍很廣。5） 體積小、重量輕、功耗低 PLC 采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時功耗也很低，空載功耗約 1.2KW。3.1.4 PLC 的工作原理 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機 或切換到 STOP 工作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工

35、作，一次循環(huán)可分為 5 個階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時完成的。 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段。可編程序控制器檢查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢≧UN）狀態(tài)時，還要完成另外 3 個階段的操作。 在可編程序控制器的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號

36、的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對應(yīng)的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。 外接的輸入觸點電路接通時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)14*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外接的輸入觸點電路斷開，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一

37、個掃描周期的輸入處理階段被讀入。 可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU 從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的 0/1 狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算結(jié)果寫入到對應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊

38、隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。 若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。某一編程元件對應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時，稱該編程元件為 ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時，稱該編程元件為 OFF。 掃描周期可編程序控制器在 RUN 工作狀態(tài)時，執(zhí)行一的掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為1100ms。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長時

39、，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。圖 3-1 掃描過程（1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們存入 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會改變。所以15移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計輸入如果是脈沖信號，它的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 的 CPU 總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對控

40、制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達等。 （3）輸出刷新階段 在輸出刷新階段，CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動響應(yīng)的外設(shè)。這時才是 PLC 真正的輸出。 (4)輸入/輸出滯后時間 輸入/輸出滯后時間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時間，是指可編程序控制器的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分組成。輸入模塊的

41、CPU 濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點動作是產(chǎn)生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為 10ms 左右。輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在 10ms 左右；雙向可空硅型輸出電路在負載接通時的滯后時間約為1ms，負載由導(dǎo)通到斷開時的最大滯后時間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達到兩個多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時間一般只有幾十 ms，對于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。要求輸入輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控

42、制器或采取其他措施。3.2 PLC 系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)分析選擇用“CPU226 AC/DC/繼電器 24 輸入/16 繼電器輸出”型 PLC，同時，考慮到 I/O 端的分組情況以及隔離與接地要求，增加 10%-20%的裕量。另配一個EM223 24 VDC 數(shù)字組合 8 輸入/8 輸出的擴展模塊和一個 EM221 位控模塊。3.2.1 PLC 的 I/O 口分配本控制系統(tǒng)的 PLC 的輸入、輸出點數(shù)的確定是根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計要求和所需控制的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以確定。 1）PLC 的輸入端口包括自動循環(huán)工作按鈕、點動按鈕、總停按鈕等，還包括電動機的熱保護繼電器輸入，外接電路電磁閥的輸入點，伺服驅(qū)動器的輸

43、入等。16*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 2）PLC 的輸出端口包括運行指示燈、繼電器、外部接口、伺服電機接口、EM223。EM221 輸入等。 輸入端子 I 輸出端子 Q地址名稱注釋地址名稱注釋I0.0XA旋轉(zhuǎn)編碼器 AQ0.0BG1首尾指示燈及旋轉(zhuǎn)警示燈I0.1XB旋轉(zhuǎn)編碼器 BQ0.1BG2示寬燈I0.2XZ旋轉(zhuǎn)編碼器 ZQ0.2BG3觸摸屏照明燈I0.3Q0.3BG4操作間防爆燈I0.4Q0.4BG5操作間備用防爆燈I0.5Q0.5BG6前設(shè)備箱照明燈I0.6Q0.6BG7后設(shè)備箱照明燈I0.7Q0.7BG8越程報警燈I1.0SF1啟動Q1.0KF1上升完成I1.1SB1報警消除Q1.1KF2下

44、降完成I1.2SB2上升Q1.2KF3左旋完成I1.3SB3下降Q1.3KF4右旋完成I1.4SB4左旋轉(zhuǎn)Q1.4IN1電機驅(qū)動器輸入 1I1.5SB5右旋轉(zhuǎn)Q1.5IN2電機驅(qū)動器輸入 2I1.6BG1上升極限Q1.6IN3電機驅(qū)動器輸入 3I1.7BG2下降極限Q1.7IN4電機驅(qū)動器輸入 4I2.0BG3左旋極限Q2.0KF7加液泵 1I2.1BG4右旋極限Q2.1KF8加液泵 2I2.2SB6復(fù)位按鈕Q2.2KF9進液泵 1I2.3SF2警示燈開關(guān)Q2.3KF10進液泵 2I2.4SF3示寬燈開關(guān)Q2.4KF11進液泵 3I2.5SF4觸摸屏照明燈開關(guān)Q2.5P1報警器I2.6SF5操

45、作間防爆燈開關(guān)I2.7SF6備用防爆燈開關(guān)I3.0SF7前設(shè)備箱照明燈I3.1SF8后設(shè)備箱照明燈I3.2SF9加液泵 1 開關(guān)I3.3SF10加液泵 2 開關(guān)17移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計I3.4SF11進液泵 1 開關(guān)I3.5SF12進液泵 2 開關(guān)I3.6SF13進液泵 3 開關(guān)I3.7SB7一鍵完成 表 3-1 I/O 分配（移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計）3.2.2 PLC 的 I/O 接線圖PLC 的輸入接口 I0.0I0.2 為旋轉(zhuǎn)編碼器 A、B、C 輸入點，I81.0I1.5 為操作面板的輸入按鈕信號，輸入點 I1.6I2.1 為行程開關(guān)的輸入信號輸入點，I2.4、I2.5 為兩個

46、機構(gòu)接近開關(guān)的信號輸入點，I2.6、I2.7 為伺服驅(qū)動器的報警輸入點，I3.0、I3.1 為伺服電機定位完成的信號輸入點。PLC 的輸出點 Q0.0Q0.6 為各種燈信號的輸出，Q0.7Q1.4 輸出給外部的信號，來確定機構(gòu)當(dāng)前的狀態(tài)，Q1.5Q1.7 輸出至驅(qū)動電機的電源，Q2.0Q2.3 輸出至定位模塊來控制伺服電機的運行停止，Q2.4、Q2.5接通進液泵、報警器。18*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 3-2 I/O 分配19移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計3.3 電機控制部分3.3.1 電動機的啟動方式及其比較對電動機啟動的主要要求有：（1) 有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩；（2）在滿足啟動轉(zhuǎn)矩要求的前提下，啟

47、動電流越小越好；（3） 啟動平滑，即啟動時平滑加速，以減小對生產(chǎn)機械的沖擊；（4） 啟動設(shè)備安全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；（5） 啟動過程中的功率損耗越小越好。一般電動機在啟動時，電機定子從電網(wǎng)中取用的電流約為電機額定電流的 57 倍。小電機啟動后經(jīng)一兩秒鐘，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速逐漸升高，電流迅速減小；而大電機要經(jīng)十幾秒，甚至幾十秒后轉(zhuǎn)子才能達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。即要到啟動結(jié)束，電流才降為額定值左右。異步電動機啟動電流大，會對使用帶來什么問題呢?如果這臺電機使用時啟動次數(shù)頻繁，電機則會由于啟動電流的影響而發(fā)熱嚴(yán)重，會影響電機正常使用壽命。此外，如果所使用的電機啟動次數(shù)雖然不頻繁，當(dāng)它的容量超過電源變壓器容量

48、的 30%時，由于啟動電流大，會造成變壓器對外供電的輸電線上的電壓降過大，從而影響接在同一臺變壓器上的其他用電設(shè)備的工作。因而在啟動時必須采取一定的措施，以限制啟動電流不致過大。由于使用電機種類不同，生產(chǎn)情況不同，所以電機啟動方法也不同。（1）直接啟動（全壓啟動）所謂直接啟動就是將電動機的定子繞組通過閘刀開關(guān)或接觸器直接接入電源，在額定電壓下啟動，如圖 2-2.由于直接啟動時的啟動電流很大，因此，在什么情況下才允許采用直接啟動，有關(guān)供電、動力部門都有規(guī)定，主要取決于電動機的功率與供電變壓器的容量之比值。一般在有獨立變壓器供電（即變壓器供動力用電）的情況下，若電動機啟動頻繁，則電動機功率小于變壓

49、器容量的 20%時允許直接啟動；若電動機不經(jīng)常啟動，則電動機功率小于變壓器容量的 30%時也允許直接啟動。如果在沒有獨立的變壓器供電的情況下，電動機啟動比較頻繁，則常按經(jīng)驗公式估算，滿足下列關(guān)系即可直接啟動：111134stNkv AIKIkw電源總?cè)萘科饎与妱涌偣β剩?-1）如果不能滿足上式的要求，則必須采用減壓啟動的方法，通過減壓，把啟動電流20*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書Ist 限制到允許的數(shù)值。M3FU1FU2FU3KM圖 3-3 直接啟動原理圖（2）傳統(tǒng)減壓啟動方式減壓起動是在起動時先降低定子繞組上的電壓，待起動后，再把電壓恢復(fù)到額定值。減壓起動雖然可以減小起動電流，但是同時起動轉(zhuǎn)矩也會減小

50、。因此，減壓起動方法一般只適用于輕載或空載情況。傳統(tǒng)減壓起動的具體方法很多，這里介紹以下三種減壓起動的方法：(a)定子繞組串接電阻或電抗起動定子繞組串電阻或電抗相當(dāng)于降低定子繞組的外加電壓。由三相異步電動機的等效電路可知：起動電流正比于定子繞組的電壓，因而定子繞組串電阻或電抗可以達到減小起動電流的目的。但考慮到起動轉(zhuǎn)矩與定子繞組電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩會降低的更多。因此，這種起動方法僅僅適用于空載或輕載起動場合。對于容量較小的異步電動機，一般采用定子繞組串電阻降壓；但對于容量較大的異步電動機，考慮到串接電阻會造成銅耗較大，故采用定子繞組串電抗降壓起動。如圖 2-3 所示：當(dāng)起動電機時，合上開

51、關(guān) Q，交流接觸器 KM 斷開，使電源經(jīng)電阻或電抗 R 流進電機。當(dāng)電機起動完成時 KM 吸合，短接電阻或電抗 R。21移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計KMM3FU2FU3FU1RFRQUVW圖 3-4 定子繞組串電阻或電抗起動原理圖(b)丫-降壓啟動圖 2-4 為 Y-降壓啟動的原理接線圖，啟動時，接觸器的觸點 KM1 和 KM2 閉合，KM3 斷開，將定子繞組接成星形，待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將 KM2 斷開，KM3 閉合，將定子繞組接成三角形，待電動機啟動過程完成而轉(zhuǎn)入正常運行。這適用于電動機運行時定子繞組接成三角形的情況。設(shè)1U為電源線電壓，stYI及stI為定子繞組分別接成星形及三角形的啟

52、動電流(線電流)，Z 為電動機在啟動時每相繞組的等效阻抗。則有1/3stYIUZ （3-2） 13/stIUZ （3-3）所以/3stYstII，即定子接成星形時的啟動電流等于接成三角形時啟動電流的1/3，而接成星形時的啟動轉(zhuǎn)矩2211/3/3stYTUU，接成三角形時的啟動轉(zhuǎn)矩21stTU，所以，/3stYstTT，即 Y 連接降壓啟動時的啟動轉(zhuǎn)矩只有連接直接啟動時的 1/3。這種啟動方法的優(yōu)點是設(shè)備簡單、經(jīng)濟、啟動電流??；缺點是啟動轉(zhuǎn)矩小，且啟動電壓不能按實際需要調(diào)節(jié)，故只適用于空載或輕載啟動的場合，并只適用于正常運行時定子繞組按三角形接線的異步電動機。由于這種方法應(yīng)用廣泛，我國規(guī)定 4k

53、w 及以上的三相異步電動機，其定子額定電壓為 380V，連接方法為三角形。當(dāng)電源線電壓為 380V 時，它們就能采用Y 換接啟動8。22*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書KM3KM1M3FU2FU3FU1FRQUVWKM2圖 3-5 星-三角形啟動法的原理圖 (c)自耦變壓器啟動自耦變壓器啟動法就是電動機起動時，電源通過自耦變壓器降壓后接到電動機上，待轉(zhuǎn)速上升至接近額定轉(zhuǎn)速時，將自耦變壓器從電源切除，而使電動機直接接到電網(wǎng)上轉(zhuǎn)化為正常運行的一種啟動方法。圖 2-5 所示為自耦變壓器起動的自動控制主回路?？刂七^程如下：合上空氣開關(guān)Q 接通三相電源。按啟動按鈕后 KM1 線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦

54、變壓器線圈接成星形，與此同時由于 KM1 輔助常開觸點閉合，使得接觸器 KM2 線圈通電吸合，KM2 的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓抽頭(例如 65)將三相電壓的 65接入電動。當(dāng)時間繼電器 KT 延時完畢閉合后，KM1 線圈斷電，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時 KM2 線圈斷電，切斷自耦變壓器電源，使 KM3 線圈得電吸合，KM3 主觸頭接通電動機在全壓下運行。自耦變壓器一般有 65和 80額定電壓的兩組抽頭。若自耦變壓器的變比為 k，與直接起動相比，采用自耦變壓器起動時，其一次側(cè)起動線電流和起動轉(zhuǎn)矩都降低到直接起動的 l/k2。自耦變壓器起動法不受電動機繞組接線方式(丫接法或接法)的限制

55、，允許的起動電流和所需起動轉(zhuǎn)矩可通過改變抽頭進行選擇，但設(shè)備費用較高。23移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計 圖 3-6 異步電動機的自耦變壓器啟動法自耦變壓器起動適用于容量較大的低壓電動機作減壓起動用，應(yīng)用非常廣泛，有手動及自動控制線路。其優(yōu)點是電壓抽頭可供不同負載起動時選擇；缺點是質(zhì)量大、體積大、價格高、維護檢修費用高。（d）智能軟啟動軟啟動器是一種集軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護于一體的電機控制裝置，國外稱為 Soft Starter。實現(xiàn)在整個啟動過程中無沖擊而平滑的啟動電機，而且可根據(jù)電動機負載的特性來調(diào)節(jié)啟動過程中的各種參數(shù)，如限流值、啟動時間等。軟啟動器主要是由串接于電源與被控電機

56、之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路所構(gòu)成，如圖 2-6 所示。圖 3-7 軟啟動器工作原理軟啟動器的工作原理是，控制電路運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使電動機輸入電壓從零以預(yù)設(shè)的函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至啟動結(jié)束，賦予電動24*大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書機全電壓，實現(xiàn)軟啟動。在軟啟動過程中，電動機啟動轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。采用軟啟動器，可以控制電動機電壓，使其在啟動過程中逐漸升高，很自然地控制啟動電流，這就意味著電動機可以平穩(wěn)啟動，機械和電應(yīng)力降至最小。異步電動機以其優(yōu)良的性能及無需維護的特點，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。然而由于其啟動時要產(chǎn)生較大沖擊電流（一般為 Ie 的 5-

57、8 倍），同時由于啟動應(yīng)力較大，使負載設(shè)備的使用壽命降低。隨著傳動控制對自動化要求的不斷提高，采用可控硅為主要器件、單片機為控制核心的智能型電動機啟動設(shè)備軟啟動器，已在各行各業(yè)得到越來越多的應(yīng)用，由于軟啟動器性能優(yōu)良、體積小、重量輕，并且具有智能控制及多種保護功能，而且各項啟動參數(shù)可根據(jù)不同負載進行調(diào)整，其負載適應(yīng)性很強。軟啟動器的主要特點有：過載保護功能、斷相保護功能、過熱保護功能、測量回路參數(shù)功能、通過電子電路的組合在系統(tǒng)中實現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護。軟啟動器從本質(zhì)上是一種能夠自動控制的降壓啟動器，由于能夠任意調(diào)節(jié)輸出電壓，作電流閉環(huán)控制，因而比傳統(tǒng)的降壓啟動方式（如串電阻啟動，丫-降壓啟動、自

58、耦變壓器啟動等）有更多優(yōu)點。在上述基礎(chǔ)上，把功率因數(shù)控制技術(shù)結(jié)合進去，以及采用微處理器代替模擬控制電路，使早期的軟起動器已發(fā)展成智能軟起動器，因此本次設(shè)計選用智能軟啟動器。3.4 編碼器的選型炮臂的位置需要控制，這里通過編碼器來控制位置。由于本次位置控制不需要太高的精度，因此在產(chǎn)品的選擇上可以降低要求。其中長春三豐光電儀器制造有限公司正式推出增量型實心軸編碼器 PIB 系列，主要用來偵測機械運動的速度、位置、角度、距離或計數(shù)堅固，耐用，承載能力大，安裝方便。由于產(chǎn)品已進入量產(chǎn)的成熟穩(wěn)定期，有一定的市場占有率并且價格合理。 選用 PIB10-1024-G5E 型編碼器，脈沖數(shù) 1024P/R，電

59、纜側(cè)出，電壓 5V，電壓輸出，和 PIB8-102-G5E 型編碼器，脈沖數(shù) 1024P/R，電纜側(cè)出，電壓 5V，電壓輸出。圖 3-8 旋轉(zhuǎn)編碼器25移動加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計3.4.1 編碼器信號輸出形式編碼器信號輸出12有并行輸出、串行輸出、總線型輸出、變送一體型輸出等輸出形式。（1）并行輸出對于絕對編碼器，信號并行輸出是時間上數(shù)據(jù)同時發(fā)出；空間上，每個位數(shù)的數(shù)據(jù)各占用一根線纜。對于位數(shù)不高的絕對編碼器，一般就直接以此形式輸出數(shù)碼，可直接進入 PLC 或上位機的 I/O 接口。輸出即時，連接簡單。對于位數(shù)較多的絕對編碼器，有許多芯電纜，由此帶來工程難度和諸多不便、降低了可靠性。因此，絕對

60、編碼器在多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出。（2）串行輸出串行輸出是時間上數(shù)據(jù)按照約定，有先后輸出；空間上，所有位數(shù)的數(shù)據(jù)都在一組電纜上(先后)發(fā)出。這種約定稱為“通訊協(xié)議，其連接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485 等。串行輸出連接線少，傳輸距離遠，可靠性就大大提高了，但傳輸速度比并行輸出慢。（3）現(xiàn)場總線型輸出現(xiàn)場總線型編碼器是多個編碼器各以一對信號線連接在一起，通過設(shè)定地址，用通訊方式傳輸信號。信號的接收設(shè)備只需一個接口，就可以讀多個編碼器信號。常用總線型編碼器有 PROFIBUS，DP、CAN、Device Net、Inter bus 等?？偩€型編碼器可以