HZS75型混凝土攪拌站的電氣控制及電路分析

1、HZS75型混凝土攪拌站的電氣控制及電路分析摘要：介紹HZS75型混凝土攪拌站自動化控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)以工控機為上位、配料控制器為下位機，基于操作平臺，提供一種實用的混凝土攪拌站自動化控制系統(tǒng)方案。論文主要對HZS75型混凝土攪拌機的電氣控制元件及電路圖進行分析以及具體的操作流程。關鍵詞：自動化 電氣控制元件 電路圖 配料控制器隨著城市現(xiàn)代化建設及其大型水利等工程的不斷發(fā)展，以往那種由工地自行生產混凝土的方式由于其質量難以保證、噪聲及粉塵污染大，因而必將為自動控制的混凝土攪拌站所取代。HZS75型混凝土攪拌站系統(tǒng)是一套用于生產混凝土的自動化電子配料、控制裝置，它由工控機、操作臺基于PLY1000

2、配料控制器三部分組成，能夠按照給定的配方，自動地控制各部分物料稱量、投料、攪拌和出料。其電氣控制是攪拌站的重要的組成部分，下面就對電氣元件和電路進行分析。一、 電氣基本常識與基本的電氣傳動系統(tǒng)一致，混凝土攪拌站的電氣傳動系統(tǒng)由：電源部分 控制部分 執(zhí)行電氣元件部分 等構件1、電源部件：主要是由電源開關及電源保護裝置構成，它的任務是完成供電能量的饋送、切斷及對電源和用電設備進行保護等。電源部分涉及到供電開關、空氣開關、熔斷器、漏電保護器等低壓電器。2、控制部分：是整個電氣傳動系統(tǒng)的中心，在它的控制指揮下，電動執(zhí)行元件才能按照人們的要求去完成各種復雜的動作。在HZS75系統(tǒng)中電氣控制主要由PLY1

3、000配料控制器（微機控制系統(tǒng)）來實現(xiàn)。3、執(zhí)行電氣元件：是電源部分和控制部分的最終服務對象，如：電機、電磁閥及其它的執(zhí)行電器。（一） 常用低壓電器概述低壓電器是指在交流50HZ額定電壓交流1200以下或直流1500以下的電路中起通斷、保護、控制調節(jié)作用的電源。按照低壓電器在在電氣線路中的職能和用途，一般分為以下幾類：1、低壓配電電器：主要用于低壓供電系統(tǒng)。這類低壓電器有刀開關、自動開關、隔離開關、轉換開關以及熔斷器等2、低壓主令電器：主要用于發(fā)送控制指令的電源。這類電器有按鈕、主令開關、行程開關和萬能轉換開關等。這類電器的主要技術要求是操作頻率要高，抗沖擊，機械和電器壽命要長。3、低壓控制電

4、器：主要用于電氣控制系統(tǒng)。這類低壓電器有接觸器、繼電器等。對這類電器的主要技術要求是有一定的通斷能力、操作頻率要高，電器和機械壽命要長。4、低壓保護電器：主要用于對電路和電器設備進行安全保護的電器。這類電器有熱繼電器、安全繼電器、電流繼電器、電壓繼電器和避雷器等。低壓執(zhí)行電器：主要用于執(zhí)行某種動作和傳動功能。在這里先介紹常用的電氣元件及其文字和基本圖形符號按鈕 是一種專門發(fā)號施令的電器，用來接通或斷開控制回路中的電流。其代號SB SB SB 啟動按鈕 停止按鈕萬能轉換開關 是由多組相同結構的觸頭疊裝而成的多回路控制電器，它能轉換多種和多數(shù)量的線路行程開關（線位開關）是用以反應工作機械的行程，接

5、通或斷開控制電路，發(fā)出信號以控制機械運動方向和行程大小的開關。其行程開關的文字符號為：SQ SQ SQ 常閉開關 常開開關無觸點行程開關（接近開關） 其功能是當某種物體與之接近到一定距離時就發(fā)生動作信號，達到行程控制、記數(shù)及自動控制的作用。而不像機械行程開關那樣需要施加機械壓力。接近開關是通過其感辯頭與被測體間介質能量來取得信號的。但接近開關在使用時，一般需要有觸點是式繼電器作為輸出器。其電路結構可以歸納為下圖，當前應用最為普通 + 棕BN 1 2 3 QF 黑BK 藍BU _ 4 5 6 接近開關在電路中連接圖 空氣開關在電路圖中的符號空氣開關（自動空氣斷路器） 當電路發(fā)生嚴重過載、短路及失

6、壓等故障時，能自動切斷電路，保護串聯(lián)在它后面的線路和電氣設備。在功能上，它相當于刀閘開關、熔斷器、熱繼電過電流電器和欠壓繼電器等的組合。主要有三個基本部分組成，即觸頭和滅弧系統(tǒng)、各種脫扣器、操作機構。文字符號為QF.交流接觸器：是一種用來頻繁的接通或斷開主電路及大量控制電路的自動切換電源。其結構主要由電磁鐵和觸點兩部分組成。接觸器最主要的用途是控制電機的啟動、正反轉、制定和調速。在HZS75型混凝土控制系統(tǒng)中，主電路電機的啟動均使用接觸器控制切斷、導通電路，并且與空氣開關配合使用。接觸器觸點分為主觸點和輔助觸點兩種，其中有三對主觸點接在主電路中，起斷開和接通主電路的作用，輔助觸點接在控制線路中

7、，可完成一定的控制要求，如自鎖、互鎖等。觸頭還分為常開和常閉兩類。它是由線圈、銜鐵組成其文字符號為：KM，如下圖 KM 主觸點 線圈 輔助觸點繼電器：繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號（電壓、電流等或非電量）的變化，接通或斷開小電流控制電路，實現(xiàn)自動控制和保護電力拖動裝置的電器。一般情況下不直接控制電流較大的主電路，而是通過接觸器或其他電器對主電路進行控制。它可根據(jù)輸入的信號達到不同的控制目的。中間繼電器：是用來增加控制電路中的信號數(shù)量或信號放大的繼電器。其輸入信號使線圈通斷，輸出信號使觸頭動作，并能將信號同時傳遞給幾個元件和回路，其文字符號為：KA，下圖為電路圖形符號 繼電線圈 常閉觸點 常開觸點

8、 時間繼電器 延時斷開觸點 延時閉合點實踐繼電器：從得到輸入信號（線圈的通電或斷開）開始，經(jīng)過一定的延時后才輸出信號（觸點的閉合或斷開）的繼電器，稱為時間繼電器。其文字符號為：KT，上圖為電路圖形符號，其在HZS75混凝土攪拌站中，主機采用Y（星三角）延時降壓啟動。時間繼電器的延時方式有兩種：通電延時：接受輸入信號后延遲一定的時間，輸出信號才發(fā)生變化，當輸入信號消失后，輸出信號瞬間復原。斷電延時：接受輸入信號時，瞬間產生相應的輸出信號，當輸入信號消失時，延遲一定的時間，輸出信號才復原。固態(tài)繼電器：是由半導體器件組成的繼電器，它是一種無觸點電子開關。沒有任何可動部件和觸點，具有相當于電磁繼電器的

9、功能。其它的電氣元件文字符號 HL YM SA 指示燈 電磁閥線圈 轉換開關 電機 電流表 電壓（二）交流接觸器的常見故障及處理方法交流接觸器在長期使用過程中，由于自然磨損或使用維護不當，會產生故障而影響正常工作，下面對交流接觸器的常見故障進行分析。1、觸頭的故障及維修交流接觸器在工作時往往需要頻繁地接通和斷開大電流電路，因此它的主觸點是較容易損壞的部件。交流接觸器觸點的常見故障一般有觸頭過熱、觸頭磨損和主觸頭熔焊等。（1）觸頭過熱 動、靜觸頭間存在著接觸電阻，有電流通過時便會發(fā)熱，正常情況下的溫升不會超過允許值，但當動、靜觸頭間的接觸電阻過大或通過的電流過大時，觸頭發(fā)熱嚴重使觸頭溫度超過允許

10、值，造成觸頭特性變壞，甚至產生觸頭熔焊。（2）觸頭磨損 觸頭在使用過程中，其厚度越用越薄，這就造成觸頭磨損。有兩種：一種是電磨損，是由于觸點間電弧或電火花的高溫使觸頭金屬氧化所造成的；另外是機械磨損，是由于觸頭閉合時的撞擊及觸頭接觸而相對滑動摩擦等造成的。一般當觸頭磨損至超過原有厚度的二分之一，應更換觸頭。（3）觸頭熔焊 動、靜觸頭接觸而融化后焊在一起不能分不斷的現(xiàn)象，稱為觸頭熔焊。發(fā)生觸頭熔焊常見的原因有：接觸器容量選擇不當，使負載電流超過觸頭容量；觸頭壓力彈簧損壞使觸頭壓力過??；因線路過載使觸頭閉合時通過的電流大等。實驗證明，如果因為觸頭容量不夠而產生熔焊，則應選用容量較大的接觸器。2、電

11、磁系統(tǒng)的故障及維修（1）鐵心噪聲大：電磁系統(tǒng)在運行中發(fā)生輕微的嗡嗡聲是正常的，若聲音過大或異常，可判定電磁系統(tǒng)發(fā)生故障，其原因有：銜鐵與鐵心的接觸不良或銜鐵歪斜、短路環(huán)損壞、機械方面的原因。（2）銜鐵吸不上：當交流接觸器的線圈接通電流后，銜鐵不能被鐵心吸合，應立即斷開電源，以免線圈被燒毀。銜鐵吸不上的原因主要有：一、是線圈出線的連接處脫落，線圈斷線或燒毀。二、是電源電壓過低或活動部分卡滯。（3）銜鐵不釋放：當線圈斷電后銜鐵不釋放，此時應立即斷開電源，以免發(fā)生意外事故。銜鐵不能釋放的原因主要有：觸頭熔焊、機械部分卡阻、反作用彈簧損壞、鐵心端有油垢、E型鐵心的防磁間隙過小導致剩磁增大等。（4）線圈

12、的故障及其修理：線圈的主要故障是由于所通過的電流過大導致線圈過熱甚至燒毀。線圈電流過大的原因主要有線圈匝間短路、鐵心與銜鐵閉合時有間隙、線圈兩端電壓過高或過低二、 PLY1000配料控制器概述PLY1000配料控制器主要使用于建筑行業(yè)中混凝土攪拌樓或站，用來控制多秤（6個，包括骨料、水泥秤、水秤、液外劑秤、粉煤灰秤、備用秤）多料倉配料系統(tǒng)的自動稱量自動配料自動拌合。該控制器采用先進的集成電路及高可靠器件、模塊化設計，具有稱量精度高、操作簡便、價格合理、可靠性高等特點。硬件設計上采用了最新的高集成度高速CPU，保證了PLY1000配料控制器的可靠性與實時處理能力，數(shù)據(jù)采用高速24位A/D，大大提

13、高了稱量與配料的準確性。獨特的抗干擾設計，使該控制器能在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中可靠的使用。1、控制器主要功能物料重量的靜態(tài)稱量顯示、單多物料重量的動態(tài)稱量控制、物料混合流程控制、攪拌卸料控制、配方管理、盤數(shù)控制、手動 自動方式配料控制、生產暫停，啟動后繼續(xù)生產、數(shù)字校秤（包括校零點和校終點）方便快捷、固定落差落差自動跟蹤補償、常用參數(shù)的直接設定、打印功能、骨料秤4種物料累加計量，可以實現(xiàn)快慢速上料、水泥秤可以自動破拱、水可稱量控制 時間控制、在生產過程中更改盤數(shù)和水定值功能、通訊功能，RS-232串行通訊口于PC機通訊、生產總方量累計及控制功能等。2、控制器組成控制器主要有以下部分組成，如下圖所示

14、控制器模塊組成 主板該板為控制器的中心處理部分，板上配有中央處理器（CPU）包含程序存儲器EPROM、隨機數(shù)據(jù)存儲器RAM、可編程控制器）；高速24位A/D轉換器，具有6路模擬量調理放大通道，允許使用6臺配料秤；在線可修改掉電不丟失數(shù)據(jù)存儲器(EPROM)、RS-232C串行通信口、并行打印機標準接口、自動復位電路；并配有硬件時鐘電路。 顯示板顯示、按鍵管理板。具有31位數(shù)碼管顯示及63位發(fā)光二極管指示，48個按鍵。豐富的顯示窗口可對多種配料提供獨立顯示，使各種數(shù)據(jù)一目了然。 I/O板具有34路開出驅動電路，8路開入緩沖電路，開出開入均經(jīng)光電隔離。 電源將AC220V轉換成控制器及外部傳感器所

15、需的直流電源。具有寬電壓輸入、輸出過載保護功能3、主要技術性能 配方控制器可同時存儲10組配方，分別用配方號09表示，供隨時調用和修改，掉電不丟失。每種配方包括：骨料、水泥、粉煤灰、水、液外加劑等項。稱重顯示性能輸入信號：DC 020mV 水泥顯示：n=1000 檢定分度：e=1骨料顯示：n=1000 檢定分度：e=1 液外加劑顯示：n=1000檢定分度：e=0.01粉煤灰顯示：n=1000 檢定分度：e=0.1 水顯示：n=1000 檢定分度：e=0.1落差自動修正控制器具有兩種落差補償方式可供選擇：固定落差補償：不能自動修正落差，要求落差值設置正確。補償落差修正：當前盤配料時采用上盤配料的

16、實測落差值及落差補償之平均值進行落差補償?？杀ＷC料門動作23次達到動態(tài)配料精度。有關控制參數(shù)可隨機修改盤方量、攪拌時間、卸料時間、提升斗提升時間、投料時間、水滯后骨料投料時間、水泥滯后骨料投時間、液外加劑滯后骨料投時間等，均可隨機修改，且掉電不丟失。工作條件電源電壓：AC220V-15%220V+10%，50HZ工作環(huán)境溫度：0+40度相對濕度：85%RH三、電氣控制電路圖的分析方法電氣控制電路是把某些電氣元件（如接觸器、繼電器、按鈕、行程開關）和電機等用電設備按某種要求用導線聯(lián)接起來的電氣線路。為了設計、分析研究、安裝維修時閱讀方便，電氣控制電路圖中各電氣元件使用了國家統(tǒng)一規(guī)定的電氣圖形符號

17、和文字符號。1、電路圖一般具有下列特點：為便于分析看圖，電路或元件按功能布置，并盡可能按其工作順序排列。對因果次序清楚的其布局一般是從左到右和從上到下；電路圖一般分電源電路、主電路和輔助電路三部分，在電路圖中它們分開繪制：電源電路：三相交流電源相序L1、L2、L3自上而下依次畫出。畫成水平線，中線和保護地線PE依次畫在相線之下。直流電源的“+”端畫在上邊，“”端在下邊，電源開關水平畫出。主電路：只受電的動力裝置及控制、保護電器的支路等，它是由空氣開關或主熔斷器、交流接觸器主觸頭或（熱繼電器的熱元件）以及電動執(zhí)行元件等組成。主電路通過的電流是電動機的工作電流，電流較大。主電路圖畫在電路圖的左側并

18、垂直電源電路。輔助電路：一般包括控制主電路工作狀態(tài)的控制電路、顯示主電路工作狀態(tài)的指示電路。在HZS75控制系統(tǒng)中，它是由按鈕開關、接觸器線圈、繼電器線圈及觸頭、操作面板指示燈、配料控制器等組成。2、電氣控制電路圖的分析方法要讀懂電路圖，首先要搞清電路圖中各個元件起什么樣的作用。電路圖中（除了配電部分）的電器元件，基本可以分成三路：執(zhí)行元件：是用來操縱被控制對象的執(zhí)行機構。在HZS75控制系統(tǒng)中，這類元件包括電動機、接觸器、電磁閥等。檢測元件：可以把系統(tǒng)工作過程中的一些參量（如機械位移、重量壓力等）的變化轉換電信號。在HZS75控制系統(tǒng)中，這類元件有傳感器、行程開關、按鈕、繼電器等。運算元件：

19、用來對檢測元件的信號進行邏輯運算，判斷系統(tǒng)工作過程的各個階段，使每個階段都有其所要求的執(zhí)行元件工作。在HZS75系統(tǒng)中，這類元件有配料控制器、時間繼電器。電路通常有三種狀態(tài)：通路是指處處連通的電路簡稱閉路；開路是指電路中某處斷開、不成通路的電路簡稱斷路；短路是指電路（電路中的一部分）被短接。下面對HZS75控制系統(tǒng)中，主機采用的Y（星三角）延時降壓啟動的電路圖進行簡單的分析操作臺上，接下主機啟動按鈕SB，微機控制系統(tǒng)接受（按鈕）開關量信號，通過開關量輸入接口進入內部電路，通過工作輸出接口使執(zhí)行元件繼電器 KA、+24V直流供電及外線導線三者構成通路（圖a），KA常開觸點閉合，使圖（b）電路構成

20、通路，操作臺上主機啟動按鈕指示燈HL亮，同時圖（c）中時間繼電器KT得電延時，其得電延時動斷觸點使交流接觸器KM1線圈這一路也構成通路，KM1線圈得電，KM1和KM2互鎖，KM2這一路處于斷路狀態(tài)。主機實現(xiàn)星形啟動，延時時間到，KT動合觸點閉合，動斷觸點釋放，KM2線圈得電，主機實現(xiàn)三角運轉圖（d）。一套設備或系統(tǒng)的工作過程，可以分拆成若干個時間上依次銜接的階段，如HZS75攪拌站生產工藝過程在時間上的銜接：配料計量卸料攪拌計時，各個工藝過程還可以分為具體的工作步驟，可簡稱為“工步”。在每一個“工步”中，最終由某些執(zhí)行元件（電機或電磁閥）確定正在進行某種特定的工作。在自動工作狀態(tài)下，每個“工步

21、”的轉換和銜接依控制系統(tǒng)內部程序進行控制。四、傳感器的工作原理及檢測1、感器的定義及轉換原理凡接受外界刺激并能產生輸出信號，即可定義為傳感。傳感器就是用來對所測的量產生響應并提供可用的電信號的器件，即把輸入信號變成不同形式輸出信號的裝置。它的作用是接受外界信息，并將其變成信號。HZS75混凝土攪拌站計量用的傳感器其轉換原理：力電壓轉換。如下圖所示為應用力電壓轉換原理整理的壓力傳感器線路圖。外力作用在電阻應變片，組成電橋的四個電阻的阻值發(fā)生變化，R1、R2電阻增大，而電阻R3、R4阻值減少，使電橋失去平衡，有信號輸出，輸出電壓與壓力呈線性關系。根據(jù)基爾霍夫定律和歐姆定律：I=I1+I2 I1=E

22、/R1+R3 I2=E/R2+R4則ab兩點之間的電壓：Uab=Ua-Ub=IR1=ER1/R1+R3 (1)式Ac兩點之間的電壓：Uac=Ua-Uc=I2R2=ER2/R2+R4 (2)式（2）式 （1）式：Ubc=E(R2/R2+R4-R1/R1+R3) (3)式（3）式中：當外供的電源E為恒定值時，bc兩點的電壓Ubc的變化僅與構成電橋的四個電阻R1、R2、R3、R4的變化有關。在HZS75混凝土攪拌站中計量用的測力與稱重傳感器是一種將所受力或重量轉換成電壓的部件。一個測力與稱重傳感器包括兩部分：一是能根據(jù)所受力的大小而線性變形的金屬部件；二是可根據(jù)金屬部件的變形大小而改變其阻值的應變片，稱重傳感器的連接如左圖所示EXC+、EXC-：激勵電壓輸入端。一般為定值（812）VSIG+、SIG-:信號輸