接觸器-繼電器控制輸送小車(chē)系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)

1、廣東工業(yè)大學(xué) 材料與能源學(xué)院摘 要本文主要就工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域常用的運(yùn)料往返小車(chē)的控制系統(tǒng),給出基于繼電器-接觸器的注塑機(jī)上料輸送小車(chē)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)思路,控制電路圖和設(shè)計(jì)特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：繼電器-接觸器控制 正反轉(zhuǎn)控制目 錄1概述11.1 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的概況11.2 繼電器與接觸器的定義與概念11.3 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)21.4 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的發(fā)展形勢(shì)22方案設(shè)計(jì)32.1 控制系統(tǒng)描述42.2 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析43元器件的選型53.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇53.2 開(kāi)關(guān)的選擇53.3 熔斷器的選擇63.4 時(shí)間繼電器的選擇73.5 熱繼電器的選擇83.6

2、 接觸器的選擇94 電路圖設(shè)計(jì)114.1 電路圖的繪制114.2 工作原理125 設(shè)計(jì)小結(jié)13參考文獻(xiàn)14第 2 頁(yè)1 概述1.1 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的概況電氣控制課程是材料成型與控制工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是由繼電接觸器控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它包含控制線(xiàn)路、主電路、照明電路及輔助線(xiàn)路組成。該系統(tǒng)是由接觸器、繼電器、主令電器和保護(hù)電器等元件組成，按照一定的控制邏輯接線(xiàn)組成的控制系統(tǒng)。其工作原理就是采用硬接線(xiàn)邏輯，利用繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組成控制邏輯，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)或其他機(jī)械設(shè)備的起動(dòng)、停止、反向、調(diào)速及對(duì)多臺(tái)設(shè)備的順序控制和自動(dòng)保護(hù)功能。1.2 繼電器與接觸器的定義

3、與概念接觸器：由于接觸器具有可控叫大容量，自身活動(dòng)性質(zhì)穩(wěn)定，功能可靠，工作效率高及給夠經(jīng)久耐用等特性不僅被廣泛應(yīng)用在遠(yuǎn)距離操控高頻度接斷電路，一級(jí)容量較大甚至兼具負(fù)荷的各種系統(tǒng)物質(zhì)中，比如各種電熱機(jī)械裝置、電焊機(jī)、電動(dòng)機(jī)等，而且由于接觸器可以進(jìn)行自動(dòng)控制一級(jí)齊納電壓情況下的釋放作業(yè)保護(hù)型調(diào)節(jié)，所以，在各種進(jìn)行遠(yuǎn)距離自動(dòng)操控中也被作為一種電磁式自動(dòng)調(diào)控開(kāi)關(guān)進(jìn)行使用。如果我們將接觸器一句自身結(jié)構(gòu)的主觸頭所通電流進(jìn)行劃分可以得到：甲流接觸器和直流接觸器兩種類(lèi)別，其中前者種類(lèi)較為多，而且就我國(guó)而言現(xiàn)有常用的租住設(shè)計(jì)并以進(jìn)行投產(chǎn)的交流接觸器組要有CJ10以及CJ20等系列型號(hào)。繼電器：與接觸器工作原理基

4、本相同，但是也有不同點(diǎn)。因?yàn)榻佑|器的主觸頭是可以通過(guò)大電流的，但是繼電器的卻只允許通過(guò)小電流。所以，繼電器一般在控制系統(tǒng)中只能應(yīng)用于控制電路里面進(jìn)行延時(shí)，隔離，遙控檢測(cè)電路從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)線(xiàn)路，以此保證安全性甚至以小電流控制大電流等功能。根據(jù)工作原理或結(jié)構(gòu)特征可分為：電磁式、固體式、時(shí)間繼電器、熱繼電器等。1.3 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)繼電接觸器控制法作為一種傳統(tǒng)的控制方法，具有可靠性高、價(jià)格便宜、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。此外，繼電器控制線(xiàn)路成本低廉，控制方式直觀，操作簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，現(xiàn)場(chǎng)人員容易掌握使用，一直被運(yùn)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，大大節(jié)約了人力物力資源，使得自動(dòng)化控制變?yōu)榭赡?。但?/p>

5、體積較大，控制速度較慢，改變控制功能必須通過(guò)改變接線(xiàn)來(lái)完成，比較麻煩和困難，適合簡(jiǎn)單控制。1.4 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的發(fā)展形勢(shì)一直以來(lái)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)都是由繼電器-接觸器來(lái)控制。20世紀(jì)60年代PLC誕生，它是一種新型的自動(dòng)化控制裝置，所以PLC控制是由繼電器接觸器控制發(fā)展而來(lái)的。目前隨著PLC技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，PLC控制系統(tǒng)逐漸取代繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。在實(shí)際工作中，如何選擇使用哪種方法？我們就要弄清這個(gè)產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)的功能，另外還有價(jià)格成本的問(wèn)題，如果是功能相對(duì)簡(jiǎn)單的就沒(méi)必要使用PLC了，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)已經(jīng)足夠。2 方案設(shè)計(jì)2.1 控制系統(tǒng)描述本設(shè)計(jì)的控制對(duì)象是塑料制品輸送小車(chē)的

6、電動(dòng)機(jī)，其目的是通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制輸送小車(chē)在A、B兩地自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 圖2-1 輸送小車(chē)運(yùn)行示意圖2.3 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析根據(jù)系統(tǒng)要求，控制系統(tǒng)分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。因此，控制系統(tǒng)應(yīng)該具有選擇功能，可以根據(jù)需要選擇進(jìn)行手動(dòng)控制和自動(dòng)控能。同時(shí)，考慮到自動(dòng)控制時(shí)，在A、B兩地需要延時(shí)，所以控制系統(tǒng)還應(yīng)該具有延時(shí)功能。綜合以上考慮，下面給出一種可以實(shí)現(xiàn)上述功能的控制系統(tǒng)工作過(guò)程。1、 手動(dòng)檔：能手動(dòng)控制小車(chē)向A地運(yùn)行或向B地運(yùn)行。 2、 自動(dòng)擋：（1） 輸送小車(chē)在初始位置處，按下啟動(dòng)按鈕SB1，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，則輸送小車(chē)前進(jìn)，黃色警示燈閃爍；

7、（2） 輸送小車(chē)運(yùn)行至右限位開(kāi)關(guān)ST2，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，輸送小車(chē)停止，黃 色警示燈滅； （3） 時(shí)間繼電器延時(shí)1分鐘后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，輸送小車(chē)后退，黃色警示燈閃爍，直至運(yùn)行至左限位開(kāi)關(guān)ST1處，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，輸送小車(chē)停止，黃色警示燈滅；（4） 時(shí)間繼電器延時(shí)1分鐘，完成一個(gè)工作周期。若不按急停按鈕，則此過(guò)程循環(huán)工作。 3 元器件的選型根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，選擇設(shè)計(jì)所需要的電氣元器件：3.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇通過(guò)對(duì)控制要求的分析，控制系統(tǒng)選擇一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)M。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的最大扭矩為1000(Nm)，工作電壓380V，額定功率370W,計(jì)算電動(dòng)機(jī)的參數(shù)。綜合工藝要求，選取電動(dòng)機(jī)的

8、額定功率370W，型號(hào)：Y112-M-4，額定電壓：380V，額定電流為1.68A ,額定頻率：50Hz,電動(dòng)機(jī)定子三相繞組采用Y行連接，封閉式防護(hù)安裝。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 圖3-1 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)3.2 開(kāi)關(guān)的選擇在該系統(tǒng)的主電路中，采用三級(jí)的組合開(kāi)關(guān)。電動(dòng)機(jī)的額定功率為370W，額定電流為1.68A。用于電動(dòng)機(jī)電路時(shí)，組合開(kāi)關(guān)的額定電流一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的1.5-2.5倍。即開(kāi)關(guān)的額定電流范圍為2.52-4.2A，則可選擇型號(hào)為HZ5-10型的空氣開(kāi)關(guān)。外觀圖如圖3-2所示。 圖3-2 三級(jí)組合開(kāi)關(guān)3.3 熔斷器的選擇在本系統(tǒng)中，需要熔斷器保護(hù)三相異步電動(dòng)

9、機(jī)。熔體的額定電流一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.5-2.5倍，而電動(dòng)機(jī)的額定電流為1.68A.所以熔體的最大額定電流為4.2A ,熔斷器的額定電壓為交流380V，則可選擇型號(hào)為RC1A-10的熔斷器。其外觀圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3 熔斷器外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)這種熔斷器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，更換方便等特點(diǎn)。使用時(shí)將瓷蓋插入瓷座，拔下瓷蓋便可更換熔絲。3.4 時(shí)間繼電器的選擇在本系統(tǒng)中，時(shí)間繼電器需要延時(shí)1分鐘，延時(shí)精度要求不是很高。并考慮到價(jià)格費(fèi)用成本因素，應(yīng)選擇空氣阻尼式時(shí)間繼電器（得電延時(shí)），可選用型號(hào)為JS-23A的空氣阻尼式時(shí)間繼電器，其觸點(diǎn)的額定電壓為380V，延時(shí)范圍為0.4-1

10、80s，精度范圍為±10%,符合系統(tǒng)要求。圖3-4為空氣阻尼型時(shí)間繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖3-4 空氣阻尼型時(shí)間繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)線(xiàn)圈通電時(shí)，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時(shí)下移，使瞬時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)。但是活塞桿和杠桿不能同時(shí)跟著銜鐵一起下落，因?yàn)榛钊麠U的上端連著氣室中的橡皮膜，當(dāng)活塞桿在釋放彈簧的作用下開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡皮膜隨之向下凹，上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，活塞桿下降到一定位置，便通過(guò)杠桿推動(dòng)延時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作，使動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。從線(xiàn)圈通電到延時(shí)觸點(diǎn)完成動(dòng)作，這段時(shí)間就是繼電器的延時(shí)時(shí)間。延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短可以用螺釘調(diào)節(jié)空氣室進(jìn)氣孔的

11、大小來(lái)改變。3.5 熱繼電器的選擇熱繼電器的主要用作過(guò)載保護(hù)，最常用于交流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、啟動(dòng)情況及負(fù)載性質(zhì)來(lái)選用。本系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作，應(yīng)按照電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇。熱繼電器的整定電流應(yīng)為電動(dòng)機(jī)額定電流的0.95-1.05倍。本電動(dòng)機(jī)的額定電流為1.68A，可以用整定電流范圍為1.5-2.4A,熱元件整定電流的中間值要等于或稍大于電動(dòng)機(jī)的額定電流值，符合要求。則可選用熱繼電器的型號(hào)為JR36-20 1.5-2.4A。圖3-5為熱繼電器的外觀圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖3-5 熱繼電器外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)熱繼電器由薄長(zhǎng)方形的熱元件和雙金屬片組合而成的熱動(dòng)元件一級(jí)對(duì)電路進(jìn)行操作的觸點(diǎn)

12、部分構(gòu)成。熱繼電器一般與電磁接觸器組合使用，電動(dòng)機(jī)一旦有過(guò)負(fù)載或者堵轉(zhuǎn)狀態(tài)等異常電流通過(guò)時(shí)，熱繼電器的電熱器就被加熱，雙金屬片就產(chǎn)生一定彎曲，與此聯(lián)動(dòng)的觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)就產(chǎn)生動(dòng)作，例如切斷電磁接觸器的操作線(xiàn)圈，防止因異常電流而引起電動(dòng)機(jī)燒損。第 11 頁(yè)3.6 接觸器的選擇我國(guó)生產(chǎn)的交流接觸器常用的有CJl0，CJl2，CJX1，CJ20等系列及其派生系列產(chǎn)品，CJ0系列及其改型產(chǎn)品已逐步被CJ20、CJX系列產(chǎn)品取代。上述系列產(chǎn)品一般具有三對(duì)常開(kāi)主觸點(diǎn)，常開(kāi)、常閉輔助觸點(diǎn)各兩對(duì)。系統(tǒng)選用的接觸器要與繼電器相配合，電動(dòng)機(jī)的額定電流為1.68A，則可選擇通用的CJ20J-10A系列永磁式交流接觸器。圖3

13、-6為接觸器工作原理簡(jiǎn)圖。圖3-6 接觸器內(nèi)部結(jié)構(gòu)接觸器的工作原理是：當(dāng)接觸器線(xiàn)圈通電后，線(xiàn)圈電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)使靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力吸引動(dòng)鐵芯，并帶動(dòng)交流接觸器點(diǎn)動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)線(xiàn)圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點(diǎn)復(fù)原，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)閉合。主要電氣元件如列表3-1所示。表3-1 主要電氣元件序號(hào)代號(hào)名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量1M三相異步電動(dòng)機(jī)Y132S1-412QS空氣開(kāi)關(guān)HZ5-1013FU熔斷器RC1A-10 34KT時(shí)間繼電器JSZ3A25FR熱繼電器JR36-20 1.5-2.4A16KM接觸器CJ20J-10A2第 18 頁(yè)

14、4電路圖設(shè)計(jì)4.1 電路圖的繪制根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，繪制出控制系統(tǒng)的電路圖： 主電路圖和控制電路圖如圖4.1所示：由三相交流電源A、B、C，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QS，熔斷器FU,接觸器KM1的主觸點(diǎn)，接觸器KM2的主觸點(diǎn)，熱繼電器FR的熱元件，電動(dòng)機(jī)M、熱繼電器FR的常閉觸點(diǎn)，停止控制按鈕SB0，啟動(dòng)控制按鈕SB1，啟動(dòng)控制按鈕SB2，接觸器KM1和KM2的自鎖觸點(diǎn)、互鎖觸點(diǎn)及線(xiàn)圈，限位開(kāi)關(guān)ST1和ST2，時(shí)間繼電器KT1和KT2及其延時(shí)開(kāi)關(guān)，警示燈HL等組成。圖4.1 運(yùn)料往返小車(chē)的控制系統(tǒng)電路圖4.2工作原理 下面對(duì)控制電路進(jìn)行分析，閉合總電源開(kāi)關(guān)QS后，選擇控制方式： 手動(dòng)控制：按下按鈕SB1，線(xiàn)圈

15、KM1通電，KM1常開(kāi)主觸點(diǎn)閉合，常閉主觸點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)自鎖和與KM2的互鎖，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，小車(chē)向B處前進(jìn)，燈HL閃爍。達(dá)到B處后，行程開(kāi)關(guān)ST2被觸發(fā)，線(xiàn)圈KM1斷電，小車(chē)停車(chē)，燈HL滅。等待裝料完成后，按下SB2，線(xiàn)圈KM2通電，同樣實(shí)現(xiàn)自鎖和與KM1的互鎖，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，燈HL閃爍，小車(chē)向A處后退，到達(dá)A處后，行程開(kāi)關(guān)ST1被觸發(fā)，線(xiàn)圈KM2斷電，小車(chē)停車(chē)，燈滅，等待卸料。完成后按下SB1，小車(chē)向B處前進(jìn)，一直循環(huán)。在整個(gè)工作過(guò)程中，不管小車(chē)狀態(tài)如何，如果按下SB0，控制電路斷電，小車(chē)都會(huì)停車(chē)。 自動(dòng)控制：若要選擇工作方式為自動(dòng)控制，則需要閉合開(kāi)關(guān)QS1，接通延時(shí)控制電路。第一次啟動(dòng)

16、時(shí)需要人為啟動(dòng)，如，按下按鈕SB1，小車(chē)啟動(dòng)，向B處運(yùn)動(dòng)，達(dá)到B處后，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)ST2，ST2對(duì)應(yīng)常開(kāi)閉合，常閉斷開(kāi)。小車(chē)停車(chē)的同時(shí)，接通時(shí)間繼電器KT2線(xiàn)圈，時(shí)間繼電器開(kāi)始工作，延時(shí)1分鐘后，對(duì)應(yīng)的延時(shí)閉合開(kāi)關(guān)KT2閉合，線(xiàn)圈KM2通電，小車(chē)裝完料后啟動(dòng)，向A處后退。達(dá)到A處后，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)ST1，ST1對(duì)應(yīng)常開(kāi)閉合，常閉斷開(kāi)。小車(chē)停車(chē)的同時(shí)，時(shí)間繼電器KT1開(kāi)始工作，延時(shí)1分鐘后，時(shí)間繼電器的延時(shí)閉合開(kāi)關(guān)KT1閉合，線(xiàn)圈KM1通電，小車(chē)向B處運(yùn)行，如此循環(huán)。在工作工程中，SB0按鈕同樣可以隨時(shí)讓小車(chē)停止工作。在自動(dòng)控制過(guò)程中，如斷開(kāi)QS1開(kāi)關(guān)，可以隨時(shí)切換到手動(dòng)控制的工作模式；同樣，手動(dòng)

17、控制中，通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)QS1，也可以切換到自動(dòng)控制的工作模式。5 設(shè)計(jì)小結(jié)為期兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，已經(jīng)接近尾聲了了。兩個(gè)星期里，為了準(zhǔn)時(shí)完成設(shè)計(jì)要求，每天都對(duì)著一大堆的數(shù)據(jù)和資料。在計(jì)算手冊(cè)上找了又找，反反復(fù)復(fù)，不斷的推進(jìn)確認(rèn)，雖然依舊還可能有很多我所不知道的錯(cuò)漏，但是我已經(jīng)全身心的把心思放進(jìn)去了。終于在最后時(shí)間，把元器件選型和電路圖設(shè)計(jì)，以及說(shuō)明書(shū)都一一弄妥。這次的課程設(shè)計(jì)，讓我體會(huì)到：課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，也讓我收獲良多。通過(guò)這次比較完整的一個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題的能力