工程機(jī)械電氣設(shè)計(jì)概述電氣工程師培訓(xùn)教學(xué)課件

1、碎石車電氣設(shè)計(jì)概述1 電路基礎(chǔ)2 自動(dòng)控制3 傳感器4 PLC5 挖掘機(jī)電氣控制6 電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)目 錄1.電路：是電流的流通路徑, 它是由一些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接 而成的。2.電路的作用：（1）實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換 （2）實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理1 電路基礎(chǔ)電路基礎(chǔ)3.線束 線束：是電路中連接各電器設(shè)備的接線部件,由絕緣護(hù)套、接線端子、導(dǎo)線及絕緣包扎材料等組成。線束是挖掘機(jī)電路的網(wǎng)絡(luò)主體。4.電路原理圖和線束圖 電路原理圖：是表述各個(gè)電氣部分之間關(guān)系的圖像。不受各個(gè)電器元件的尺寸形狀和它們之間距離的影響。 線束圖：是表述各關(guān)聯(lián)線束走向的圖像。需顧及各個(gè)電氣元件的尺寸形狀和它們之間的距離，也需

2、反映出電氣件彼此之間的連接方式。 挖掘機(jī)整車主線束一般分成發(fā)動(dòng)機(jī)（點(diǎn)火、電噴、發(fā)電、起動(dòng)）、儀表、照明、空調(diào)、輔助電器等部分。電路基礎(chǔ)5.最簡(jiǎn)單電器系統(tǒng) 最簡(jiǎn)單的電器系統(tǒng)組成：電源、開關(guān)、線束和用電器。電路基礎(chǔ)2 自動(dòng)控制 自動(dòng)控制：是在沒有人參與的情況下，系統(tǒng)的控制器自動(dòng)地按照人預(yù)定的要求控制設(shè)備或過程，使之具有希望的狀態(tài)和性能。具有自動(dòng)控制功能的系統(tǒng)稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)。手臂,手人眼輸入信號(hào)大腦人眼輸出信號(hào)用自動(dòng)化裝置代替人工操作圖1 人體控制系統(tǒng)1.自動(dòng)控制自動(dòng)控制 開環(huán)控制：控制裝置與被控對(duì)象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制。 即控制系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)沒有控制作用，這種系統(tǒng)是開環(huán)控制系

3、統(tǒng)。 輸出量 (爐溫) 控制裝置 被控對(duì)象輸入信號(hào) (爐子) (開關(guān))圖2 開環(huán)控制框圖2.開環(huán)控制和閉環(huán)控制自動(dòng)控制EK電源開關(guān)進(jìn)料出料液位控制閉環(huán)控制開環(huán)控制爐溫控制閥例如：圖3 控制系統(tǒng)實(shí)例 開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn): （1）系統(tǒng)輸出量對(duì)控制作用無影響； （2）無反饋環(huán)節(jié)； （3) 出現(xiàn)干擾靠人工消除； （4）無法實(shí)現(xiàn)高精度控制。自動(dòng)控制 閉環(huán)控制：即把輸出量直接或間接地反饋到系統(tǒng)的輸入端，形成閉環(huán)，參與 控制，這種系統(tǒng)叫閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制實(shí)例見圖3所示。 輸出量 控制裝置 被控對(duì)象給定值 測(cè)量擾動(dòng)圖4 閉環(huán)控制框圖自動(dòng)控制 閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn): （1）系統(tǒng)輸出量對(duì)控制作用有直接影響； （

4、2）有反饋環(huán)節(jié)，并應(yīng)用反饋減小誤差； （3）當(dāng)出現(xiàn)干擾時(shí)，可以自動(dòng)減弱其影響； （4）系統(tǒng)可能工作不穩(wěn)定。輸出量送回輸入端并與輸入信號(hào)比較的過程即反饋。3.什么是反饋：自動(dòng)控制開環(huán)控制優(yōu)點(diǎn) ：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，工作穩(wěn)定；當(dāng)輸入信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào)能預(yù)先知道時(shí)，控 制效果比較好。缺點(diǎn)：不能自動(dòng)修正被控制量的偏差，系統(tǒng)元件參數(shù)變化以及外來的未知擾動(dòng)對(duì) 控制精度影響比較大。閉環(huán)控制優(yōu)點(diǎn)：具有自動(dòng)修正被控制量出現(xiàn)偏差的能力，可以修正元件參數(shù)變化以及外界 擾動(dòng)引起的誤差，控制精度高。 缺點(diǎn)：被控量可能出現(xiàn)振蕩，甚至發(fā)散。4.開環(huán)控制與閉環(huán)控制的比較自動(dòng)控制5.控制系統(tǒng)的組成： (1) 測(cè)量元件 (2) 比較元

5、件 (3) 控制元件 (4) 執(zhí)行元件 (5) 被控對(duì)象 對(duì)象 測(cè)量變送 執(zhí)行器設(shè)定值被控量 控制器自動(dòng)控制3 傳感器一種檢測(cè)裝置，它能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。 敏感元件感受被測(cè)量并輸出與之成確定關(guān)系的其它量的元件。 傳感元件可直接感受被測(cè)量（非電量）而輸出與之成確定關(guān)系的電量。 測(cè)量電路將轉(zhuǎn)換元件輸出的電量變成便于顯示、記錄、控制和處理的有 用電信號(hào)的電路。2.傳感器的組成：1.傳感器：傳感器3.挖掘機(jī)上傳感器主要有： 轉(zhuǎn)速傳感器 壓力傳感器 溫度傳感器 液位傳感器 壓

6、力開關(guān)等傳感器（1）轉(zhuǎn)速傳感器 電磁感應(yīng)式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器主要由永久磁鐵、感應(yīng)線圈等組成。感應(yīng)線圈繞在永久磁鐵外面，永久磁鐵的下端靠近發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈的齒頂，并保持一定的空氣隙。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過線圈的磁力線發(fā)生變化，在線圈中感應(yīng)出交變正弦波電壓信號(hào)，其頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，信號(hào)比較弱，經(jīng)過放大、整流、比較轉(zhuǎn)換為方波脈沖信號(hào)，輸入儀表或控制單元。傳感器（2）壓力傳感器 壓力傳感器使用壓力應(yīng)變片組成的壓敏電阻作為測(cè)量元件，作用在測(cè)量元件上的壓力使內(nèi)部的壓力應(yīng)變片感應(yīng)壓力的變化產(chǎn)生形變，其結(jié)果使得連接在惠斯通電橋中的該電阻阻值改變，進(jìn)而使得與壓力信號(hào)成正比的橋路輸出電壓值發(fā)生變化，經(jīng)過內(nèi)部電子電

7、路處理，經(jīng)過計(jì)算后得到測(cè)量結(jié)果。帶變送器的壓力傳感器輸出方式有：電壓輸出型（05V、15V、010V）、電流輸出型（020mA ，420mA）和總線輸出型（CAN）。 RS系列挖掘機(jī)所選用的壓力傳感器是電壓型輸出（0.54.5V）。傳感器滑動(dòng)電阻線圈機(jī)油壓力傳感器結(jié)構(gòu)機(jī)油壓力傳感器（3）機(jī)油壓力傳感器傳感器（4）溫度傳感器溫度傳感器有熱電偶和熱電阻兩種。 熱電阻型傳感器是利用溫度變化時(shí)本身電阻隨之變化的特性來測(cè)量溫度的， 熱電阻感溫元件電阻絲均勻地繞在絕緣材料制成的骨架上，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度變化時(shí)，測(cè)得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)的平均溫度。還有一種溫度開關(guān)，又叫熱敏開關(guān)，由熱脹冷縮不同的雙金屬片制

8、成 。RS系列挖掘機(jī)上溫度傳感器主要有水溫和液壓油溫傳感器。傳感器溫度傳感器結(jié)構(gòu)傳感器溫度報(bào)警開關(guān)原理（4）溫度報(bào)警開關(guān)傳感器（5）液位傳感器 燃油油位傳感器：由可變電阻，滑片和浮子組成，浮子漂浮在油面上，當(dāng)浮子隨油面高低而改變位置時(shí)，可帶動(dòng)滑片滑動(dòng)，從而改變可變電阻有效值。當(dāng)油箱無油時(shí)，浮子靠自重下降到最低位置，可變電阻有效電阻近似為零；當(dāng)油箱中的燃油增加時(shí)，浮子上升，帶動(dòng)滑片移動(dòng)，有效電阻變大。傳感器可變電阻的未端搭鐵，可減小滑片與可變電阻接觸不良產(chǎn)生的火花。 擺動(dòng)浮子式直桿式傳感器（6）壓力開關(guān)壓力開關(guān)有常開型和常閉型。常開型：用于怠速控制時(shí)，當(dāng)壓力大于設(shè)定值時(shí)觸電閉合，小于設(shè)定值時(shí)開路

9、。 常開型壓力開關(guān)屬于隔膜式結(jié)構(gòu)。壓力開關(guān)動(dòng)作原理壓力開關(guān)傳感器壓力報(bào)警開關(guān)壓力報(bào)警開關(guān)結(jié)構(gòu)壓力報(bào)警開關(guān)動(dòng)作常閉型機(jī)油壓力開關(guān)傳感器4 PLC 一種工業(yè)計(jì)算機(jī)可編程控制器，是現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備中使用最廣泛的核心控制器件。它是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行邏輯判斷與運(yùn)算的控制器。以可編程控制器為核心加入各種輔助器件（傳感器、驅(qū)動(dòng)器件等）構(gòu)成控制系統(tǒng)，以順序+反饋的方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC1.可編程控制器2.PLC硬件結(jié)構(gòu)PLC3.PLC控制器各主要部分作用 微處理器： 顯然是控制器的核心部件，它實(shí)現(xiàn)各種邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算，還要對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的各個(gè)部分的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)與控制。 存儲(chǔ)器： 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域，用于

10、存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量、輸入/輸出狀態(tài)的映像、以及各種其它數(shù)據(jù)信息。 輸入/輸出接口： 即I/O接口，可編程控制器與被控對(duì)象設(shè)備、或者周邊其它控制器相互聯(lián)系、交換信息與指令的通道。PLC 電源： 整個(gè)控制器的電力供給中心；其一為內(nèi)部電源內(nèi)部的微處理器、存儲(chǔ)器。等的工作用電，一般是直流5V；其二為外部電源（也稱用戶電源）用于傳送設(shè)備上各傳感器信號(hào)、用于驅(qū)動(dòng)設(shè)備的各種執(zhí)行元件，一般是直流24V且功率較小。 I/O擴(kuò)展部分： 為控制系統(tǒng)擴(kuò)展輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)而設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的控制器型號(hào)能擴(kuò)充的最大點(diǎn)數(shù)也不相同，而且擴(kuò)展的功能模塊也不盡相同，高版本的輸入、輸出、模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換等。 外部設(shè)備

11、： 開發(fā)及維護(hù)設(shè)備的可編程控制器系統(tǒng)時(shí)，及設(shè)計(jì)與調(diào)試應(yīng)用程序、監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的各種輔助設(shè)備，我們公司內(nèi)常用到的是安裝有NPST-GR軟件的筆記本電腦、或者是手持編程器等。PLC4.輸入輸出接口開關(guān)量輸入（DI）：增力按鈕、壓力開關(guān)、溫度開關(guān)等；模擬量輸入（AI）：壓力傳感器、溫度傳感器等；高速輸入（PI）：轉(zhuǎn)速傳感器。 輸入接口 輸出接口開關(guān)量（DO）：電磁閥、繼電器等；模擬量（AO）PWM：比例電磁閥。PLC挖掘機(jī)電氣控制 檢測(cè)傳感器 電控單元 執(zhí)行元件 與微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)等緊密聯(lián)系在一起。各傳感器向電控單元輸入檢測(cè)信號(hào)，電控單元根據(jù)存儲(chǔ)的控制程序和輸入

12、信號(hào)計(jì)算各控制動(dòng)作，向各控制對(duì)象發(fā)出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)精確控制、報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。5 挖掘機(jī)電氣控制1.電控系統(tǒng)組成：電子控制器（ECU）人機(jī)交互界面（儀表）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)（GPS終端）油門伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器壓力開關(guān)其他傳感器比例電磁閥挖掘機(jī)電控系統(tǒng)原理框圖CAN總線油門旋鈕變量泵挖掘機(jī)電氣控制2.挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能：系統(tǒng)監(jiān)控信息發(fā)動(dòng)機(jī)的控制液壓泵的控制液壓閥的控制 挖掘機(jī)電氣控制(1)系統(tǒng)監(jiān)控信息 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、機(jī)油壓力、燃油量、電瓶電壓、空濾堵塞、液壓油溫、液壓進(jìn)油堵塞、液壓回油堵塞、液壓先導(dǎo)油堵塞、充電狀態(tài)、預(yù)熱指示等輸入、輸出量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并在顯示器顯示，駕駛員可以了解更多的機(jī)器

13、狀態(tài)，從而使故障判斷更容易。挖掘機(jī)電氣控制(2)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制 將柴油機(jī)空載轉(zhuǎn)速?gòu)牡偷礁叻譃槭畽n，各檔的轉(zhuǎn)速可通過顯示屏幕進(jìn)行修改。十檔油門控制挖掘機(jī)電氣控制 自動(dòng)怠速控制：所有的操縱手柄都在中位時(shí)，降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以減少油耗和噪音。手柄有動(dòng)作時(shí)自動(dòng)取消該功能并恢復(fù)到當(dāng)前檔位轉(zhuǎn)速設(shè)定值。 自動(dòng)怠速控制挖掘機(jī)電氣控制發(fā)動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)/自動(dòng)暖機(jī) 過熱保護(hù)功能：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫過高后，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，減小對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的損害，以達(dá)到保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功能。 自動(dòng)暖機(jī)功能：發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，如果發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫過低緩慢增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到暖機(jī)目的。挖掘機(jī)電氣控制(3)液壓泵的控制-功率匹配控制功能： 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)因負(fù)荷變化而

14、產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速變化控制泵流量，以便有效利用發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出。 H模式發(fā)動(dòng)機(jī)油門處于最大供油位置，泵設(shè)定為最高負(fù)載檔，在此狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)用最高轉(zhuǎn)速，最大功率，最短工作周期。 S模式適用于一般挖掘及裝載作業(yè)。周期短、耗油少、工作效率高。 L模式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低適合于挖掘機(jī)的平整作業(yè)。挖掘機(jī)電氣控制（4）液壓閥的控制-手動(dòng)/自動(dòng)增力控制 挖掘作業(yè)時(shí)，如果需要更大的挖掘力（例如挖起巖石時(shí)）可以按下增力開關(guān)，以將液壓壓力提高9%左右并持續(xù)8秒，通過臨時(shí)增加溢流壓力增加挖掘力。挖掘機(jī)電氣控制6 電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)（一）電氣標(biāo)準(zhǔn)（二）電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)（三）基本電氣符號(hào)（四）電氣認(rèn)證在電氣設(shè)計(jì)過程中，國(guó)家、行業(yè)、

15、企業(yè)對(duì)于電氣設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中的一些規(guī)范要求。主要包含： 國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 企業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)1.標(biāo)準(zhǔn)概況：（一）電氣標(biāo)準(zhǔn)電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì) 2.電氣標(biāo)準(zhǔn)化的功能電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)3.電氣標(biāo)準(zhǔn)化的收益 事實(shí)證明，在企業(yè)實(shí)施電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化以后，企業(yè)在電氣設(shè)計(jì)方面可以節(jié)省人力成本、時(shí)間成本，提高工作效率。電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)（二）電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)1、圖幅大?。篈3；2、圖紙風(fēng)格：熔盛風(fēng)格；3、整體布置：協(xié)調(diào)、合理、美觀；4、元器件畫法：按最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，控制器接線全部畫出（按插件分開）；5、文字：同一張圖紙用同一種類型的文字（單行、多行、動(dòng)態(tài)），不能被線壓住；6、比例：1：1。原理

16、圖電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)7、接地符號(hào)：用 ，不用 ；8、盡量避免線交叉，交叉相接處用0.8實(shí)心圓點(diǎn)表示；9、合理使用圖層、顏色和線寬，以使圖紙層次、主次分明；10、標(biāo)題欄中的材料欄不標(biāo)，名稱欄統(tǒng)一為：E-DQ；11、功能類似的零部件盡可能放在一起；12、線號(hào)用三位數(shù)字表示（0線除外）。其中第1位表示功能區(qū)域，第2、3位為 流水號(hào)。原理圖電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)1、圖幅大小：A1；2、圖紙風(fēng)格：最好能在三維模型上布線；3、整體布置：協(xié)調(diào)、合理、美觀；4、電氣元器件用合適粗實(shí)線，其它用細(xì)實(shí)線或虛線；5、文字：同一張圖紙用一種類型的文字（單行、多行、動(dòng)態(tài)），不能被線壓住。系統(tǒng)圖6、比例：1：1；7、所有插接件、線束固

17、定卡要在實(shí)際位置標(biāo)出；8、不屬于電氣系統(tǒng)的元器件，在相應(yīng)位置用文字標(biāo)示；9、序號(hào)標(biāo)注高度要統(tǒng)一、整齊；10、由幾個(gè)零部件組成的相對(duì)獨(dú)立的功能塊要設(shè)計(jì)成下一級(jí)部件。電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)1、同一張圖中繪制；2、直接與元器件相接的可不標(biāo)示插件號(hào)，只標(biāo)示所接的元器件名稱，與線束相 接的插件要標(biāo)示插件號(hào)及元器件名稱；3、整體布置：協(xié)調(diào)、合理、美觀；4、畫法一致性：不同機(jī)型的插件、端子等器件的畫法要一致；5、文字：同一張圖紙用一種類型的文字（單行、多行、動(dòng)態(tài)），不能被線壓??；6、比例：1：1；7、線號(hào)、線色、線徑一同標(biāo)注，888/紅-1.0，如果顏色少，可在技術(shù)要求中說明；8、共性的技術(shù)要求或不方便在圖紙中表示

18、的，統(tǒng)一在技術(shù)要求中說明；9、所有插件視圖為接合面俯視圖；線束圖電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)10、線束長(zhǎng)短直接以mm為單位標(biāo)示在相應(yīng)位置；11、技術(shù)要求要使用軟件的功能進(jìn)行編制，調(diào)整好字體和大小；12、插件針腳信息用表格表示，圖紙中所有表格、字高要統(tǒng)一，所有的針腳全部 列出；13、插件的信息標(biāo)示在其附近，護(hù)套不在圖上疊加，但要標(biāo)示出規(guī)格型號(hào)；14、插件以德馳為主，電氣零部件已帶插件的而通過溝通無法更改為德馳的，可按 自帶的配置；15、插件設(shè)計(jì)過程中，要有防誤插功能。線束圖電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)（三）基本電氣符號(hào)電氣符號(hào)的含義：用于圖樣或其他文件以表示一個(gè)設(shè)備或概念的圖形、標(biāo)記 或字符。電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)電氣標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)（四）電氣認(rèn)證1.CCC認(rèn)證CCC認(rèn)證： 就是“中國(guó)強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證制度”，即China Compulsory Certificat