电气控制综合设计物流传输线自动控制系统.docx

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电气控制综合设计物流传输线自动控制系统

电气控制综合设计

设计说明书

——物流传输线自动控制系统

班级:

_____AP09047_____

学号:

_______33_________

姓名:

____姚辉________

成绩:

__________________

课程设计任务书

一、课程设计内容

现代企业在进行生产、装配及传输时大都数都采用物流自动传输线来代替这些繁重的、重复性的工作。

能否设计一个比较合理、安全、方面及节能的物流传输控制系统是一个企业提高其生产效率、降低成本的关键所在。

现以一个由三节皮带链组成的物流传输线为设计对象进行设计。

做为课程设计，忽略实际运行中的一些条件，不考虑传送皮带摩擦、张力、形变，三节皮带直线传输，等长约10米，每节皮带由1台电机分别拖动主轴运转，主轴安装于皮带中部。

二、设计工艺要求

假设根据实际生产已选定主轴三相异步电动机参数：

P=11kW，UN=380V，IN=22.6A，频率50Hz，全压起动，需设计电气制动。

其它设备由设计原理决定。

具体工艺如下：

1、每节传输线由一台电机控制，电机均为单向旋转。

2、当第一节传输线检测到有货物时应相应的往下节传输，当货物接近第二节传输线时，第二节传输线进行工作，准备传输快要到来的货物，当货物到第二节时，第一节传输线则停止运行；当货物接近第三节传输线时，第三节传输线进行工作，准备传输快要到来的货物，当化物到第三节时，第二节传输线则停止运行；然后货物在第三节传输线的传输下送到指定加工或装配地点；

3、当第二节传输线上有物品时，第一节传输线则不能工作；若第三节的货物未取走时，第二节传输线则不能工作；

4、要求每台电机有相应的保护措施及运行指示；

5、系统要求有电源指示、状态指示，每台电机也应有相应状态指示。

实现工艺要求需要解决的关键性问题：

1、电机容量与起停控制；

2、位置与货物的有无检测；

3、各皮带电机之间的制约关系。

三、设计成果要求

1、分析工艺要求，确定控制方案；

2、设计电气原理图（用Autocad或Protel绘制）,并分析电气控制原理；

3、选择所用电器元件型号规格，列出元件明细表及价格预算表；

4、实现基本的工艺设计，实现基本的接线图；

5、应有必要的保护；

6、写出设计说明书，并附上标准电气图纸；

7、设计说明书应包括：

目录、绪论（工艺需求分析）、电气原理设计（包括保护设计）、电气工艺设计（包括元件选型、元器件清单、接线图）、使用说明（操作、维护说明）、参考文献（参考标准）、附录（所有电气图纸，并编号）。

1绪论

在科学技术日渐发达的今天，物流传输系统广泛应用于各种场合，如邮政分拣系统、机场行李传送线、物流推挂系统、矿场传输带等等。

随着自动化程度的提高，智能化物流传输系统得到了越来越广泛的应用。

目前，我国的物流传输还处在一个较为落后的状态，设备比较陈旧，对物件的传送处理还基本上是手工操作，劳动强度大，生产效率低。

一般的物流传送线都采用旋转电机驱动，配合齿轮、蜗杆、链条等部件来传动，驱动输送线作直线运动。

在多数场合，传输系统处于不间断的工作状态下，机械部件的磨损及产生的噪音都相当大，在伏在速度加快时就更加严重。

这就使得设备的效率低下，使用年限不长，无法保证系统运行的可靠性。

随着自动化程度的提高，对物流传输系统的驱动性能和灵活性提出了更高的要求。

在欧美和一些发达国家（如美国、日本、德国、法国、意大利、丹麦等），都是大规模地采用了机械化和自动化的物流传输设备，这些设备传输速度快，生产效率高。

新型的物流传输线由计算机智能化控制，传输速度快，生产效率高，并可实现对传输物流的自动分检、归类、选择，适应了大规模物流传输和多批量灵活安排的需求

2物流传输线自动控制系统的设计简介

2.1设计内容

现代企业在进行生产、装配及传输时大都数都采用物流自动传输线来代替这些繁重的、重复性的工作。

能否设计一个比较合理、安全、方面及节能的物流传输控制系统是一个企业提高其生产效率、降低成本的关键所在。

现以一个由三节皮带链组成的物流传输线为设计对象进行设计。

2.2设计要求

1.每节传输线由一台电机控制，电机均为单向旋转。

2.当第一节传输线检测到有货物时应相应的往下节传输，当货物接近第二节传输线时，第二节传输线进行工作，准备传输快要到来的货物，当化物到第二节时，第一节传输线则停止运行；当货物接近第三节传输线时，第三节传输线进行工作，准备传输快要到来的货物，当化物到第三节时，第二节传输线则停止运行；然后货物在第三节传输线的传输下送到指定加工或装配地点；

3.若第三节的货物未取走时，第二节传输线把货物传到第二节接近终点时自动停止工作；若有货物停在第二节，第一节传输线把货物传到第一节接近终点时自动停止工作；

4.要求每台电机有相应的保护措施及运行指示；

5.系统要求有电源指示，电流指示及电压指示。

2.3课程设计的主要内容

课程设计研究主要是针对项目设计中所遇到的各项难点问题进行的，主要包括以下几方面内容：

1、物流传输线自动控制系统的设计过程。

2、物流传输线自动控制系统的操作说明。

3电气原理设计

现以一个由三节皮带链组成的物流传输线为设计对象进行设计。

3.1主电路

因为三节传送带分条件启动和停止，所以用三个电机来分别控制第一节、第二节和第三节传送带的启停。

由于只涉及到单向拖到，所以只需要三个接触器的一个常开触点KM1、KM2、KM3来控制电机的得电和停机。

工艺要求对电机的运行状态（电流、电压）进行显示，所有要从电机三相中加入电压互感器和电流互感器来引入电压表和电流表。

据此设计出如图1-1所示的主电路。

1-1主电路图

3.2控制电路设计

从运送货物的方向出发，有货物到来时用行程开关SQ1控制接触器KM1得电，其常开出点闭合，接通主电路，电机正转，第一节传输带的启动；

货物运动到接近第一节传输带尾部时，有行程开关SQ2控制KM2得电，其常开触点闭合，接通主电路，电机正转，使第二节传输带在货物到来之前先启动，使得货物能够平稳的运送下去。

当货物到第二节传输带首端时，行程开关

SQ3动作时，中间继电器KA2得电，KA2的常闭按钮断开，KM1线圈失电，切断第一节传送带电机，使第一节传送带停止传送。

货物运动到接近第二节传输带尾部时，有行程开关SQ4控制KM3得电，其常开出点闭合，接通主电路，电机正转，使第三节传输带在货物到来之前先启动，使得货物能够平稳的运送下去。

当货物到第三节传输带首端时，行程开关SQ5动作时，行程开关SQ5的常闭开关断开，KM2线圈失电，切断第二节传送带电机，使第二节传送带停止传送。

当货物到第三节传输带末端时，行程开关SQ6动作时，行程开关SQ6的常闭开关断开，KM23线圈失电，第三节传送带停止运行。

在物流传输自动控制系统原理图的中，KA1为中间继电器，保证控制电路持续有电，KM1控制电动机M1运行，KM2控制电动机M2运行，KM3控制电动机M3运行，此外，根据物流传输线自动控制系统的设计要求，若第三节的货物未取走时，第二节传输线把货物传到第二节接近终点时自动停止工作；若有货物停在第二节，第一节传输线把货物传到第一节接近终点时自动停止工作；增设三个中间继电器KA2,KA3,KA4由行程开关SQ3,SQ5,SQ6控制.

三个行程开关SQ1、SQ2、SQ4分别安装在每节传输带的起始位置，三个行程开关SQ3、SQ5、SQ6分别安装在第二节起始位置，第三节起始位置和末尾位置，它们动作的顺序就如同序号。

如图1-2

图1-2行程开关序号图

其控制电路设计如图1-3所示。

1-3控制电路图

3.3显示电路设计

按照运行指示要求，KA1得电，则电源得电指示HB灯亮；KM1得电，则第一节传输线运行，第一个电机运行，指示灯HL3亮；KM2得电，则第二节传输线运行，第二个电机运行，指示灯HL2亮；KM3得电，则第三节传输线运行，第三个电机运行，指示灯HL1亮。

从主电路引入控制线路和显示电路的电源时，因为所需电压和电流的级别不同，所以应加入不同匝数比的降压变压器。

显示电路如图1-4：

图1-4显示电路

从主电路引入控制线路和显示电路的电源时，因为所需电压和电流的级别不同，所以应加入不同匝数比的降压变压器。

运用三个电压互感器显示三个电机的相间电压；用电流互感器来显示三个电机的电流。

3.4保护电路的设计

1.在物流传输线自动控制系统电气控制图的基础上，引入各种保护措施，进一步完善所示设计的电路，

短路保护：

由FU1、FU2、FU3、分别实现主电路与控制电路的短路保护。

过载保护：

FR1------电动机M1的热继电器，起过载保护。

FR2------电动机M2的热继电器，起过载保护

FR3------电动机M3的热继电器，起过载保护

由热继电器实现电动机的长期过载保护。

欠压和失压保护：

电源电压严重下降或电压消失时，接触器电磁吸力急剧下降或消失，衔铁释放，各触电复原，断开电动机电源，电动机停转。

由具有自保电路的接触器控制来实现欠压失压保护。

电动机的接地保护：

接电线PE

2.连锁保护：

中间继电器KA1的常开触头对按钮SB2进行短路，保证电路的持续运行。

自锁保护：

接触器KM1、KM2、KM3的常开触点分别对接触器KM1、KM2、KM3进行自锁保护。

同时中间继电器KA1、KA2的常开触点分别对中间继电器KA1、KA2进行自锁保护。

互锁保护：

行程开关SQ5,SQ6分别对接触器KM2、KM3进行互锁保护。

4电气工艺设计

4.1元件选择

元器件的选择主要是对主电路及控制回路中必要的元器件进行选择

4.1.1电动机

为了合理选择电动机的种类，应同时两个方面的问题：

一是电动机的性能，例如机械特性，起动性能和调速性能等；二是要知道生产工艺的特点，要使所选电动机的性能满足生产机械的工艺要求。

因此，根据具体要求，综合以上各因素，应选择Y系列中型三相笼型异步电动机，即选择Y160-6型号的电动机三台,价格1930元。

4.1.2隔离开关

隔离开关主要用来隔离电源，以保证其他设备和线路的安全检修

选择依据是：

极数、额定电流、电压类型、电压等级、分断能力、动作频繁程度等。

根据额定电流要求等，通过认真选取，最终选择了型号为HR6-160的隔离开关，价格55元

4.1.3熔断器

熔断器（Fuse）主要用于短路保护。

熔断器结构上主要由熔断器座、熔断体（熔体）组成

台电机：

IFU=1.5~2.5Ie（2-1）

多台电机：

IFU=1.5~2.5INmax+∑Ie（2-2）

式中INmax——功率最大电机的额定电流

∑Ie——除去功率最大电机之外，其余电机额定电流之和

取2.5，可以选用额定电流为63A的熔断器，FU1选择型号为RT16-1的熔断器，其熔体额定电流为63A，额定电压为380V。

价格18元。

FU2，FU3选择型号为RO15的熔断器，其熔体额定电流为4A，额定电压为24V。

价格1.5元。

4.1.4热继电器

热继电器主要用于电机过载保护

热继电器热元件的整定电流一般按0.95~1.05Ie（电动机的额定电流）选用，对过载能力较差的电机可选得更小些。

通过选取FR1、FR2，得型号为JR28-25，额定电压为380V，因为电动机的额定电流为22.6A，所以选择调整电流为25A的热继电器,价格25元。

4.1.5接触器

选择依据是：

主触头数、额定电流（IKM）、线圈控制电压的类型、等级等。

对于电动机负载，可按下面的经验公式计算接触器的额定电流：

IKM=Pe/（K×Ue）（2-3）

式中

Pe——电机的额定功率

Ue——电机的额定线电压

K——经验系数，取1~1.4

考虑到接触器与热继电器的配套使用，选择型号为CJX2-2501的接触器KM1、KM2，KM3其额定工作电流为25A，额定电压为380V，价格35元

4.1.6中间继电器

中间继电器在结构上是一个电压继电器，是用来转换控制信号的中间元件。

中间继电器通常用来放大信号，增加控制电路中控制信号的数量，以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。

KA1、KA2，KA3、KA4功能为将信号传递给有关控制元件（中间转换作用），选用LY4N-J，触头额定发热电流为10A，价格十元

4.1.7行程开关

行程开关：

是一种常用的小电流主令电器。

利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。

在电气控制系统中，行程开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。

用于控制机械设备的行程及限位保护。

本系统中用行程开关实现传送带的自动顺序停止，采用型号JLXK1-511，价格6元

4.1.8控制按钮

选择依据是：

触点对数、动作要求、结构形式、颜色、是否自带指示灯等；

电压等级、通流能力（1~8A）。

.

一般启动按钮——绿色

停止按钮——红色

SB1，总停开关，红色，LA20-A/D，单桥式，指示灯型，价格17元

SB2，绿色，启动开关，LA20-A/D。

价格17元

4.1.9指示灯

指示灯选择型号为XDJ3-22/40，额定工作电压24V，电容式圆球形，工作电流≦20mA，功耗0.36W，一个黄色的，作备用指示；三个绿色的，作运行指示。

价格3元

4.1.10变压器

主变压器容量ST应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即ST≈SN.T≧S30

由需要系数法，查的Kd=0.8，cosφ=0.9，tanφ=0.8，

又Pe=4×P灯，

算得，P30=KdPe

S30=P30/cosφ=KdPe/cos=（0.8×4×0.36）/0.9=1.28V·A。

所以选择额定容量为40V·A的变压器。

其型号为JBK1-40，

价格40元

4.2接线设计

1：

图1-5电气板元件布置图

2：

图1-6电器元件接线

3：

图1-7控制元件面板布置图

5设计说明

5.1操作说明

货物运动到接近第一节传输带尾部时，有行程开关SQ2控制KM2得电，其常开触点闭合，接通主电路，电机正转，使第二节传输带在货物到来之前先启动，使得货物能够平稳的运送下去。

当货物到第二节传输带首端时，行程开关

SQ3动作时，中间继电器KA2得电，KA2的常闭按钮断开，KM1线圈失电，切断第一节传送带电机，使第一节传送带停止传送。

货物运动到接近第二节传输带尾部时，有行程开关SQ4控制KM3得电，其常开出点闭合，接通主电路，电机正转，使第三节传输带在货物到来之前先启动，使得货物能够平稳的运送下去。

当货物到第三节传输带首端时，行程开关SQ5动作时，行程开关SQ5的常闭开关断开，KM2线圈失电，切断第二节传送带电机，使第二节传送带停止传送。

当货物到第三节传输带末端时，行程开关SQ6动作时，行程开关SQ6的常闭开关断开，KM23线圈失电，第三节传送带停止运行。

系统的总电路图

5.2元件明细表

名称

编号

型号

数量

备注

价格

电动机

M1-M3

Y160-6

3

额定电压380V额定功率11KW额定转速720r/min

1930*3

刀开关

QS

HR6-160

1

三相380V60A

55

熔断器

FU1

RT16-1

3

380V电流等级25A

18*3

熔断器

FU4-FU5

RO15

2

380V电流等级4A

1.5*2

交流接触器

KM

CJX2-250

3

380V30A

40*3

热继电器

FR

JR28-25

3

整定电流范围是16-71

25*3

行程开关

SQ

JKXK1-5

6

控制传送带的起停

6*6

中间继电器

KA

KA4N-J

3

10*3

变压器

TC

JBK1-40

1

变压

40

按钮

SB1

红色

1

急停

17

SB2

绿色

1

启动

17

指示灯

HB

黄色

1

电源指示灯

3

HL1

绿灯

1

M1正常工作指示灯

3

HL2

蓝色

1

M2正常工作指示灯

3

HL3

绿色

1

M3正常工作指示灯

3

总计价格：

6249元

个人总结

本次课设是完成一个三级物流传输系统的设计，首先通过查找书籍资料，进行电路原理图的设计、绘制，再用CAD对所设计的电路进行合理推算，调整各元件的参数，以确定最佳方案，然后按照设计的电路原理图完成实物的连接，连接后在实验室不断地调试、修改，最后得到设计的目的与要求。

虽说设计流程很简单，但任务并不像口头说的那么轻松。

记得《增广贤文》中有句格言：

“书到用时方恨少，事到经过才知难”。

现在，经过将近一个月查阅资料，整理，自己仿真，就更深刻地体会到这句古话中所蕴含的道理了。

虽然很忙，但是自己很充实，认真独立的完成一个设计，很有成就感。

遇到不懂的东西，找资料似乎是一个很实在的方法，但当你连自己要找的东西都没有一个较为全面的了解，找资料就不能说是一件轻易的事情了。

是像这次声控开关的设计一样，对一些电子元件，课本所学的大都是它一个大家簇的通性，而个体是有它的特殊性的，总不能生搬硬套。

所以不得不花很大的功夫在繁杂的资料中挑选自己需要的信息，以确定元件的参数。

除了原理图的设计巩固了我的理论知识，CAD的绘图让我更了解这个软件外，报告的编写也让我受益匪浅。

为了编写一份相对完整的有价值的报告，不仅仅是收集材料的事情，更重要的是要根据自己的理解顺着自己的思路把自己的作品较完美地展示出来。

想要把原理说明清楚，又不得不在细节上下功夫，而这往往是非常费时间的。

我花了几天的时间才完成这项吃力的工作。

总之，只有经过自己的思考，自己的实践，才能把课本中那些看似繁杂、乏味、可望而不可即的理论知识转化成一个有机体。

参考文献

[1]中国南方电网有限责任公司.南方电网变电站标准设计——110kV变电站标准设计（2007年版）[M].北京:

中国电力出版社,2008.

[2]吴桢芬编著《电机与电气控制》课程设计指导书，现代农业工程学院，2011[3]齐宝林、王德明编著《实用电动机控制电路200例》，福建科学技术出版社，2005

[4]刘武发编著《机床电气控制》，工业出版社，2009

[5]汤天浩编著《电机与拖动基础》，机械工业出版社，2004[6]XX百科

附录

[1]电气原理图

[2]接线图

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