1、廣東工業大學 材料與能源學院摘 要本文主要就工業生產領域常用的運料往返小車的控制系統,給出基于繼電器-接觸器的注塑機上料輸送小車控制系統的方案設計思路,控制電路圖和設計特點。關鍵詞：繼電器-接觸器控制 正反轉控制目 錄1概述11.1 繼電器-接觸器控制系統的概況11.2 繼電器與接觸器的定義與概念11.3 繼電器-接觸器控制系統的優缺點21.4 繼電器-接觸器控制系統的發展形勢22方案設計32.1 控制系統描述42.2 繼電器-接觸器控制系統設計分析43元器件的選型53.1 三相異步電動機的選擇53.2 開關的選擇53.3 熔斷器的選擇63.4 時間繼電器的選擇73.5 熱繼電器的選擇83.6

2、 接觸器的選擇94 電路圖設計114.1 電路圖的繪制114.2 工作原理125 設計小結13參考文獻14第 2 頁1 概述1.1 繼電器-接觸器控制系統的概況電氣控制課程是材料成型與控制工程專業的專業基礎課，是由繼電接觸器控制系統來實現的。它包含控制線路、主電路、照明電路及輔助線路組成。該系統是由接觸器、繼電器、主令電器和保護電器等元件組成，按照一定的控制邏輯接線組成的控制系統。其工作原理就是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點的串聯或并聯，及延時繼電器的滯后動作等組成控制邏輯，從而實現對電動機或其他機械設備的起動、停止、反向、調速及對多臺設備的順序控制和自動保護功能。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，自身活動性質穩定，功能可靠，工作效率高及給夠經久耐用等特性不僅被廣泛應用在遠距離操控高頻度接斷電路，一級容量較大甚至兼具負荷的各種系統物質中，比如各種電熱機械裝置、電焊機、電動機等，而且由于接觸器可以進行自動控制一級齊納電壓情況下的釋放作業保護型調節，所以，在各種進行遠距離自動操控中也被作為一種電磁式自動調控開關進行使用。如果我們將接觸器一句自身結構的主觸頭所通電流進行劃分可以得到：甲流接觸器和直流接觸器兩種類別，其中前者種類較為多，而且就我國而言現有常用的租住設計并以進行投產的交流接觸器組要有CJ10以及CJ20等系列型號。繼電器：與接觸器工作原理基

4、本相同，但是也有不同點。因為接觸器的主觸頭是可以通過大電流的，但是繼電器的卻只允許通過小電流。所以，繼電器一般在控制系統中只能應用于控制電路里面進行延時，隔離，遙控檢測電路從而實現自動轉換調節線路，以此保證安全性甚至以小電流控制大電流等功能。根據工作原理或結構特征可分為：電磁式、固體式、時間繼電器、熱繼電器等。1.3 繼電器-接觸器控制系統的優缺點繼電接觸器控制法作為一種傳統的控制方法，具有可靠性高、價格便宜、設計簡單等特點。此外，繼電器控制線路成本低廉，控制方式直觀，操作簡單，調整方便，現場人員容易掌握使用，一直被運用于工業控制的各個領域，大大節約了人力物力資源，使得自動化控制變為可能。但它

5、體積較大，控制速度較慢，改變控制功能必須通過改變接線來完成，比較麻煩和困難，適合簡單控制。1.4 繼電器-接觸器控制系統的發展形勢一直以來，自動化控制系統都是由繼電器-接觸器來控制。20世紀60年代PLC誕生，它是一種新型的自動化控制裝置，所以PLC控制是由繼電器接觸器控制發展而來的。目前隨著PLC技術的發展和應用，PLC控制系統逐漸取代繼電器-接觸器控制系統。在實際工作中，如何選擇使用哪種方法？我們就要弄清這個產品要實現的功能，另外還有價格成本的問題，如果是功能相對簡單的就沒必要使用PLC了，繼電器-接觸器控制系統已經足夠。2 方案設計2.1 控制系統描述本設計的控制對象是塑料制品輸送小車的

6、電動機，其目的是通過控制電動機的正反轉來控制輸送小車在A、B兩地自動往復運動，從而實現小車的運動過程。 圖2-1 輸送小車運行示意圖2.3 繼電器-接觸器控制系統設計分析根據系統要求，控制系統分為手動控制和自動控制。因此，控制系統應該具有選擇功能，可以根據需要選擇進行手動控制和自動控能。同時，考慮到自動控制時，在A、B兩地需要延時，所以控制系統還應該具有延時功能。綜合以上考慮，下面給出一種可以實現上述功能的控制系統工作過程。1、 手動檔：能手動控制小車向A地運行或向B地運行。2、 自動擋：（1） 輸送小車在初始位置處，按下啟動按鈕SB1，電動機正轉，則輸送小車前進，黃色警示燈閃爍；（2） 輸送

7、小車運行至右限位開關ST2，電動機停轉，輸送小車停止，黃 色警示燈滅；（3） 時間繼電器延時1分鐘后，電動機反轉，輸送小車后退，黃色警示燈閃爍，直至運行至左限位開關ST1處，電動機停轉，輸送小車停止，黃色警示燈滅；（4） 時間繼電器延時1分鐘，完成一個工作周期。若不按急停按鈕，則此過程循環工作。3 元器件的選型根據系統的控制要求，選擇設計所需要的電氣元器件：3.1 三相異步電動機的選擇通過對控制要求的分析，控制系統選擇一臺三相異步電動機M。根據電動機的最大扭矩為1000(Nm)，工作電壓380V，額定功率370W,計算電動機的參數。綜合工藝要求，選取電動機的額定功率370W，型號：Y112-M

8、-4，額定電壓：380V，額定電流為1.68A ,額定頻率：50Hz,電動機定子三相繞組采用Y行連接，封閉式防護安裝。三相籠型異步電動機的結構如圖3-1所示： 圖3-1 三相籠型異步電動機的結構3.2 開關的選擇在該系統的主電路中，采用三級的組合開關。電動機的額定功率為370W，額定電流為1.68A。用于電動機電路時，組合開關的額定電流一般取電動機額定電流的1.5-2.5倍。即開關的額定電流范圍為2.52-4.2A，則可選擇型號為HZ5-10型的空氣開關。外觀圖如圖3-2所示。 圖3-2 三級組合開關3.3 熔斷器的選擇在本系統中，需要熔斷器保護三相異步電動機。熔體的額定電流一般為電動機額定電

9、流的1.5-2.5倍，而電動機的額定電流為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，則可選擇型號為RC1A-10的熔斷器。其外觀圖和內部結構如圖3-3所示。圖3-3 熔斷器外觀和內部結構這種熔斷器具有結構簡單，價格低廉，更換方便等特點。使用時將瓷蓋插入瓷座，拔下瓷蓋便可更換熔絲。3.4 時間繼電器的選擇在本系統中，時間繼電器需要延時1分鐘，延時精度要求不是很高。并考慮到價格費用成本因素，應選擇空氣阻尼式時間繼電器（得電延時），可選用型號為JS-23A的空氣阻尼式時間繼電器，其觸點的額定電壓為380V，延時范圍為0.4-180s，精度范圍為10%,符合系統要

10、求。圖3-4為空氣阻尼型時間繼電器的內部結構圖。圖3-4 空氣阻尼型時間繼電器的內部結構當線圈通電時，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時下移，使瞬時動作觸點接通或斷開。但是活塞桿和杠桿不能同時跟著銜鐵一起下落，因為活塞桿的上端連著氣室中的橡皮膜，當活塞桿在釋放彈簧的作用下開始向下運動時，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。經過一定時間，活塞桿下降到一定位置，便通過杠桿推動延時觸點動作，使動斷觸點斷開，動合觸點閉合。從線圈通電到延時觸點完成動作，這段時間就是繼電器的延時時間。延時時間的長短可以用螺釘調節空氣室進氣孔的大小來改變。3.5 熱繼電器的選擇熱繼電器的主要

11、用作過載保護，最常用于交流電動機的過載保護，應根據電動機的工作環境、啟動情況及負載性質來選用。本系統中電動機長期工作，應按照電動機的額定電流來選擇。熱繼電器的整定電流應為電動機額定電流的0.95-1.05倍。本電動機的額定電流為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機的額定電流值，符合要求。則可選用熱繼電器的型號為JR36-20 1.5-2.4A。圖3-5為熱繼電器的外觀圖和內部結構圖。圖3-5 熱繼電器外觀和內部結構熱繼電器由薄長方形的熱元件和雙金屬片組合而成的熱動元件一級對電路進行操作的觸點部分構成。熱繼電器一般與電磁接觸器組合使用，電動

12、機一旦有過負載或者堵轉狀態等異常電流通過時，熱繼電器的電熱器就被加熱，雙金屬片就產生一定彎曲，與此聯動的觸點機構就產生動作，例如切斷電磁接觸器的操作線圈，防止因異常電流而引起電動機燒損。第 11 頁3.6 接觸器的選擇我國生產的交流接觸器常用的有CJl0，CJl2，CJX1，CJ20等系列及其派生系列產品，CJ0系列及其改型產品已逐步被CJ20、CJX系列產品取代。上述系列產品一般具有三對常開主觸點，常開、常閉輔助觸點各兩對。系統選用的接觸器要與繼電器相配合，電動機的額定電流為1.68A，則可選擇通用的CJ20J-10A系列永磁式交流接觸器。圖3-6為接觸器工作原理簡圖。圖3-6 接觸器內部結

13、構接觸器的工作原理是：當接觸器線圈通電后，線圈電流會產生磁場，產生的磁場使靜鐵芯產生電磁吸力吸引動鐵芯，并帶動交流接觸器點動作，常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點復原，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。主要電氣元件如列表3-1所示。表3-1 主要電氣元件序號代號名稱型號數量1M三相異步電動機Y132S1-412QS空氣開關HZ5-1013FU熔斷器RC1A-10 34KT時間繼電器JSZ3A25FR熱繼電器JR36-20 1.5-2.4A16KM接觸器CJ20J-10A2第 18 頁4電路圖設計4.1 電路圖的繪制根據標準，繪制出

14、控制系統的電路圖： 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，轉換開關QS，熔斷器FU,接觸器KM1的主觸點，接觸器KM2的主觸點，熱繼電器FR的熱元件，電動機M、熱繼電器FR的常閉觸點，停止控制按鈕SB0，啟動控制按鈕SB1，啟動控制按鈕SB2，接觸器KM1和KM2的自鎖觸點、互鎖觸點及線圈，限位開關ST1和ST2，時間繼電器KT1和KT2及其延時開關，警示燈HL等組成。圖4.1 運料往返小車的控制系統電路圖4.2工作原理 下面對控制電路進行分析，閉合總電源開關QS后，選擇控制方式：手動控制：按下按鈕SB1，線圈KM1通電，KM1常開主觸點閉合，常閉主觸點斷開，實現自鎖和

15、與KM2的互鎖，電動機正轉，小車向B處前進，燈HL閃爍。達到B處后，行程開關ST2被觸發，線圈KM1斷電，小車停車，燈HL滅。等待裝料完成后，按下SB2，線圈KM2通電，同樣實現自鎖和與KM1的互鎖，電動機反轉，燈HL閃爍，小車向A處后退，到達A處后，行程開關ST1被觸發，線圈KM2斷電，小車停車，燈滅，等待卸料。完成后按下SB1，小車向B處前進，一直循環。在整個工作過程中，不管小車狀態如何，如果按下SB0，控制電路斷電，小車都會停車。自動控制：若要選擇工作方式為自動控制，則需要閉合開關QS1，接通延時控制電路。第一次啟動時需要人為啟動，如，按下按鈕SB1，小車啟動，向B處運動，達到B處后，觸

16、發行程開關ST2，ST2對應常開閉合，常閉斷開。小車停車的同時，接通時間繼電器KT2線圈，時間繼電器開始工作，延時1分鐘后，對應的延時閉合開關KT2閉合，線圈KM2通電，小車裝完料后啟動，向A處后退。達到A處后，觸發行程開關ST1，ST1對應常開閉合，常閉斷開。小車停車的同時，時間繼電器KT1開始工作，延時1分鐘后，時間繼電器的延時閉合開關KT1閉合，線圈KM1通電，小車向B處運行，如此循環。在工作工程中，SB0按鈕同樣可以隨時讓小車停止工作。在自動控制過程中，如斷開QS1開關，可以隨時切換到手動控制的工作模式；同樣，手動控制中，通過閉合開關QS1，也可以切換到自動控制的工作模式。5 設計小結為期兩個星期的課程設計，已經接近尾聲了了。兩個星期里，為了準時完成設計要求，每天都對著一大堆的數據和資料。在計算手冊上找了又找，反反復復，不斷的推進確認，雖然依舊還可能有很多我所不知道的錯漏，但是我已經全身心的把心思放進去了。終于在最后時間，把元器件選型和電路圖設計，以及說明書都一一弄妥。這次的課程設計，讓我體會到：課程設計是學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，也讓我收獲良多。通過這次比較完整的一個控制系統的設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的基礎知識，解決實際問題的能力，同