1、包頭職業技術學院電子工程系畢業設計任務書2002 級 自控 專業 205232 班設計題目 工程作業車電氣控制系統設計 姓名 設計地點 包職院 指導教師 劉麗君 教學負責人 發任務書時間 畢業設計期限 自200 8年4月11日至200 8年6月19日一、 任務來源工程作業車是617廠根據市場特殊需求開發研制的特種作業車輛，該車由底盤、支腿、塔架、頂置設備、塔架豎起裝置、塔架升起裝置、頂置設備翻轉鎖緊機構、支腿展開鎖緊機構、纖繩（電纜）卷收張緊機構和液壓系統組成。其電氣控制系統中的控制對象及采用的控制方法比較簡單，與電機及拖動課程內容較為接近，可采用繼電器控制或PLC控制完成系統設計，是學生畢業

2、設計較為理想的設計題目。二、 設計要求1. 設計內容電氣控制系統主要控制該工程車輛支腿、塔架的動作。車輛工作時要完成支腿的展開和收起、塔架的豎起和臥倒、塔架的升起和回收等過程，這些動作都由相應的邏輯關系相互約束，有些動作是由電機直接拖動實現的，相應的動作過程可實現半自動、全自動控制。設計內容除過程的自動控制外，還應考慮系統的電氣原理圖、電氣接線表、元器件選型，在電氣原理圖的設計中要有相應的保護電路（短路保護、過載保護等）、故障報警。2控制程序及內容2.1車輛工作過程：2.1.1啟動主電源 2.1.2啟動液壓站油泵電機(油路循環)，延時一分鐘。2.1.3前、后支腿擺(伸)出控制(AC220V電磁

3、閥，壓力繼電器)。啟動支腿展開按鈕-纖繩卷線器解鎖、啟動(DC24V電機)-前支腿擺出，到位后壓力繼電器發出信號-后支腿擺出-到位后壓力繼電器發出信號-支腿擺出停止-纖繩卷線器停止、閉鎖。2.1.4頂置設備展開啟動頂置設備展開按鈕-纖繩卷線器解鎖、啟動-鎖緊裝置解鎖，展開電機(DC24V)啟動-到位后行程開關發出信號停止，鎖緊裝置閉鎖-纖繩卷線器停止、閉鎖。2.1.5塔架豎起 (AC220V電磁閥1)啟動豎起按扭-纖繩卷線器解鎖、啟動-塔架后移啟動(AC220V電磁閥1)-到位后行程開關發出信號并停止-塔架豎起啟動(AC220V電磁閥2)-到位后行程開關發出信號并停止-纖繩卷線器停止、閉鎖。

4、2.1.6塔架上升(AC220V電磁閥)啟動塔架上升按扭-液壓馬達工作(AC220V電磁閥1)，鋼纜卷線器解鎖、啟動-纖繩卷線器解鎖、啟動-塔架上升-到位后行程開關發出信號-壓力繼電器發出信號-液壓馬達停止工作，鋼纜卷線器停止、閉鎖-纖繩卷線器停止、閉鎖。2.1.7纖繩張緊(DC24V減速電機)啟動纖繩張緊按鈕-纖繩張緊(DC24V電機)-張緊到位后輸出信號（力矩傳感器）-纖繩張緊停止。2.1.8關閉液壓站油泵電機，全車停電。2.2車輛結束工作過程：2.2.1啟動主電源 2.2.2啟動液壓站油泵電機(油路循環)，延時一分鐘。啟動回收按鈕，鋼纜卷線器解鎖、啟動（反向）-纖繩卷線器解鎖、啟動-液壓

5、馬達工作(AC220V電磁閥2)，塔架下降-到位后行程開關發出信號-壓力繼電器發出信號-液壓馬達停止工作，鋼纜卷線器停止、閉鎖-纖繩卷線器停止、閉鎖。2.2.4塔架放倒 (AC220V電磁閥2)啟動放倒按扭-纖繩卷線器解鎖、啟動-塔架放倒啟動(AC220V電磁閥2)-到位后行程開關發出信號并停止-塔架前移啟動(AC220V電磁閥2)-到位后行程開關發出信號并停止-纖繩卷線器停止、閉鎖。2.2.5頂置設備收起啟動頂置設備收起按鈕-纖繩卷線器解鎖、啟動-鎖緊裝置解鎖，展開電機(DC24V)啟動（反向）-到位后行程開關發出信號停止，鎖緊裝置閉鎖-纖繩卷線器停止、閉鎖。2.2.6前、后支腿收起控制(A

6、C220V電磁閥，壓力繼電器)。啟動支腿收起按鈕-纖繩卷線器解鎖、啟動(DC24V電機)-后支腿收回，到位后壓力繼電器發出信號-前支腿收回-到位后壓力繼電器發出信號-支腿收回停止-纖繩卷線器停止、閉鎖。2.2.7關閉液壓站油泵電機，全車停電。3.技術要求3.1控制原理合理，邏輯關系清晰，無任何爭信號，缺信號，爭時序現象。3.2控制過程可由邏輯信號實現連續控制。3.3完成電路選型的說明（繼電器控制電路）。3.4根據控制過程繪制流程圖。3.5根據電路選型、分析計算及控制流程圖，完成控制電路的設計和電路圖的繪制。3.6元器件可靠耐用，過載能力大，抗干擾能力強，盡可能小型化。3.7完成電器元器件的選型

7、說明，并有元器件匯總表。電源能源配置情況見下圖，為了在沒有市電或市電斷電的情況下，保證雷達正常工作，在車輛上安裝有1臺可自動裝卸的12kw發電機。為了防止發電機組工作時的震動對升降塔的影響，發電機組在工作時應機械化卸下。序 號名 稱1交流發電機組2操作艙3鋼纜卷線器4塔架頂置裝置5塔架6液壓閥塊7前支腿8托盤總成9液壓站10油箱11纖繩卷線器12纖繩卷線器13頂置裝置翻轉機構14后支腿圖（一）停車工作時，首先前后支腿擺出到位，使車體保持水平狀態，同時啟動纖繩保護系統：塔架鎖緊裝置解鎖，向后移，移動距離為使塔架豎起。頂置裝置部分翻轉，翻轉由力矩電機與減速機構完成。圖（二）塔架豎起由一套液壓裝置使

8、其成為垂直狀態，用轉軸把升降塔的底部基座與滑動裝置連接在一起，當液壓油缸工作時，塔架繞轉軸轉動，在塔的底部基座上安裝有行程限位開關。當升降塔達到垂直要求后在升降塔的底部與托盤有四個快鎖裝置，迅速把升降塔與托盤鎖定，以免誤操作或支撐升降塔的油缸漏油或其他原因使升降塔倒塌。圖（三）塔架上升由液壓系統實現，液壓馬達工作，鋼纜卷線器收緊鋼纜使塔架上升，工作原理如圖。 圖（五） 圖（六）保護系統為了防止突然斷電，液壓系統設計了電磁截止閥，斷電時能保持系統管路中的油壓，使當前工作保持現狀。機械鎖緊機構均采用了斷電閉鎖方式，斷電時纖繩卷線及鋼纜卷線器由棘輪機構閉鎖，防止塔架滑落。圖（四）升降塔由可以自由伸縮

9、的7節塔架組成，升降塔的每節與每節之間有鎖定裝置，在升降塔升起后自動鎖定，以防止下滑，各升降塔的每節之間還應有機械消除間隙機構，以減少升降塔的晃動量。為了塔架的晃動進行限制，塔架上升到設計高度后與千頂之間應有四根纖繩做輔助保護。塔架升起后，每節與每節之間的鎖緊機構與消除間隙機構完成動作，并且纖繩張緊機構完成動作，到位后所有系統斷電。前言可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心的通用自動控制裝置。它具有控制功能強、可靠性高、使用靈活方便、易于擴展、通用性強等一系列優點，不僅可以取代繼電器控制系統，還可以進行復雜的生產過程控制和應用于工廠自動化網絡，被譽為現代工業生產自動化的三大支柱之一。可編程控

10、制器是一種新型的通用自動控制裝置，它將傳統的繼電接觸控制技術、計算機技術和通信技術溶為一體。它的結構簡明，組成生產控制系統方式靈活而嚴密；性能優越，研制和裝配成生產系統的過程可以作到十分快捷：它還具有較強的工作環境適應性，深受工業控制界廣大技術人員的歡迎。因此，國際上各大可編程控制器制造企業都傾全力開發研究滿足工業生產需要的產品，并形成系列，在不同的領域和地區形成各自的市場。對于應用系統設計人員來說，熟悉和掌握各主要制造企業的可編程控制器的功能和特點很重要。元件名系表型號額定電壓（V）額定電流（A）功率（KW）代號數量油泵電機J02-52-8 AC380105.5M11纖繩驅動電機70LY*0

11、3DC2480.2M2M54纖繩張緊電機70LY*03DC2480.2M6M94翻轉電機70LY*03DC2480.2M101電磁閥AC220YVYV55行程開關DC24SQ0SQ67電源開關QS1電磁鐵YA1VA333熔斷器的選擇熔斷器是一種結構簡單，使用方便，價格低廉，而有效的保護電器，使用時串接于被保護電路中。當電路發生嚴重過載或短路時，熔斷器切斷電路，達到保護目的。（1） 主要根據線路要求，使用場合，安裝條件，負載要求的保護特性和短路電流的大小等來進行。（2） 額定電壓因該大于或等于線路的工作電壓。對于油泵電機熔斷器熔體額定電壓：Ur=380V 對于纖繩拉緊和驅動電機熔斷器熔體額定電壓

12、：Ur=24V （3）熔斷器額定電流的選擇大于或等于所裝熔體的額定電流。對于油泵電機來說熔斷器熔體額定電流：Ir=(1.52.5)Ied對纖繩拉緊和驅動電機，熔斷器熔體額定電流：Ir=(1.52.5)Iemax注釋：Ir熔體額定電流Ied電動機額定電流Iemax容量最大的電動機額定電流1、 主電路的選擇及工作原理降壓啟動的方法：（1） 定子串電阻或電抗隆壓啟動（2） 自偶變壓器降壓起動（3） 星形三角形（Y-） 減壓起動（4） 延邊三角形降壓起動 在本次設計中，我們采用星形三角形起動方法。原因：它操作方便，電流特性好，只用于正常工作時是三角形接法的電機U1/U1=1/、Tst/Tst=1/3、

13、Ist/Ist=1/3線路比較簡單投資少，耗能低，星形三角形起動轉矩既小又不可調，只適用于空載或輕載起動，在本次設計中正常運行時為三角形接的電動機，油泵電機的負載是油壓，而在電機啟動時，油壓的壓力為零，所以不會給電機帶來問題。工作原理：電機啟動時，使KM1和KM2閉合，接成星形連接，轉速上升至穩定時，將KM2斷開，KM3閉合，電機繞組接成三角形2.可編程控制器 （1）.選用三菱機型（FX2n系列） （2）.使用步進梯形指令（STL指令）（3）.采用順序執行控制方式五.電路器件的選型1.油泵電機的選擇在工程作業車設計中我們采用三相鼠籠異步電動機，它和其他電動機比較，它具有結構簡單，價格低廉，運行

14、可靠，維護方便，效率較高等優點。選擇的星三角降壓啟動，是因為異步電動機的全壓起動電流一般可達額定電流的4到7倍，過大的起動電流回降低電動機的壽命，致使變壓器二次電壓大幅度下降，但是減少電動機本身的起動轉矩致使電動機根本無法啟動，還要影響同一供電網絡中，其他設備的正常工作。所以在油泵的選擇中我們選擇功率5.5KW，額定電壓為380V的電機為油泵電機。2.電磁閥和電磁鐵的選擇電磁閥電壓是交流220V，電磁鐵是直流24V，本設計用YV來代表電磁閥，用YA來代表電磁鐵。豎起控制結束塔架豎起塔架上升塔架后移塔架翻轉前后支腿擺出電源啟動油泵電機啟動收回控制結束塔架前移前后支腿收回塔架放倒塔架下降油泵電機啟動電源啟動系統控制流程圖1、開始工作流程圖：S0啟動液壓油泵電機纖繩卷線器解鎖電機啟動前支腿擺出后支腿擺出鎖緊裝置解鎖展開電機（正向）鎖緊裝置閉鎖鎖緊裝置解鎖塔架后移等待KMYA1KMYV1YV2YA2KM2YA2YA2YV3塔架豎起鎖緊裝置閉鎖鋼纜解鎖馬達啟動（上升）纖繩閉鎖電機停止張緊電機液壓油泵電機停電KM1KM3YV4KMYA1YV5YA5YA2SBT0=60ST1=2SKA1KA2SQ1T2=2ST3=2S