小车自动往返专业系统设计.docx

课程设计

题 目：
小车自动往返系统设计

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目 录

1 概述 2
1.1 继电器-接触器控制系统概况  2
1.2 继电器和接触器定义和概念  2
1.3 继电器-接触器控制系统优缺点  3
1.4 继电器-接触器控制系统发展形势  3
2 方案设计  3
2.1 控制系统描述  3
2.3 继电器-接触器控制系统设计分析  4
3 元器件选型 4
3.1 三相异步电动机选择 5
3.2 开关选择  5
3.3 熔断器选择  6
3.4 时间继电器选择  7
3.5 热继电器选择 7
3.6 接触器选择 8
4 电路图设计 10
4.1主电路图 10
4.2工作原理 11
设计小结 12
感谢 13
参考文件 14
附录一 接线图 15
附录二 实物连接图 16

1概述
1.1继电器-接触器控制系统概况 
电气控制课程是材料成型和控制工程专业专业基础课，是由继电接触器控制系统来实现。它包含控制线路、主电路、照明电路及辅助线路组成。该系统是由接触器、继电器、主令电器和保护电器等元件组成，根据一定控制逻辑接线组成控制系统。其工作原理就是采取硬接线逻辑，利用继电器触点串联或并联，及延时继电器滞后动作等组成控制逻辑，从而实现对电动机或其它机械设备起动、停止、反向、调速及对多台设备次序控制和自动保护功效。

1.2 继电器和接触器定义和概念 
接触器： 
因为接触器含有可控叫大容量，本身活动性质稳定，功效可靠，工作效率高及给够经久耐用等特征不仅被广泛应用在远距离操控高频度接断电路，一级容量较大甚至兼具负荷多种系统物质中，比如多种电热机械装置、电焊机、电动机等，而且因为接触器能够进行自动控制一级齐纳电压情况下释放作业保护型调整，所以，在多种进行远距离自动操控中也被作为一个电磁式自动调控开关进行使用。假如我们将接触器一句本身结构主触头所通电流进行划分能够得到：甲流接触器和直流接触器两种类别，其中前者种类较为多，而且就中国而言现有常见租住设计并以进行投产交流接触器组要有CJ10和CJ20等系列型号。

继电器： 
和接触器工作原理基础相同，不过也有不一样点。因为接触器主触头是能够经过大电流，不过继电器却只许可经过小电流。所以，继电器通常在控制系统中只能应用于控制电路里面进行延时，隔离，遥控检测电路从而实现自动转换调整线路，以此确保安全性甚至以小电流控制大电流等功效。依据工作原理或结构特征可分为：电磁式、固体式、时间继电器、热继电器等。

1.3 继电器-接触器控制系统优缺点 
继电接触器控制法作为一个传统控制方法，含有可靠性高、价格廉价、设计简单等特点。另外，继电器控制线路成本低廉，控制方法直观，操作简单，调整方便，现场人员轻易掌握使用，一直被利用于工业控制各个领域，大大节省了人力物力资源，使得自动化控制变为可能。 
但它体积较大，控制速度较慢，改变控制功效必需经过改变接线来完成，比较麻烦和困难，适合简单控制。

1.4 继电器-接触器控制系统发展形势 
一直以来，自动化控制系统全部是由继电器-接触器来控制。20世纪60年代PLC诞生，它是一个新型自动化控制装置，所以PLC控制是由继电器接触器控制发展而来。现在伴随PLC技术发展和应用，PLC控制系统逐步替换继电器-接触器控制系统。在实际工作中，怎样选择使用哪种方法？我们就要搞清这个产品要实现功效，另外还有价格成本问题，假如是功效相对简单就没必需使用PLC了，继电器-接触器控制系统已经足够。

2 方案设计 

2.1 控制系统描述 

本设计控制对象是塑料制品输送小车电动机，其目标是经过控制电动机正反转来控制输送小车在A、B两地自动往复运动，从而实现小车运动过程。

1.按下开启按钮SB1，小车前进，到SQ1处停止，并返回；
2.至SQ2处停止，延时5S，返回，往复运动；
3.按下SB2立即后退；
4.按下SB3小车立即停止；

2.3 继电器-接触器控制系统设计分析 

依据系统要求，控制系统为自动控制。同时，考虑到自动控制时，在SQ2需要延时，所以控制系统还应该含有延时功效。综合以上考虑，下面给出一个能够实现上述功效控制系统工作过程。
（1）小车在初始位置处，按下开启按钮SB1，电动机正转，小车前进； 
（2）小车运行至右限位开关SQ1，电动机反转，小车后退；  
（3）小车运行至左限位开关SQ2，电动机停转，小车停止； 
（4）时间继电器延时5s，完成一个工作周期。若不按急停按钮，则此过程循环工作。

3 元器件选型

依据系统控制要求，选择设计所需要电气元器件：

3.1 三相异步电动机选择
经过对控制要求分析，控制系统选择一台三相异步电动机M。依据电动机最大扭矩为1000(N•m)，工作电压380V，额定功率370W,计算电动机参数。 
 综合工艺要求，选择电动机额定功率370W，型号：Y112-M-4，额定电压：380V，额定电流为1.68A ,额定频率：50Hz,电动机定子三相绕组采取Y行连接，封闭式防护安装。
三相笼型异步电动机结构图3-1所表示：

图3-1 三相异步电动机结构图
3.2 开关选择 
在该系统主电路中，采取三级组合开关。 
电动机额定功率为370W，额定电流为1.68A。用于电动机电路时，组合开关额定电流通常取电动机额定电流1.5-2.5倍。即开关额定电流范围为2.52-4.2A，则可选择型号为HZ5-10型空气开关。
外观图图3-2所表示。

图3-3 空气开关外观图

3.3 熔断器选择 
在本系统中，需要熔断器保护三相异步电动机。熔体额定电流通常为电动机额定电流1.5-2.5倍，而电动机额定电流为1.68A.所以熔体最大额定电流为4.2A ,熔断器额定电压为交流380V，则可选择型号为RC1A-10熔断器。
其外观图3-3所表示。

图3-3 熔断器外观图
这种熔断器含有结构简单，价格低廉，更换方便等特点。使用时将瓷盖插入瓷座，拔下瓷盖便可更换熔丝。

3.4 时间继电器选择 
在本系统中，时间继电器需要延时1分钟，延时精度要求不是很高。并考虑到价格费用成本原因，应选择空气阻尼式时间继电器（得电延时），可选择型号为JS-23A空气阻尼式时间继电器，其触点额定电压为380V，延时范围为0.4-180s，精度范围为±10%,符合系统要求。 

图3-4 时间继电器外观图

3.5 热继电器选择
热继电器关键用作过载保护，最常见于交流电动机过载保护，应依据电动机工作环境、开启情况及负载性质来选择。 
本系统中电动机长久工作，应根据电动机额定电流来选择。热继电器整定电流应为电动机额定电流0.95-1.05倍。 
本电动机额定电流为1.68A，能够用整定电流范围为1.5-2.4A,热元件整定电流中间值要等于或稍大于电动机额定电流值，符合要求。则可选择热继电器型号为JR36-20 1.5-2.4A。 

图3-5热继电器外观图。

热继电器由薄长方形热元件和双金属片组合而成热动元件一级对电路进行操作触点部分组成。热继电器通常和电磁接触器组合使用，电动机一旦有过负载或堵转状态等异常电流经过时，热继电器电热器就被加热，双金属片就产生一定弯曲，和此联动触点机构就产生动作，比如切断电磁接触器操作线圈，预防因异常电流而引发电动机烧损。

3.6 接触器选择
中国生产交流接触器常见有CJl0，CJl2，CJX1，CJ20等系列及其派生系列产品，CJ0系列及其改型产品已逐步被CJ20、CJX系列产品替换。上述系列产品通常含有三对常开主触点，常开、常闭辅助触点各两对。 
系统选择接触器要和继电器相配合，电动机额定电流为1.68A，则可选择通用CJ20J-10A系列永磁式交流接触器。 
图3-6为接触器工作原理简图。

图3-6 接触器内部结构

接触器工作原理是：当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生磁场使静铁芯产生电磁吸力吸引动铁芯，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，二者是联动。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。

关键电气元件如列表3-7所表示。 
序号
代号
名称
型号
数量
1
M
三相异步电动机
Y112-M-4
1
2
QS
空气开关
HZ5-10
1
3
FU
熔断器
RC1A-10
3
4
KT
时间继电器
JS-23A
2
5
FR
热继电器
JR36-20
1
6
KM
接触器
CJ20J-10A
2
图3-7 电气元件列表

4电路图设计
4.1主电路图
对于小车循环运动控制系统上设计，我们通常全部是经过采取控制电机正反转再又经过设备和小车连接，来控制小车左右运动。在本设计中就是经过控制三相异步电动机正反转来控制小车左右循环运动。当三相异步电机正传时，小车向右运动；当三相异步电动机反转时，小车向左运动。 
在主电路中采取两个接触器动作来控制三相异步电动机正反转进而来控制小车循环作用运动。主电路图设计图4-1所表示：

图4-1 小车循环控制主电路图

4.2工作原理

按下按钮SB1，线圈KM1通电，KM1常开主触点闭合，常闭主触点断开，实现自锁和和KM2互锁，电动机正转，小车向SQ1处前进。抵达SQ1处后，行程开关SQ1被触发，SQ1对应常开闭合，常闭断开。线圈KM2通电，一样实现自锁和和KM1互锁，电动机反转，小车向SQ2处后退，抵达SQ2处后，触发行程开关SQ1，SQ1对应常开闭合，常闭断开。小车停车同时，时间继电器KT1开始工作，延时5S后，时间继电器延时闭合开关KT1闭合，线圈KM1通电，小车向SQ1处运行，如此循环。。在整个工作过程中，不管小车状态怎样，假如按下SB3，控制电路断电，小车全部会停车。

设计小结

为期两个星期课程设计，已经结束了。两个星期里，为了按时完成设计要求，天天全部对着一大堆数据和资料。在计算手册上找了又找，反反复复，不停推进确定，即使依旧还可能有很多我所不知道错漏，不过我已经全身心把心思放进去了。最终在最终时间，把元器件选型和电路图设计，和说明书全部一一弄妥。
感谢老师耐心指导，同学帮助。即使过程挺艰苦，不过在老师和同学帮助下，我还是完成了此次设计。这次课程设计让我看到了团体力量，我认为我们工作是一个团体工作，团体需要个人，个人也离不开团体，必需发扬团结协作精神。而这份精神也将成为我以后工作时动力。 
总而言之，在这次设计中让我对这门课有了更深入了解，让我不仅学到了以前从未接触过新知识，而且也学会了独立去发觉、面对、分析、处理问题能力。让我知道理论要利用于实践有多关键，使我受益匪浅。在此，再次对老师和同学说声谢谢！

感谢
为期两周电机和拖动基础课程设计已经结束，经过此次课程设计，使我愈加扎实掌握了相关控制电路方面知识，在设计过程中即使碰到了部分问题，但经过老师指导和修改最终找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面知识欠缺和经验不足。实践出真知，经过亲自动手制作，使我们掌握知识不再是纸上谈兵。在设计中碰到了很多问题，最终在老师指导下，最终游逆而解。可能在这份课程设计中有很多不足之处，或是漏洞，还请老师能够指导并给予纠正。
在本设计论文立即完成之际，我想对全部曾经给过我帮助和支持大家表示衷心感谢。同时也感谢学院为我提供良好做课程设计环境。
最终再一次感谢全部在课程设计中曾经帮助过我老师和同学，和在设计中被我引用或参考论著作者。

参考文件
[1]马如宏.机电传动控制.西安:西安电子科技大学出版社， 
[2]汪明添，谢忠福.电子元器件(中职版）.北京：北京航空航天大学出版社， 
[3]方大千.高低压电器速查推算手册.北京：中国水利水电出版社，
[4]伍宏，聂建飞，刘显芳.电器元件和电工基础技能.广州：广东科技出版社， 

附录一 接线图

附录二 实物连接图