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接触器继电器控制输送小车系统的课程设计

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2020年4月19日
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摘 要

本设计主要是介绍工业生产领域常见的运料往返小车的控制系统,课题主要采用基于继电器-接触器控制来完成本方案的设计,控制电路图的绘制。系统中主要介绍了控制电路的方案选定，电气无件的选型，以及电路原理图的设计，后面介绍其工作过程和主要参考文献。

关键词：继电器-接触器控制 正反转控制

目 录
1 概述 1
1.1 继电器-接触器控制系统的概况 1
1.2 继电器与接触器的定义与概念 1
1.3 继电器-接触器控制系统的优缺点 2
1.4 继电器-接触器控制系统的发展形势 2
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 元器件的选型 4
3.1 三相异步电动机的选择 4
3.2 开关的选择 5
3.3 熔断器的选择 6
3.4 热继电器的选择 6
3.6 接触器的选择 8
4电路图设计 10
4.1 电路图的绘制 10
4.2工作原理 13
5 设计小结 14
参考文献 15
附录 电气原理图 16

1 概述

1.1 继电器-接触器控制系统的概况

电气控制课程是材料成型与控制工程专业的专业基础课，是由继电接触器控制系统来实现的。它包含控制线路、主电路、照明电路指示灯电路以及辅助线路等组成。该系统是由接触器、继电器、保护电器等元件组成，按照一定的控制逻辑接线组成的控制系统。其工作原理就是采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串联或并联，及延时继电器的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的起动、停止、正反向、以及课题中所涉及的信号次数决定停哪个站点的功能。

1.2 继电器与接触器的定义与概念

接触器：
由于接触器具有可控叫大容量，自身活动性质稳定，功能可靠，工作效率高及给够经久耐用等特性不但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的各种系统物质中，比如各种电热机械装置、电焊机、电动机等，而且由于接触器能够进行自动控制一级齐纳电压情况下的释放作业保护型调节，因此，在各种进行远距离自动操控中也被作为一种电磁式自动调控开关进行使用。如果我们将接触器一句自身结构的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的租住设计并以进行投产的交流接触器组要有CJ10以及CJ20等系列型号。

继电器：
与接触器工作原理基本相同，可是也有不同点。因为接触器的主触头是能够
经过大电流的，可是继电器的却只允许经过小电流。因此，继电器一般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节线路，以此保证安全性甚至以小电流控制大电流等功能。根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-接触器控制系统的优缺点

继电接触器控制法作为一种传统的控制方法，具有可靠性高、价格便宜、设计简单等特点。另外，继电器控制线路成本低廉，控制方式直观，操作简单，调整方便，现场人员容易掌握使用，一直被运用于工业控制的各个领域，大大节约了人力物力资源，使得自动化控制变为可能。
但它体积较大，控制速度较慢，改变控制功能必须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-接触器控制系统的发展形势

一直以来，自动化控制系统都是由继电器-接触器来控制。20世纪60年代PLC诞生，它是一种新型的自动化控制装置，因此PLC控制是由继电器接触器控制发展而来的。当前随着PLC技术的发展和应用，PLC控制系统逐渐取代继电器-接触器控制系统。在实际工作中，如何选择使用哪种方法？我们就要弄清这个产品要实现的功能，另外还有价格成本的问题，如果是功能相对简单的就没必要使用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

本设计的控制对象是自动生产线上的输送小车的电动机，其目的是经过控制电动机的正反转来控制输送小车在第一次给信号后小车前进，到达限位A点后退后，退到O点就停止；小车在获得第二次信号后小车前进，到达限位B点后退后，退到O点就停止；小车在获得第三次信号后小车前进，到达限位C点后退后，退到O点就停止；小车在获得第四次信号后小车前进，到达限位D点后退后，退到O点就停止，第五次信号来时回到第一次状态，从而实现小车的运动过程。

图2-1 输送小车运行示意图

2.3 继电器-接触器控制系统设计分析

根据系统要求，本系统要求具有记忆功能，即每个限位在第一次接通后，本循环没完前不能重复停，这对我们的设计提出了很高要求，这里我们采用继电器和行程开关配合来实现本功能。

3 元器件的选型

根据系统的控制要求，选择设计所需要的电气元器件：

3.1 三相异步电动机的选择

经过对控制要求的分析，控制系统选择一台三相异步电动机M。题意规定，本小车电机为3KW,工作电压380V，故电机型号为：Y100L2-4,电动机的参数查书得：额定转速为1450r/min，额定电流为6.6A。额定频率：50Hz,电动机定子三相绕组采用Y星连接，封闭式防护安装。
三相笼型异步电动机的结构如图3-1所示：

图3-1 三相笼型异步电动机的结构

3.2 开关的选择

在该系统的主电路中，采用小型断路器作为主开关。
电动机的额定功率为3KW，额定电流为6.6A。用于电动机电路时，小型断路器的额定电流一般取电动机额定电流的1.5-2.5倍。即小型断路器的额定电流范围为

9.9-16.5A，则可选择型号为3P C20型小型断路器。
外观图如图3-2所示，但其额定电流是C20。

图3-2 三级组合开关

3.3 熔断器的选择

在本系统中，需要熔断器保护主要是保护控制电路，防止控制电路中线圈短路现象发生，其中电流值不大，因此取额定电流为5A的熔体。
其外观图和内部结构如图3-3所示。

图3-3 熔断器外观和内部结构
这种熔断器具有结构简单，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 热继电器的选择

热继电器的主要用作过载保护，最常见于交流电动机的过载保护，应根据电动机的工作环境、启动情况及负载性质来选用。
本系统中电动机长期工作，应按照电动机的额定电流来选择。热继电器的整定电流应为电动机额定电流的0.95-1.05倍。
本电动机的额定电流为6.6A，能够用整定电流范围为6.27-15.84A,热元件整定电流的中间值要等于或稍大于电动机的额定电流值，符合要求。则可选用热继电器的型号为JR36-20 7-15A。
图3-5为热继电器的外观图和内部结构图。

图3-5 热继电器外观和内部结构

热继电器由薄长方形的热元件和双金属片组合而成的热动元件一级对电路进行操作的触点部分构成。热继电器一般与电磁接触器组合使用，电动机一旦有过负载或者堵转状态等异常电流经过时，热继电器的电热器就被加热，双金属片就产生一定弯曲，与此联动的触点机构就产生动作，例如切断电磁接触器的操作线圈，防止因异常电流而引起电动机烧损。

3.6 接触器的选择

中国生产的交流接触器常见的有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系列产品取代。上述系列产品一般具有三对常开主触点，常开、常闭辅助触点各两对。
系统选用的接触器要与继电器相配合，电动机的额定电流为6.6A，则可选择通用的CJ20J-10A系列交流接触器。
图3-6为接触器工作原理简图。

图3-6 接触器内部结构

接触器的工作原理是：当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的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，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。

主要电气元件如列表3-1所示。

表3-1 主要电气元件
序号
代号
名称
型号
规格
数量
1
M
三相异步电动机
Y100L2-4
3KW 380V 1460r/min
1
2
QS
空气开关
HZ5-20
3P 630V 20A
1
3
FU
熔断器
RC1A-5
500V 熔体5A
1
4
SB2 SB3
启动控制按钮
LAY37
绿色
2
5
SB1
停止按钮
LAY37
红色
1
6
FR
热继电器
JR36-20 7-15A
额定电流15A整定电流8A
1
7
KM
接触器
CJ20-10A
10A线圈电压110V
2
8
TR
控制变压器
BK-100
100VA 220V/ 110V 36V
1
9
HL
信号灯
AD16-22DS
36V 红

4电路图设计
4.1 电路图的绘制

根据标准，绘制出控制系统的电路图：

主电路图和控制电路图如图4.1所示：由三相交流电源A、B、C，断路器QF0，接触器KM1的主触点，接触器KM2的主触点，热继电器FR的热元件，电动机M等组成；控制电路由热继电器FR的常闭触点，停止控制按钮SB0，启动控制按钮SB1，启动控制按钮SB2，接触器KM1和KM2的自锁触点、互锁触点及线圈，限位开关等组成。
4.1.1主电路的设计

图4.1.1 小车控制系统主电路

4.1.2控制电路的设计

图4.1.2 小车控制系统控制电路
4.2工作原理

下面对控制电路进行分析，闭合总电源开关QF0后，按一下启动按钮SB2，这时由于小车停在原位，因此行程开关ST0是闭合的，故经过动断触点STA、STB、STC、STD、KM2等，使接触器KM1接通，于是电机正转，小车前进，当压下行程开关STA时，其动断点断开，于是KM1失电，同时其动合触点使KM2线圈和继电器得电并自锁，于是电机反转退回，当退回到原点时，压下行程开关STO，于是KM2断开,电机停止。
第二次按下按钮SB2，这时由于小车停在原位，因此行程开关ST0是闭合的，故经过KAa动合触点，经过动断触点STB、STC、STD、KM2等，使接触器KM1接通，于是电机正转，小车前进，当压下行程开关STA时由于动断点被KAa动合触点短接，因此KM1不停，直到压下行程开关STB时其动断点断开，于是KM1失电，同时其动合触点使KM2线圈和继电器KAb得电并自锁，于是电机反转退回，当退回到原点时，压下行程开关STO，于是KM2断开,电机停止。其它几步同理,相同方法可分析。
第四次按下按钮SB2，这时由于小车停在原位，因此行程开关ST0是闭合的，故经过KAa、KAb、KAc动合触点，经过动断触点STD、KM2等，使接触器KM1接通，于是电机正转，小车前进，前几个行程开关均被相应继电器短接，因此KM1不停，直到压下行程开关STD时其动断点断开，于是KM1失电，同时其动合触点使KM2线圈和继电器KAb得电并自锁，于是电机反转退回，当退回到原点时，压下行程开关STO，于是KM2断开,电机停止。在压下STD时，KAc继电器失电复位，于是电路又回到初始状态，再按SB2时，回到原始位。

5 设计小结
为期两个星期的课程设计，已经接近尾声了了。两个星期里，为了准时完成设计要求，每天都对着一大堆的数据和资料。在计算手册上找了又找，反重复复，不断的推进确认，虽然依旧还可能有很多我所不知道的错漏，可是我已经全身心的把心思放进去了。终于在最后时间，把元器件选型和电路图设计，以及说明书都一一弄妥。这次的课程设计，让我体会到：
课程设计是学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，也让我收获良多。经过这次比较完整的一个控制系统的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅和运用文献资料的能力水平。
本论文内容只是对继电器-接触器控制系统在注射机上料输送的运用上做了一些简单的设计。由于水平有限，在理论的描述、资料的运用和手册的查找等方面难免有不当、理解不深入和周全之处，恳请各位老师批评指正。
参考文献
[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.电器元件与电工基本技能.广州：广东科技出版社，
附录 电气原理图