物流传输线控制系统.doc

摘要上个世纪之前国外的超频发烧友曾经用水冷甚至油冷来给CPU散热，并且有很不俗的成绩公布，并且是一种物质享受的追求和高端的象征。水泵的性能可以从流速和扬程两个规格来看。流速是指在没有东西制约水流的时候能够抽取的水量。扬程是水泵向上喷水在垂直方向上能达到的高度。扬程是最重要的数字，它体现了水泵克服水道和散热器阻力的能力。现在大多数泵尾都带有专用的插头，可以直接与电源相连。或其他小3PIN接口可直接插到主板上。由此可知水泵的意义重大，为使系统能够正常运行，且可靠性增强，需要增补备用装置。水冷系统用于大功率元器件如晶闸管的散热，其工作的可靠性非常重要。一旦出现故障停止运行，需散热的大功率元器件将很快烧毁，对生产影响极大，一般采用两面三刀台水泵一台运行，另一台备用，实现自动投切，工作过程如下：起动一台水泵电机，该水泵运行信号指示灯亮，另一台水泵备用信号指示灯亮，表示可以随时投入运行，当正在运转的水泵电机因过载、缺相、短路等原因停止运行时，备用水泵电机立即起动，自动投入运行（即自动投切）。本文以两台7.5KW的三相笼型异步电动机为例，利用有关互锁作用对电机进行控制，从而达到一用一备，自动投切的控制。关键词：水冷；互锁；自动投切目录第1章 绪论 21.1 设计背景介绍21.2 项目水冷系统自动投切控制的设计41.3 技术指标51.4 论文的主要内容6第2章 设计过程 72.1 设计原理72.2 元器件选型12第3章 操作说明 223.1自动投切控制电机的操作223.2电路中部分接线的说明24结论25参考文献26第1章 绪论1.1 设计背景介绍1.1.1 研究背景近年来，随着我国国民经济的快速增长，电力、冶金、化工、家用电器等行业突飞猛进，特别是电脑的CPU、空调等必须要依靠散热系统进行散热。上个世纪之前国外的超频发烧友曾经用水冷甚至油冷来给CPU散热，并且有很不俗的成绩公布，并且是一种物质享受的追求和高端的象征。 也正是这样的原因，中国还处于一种发展中的地区，所以，国内使用的还不是很多，这个和它的价格以及较为复杂的安装方式有关，并且发展不普及和大家的观念并没有改变之前，这些水冷产品还是属于一个宣传或者推广过程，并不是一个成熟过程。 其实，一套水冷散热系统是由散热器、水管及一个水泵组成。配合不同的扣具，从586到酷睿、酷睿2、酷睿i5 、酷睿i7 等英特尔架构CPU都可以使用。 水冷散热器有一个进水口及出水口，散热器内部有多条水道，这样可以充分发挥水冷的优势，能带走更多的热量。这就是水冷散热器的基本原理。 水冷散热与风冷散热其本质是相同的，只是液冷中利用循环液将CPU的热量从水冷块中搬运到换热器上再散发出去，由于换热器的散热面积和散热环境远远要好于一般的风冷散热器，所以液冷的降温效果非常明显。1.1.2 发展趋势水冷作为高必能散热系统正变得越来越流行。水冷真正的优势在于它处理CPU瓦数的能力比任何风冷散热器都要高得多，并且不受机箱内高温的影响。如果用于低功率CPU，水冷散热器在CPU降温上并不比优良的风冷散热器强多少。但当你使用产生大量热量的高端或极度超频CPU的时候，就算一个小小的DIY水冷系统都将让CPU温度保持在相当低的水平。 水冷是超频玩家对于大功率芯片理想的散热解决方案。当用于非玩家CPU的时候，水冷不会较高端风冷散热有巨大的性能提升，但能够在获得低温的同时产生比任何风冷方案小得多的噪音。说到CPU水冷那还要追溯到上个世纪，早在1998、1999年左右台湾就开始流行CPU水冷散热了，DIY利用自己的条件制作出各式各样的水冷系统，但大多以开放式结构为主，在DIY看来，当时的CPU就已经是“发热量巨大”的怪物了。 大陆水冷制作相对要晚些，也大多集中在个人的制作水平上，曾经出现 像杭州中裕的Cool Max等数款个人制作并销售的水冷产品，其中Cool Max水冷已经具备像样的包装和配套件，在宣传上也曾经有过动作，但由于市场响应有限，这些产品犹如过眼云烟，没有多长时间就从市场上彻底消失了。到2003年，水冷又开始在大陆市场上活跃起来，其中以正规厂家中的澳柯玛和个人制作中的水冷王为主流，从市场推广和论坛宣传两个方面展开了水冷制作的新篇章。 新一代水冷与旧水冷相比原理并没有变化，但制作工艺却大幅度提升，大多注重全密闭式的设计，而且内地与港台个人DIY作品间的差别也越来越少，这与互联网的推广不无关系，上个世纪的水冷主要集中在少数能上网的发烧友中，随着网络的普及，越来越多的能人义士纷纷出现，行业范围远远跨越了电脑及其相关行业，精通于金属加工的朋友不胜枚举，制作这种水冷散热器更加方便，而且更加美观、实用、可靠，此外，越来越多的喜欢水冷的朋友可以在各个论坛中各抒己见，这样也推动了水冷工艺的进步，显然是互联网促进了水冷产品的进步，同时也为产品的推广奠定了基础。 随着显卡技术的快速发展，显卡上的GPU已经能够发出与CPU相当的热量，因此水冷已经不再局限在CPU了，显卡、北桥、硬盘的水冷也不断涌出，彻底让大家进入水冷的新世界。水泵让水在系统中流通循环，坚持不懈地把暖水换成冷的。流过水道和散热器的水的体积是至关重要的，因为靠这个运动把热量一并带走，就像高速风扇可以更好的守成从常规散热片上带走热量的工作一样。 在市面上很容易找到不同功率和价位适合水冷的水泵。用户在选择时优先考虑的应该是内嵌式水泵。采用水箱一体化设计，输入输出两头配备软管，而不需要把整个东西再浸泡在蓄水池里。蓄水池时代已经离我们越来越远了，且有溢出的风险。 水泵的性能可以从流速和扬程两个规格来看。流速是指在没有东西制约水流的时候能够抽取的水量。扬程是水泵向上喷水在垂直方向上能达到的高度。扬程是最重要的数字，它体现了水泵克服水道和散热器阻力的能力。现在大多数泵尾都带有专用的插头，可以直接与电源相连。或其他小3PIN接口可直接插到主板上。由此可知水泵的意义重大，为使系统能够正常运行，且可靠性增强，需要增补备用装置。1.1.3 研究意义在通风、吸尘、水泵、油泵、气泵等设备中，一旦电动机出现故障停止运转，就会影响到生产、生活秩序的正常进行，因此，对这些设备采取备用电动机自动投入运行是十分必要的。通过电气控制系统的设计实践，掌握电气控制系统的设计方法、电器元件和电气控制线路的安装过程、设计资料整理和电气绘图软件的使用方法。在此过程中培养从事设计工作的整体观念，通过较为完整的工程实践基本训练，为综合素质全面提高及增强工作适应能力打下坚实的基础。1.2项目水冷系统自动投切控制的设计现代企业在进行、装配及传输时大都采用物流自动传输线来代替这些繁重的、重复性的工作。所以设计一个比较合理、安全、方面及节能的比较合理、安全、方便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。1.3 技术指标及技术难点1.3.1设备技术指标1、每条传输线由一台电机控制，电机均为单向旋转，负载功率9KW，机械效率为75%。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，准备快要到来的货物，当货物到第三节时，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到达指定加工或转配地点。3、当第二节传输线上有货物正在传输是时，第一节传输线则不能工作；若第三节的货物为取走时，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、系统要有电源指示。1.3.2 技术难点由于设计过程中遇到的各种问题，综合考虑各方面因素，技术难点大致有以下几个方面：1本设备是由接近开关、行程开关实现的全自动控制系统，所以开关在传输线上安放的位置及选取的型号都十分重要，安装时要不断调试，才能实现系统的稳定运行。2皮带传输通常都存在着运行时突发跑偏打滑事故的隐患，会导致设备故障甚至人身安全，所以要注重考虑怎样防止跑偏打滑事故的发生。3控制电压按控制要求选择，符合标准等级。在控制线路简单，不需经常操作，安全性要求不高时，可以直接采用电网电压，即交流380V或220V。辅助电路采用24V安全电压。晶体管无触点开关一般需要直流24V电压。基于此，要注重对电机、变压器的选取。4选择器件时，期间之间的兼容性，器件的规格、成本、维修、更换等都需要认真考虑。5正常情况下，如何做到尽可能减少通电电气数量，以利于节约能源，延长电气元件寿命，减少故障也成为技术难点。6合理使用电器触点。接触器、时间继电器往往触点不够用，可以增加中间继电器来解决。7合理安排电器触点。避免因电器动作时间有差别，造成“触点竞争”。避免因操作不当，造成“误动作”。避免因某个元器件损坏，造成“短路”。避免出现“寄生回路”。1.4 论文的主要内容论文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。第2章 设计过程2.1设计原理2.1.1设计过程中应遵循的原则在电气控制系统的设计过程中，通常应遵循以下几个原则：1最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求。生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图、执行元件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供。对于有调速要求的场合，还应给出调速技术指标。其他如起动、转向、制动、照明、保护等要求，应根据生产需要充分考虑。2在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济合理，不要盲目追求高指标，造成不必要的高投资。3妥善处理机械与电气关系。很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用和维护等方面协调处理好二者关系。4正确合理地选用电器元件，以实用为原则。选用新型号电器可以提高可靠性，减小体积，尽可能不要选用旧型号电器。5确保电气设备安全性、可靠性高，兼顾设备使用和维护方便。2.1.2设计过程1、通过接触器的作用达到电机接通的接通要求。先把总电源开关低压断路器合上，对整个系统进行供电，给控制回路供电。每条传送带上分别安装一个接近开关SQ1、SQ2、SQ4使三条传送带能够顺序启动接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6，用于自锁和降压动起动。 图2-12、借用中间继电器KA1、KA2和行程开关SQ3、SQ5、SQ6达到电气互锁的作用，把KA1、KA2的常闭辅助触点分别与第一节和第二节传送带的接触器线圈串联起来，则实现货物到达第二节传输线第一节停止工作，货物到达第三节传输线第二节停止工作，货物到达指定地点第三节停止工作。如图2-2所示：图2-23、分别为每条传送带增加按钮SB2、SB3、SB4。为每个接近开关并联一个按钮，从而实现现场和控制柜的两地控制，按下SB2、SB3、SB4每条传送带可以分别启动，用于需要手动控制启动或事故检修之用。如图2-3所示：图2-34、防止跑偏打滑事故的发生，为每条线路增加跑偏开关BV1、BV2、BV3。跑偏开关装在每条皮带滚轮上，其开关串接在接触器线圈上。接触器线圈得电时，跑偏开关线圈同时得电，接触器常开触点，跑偏开关常开触点全闭合，电机启动。当皮带发生跑偏打滑时，跑偏开关检测到，其线圈失点，开关恢复到断开状态，致使接触器线圈失电，接触器触点断开，电机便停止运行，防止了事故的发生。如图2-4所示：图2-45、根据电机的运行情况以及互锁的作用进行指示灯的添加。每条传送带运行指示灯选绿色。6、总停按钮的添加。待两台电机都不需要运行，进行检修时，按下总停按钮SB1，控制回路断电，电机停止转动。经过认真思考、推敲，最终一个完整的电路图（见图2-5）草图就绘制出来了。然后再根据具体要求，进行相关元器件的选取。a）主电路b）控制电路及辅助电路图2-52.2元器件选型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，见下表：表2-1 主电路及控制电路所需的主要器件2.2.1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，指标先进、噪声低、振动小、防护性能好、安全可靠、维护方便、外形美观、启动转矩大、机械特性硬，即选择Y160m2-2型号的电动机三台。根据公式： P=P1/12求出电机功率15kw表2-2 Y160m2-2电动机的相关参数额定功率PN（KW）额定电流IN（A）额定电压UN（V）额定转速nN （r/min）堵转电流I堵（A）堵转转矩T堵1529.438029307.02.22Tmax2.2.2 降压启动所串电阻考虑到负载大小，本电机应采用降压启动，我选用定子串电阻启动。设电流减小为直接启动的一半：根据：Z=UN/ K IIN 得到Z=25. 85取sin=0.6，cos=0.8根据R=sin*Z X=cos*Z 得到R=15.51 X=20.68Rst= 3X+4R-R 得到Rst=25所以选取电阻大小为252.2.3电源开关低压断路器（Automatic Circuit Breaker）：断路器，又称自动空气开关，除了断开电路的作用外，还具有电流过载、欠压、短路保护的作用。断路器类型有：框架式、塑料外壳式、限流式、手动操作式、电动操作式。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。.DZ20系列塑料外壳式断路器，其额定绝缘电压为交流500V，频率为50Hz或60Hz，额定工作电压为交流380V及以下或直流额定电压220V及以下，其额定电流至1250A。一般作为配电用，额定电流为200A及以下。根据脱扣器的额定电流等，通过认真选取，最终选择了型号为DZ20G-100P/3的低压断路器，其相关参数如表2-3及表2-4所示：表2-3 DZ20G-100P/3低压断路器的相关参数壳架等级额定电流Imm（A）AC100额定绝缘电压AC500额定工作电压AC380额定极限短路分断能力Icu（kA）100额定运行短路分断能力Ics（kA）50脱扣器额定电流（A）32断路器额定电流In（A）16100寿命操作频率（次/小时）120电寿命（次）4000机械寿命（次）4000连接铜导线最大截面积（mm2）352.2.4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）组成熔断器分 插入式、螺旋式、填料封闭管式 等等。选择依据是：形式、熔体额定电流（I FU）。对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），熔体额定电流就取线路的额定电流。对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流可按下式计取：单台电机： I FU = 1.5 2.5 I e （2-1）多台电机： I FU = 1.5 2.5 I Nmax + I e （2-2）式中I Nmax 功率最大电机的额定电流 I e 除去功率最大电机之外，其余电机额定电流之和轻载、起动时间短 取 1.5 ；重载、起动时间长、起停频繁则取 2.5。考虑选取的电机，取2.5，可以选用额定电流为63A的熔断器，选择型号为RT14-63的熔断器，其熔体额定电流为63A，额定电压为380V。其尺寸为A=125mm，F=34mm。2.2.5热继电器热继电器（Thermal over-load Relay）主要用于电机过载保护。热继电器分两相式、三相式、三相带缺相保护式 三种形式选择依据是：形式、额定电流（I FR）。热继电器热元件的整定电流可调， 范围约为 0.8 1.2 I FR（热继电器的额定电流）热继电器热元件的整定电流一般按0.95 1.05 I e（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JR20-63，其电流调整范围为1671A，额定电压为380V，因为电动机的额定电流为29.4A，所以选择调整电流为34A的热继电器（整定电流中间幅值约为电动机额定电流），相关参数如表2-5所示：表2-5 JR20-63热继电器的相关参数额定电流IPR（A）额定电压UN（V）A（mm）B（mm）3438090582.2.6接触器接触器（Contactor）分直流接触器、交流接触器两大类选择依据是：主触头数、额定电流（I KM）、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： I KM = 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取K=1.2，得到I KM =33A对于动作频繁的工作情况，为了防止主触点的烧坏/过早损坏，应将I KM降低12等级使用。考虑到接触器与热继电器的配套使用，上述热继电器可插接的接触器为GJ20-40-2540，选择型号为GJ20-40-40A的接触器KM1、KM2，其额定工作电流为40A，额定电压为380V，相关参数如表2-6所示：表2-6CJ20-40-40A接触器的相关参数额定工作电流IN （A）额定电压UN（V）A（mm）B（mm）40380112.5872.2.7中间继电器中间继电器（Auxiliary Relay）：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。它输入的是线圈的通电断电信号，输入信号为触点的动作。其触点数量较多，各触点的额定电流相同。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，功能为将信号传递给有关控制元件（中间转换作用），选用JZ15-44Z，触头额定发热电流为10A，相关参数如表2-7所示：表2-7 JZ7-41中间继电器的相关参数额定电压UN（V）触头额定发热电流AA（mm）B（mm）38010901022.2.8 时间继电器时间继电器（Time relay）：原理是当加入(或去掉)输入的动作信号后，其输出电路需经过规定的准确时间才产生跳跃式变化(或触头动作)的一种继电器。时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的自动开关装置。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型及其他型等。本系统中用它作为降压启动转换使用，所以不用具有很高的时间精度，用空气阻尼型即可，选用型号JS23-3，触头额定发热电流为10A，相关参数如表2-8所示： 表2-8 JS23-3 时间继电器的相关参数额定电压UN（V）触头额定发热电流AA（mm）B（mm）38010951222.2.8接近开关接近开关（Proximity switch）：是一种用于工业自动化控制系统中以实现检测、控制并与输出环节全盘无触点化的新型开关元件。当开关接近某一物体时，即发出控制信号。本系统便用到接近开关的这个特点，实现当货物接近每条传送带时它们都要要预先启动。因为三条传送带在一个水平面上，所以要选感应面在前，额定动作距离稍远一些取20mm，二线制，选取型号LXJL,相关参数如表2-9所示：额定电压UN（V）输出电流mAA（mm）B（mm）接线制额定动作距离（mm） 重复定位精度（mm）结构形式DC3010095122二线制200.1感应面在前2.2.9 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。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。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。构造：由操作头、触点系统和外壳组成。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LXK3-20S/D，相关参数如表2-10所示：额定电压UN（V）输出电流AA（mm）B（mm）动作行程操动力或力矩（mm） 释放力或力矩（mm）3802.8707018-240.10.025NM0.03NM2.2.10防止皮带跑偏、打滑开关防止皮带跑偏、打滑开关（Belt Sway Switches）：用于检测带式输送机运行中的跑偏现象，按皮带实际跑偏量输出报警或停机信号，可有效的防止由皮带跑偏而产生的事故，是一种带式输送机的保护装置。跑偏开关具有两级动作功能。一级动作用于报警，二级动作用于自动停机。分两个位置检测输送机皮带的跑偏程度和扭曲程度。根据皮带的跑偏程度和扭曲程度，实现自动报警和停机，避免昂贵的输送皮带受损坏及因皮带扭曲造成的物料散落等事故。此开关安装方便，运行可靠，是带式输送机必备的保护装置之一。每节传送带都加了一个跑偏开关，型号为CEJ25/35。2.2.11控制按钮控制按钮（Push-button）：是一种结构简单，应用广泛的主令电器，在控制回路中用于远距离手动控制各种电磁机构，也可以用来转换各种信号线路与电气连锁线路等。是一种用来短时接通/断开小电流控制电路的主令电器选择依据是：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 8 A）。.一般 启动按钮 绿色 停止按钮 红色 紧急操作 蘑菇式按钮SB1，总停开关，红色，LA20-A/D，单桥式，指示灯型，相关参数为： 33mm，UN=380V，额定控制容量PN=300W；SB1、SB2，33mm，绿色，启动开关，LA20- A/D。2.2.12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，尺寸为27mm。两个黄色的，作备用指示；两个绿色的，作运行指示。2.2.13 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STSN.TS30由需要系数法，查的Kd=0.8，cos=0.9，tan=0.8， 又 Pe=4P灯 ， 算得， P30=KdPe S30=P30/ cos=KdPe/ cos =（0.840.36）/0.9=1.28VA。所以选择额定容量为40VA的变压器。其型号为JBK1-40，相关参数如表2-9所示：表2-9 JBK1-40变压器的相关参数一次侧电压（V）二次侧电压（V）外型尺寸a（mm）外型尺寸b（mm）3802484（高）92（宽）2.2.14接线端子控制回路的电压为380V，所以选择额定电压为380V的接线端子。TZ1系列接线端子，适用于额定电压为380V的电力传动控制屏、台、柜、机床电气控制、信号和各种自动化装置中导线连接之用。其结构特征为：接线端子采用标准的32mmG高低槽基座，各种信号、各种规格的接线端子，可安装在同一基座上，组装后可以方便取下其中任何一节单独的接线端子，而不影响相邻的接线端子，具有装卸方便，安装稳固等优点。查的型号为TZ1-20普通型接线端子的额定电压380V，额定工作电流20A，连接导线截面2.5mm2，较适合采用。其尺寸为b=40mm，c=10mm。 第3章 操作说明