接触器-继电器控制输送小车系统的课程设计

1、广东工业大学 材料与能源学院摘 要本文主要就工业生产领域常用的运料往返小车的控制系统,给出基于继电器-接触器的注塑机上料输送小车控制系统的方案设计思路,控制电路图和设计特点。关键词：继电器-接触器控制 正反转控制目 录1概述11.1 继电器-接触器控制系统的概况11.2 继电器与接触器的定义与概念11.3 继电器-接触器控制系统的优缺点21.4 继电器-接触器控制系统的发展形势22方案设计32.1 控制系统描述42.2 继电器-接触器控制系统设计分析43元器件的选型53.1 三相异步电动机的选择53.2 开关的选择53.3 熔断器的选择63.4 时间继电器的选择73.5 热继电器的选择83.6

2、 接触器的选择94 电路图设计114.1 电路图的绘制114.2 工作原理125 设计小结13参考文献14第 2 页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，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他机械设备的起动、停止、反向、调速及对多台设备的顺序控制和自动保护功能。1.2 继电器与接触器的定义

3、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，而且由于接触器可以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，所以，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可以得到：甲流接触器和直流接触器两种类别，其中前者种类较为多，而且就我国而言现有常用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

4、本相同，但是也有不同点。因为接触器的主触头是可以通过大电流的，但是继电器的却只允许通过小电流。所以，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。此外，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

5、体积较大，控制速度较慢，改变控制功能必须通过改变接线来完成，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，所以PLC控制是由继电器接触器控制发展而来的。目前随着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塑料制品输送小车的

6、电动机，其目的是通过控制电动机的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，控制系统分为手动控制和自动控制。因此，控制系统应该具有选择功能，可以根据需要选择进行手动控制和自动控能。同时，考虑到自动控制时，在A、B两地需要延时，所以控制系统还应该具有延时功能。综合以上考虑，下面给出一种可以实现上述功能的控制系统工作过程。1、 手动档：能手动控制小车向A地运行或向B地运行。 2、 自动挡：（1） 输送小车在初始位置处，按下启动按钮SB1，电动机正转，则输送小车前进，黄色警示灯闪烁；

7、（2） 输送小车运行至右限位开关ST2，电动机停转，输送小车停止，黄 色警示灯灭； （3） 时间继电器延时1分钟后，电动机反转，输送小车后退，黄色警示灯闪烁，直至运行至左限位开关ST1处，电动机停转，输送小车停止，黄色警示灯灭；（4） 时间继电器延时1分钟，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通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。根据电动机的最大扭矩为1000(Nm)，工作电压380V，额定功率370W,计算电动机的参数。综合工艺要求，选取电动机的

8、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用Y行连接，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，采用三级的组合开关。电动机的额定功率为370W，额定电流为1.68A。用于电动机电路时，组合开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5-2.5倍。即开关的额定电流范围为2.52-4.2A，则可选择型号为HZ5-10型的空气开关。外观图如图3-2所示。 图3-2 三级组合开关3.3 熔断器的选择在本系统中，需要熔断器保护三相异步电动

9、机。熔体的额定电流一般为电动机额定电流的1.5-2.5倍，而电动机的额定电流为1.68A.所以熔体的最大额定电流为4.2A ,熔断器的额定电压为交流380V，则可选择型号为RC1A-10的熔断器。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 时间继电器的选择在本系统中，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因素，应选择空气阻尼式时间继电器（得电延时），可选用型号为JS-23A的空气阻尼式时间继电器，其触点的额定电压为380V，延时范围为0.4-1

10、80s，精度范围为±10%,符合系统要求。图3-4为空气阻尼型时间继电器的内部结构图。图3-4 空气阻尼型时间继电器的内部结构当线圈通电时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹，上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的

11、大小来改变。3.5 热继电器的选择热继电器的主要用作过载保护，最常用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1.68A，可以用整定电流范围为1.5-2.4A,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 1.5-2.4A。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

12、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通过时，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。第 11 页3.6 接触器的选择我国生产的交流接触器常用的有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1.68A，则可选择通用的CJ20J-10A系列永磁式交流接触器。图3

13、-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数量1M三相异步电动机Y132S1-412QS空气开关HZ5-1013FU熔断器RC1A-10 34KT时间继电器JSZ3A25FR热继电器JR36-20 1.5-2.4A16KM接触器CJ20J-10A2第 18 页

14、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，转换开关QS，熔断器FU,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、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ST1和ST2，时间继电器KT1和KT2及其延时开关，警示灯HL等组成。图4.1 运料往返小车的控制系统电路图4.2工作原理 下面对控制电路进行分析，闭合总电源开关QS后，选择控制方式： 手动控制：按下按钮SB1，线圈

15、KM1通电，KM1常开主触点闭合，常闭主触点断开，实现自锁和与KM2的互锁，电动机正转，小车向B处前进，灯HL闪烁。达到B处后，行程开关ST2被触发，线圈KM1断电，小车停车，灯HL灭。等待装料完成后，按下SB2，线圈KM2通电，同样实现自锁和与KM1的互锁，电动机反转，灯HL闪烁，小车向A处后退，到达A处后，行程开关ST1被触发，线圈KM2断电，小车停车，灯灭，等待卸料。完成后按下SB1，小车向B处前进，一直循环。在整个工作过程中，不管小车状态如何，如果按下SB0，控制电路断电，小车都会停车。 自动控制：若要选择工作方式为自动控制，则需要闭合开关QS1，接通延时控制电路。第一次启动

16、时需要人为启动，如，按下按钮SB1，小车启动，向B处运动，达到B处后，触发行程开关ST2，ST2对应常开闭合，常闭断开。小车停车的同时，接通时间继电器KT2线圈，时间继电器开始工作，延时1分钟后，对应的延时闭合开关KT2闭合，线圈KM2通电，小车装完料后启动，向A处后退。达到A处后，触发行程开关ST1，ST1对应常开闭合，常闭断开。小车停车的同时，时间继电器KT1开始工作，延时1分钟后，时间继电器的延时闭合开关KT1闭合，线圈KM1通电，小车向B处运行，如此循环。在工作工程中，SB0按钮同样可以随时让小车停止工作。在自动控制过程中，如断开QS1开关，可以随时切换到手动控制的工作模式；同样，手动

17、控制中，通过闭合开关QS1，也可以切换到自动控制的工作模式。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，反反复复，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，但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。通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