电解质清理机自动控制系统设计说明书

毕业设计(论文)学生姓名学号专业班级指导教师学院答辩日期第1章绪论1.1电解质清理机概述电解质清理机是电解铝工业生产线中阳极组装车间的自动化设备，属于特殊环境下特种机器。其核心技术长期为国外垄断。本文根据机器人机构学原理，提出了一种模拟人工清理的单炭块电解质清理机器人设计方案，并对在清理作业的机进行了自动化控制。电解质清理机是电解铝工业生产线中阳极组装车间的自动化设备之一。大型预焙电解铝生产常利用阳极炭块组供应电解生产，并对消耗更换的阳极炭块组进行清理、压脱、破碎等处理，组装浇注形成新的阳极炭块组返回电解，从而形成阳极组装生产工艺--11(如图1．1)。 图1．1阳极组装生产工艺流程图预焙电解槽更换后的阳极炭块组在铝电解生产上称之为“残极”，残极可分为硬残极与软残极。硬残极受电解质侵蚀较少，强度高，假比重大，比电阻较小。软残极受电解质侵蚀较严重，各项性能次之。残极钢爪以下由氧化铝烧结块、电解质及残余阳极炭块组成，这部分统称为残极电解质。由于残极表面电解质中含有大量的微量元素，对炭阳极质量和铝液质量危害很大，因此必须采用有效的方法将残极清理干净。由于硬残极的强度、假比重较大，添加硬残极块作骨料时对阳极有好的影响，而且其加入的量越大，阳极的强度、假比重也越大。添加软残极则对阳极强度及假比重无明显的影响，但是容易被氧化性气体所侵蚀，造成极炭块疏松。加入清洁后的硬残极对提高炭阳极质量有利。所以要将清理下来的电解质进行回收。电解质的自动化清理～般分两次清理，第一次清理是将残极上附着的较硬电解质大块的震打下来，一般称为一级清理；第二次清理是将阳极炭块表面附着的剩余的较软电解质再清理掉，一般称为二级清理。在清理的过程中将电解质回收再利用。早期的一次清理是以人工清理为主，工人用大锤敲碎电解质，或者用风镐铁铲将附着在残极上的电解质铲碎。然而人工清理电解质劳动强度极大，生产力低下，同时又造成车间的环境污染，危害职工健康。随着电解铝工业技术的迅猛发展和生产规模的不断扩大，人工清理已经大大地制约了生产的发展和规模的扩大，使用电解质清理机器人来代替人工清理，安全、高效地处理阳极残极已经是一个发展趋势。于此同时，残极处理生产线和设备也正逐步向全面机械化和自动化的方向发展。电解质清理机器人设备的需求将越来越大，运用将越来越广泛。电解质清理机器人在一次清理中的主要装置就是铲碎(破碎)清理装置。它的作用就是代替人工，将残极上较硬的电解质大块的振打下来，充当人工拿风镐或者大锤将电解质清理下来。同时，又要做到不破坏残极本身，大块的电解质能顺利掉下被回收利用，清理速度能适应不同的阳极组装车间的生产速度。1.2电解质清理机的国内外发展现状就电解质清理机的发展，国内和国外还是有相当大的差距。国外的电解质清理机是由专业的机械设备制造商生产的全自动化或者半自动化的成套设他们以阳极组装车间为主，系统化的生产整个阳极组装生产线的所有成套自动化设备，其中电解质清理机分别有适用于单炭块(4爪单阳极)组装阳极的单极电解质清理机和适用于双炭块(6爪双阳极)组装阳极的双极电解质清理机。国内的电解质清理机中还只能做到半自动化，电解质一次清理用人工，二次清理用自动化设备，这些半自动化设备的研发也仅限于中国铝业公司等专门的跟铝工业有关的企业，而没有专业的机械设备企业研发生产。当然也有一些铝工业企业自行研发的一级清理的电解质清理设备，但是也只能适用于他们自己的阳极车间的生产线，不能广泛应用在国内铝工业生产线。全自动化的电解质清理机器人主要还是进口国外设备。下面详细介绍一下国内外电解质清理机器人的发展状况：1.2.1国外发展现状：自从Hall．Heronlt炼铝法诞生以来，出于经济和效率上的考虑，人们不断开发大电流的电解槽。而俗称“电解之心脏”的阳极在电解槽中布置方式、数量也各有不同，如德国的VAW公司开发的300kA电解槽阳极是单炭块；南非的海利塞德铝厂AP30电解系列使用的阳极是带两块炭块的组装阳极。所以在自动化电解质清理技术上也要有分别适合单炭块残极清理(4爪单阳极)和双炭块残极清理(6爪双阳极)两种不同的电解质清理机器人。双极电解质清理机的工作原理：6爪双阳极的组装阳极炭块是一个钢爪上有两排，一排3个爪脚，各带一个阳极炭块，也就是一个钢爪上带两个阳极炭块，两个阳极炭块间的间隙为200mm左右。残极进入电解质清理机系统后，首先进入电解质的一次清理，将附着在两个炭块上表面的较硬电解质振打下来，由于硬电解质的硬度较高，需要大的驱动和锋利又较硬的工具进行清理，而且要让破碎的电解质顺利掉入回收装置中，保证不能影响到固定在导杆上的阳极；其次就是进入电解质的二次清理，将阳极表面附着的软电解质和全部清理下来，软残疾的颗粒较小，硬度也稍低，所以用较软而又韧性高的工具细致的来清理，但要注意的是要把一个钢爪上的两炭块间隙的电解质清理下来。然后将清理下来的电解质进行回收。单极电解质清理机的工作原理：4爪单阳极的阳极炭块是一个钢爪上有4个爪脚，只带一个阳极炭块。残极进入电解质清理机系统后，首先进入电解质一次清理，用硬度高，驱动力大的工具将附着在一个炭块上表面其的较硬电解质振打下来，而且要让破碎的电解质顺利掉入回收装置中，其中保证不能影响到固定在导杆上的阳极；其次进入电解质的二次清理，用软度高而又有韧性的工具细致的将阳极所有表明附着的软电解质全部清理下来，然后将清理下来的电解质回收。目前国外电解质清理机器人主要由奥托昆普技术公司(OutokumpuTechnology)19]和法国BROCHOT公司两大公司研发并提供给全球各地电解铝生产企业。它们的机器人现在主要针对双阳极的电解质清理，各有特点，但也存在着一些问题，尤其在我国的引进使用状况并不理想。加拿大AISCO公司生产的清理机和TECHMO公司生产的清理站以及娜威海德罗铭业公司主要是针对单阳极的电解质清理，我国也有进口它们公司的电解质清理设备，效果比较理想。下面就这几个公司的机器人的技术特点进行详细的说明。1．奥托昆普技术公司(OutokumpuTechnology)研发的阳极组装全自动化设备包括电解质清理机等，已经在世界各地的大型铝厂投入使电解质清理机设计及动态性能研究用。例如，印度科尔巴(Korba)Sterlite集团，南非BillitonHillside电解铝厂，ComalcoBoyneIsland电解铝厂，AlcanAlma的PechineyAP30组装车间以及中国铝业公司青海分公司等都引进了他们公司的阳极组装全自动化设备。此机器人的信息由是Outokumpu技术公司供应给南非BillitonHillside电解铝厂提供的，它是针对双炭块组装阳极的(六爪双阳极)，机器的循环速率是40块阳极／d,时，由三个预破碎站组成的：残阳极在进入预破碎站之前，由空中吊运车系统运送到某一停靠站点。一个残阳极组被送入电解质清理站。夹紧导杆防止其晃动。在进行预破碎碎操作的过程中，固定阳极组。液压锤将坚硬的电解质破碎为较小的粉块，并沿着阳极的长度方向进行锤击破碎。开启导杆夹具，阳极组随后被倒旋转90度角。阳极组被送入第2个预破碎站，重复上述的清理流程。极组被送入倾斜清理站。夹紧导杆防止其晃动。在进行预破碎操作的过程中，固定阳极组。液压锤将坚硬的电解质破碎为较小的粉块，并沿着阳极的宽度方向进行锤击破碎。开启导杆夹具。摆动的残极支托被提升，以支撑残极的侧部。一套导杆夹具将导杆夹住。倾斜站将阳极从正常的悬垂方位(垂直方向)进行90度角的旋转，使其回复到水平位置。压撞击机用来清除残极表面(垂直面)，继而将钢爪之间区域的电解质予以清除。两个水平锤被分别安装在残极组的两侧，并从阳极末端进行清除作业，继而将钢爪之间区域的电解质予以清除。阳极被恢复到正常的悬垂方位，随后被送入第3次清理及清扫站。鼓风清扫系统用于吹扫残阳极顶部的残余电解质。对于奥托昆普技术公司研发的这款电解质清理机器人存在以下优缺点：优点：清理率达到95％以上，清理循环速率高，电解质回收方便。缺点：结构复杂，对阳极和导杆的质量要求比较高，价格很高。2．法国BROCHOT公司研发的阳极组装车间生产线成套设备也是世界各地铝业公司的自动化设备供应商。他的销售业绩包括了世界各地共50多家电解铝企业B0]。例如：哈萨克斯坦的NFC—PAVLODARAL．SM．中色．哈萨克斯坦巴甫洛达铝厂，阿联酋的DUBAL迪拜铝业公司，印度BALCO巴拉特铝厂，加拿大ALCAN阿尔玛铝厂以及中国兰州铝厂二期等。图1-2兰州铝厂引进BRHOCHOT公司的电解质清理机器人由兰州铝厂2期引进的BROCHOT公司的电解质机器人(如图12所示)。此套设备由全自动电解质破碎清理设备，电解质回收设备以及自动残极抛丸清理机组成。它的破碎清理设备的铲碎装置如图1．3所示。它是针对双炭块组装阳极的(六爪双阳极)。图1-3BRHOCHOT电解质清理机器人铲碎装置结构图残极从装卸站随天车进入电解质破碎清理设备中，夹具装置夹紧导杆防止晃动，夹紧装置向x方向移动到左右装有铲刀的铲碎装置中间，铲碎装置向中间移动铲裂残极两侧坚硬的电解质，使其与残极分离。然后夹紧装置从X轴方向向Y轴方向旋转45度角，由45度方向角的带有铲刀的铲碎装置由液压驱动向残极移动铲碎清除残极表面附着的电解质，顺便使已经破碎的电解质顺利的掉入电解质回收设备的运输皮带上。一级清理结束后夹紧装置将残极送回天车，由天车带残极进入自动残极抛丸清理机组进行二级清理，将附着在残极上未清理掉的残极，软电解质清理干净。对于法国博寿公司研发的这款电解质清理机器人存在以下优缺点：优点：结构相对简单，清理循环速率高，较进口的双阳极清理设备价格相对较低。缺点：铲碎程度不高，对导杆阳极的质量要求较高导致残极块容易被一起振下，结构设计上导致铲碎的电解质块不能顺利掉下。3．加拿大AISCO公司生产的清理机和TECHMO公司生产的清理站。AISCO公司生产的清理机包括两个部分，一次清理和二次清理，一次清理是通过液压锤的交叉运动，松动、清理大部分的电解质，二次清理是通过链条的纵向运动清理其余电解质，该设备已在中铝青海分公司85kt项目组装部分使用。TECHMO公司生产的清理站由破碎和清理两级组成，破碎和清理均采用类似锤滑动的机构进行。工作步骤为：清理站从悬链系统接收残极并处理这些残极上的电解质，首先一次清理清走碳素表面凝固的95％以上的电解质然后将清理掉的电解质导入设备下面的皮带运输机输送到破碎系统去。最后将残极送往二次清理站进行抛丸清理。他们主要针对的也是单极炭块的阳极(4爪单阳极)。机器的循环速率为15组／d,时。以上两款电解质清理机器人的优缺点如下：优点：技术纯熟，清理率在95％以上，对导杆和阳极质量的要求较低。缺点：运行速度较低，运行费高，价格也相对较高。1.2.2国内发展现状国内电解质清理的状况大致可分为三类：纯人工清理，人工+设备半自动化清理及引进国外全自动设备清理。1．纯人工清理：优点：价格便宜，对于小型的铝厂使用较理想。缺点：人工清理不仅存在安全隐患，而且清理过程中造成电解厂房工作环境粉尘量的超标．危害职工健康：从破碎后电解质的使用情况来看，由于主要更换阳极后阳极的覆盖和保温，人工清理的电解质颗粒过大，不利于保温，阳极氧化严重，增加阳极的消耗量，不利于电解的生产在云南铝厂设计中，电解质处理仅为简单的人工风镐清理线，经电解车间初次清理的残极运来后由人工二次清理。按目前各厂对残极的要求，这种方式完全能满足电解质清理的要求。同时电解质清理装置的投资大为减少，当然工人的劳动强度与工作环境均不如自动电解质清理系统。2．人工+设备半自动化清理：优点：部分减少了工人的劳动量，对于清理环境也有所改善，其中自动化部分的设备由国内自行研制，价格也相对较低。缺点：不能做到全自动化，只有残极的二次清理能做到自动化，而残极的一次清理还是由人工清理为主，清理速度不能跟上现有的生产状况和速度。中国铝业股份有限公司在2006年研发的“电解残极表面的电解质清理系统”。残极在进入清理系统之前拿大锤将较硬的电解质砸碎脱落人后再进入这个电解质清理系统。此系统的组成为(如图1．6)：在密封室内有上部清理机、下部清理机、下料口皮带运输机和收尘点，一次清理点与密封室连接，二次清理点在一次清理点之后；上部清理机安装在残极的上面，下部清理机安装在残极的下面；下料口皮带运输机位于下部清理机之下。其中，上、下部清理机采用变频器控制，上部清理机的电机与清理滚筒一侧连接，清理滚筒的另一侧与支撑轴承连接；下部清理机的电机通过皮带传动与清理滚筒一侧连接，清理滚筒两侧与支撑轴承连接；清理钢丝绳穿过滚筒通孔、并通过螺纹孔将压板固定在清理滚筒上。此款发明也是针对单极炭块阳极(4爪单阳极)。图1-4中国铝业公司设计的内部清理机结构简图3．进口国外全自动化设备：优点：自动化程度高，生产环境得到较大改善，更加适应现在的生产规模与速度。缺点：投入资金高，对导杆和阳极的质量要求较高，不能广泛在全国范围的铝厂运用。河南伊川铝厂阳极组装车间的电解质清理设备是加拿大进口，此款设备是也是由奥托昆普技术公司(OutokumpuTechnology)研制的[201。它的工作原步骤如下：返回来的残极由装卸站上线，先经电解质清理机清理残极上的大块电解质。电解质清理机由二个预碎站、一个倾翻站，三个工作站自动清理六爪碳块阳极，前两个工作站通过液压气锤(冲击锤)，使电解质被破碎从阳极块上去掉；最后一个工作站是通过一系列的推进顶杆，将钢爪问的电解质清理干净，并经过气吹系统清理，再经过残极抛丸机清理附在残极表面或渗透在软残极内的电解质，以及残极底部电解质。这套电解质清理机器人是以20万吨电解铝产能为背景的，针对单极炭块阳极(4爪单阳极)。机器的循环速率为30组／小时。1.3电解质清理机现存在的问题电解质清理机从国外的发展到国内的发展还存在很多的问题。国外的机器性能好，基本做到了全自动化，代替了人工清理，而且分别有针对4爪单阳极的和6爪双阳极的，适应了不同是阳极组装生产线，在国外的应用也非常广泛，使用情况也比较理想。但引进国外的针对6爪双阳极的电解质清理机在国内的使用并不是很理想。由于国内阳极质量达不到其标准，在清理过程中经常出现残极砸落现象，清理效率受到影响。其钢球与电解质的分离，返回系统结构复杂，导杆的质量也达不到这种机器的要求，导致导杆变形等，这样使得机器故障率高，维修量大，运行费也高。而且相对复杂的结构导致所需的费也相当高[21-26]。从上述方面可以看出进口的双极电解质清理机器人并不适应国内目前的阳极组装生产线。对于国外进口的针对4爪单阳极的电解质清理机器人，在国内的使用情况是比较理想的，因为其清理难度相对双极阳极来说较低，所以对于阳极质量的标准要求也较低，再者其结构也相对简单，对于导杆以及其它阳极组装生产线的硬件设备的影响也要低一些。但唯一的缺点是国外进口的电解质清理机器人设备资金一次性投入还是太大。现在国内自主研发整套电解质清理机的设备还没有，而国内能自主研发的机器一般都是电解质清理机器人的一部分，而这一部分都集中在电解质的二次清理自动化设备，电解质的一次清理很多还是靠人工清理为主，部分铝厂也有研发一次清理的自动化设备的，但只适用于他们的阳极组装生产线，并未投放市场，也没有相关资料记载。1.4电解质清理机的发展趋势以电解质清理机等为代表的机器人技术已经成为相关重大基础装备在国产化道路中进一步发展的技术瓶颈。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术。它属于多学科、多技术综合运用的先进制造装备的典型代表，其技术属于核心竞争技术，对它的研究有利于掌握未来新的战略性高技术，有利于形成未来新的经济增长点，对研究和发展国家需要的战略性前沿核心技术与装备具有重大的意义，新型机器人应用技术的重点则主要有具有更加自适应性和复杂工艺能力的各种机器人控制技术、视觉图象处理技术、机器人动作规划和轨迹补偿技术、远程监控和具有工艺水平的离线编程技术等，新型机器人发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。而随着机器人技术的不断成熟电解质清理机器人将向着提高清理率、提高清理速度、降低噪音、提高资源利用率、降低消耗、削减污染、提高产品质量和国产化的方向发展。就电解质清理机而言它的发展趋势如下：1．国外电解质清理机的发展水平已经成熟，但是在满足清理要求下结构简单，成本的降低，性能的优化，以及随着电解铝产量的逐步提高，而跟上电解铝生产的速度是其发展的趋势。2．国内要赶上国外的现有水平，就得自主研发成套的电解质清理设备，逐步做到全自动化，用自动化设备代替人工操作。即电解质清理机器人的逐步国产化。3．但从目前国内阳极组装生产线的情况看，双极电解质清理机器人显然还并不能完全适用国内阳极清理，当然随着国内电解铝整个生产线技术的提高，阳极的质量的提高，双阳极的清理将会广泛应用，但目前的情况来看，单极电解质清理机器人还是更适合国内的阳极组装生产线。所以国产化的目标应该从单极电解质的清理机器人入手，逐步向双极电解质清理机器人过渡。4．而从国内国产化电解质清理机器人的现状来看，残极的二次清理已有部分铝厂研发了一些专利产品。而对于残极的一次清理：铲(破)碎装置的研发还没有任何资料记载，更没有投放市场的机器出现，所以残极的一次清理装置的自主研发也是目前主要关注的部分。5．就是对于现在过于复杂的电解质清理机器人，怎样可以做到结构简单化来降低成本也是要考虑的发展方向。6．工作环境也要向着轻污染，无污染的方向发展。1.5本文设计的内容电解质清理机是电解铝工业生产线中阳极组装车间的自动化设备，属特殊环境下特种机器。其核心技术长期为国外垄断。国外电解质清理机可靠性、自动化与智能化程度高，但结构复杂、价格昂贵；国内的电解质清理主要以人工清理和引进国外全自动设备为主。尤其是电解质一次清理机器人国内基本完全依靠进口。我国对这方面的研究非常少，因此本文对电解质一级清理机器人提出了新的设计的思路，并对其进行控制。证明这种设计思路的可行性，具体内容如下：1．对课题的来源以国内电解质清理机的发展以及研究现状进行了解。2．针对单炭块电解质的清理需求和技术发展现状，控制一种结构简单的电解质一次清理机。目标以节约成本，简化结构，提高他的控制精度。并且能完成清理效果跟上国内铝电解生产线的速率。

第二章系统方案设计2.1电解质清理机的工艺流程电解质清理机的清理步骤分为三步：首先由二个气动锤将双头螺将两侧的电解质锤松，这为粗清理，执行此操作的机器人如图2-1所示；而后进行二次精清理，第一次是用6个旋转工具打掉残极上各个部分的电解质，执行此操作的机器人如图2-2所示；第二次是喷钢砂处理，彻底清除残极上的残留电解质。喷砂处理强度可通过钢砂喷出量调节。这套电解质清理机器人是针对单极炭块阳极(4爪单阳极)。机器的循环速率为30块／4,时。图2-1青海铝厂引进Hydra-Fab公司的单炭块电解质一次清理机图2-2Hydra-Fab公司的单炭块电解质二次清理机这款电解质清理机器人的优缺点如下：优点：全封闭的装置通风装置和过滤器降低了环境污染，高度自动化减少了工人和劳动量，行速度较高。缺点：返回系统结构复杂，敲障率高，维修量大，价格相对较高2.2基于电气控制系统的设计电气控制系统设计的基本原则就是：在最大程度满足生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠、动作准确、结构简单、经济，电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。电气控制系统的设计是在传动形式及控制方案选择的基础上进行的，式传动形式与控制方案的具体化。其设计灵活多变，没有固定的方法和模式，即使是同一个电路的功能结构，不同人员设计出来的线路可能完全不同。因此，作为设计人员，应该随时发现和总结经验，不断丰富和拓宽思路，才能做出最为合理的设计。一般情况下，电气控制系统的设计应满足生产机械加工工艺的要求，线路要安全可靠，操作和维护方便，设备投资少等。因此，要求控制电路的设计必须正确，并能合理的选择电器元件。一般在设计时应该满足以下要求。1.最大限度的实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求首先对生产要求、机械设备的工作性能、结构特点和实际加工情况有充分了解。生产工艺要求一般是由机械设计人员提供的，实际执行时有些地方可能会有些差异，这就需要电气设计人员深入现场对同类或接近的产品进行调差、分析和综合，从而作为设计电气控制线路的依据。并在此基础上考虑控制方式，启动、反响、制动及调速的要求，设置各种连锁及保护装置。2.在满足生产要求的前提下，力求施工是线路简单经济(1)尽量选用标准的，成熟的环节和线路。(2)尽量缩短连接导线的数量和线路。2.3基于可编程控制器的设计1．的主要特点(1)高可靠性①所有的I/O接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离②各输入端均采用R-C滤波器其滤波时间常数一般10~20ms.③各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰④采用性能优良的开关电源⑤对采用的器件进行严格的筛选⑥良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况CPU立即采用有效措施以防止故障扩大⑦大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高2．丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号如交流或直流开关量或模拟量电压或电流脉冲或电位强电或弱电等有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备如按钮行程开关接近开关传感器及变送器直接连接另外为了提高操作性能它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等。3．采用模块化结构为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构，PLC的各个部件包括CPU电源I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4．编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5．安装简单维修方便PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。2.4方案比较及选择2.4.1与继电器线路比较PLC的优势1．功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可篇程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。2．硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。3．可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。4．系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。5．编程方法简单梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。6．维修工作量少，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。7．体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10。PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。2.4.2方案选择根据以上实际情况，该清理机系统的控制核心选择采用可编程控制器，配置常规电气控制系统。PLC与继电器均可以用于开关量逻辑控制。PLC的梯形图与继电器电路图都是用线圈和触点来表示逻辑关系。PLC的控制功能主要是用软件（即程序）实现的，继电器控制系统的控制功能是用硬件继电器和硬件接线实现的。PLC采用了计算机技术，具有顺序控制、定时、计数、运动控制、数据处理、闭环控制和通信联网等功能，比继电器控制系统的功能强大得多。继电气系统的可靠性差，诊断与排除复杂的继电器系统的故障非常困难。梯形图程序中的输出继电器等是一种“软继电器”，它们的功能是用软件来实现的，因此没有硬件继电器那样的触点易于接触不良的缺点。PLC的可靠性高，故障率极低，并且很容易诊断和排除故障。而继电器的控制功能被固定在线路中，其功能单一，不易修改，灵活性差。PLC的控制方式灵活，有很强的柔性，仅需修改梯形图就可以改变控制功能。继电器系统要在硬件安装、接线全部完成后才能进行调试，发现问题后修改电路花的时间也很多。PLC控制系统的开关柜制作、现场施工和梯形图设计可以同时进行，梯形图可以在实验室模拟调试，发现问题后修改起来非常方便。一般来说，清理机的控制并不复杂，但对工艺过程却有较为严格的要求。铝生产车间电解质具体特点，完成电解质清理的PLC自动控制系统的设计。本设计通过激光传感器定位，改变移动电机的速，增强了控制先进性和可靠性，清理过程的快速性。此套电解质清理机控制系统的投入彻底改变了以前人工清理带来的安全隐患，而且清理过程中造成电解厂房工作环境粉尘量的超标．危害职工健康：从破碎后电解质的使用情况来看，由于主要用于更换阳极后阳极的覆盖和保温，人工清理的电解质颗粒过大，不利于保温，阳极氧化严重，增加阳极的消耗量，不利于电解的生产。第三章硬件设计3.1PLC主电气接线原理图主电气接线图如图3-1所示，EM223为变频器；QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6、QF7、QF8空气断路器，其控制和隔离电源的作用，QF1为控制控制变频器的电源断路器，QF2~QF7分别为控制六个清理电机的电源断路器，QF8为控制除尘电机的电源断路器。KM1~KM6分别为控制六个清理电机的交流接触器，KM7为控制除尘电机的交流接触器。FR1~FR6分别作为六台清理电机的短路、缺相和过载保护继电器。FR7为除尘电机的短路、缺相和过载保护继电器。在正常工作的情况下，为了防止电机频繁启停导致电机损坏，除尘电机和清理电机保持一直运行。图中变频器主要负责控制移动电机的速度。移动电机分为三级速度控制，在从档杆到进入封闭罩时，移动电机以中速正转；在进入封闭罩开始清理时，为了清理干净，移动电机需慢慢移动，以低速前进。到清理完毕时，移动电机反转，以很快的速度返回到档杆前，准备进入下一个阳极的清理过程。3-1硬件接线图3-2硬件接线图3.2变频器3.2.1变频器的接线变频器主要负责控制移动电机的速度。移动电机分为三级速度控制，在从档杆到进入封闭罩时，移动电机以中速正转；在进入封闭罩开始清理时，为了清理干净，移动电机需慢慢移动，以低速前进。到清理完毕时，移动电机反转，以很快的速度返回到档杆前，准备进入下一个阳极的清理过程。图3-3变频器接线图3.2.2变频器说明1.应用MICROMASTER440变频器适用于各种变速驱动装置。由于它具有高度的灵活性因而可以在广泛的领域得到应用。它尤其适合用于吊车和起重系统、立体仓储系统、食品、饮料和烟草工业以及包装工业的定位系统。这些应用对象要求变频器具有比常规应用更高的技术性能和更快的动态响应。变频器的特点是设备性能面向用户的需求，并且使用方便。它的输入电源电压范围宽广，适用于各地世界。设计MICROMASTER440采用模块化设计。操作面板和各种模块。2．主要特征调试简单模块化的结构，因而其配置具有最大的灵活性6个可编程，带隔离的数字输入2个可标定的模拟输入(0V至10V,0mA至20mA)，它们也可作为第7和第8个入2个可编程的模拟输出(0mA至20mA)3个完全可编程的继电器输出(30V直流/5A，阻性负载；250V交流/2A，感性负载)当使用较高的开关频率时，电机可以低噪音运行(在开关频率较高的情况下，要降格使用)完善的变频器和电动机保3．机械结构的特点模块化设计工作温度0.12kW至75kW:-10°C~+50°C/90kW至200kW:0°C~+40°C结构紧凑，单位空间00内的变频器kW数高。电缆连接方便，电源和电机连接线相互隔离，达到最佳电磁兼容性。可拆卸的操作面板4．控制性能的特点最新的IGBT技术数字微处理器控制高质量的矢量控制系统磁通电流控制(FCC)改善动态响应，并且优化电动机的控制线性V/F特性平方V/F特性多点v/f特性(可编程V/F特性)力矩控制捕捉再起动滑差补偿在电源中断或故障跳闸以后，自动再起动可以由用户定义的自由功能块，实现逻辑运算和算术运算的操作动态缓冲用于定位控制的减速斜坡函数曲线高品质的PID控制器(具有参数自整定功能)，可用于一般的过程控制可编程的加速/减速斜坡函数，0秒至650秒斜坡起始段和结束段的平滑功能快速电流限制(FCL)功能，避免运行中不应有的跳闸快速、可重复的数字输入响应时间使用两个高分辨率的10位二进制模拟输入，实现速度精调复合制动，实现快速制动控制集成的制动(斩波)器(仅限于0.12kW至75kW的变频器)。4个跳转频率可拆卸的”Y”形链路电容器，可用于中性点不接地(IT)的电源系统(由中性点不接地的电源供电时，”Y”形链路电容器必须拆掉，并要安装输出电抗器)5．保护功能(1)过载能力①CT方式0.12kW至75kW:过载电流:1.5x额定输出电流(即150%过载)，持续时间60S，重复周期时间300S，和2.0x额定输出电流(即200%过载)，持续时间3S，重复周期时间300S。90kW至200kW:过载电流:1.36x额定输出电流(即136%过载)，持续时间57S，重复周期时间300s。1.6x额定输出电流(即160%过载)，持续时间3S，重复周期时间300S。①VT方式5.5kW至90kW:过载电流:1.4x额定输出电流(即140%过载)，持续时间3S，重复周期时间300S，和1.1x额定输出电流(即110%过载)，持续时间60S，重复周期时间300S。110kw至250kW:过载电流:1.5x额定输出电流(即150%过载)，持续时间1S，重复周期时间300S，1.1额定输出电流(即110%过载)持续时间59S，重复周期时间300S。(2)过压/欠压保护,变频器过温保护,使用PTC通过数字输入实现电动机过热保护,接地故障保护,短路保护,I2t电动机过热保护,闭锁电动机保护,防止电动机失速.3.2.3变频器电路图3-1硬件接线图MM440变频器的控制电路由CPU、模拟输入（AN1、AN2）、模拟输出（AOUT1、AOUT2）、数字输入（DN1-DN6）、继电器输出（RL1、RL2、RL3）、操作板等组成，两个模拟输入回路也可以作为两个附加的数字输入DIN7和DIN8使用，当模拟输入作为数字输入时，电压门限制如下：1.75（DC）=OFF、3.70（DC）=ON.端子1、2是变频器为用户提供的10V直流稳压电源。当采用模拟电压信号输入方式给定频率时，为提高交流变频调速系统的控制精度，必须配备一个高精度的直流稳压电源作为模拟电压信号输入的直流电源。模拟输入3、4和10、11端为用户提供了两队模拟电压输入端，作为频率给定信号，经变频器内的A/D转换器，将模拟量转换成数字量，并传输给CPU来控制系统。数字输入5、6、7、8、和16、17端为用户提供了6个完全可编程的数字输入端，数字信号经光电隔离输入CPU，对电动机进行正反转、正反向电动、固定频率设定值控制等。端子9和28是24V直流电源端。端子9（24V）在作为数字输入使用时也可以用于驱动模拟输入，要求端子2和28（0V）必须连在一起。输入12、13和26、27端为两对模拟输出端；输出18-25端为输出继电器的触头；输入14、15端为电动机过热保护输入端；输入29、30端为串行接口RS-485端。图3-5变频器端子接线图3.2.4技术数据（1）额定参数的降格脉冲频率（2）工作温度（3）工作地点的海拔高度（4）允许的电源电压，以最大允许电源电压的%值表示3.2.5变频器参数设置表3-1变频器参数设置表参数号出厂值设置值说明P000312命令源选择由端子排输入P070022命令源选择由端子排输入P0701117选择固定频率P0702117选择固定频率P070312ON接通反转，OFF停止P070411ON接通正转，OFF停止P100023选择固定频率值设定P1001010设定固定频率1(HZ)P1002520设定固定频率2(HZ)P10031050设定固定频率3(HZ)3.2.6采用变频调速的主要优点1.减小了静差度由于采用了有反馈的矢量控制，电动机调速后的机械特性很“硬”，静差度可不小于3%。2.具有转矩限制功能下垂特性是指在电动机严重过载时，能自动地将电流限制在一定范围内，即使堵转，也能将电流限制住，新系列的变频器都具有“转矩限制”功能，十分方便。3.“爬行”距离易控制各种变频器在采用有反馈矢量控制的情况下，一般都具有“零速转矩”，即使工作频率为0Hz，也有足够大的转矩，使负载的转速为0r/min从而有效控制了小车的爬行距离，使其不越位。4.节能效果可观拖动系统的简化使附加损失大为减少，采用变频调速后，电动机的有效转矩线十分贴近负载的机械特性，进一步提高了电动机的效率。所以，节能效果是十分可观的。3.3电动机3.3.1三相异步电动机原理与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。根据实际情况，选择三相异步笼型电机。除尘电机选择额定功率为1.5KW,清理电机选择3KW，移动电机选择2.2KW。3.3.2电动机参数表3-2电动机参数型号功率电流效率转动惯量KWHP400V380V%(Kgm2)Y90S-21.523.263.43790.001Y90L-22.234.614.85810.001Y100L-2345.996.31830.003型号功率因数堵转电流/额定电流堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩速度（r/min）Y90S-20.8462.72.32840Y90L-20.8562.52.32840Y100L-20.82870Y系列电动机是一般用途的低压三相笼型异步电动机，它是我国普遍采用的基本系列。Y系列电动机的基本防护等级为IP23、IP44，绝缘等级为B级。该系列电机都具有效率高、节能、噪声低、振动小、启动转矩高可靠性高、安装维护方便等特点。电动机的功率等级、安装尺寸、电气性能均符合国家标准GB775-2000。3.3.3使用范围

本系列电动机可用于驱动各种通用机械如压缩机、通风机、水泵、切削机床、运输机械及其它机械设备，在矿山、机械工业、石化工业、发工厂等各种工矿企业中作原动机使用。用以驱动大转动惯量的鼓风机、磨煤机、轧钢机、卷扬机、破碎机、皮带机等机械的电动机应在订货时提供有关技术资料，签定技术协议，作为电机特殊设计的依据，以确保电机可靠运行。

电动机正常工作基本条件：

A．海拔不超过1000m；

B．最高环境空气温度不超过去40oC；最低环境空气温度对滚动轴承的电动机为-15oC；对采用滑动轴承的电动机为5oC；对YKS、YRKS系列电动机为5oC；

C．对YKS、YRKS系列电动机，冷却器入口处冷却水温度不超过33oC，最低温度为5oC；

D．最湿月月平均最高相对湿度为90%，同时该月月平均最低温度不高于25oC；

E．电源频率为50HZ±1%；

F．额定电压变化不大于5%；

G．电动机为连续工作制S1；3.3.4用电设备负荷计算1.用电设备容量及单台计算负荷的确定：设备的设备容量PS:(1)指在长期工作制下的电动机的设备容量,是指其铭牌上的额定功率PN(2)成组用电设备的设备容量PSΣ=Σ(3)照明设备容量PS=AW(A建筑物面积W单位容量(4)单台用电设备的计算负荷PjS1=PS(对于需要计及效率（η）的单台用电设备，PjS1=PS2．用电设备计算负荷的确定:求出各用电设备的设备容量后,就可以按需要系数表上的分类方法详细分若干个组,进行用电设备组的负荷计算。用电设备组的计算负荷的计算公式如下：有功计算负荷：Pjs2=KxPjs2(K无功计算负荷：Qjs2=Pjs2tan视在计算负荷：Sjs2=注：三相线路中单相设备的总容量不超过总容量的15%时，单相设备可按三相负荷平衡计算。3．尖峰电流的计算：尖峰电流是指由电动机启动、电压波动等原因引起的单台或多台用电设备持续1s~2s的短时最大负荷电流。它与计算电流不同，它比计算电流大得多。计算尖峰电流的目的是选择熔断器、整定低压断路器、继电保护装置、计算电压波动及检验电动机自起动条件等。尖峰电流就是用电设备的起动电流。尖峰电流的计算公式为：IPK=K×其中：IN——额定电流K（鼠笼型电动机取6~7，绕线式电动机取2~2.5，直流电动机取1.7。）4．本设计的负荷计算过程如下：①移动电机PC=Kd×QC=PC×SC=PC/IC=SC/UN=1.486/0.38×尖峰电流的计算：(其中INIPK=Ist=Kst②除尘电机PC=Kd×QC=PC×SC=PC/IC=SC/UN=0.92/0.38×尖峰电流的计算：(其中IN=3.43A)IPK=Ist=Kst③清理电机电机PC=Kd×QC=PC×SC=PC/IC=SC/UN=1.57/0.38×尖峰电流的计算：(其中IN=6.31A)IPK=Ist=Kst3.4光电传感器3.4.1概述

光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。

采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。

3.4.2光电开关的分类

(1)按检测方式分

常用光电开关的分类方法：按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。镜面反射式的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。

(2)按结构分类

光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。

放大器分离型是将放大器与传感器分离，并采用专用集成电路和混合安装工艺制成，由于传感器具有超小型和多品种的特点，而放大器的功能较多。因此，该类型采用端子台连接方式，并可交、直流电源通用。具有接通和断开延时功能，可设置亮、音动切换开关，能控制6种输出状态，兼有接点和电平两种输出方式。

放大器内藏型是将放大器与传感一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成，使用直流电源工作。其响应速度局面（有0.1ms和1ms两种），能检测狭小和高速运动的物体。改变电源极性可转换亮、暗动，并可设置自诊断稳定工作区指示灯。兼有电压和电流两种输出方式，能防止相互干扰，在系统安装中十分方便。

电源内藏型是将放大器、传感器与电源装置一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成。它一般使用交流电源，适用于在生产现场取代接触式行程开关，可直接用于强电控制电路。3.4.3光电开关工作原理图3-6所示是反射式光电开关的工作原理框图。图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。

光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。 图3-6各种光电开关光线工作示意图3.4.4光电开关的特点MGK系列光电开关是现代微电子技术发展的产物，是HGK系列红外光电开关的升级换代产品。与以往的光电开关相比具有自己显著的特点：具有自诊断稳定工作区指示功能，可及时告知工作状态是否可靠射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便；对ES外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关是否正常工作。并可随时接受计算机或可编程控制器的中断或检测指令，外诊断与自诊断的适当组合可使光电开关智能化；响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到0.1ms，每分钟可进行30万次检测操作，能检出高速移动的微小物体；采用专用集成电路和先进的SMT表面安装工艺，具有很高的可靠性；体积小（最小仅20×31×12mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。3.4.5使用光电开关可用于各种应用场合，图3所示为光电开关在多种场合的应用例图。另外，在使用光电开关时，还应注意环境条件，以使光电开关能够正常可靠的工作。1.避免强光源光电开关在环境照度较高时，一般都能稳定工作。但应回避将传感器光轴正对太阳光、白炽灯等强光源。在不能改变传感器（受光器）光轴与强光源的角度时，可在传感器上方四周加装遮光板或套上遮光长筒。2.防止相互干扰

MGK系列新型光电开关通常都具有自动防止相互干扰的功能，因而不必担心相互干扰。然而，HGK系列对射式红外光电开关在几组并列靠近安装时，则应防止邻组和相互干扰。防止这种干扰最有效的办法是投光器和受光器交叉设置，超过2组时还拉开组距。当然，使用不同频率的机种也是一种好办法。HGK系列反射式光电开关防止相互干扰的有效办法是拉开间隔。而且检测距离越远，间隔也应越大，具体间隔应根据调试情况来确定。当然，也可使用不同工作频率的机种。3.镜面角度影响当被测物体有光泽或遇到光滑金属面时，一般反射率都很高，有近似镜面的作用，这时应将投光器与检测物体安装成10～20°的夹角，以使其光轴不垂直于被检测物体，从而防止误动作。4.排除背景物影响使用反射式扩散型投、受光器时，有时由于检出物离背景物较近，光电开关或者背景是光滑等反射率较高的物体而可能会使光电开关不能稳定检测。因此可以改用距离限定型投、受光器，或者采用远离背景物、拆除背景物、将背景物涂成无光黑色、或设法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排除。5.自诊断功能使用

在安装或使用时，有时可能会由于台面或背景影响以及使用振动等原因而造成光轴的微小偏移、透镜沾污、积尘、外部噪声、环境温度超出范围等问题。这些问题有可能会使光电开关偏离稳定工作区，这时可以利用光电开关的自诊断功能而使其通过STABLITY绿色稳定指示灯发出通知。高压线、动力线和光电传感器的配线不应放在同一配线管或用线槽内，否则会由于感应而造成光电开关的误动作或损坏，所以原则上要分别单独配线。下列场所，一般有可能造成光电开关的误动作，应尽量避开：(1)灰尘较多的场所；(2)腐蚀性气体较多的场所；(3)水、油、化学品有可能直接飞溅的场所；(4)户外或太阳光等有强光直射而无遮光措施的场所。(5)环境温度变化超出产品规定范围的场所；(6)振动、冲击大，而未采取避震措施的场所。光电开关型号选择：MGK-308443.5断路器低压断路器：低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，一获得了广泛的应用。1)断路器附件2)微型断路器：微型断路器，简称MCB，是建筑电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护电器3)塑壳断路器：塑壳断路器能够自动切断电流在电流超过跳脱设定后。塑壳指的是用塑料绝缘体来作为装置的外壳，用来隔离导体之间以及接地金属部分。塑壳断路器通常含有热磁跳脱单元，而大型号的塑壳断路器会配备固态跳脱传感器。4)框架断路器5)智能型万能断路器1.接线方式断路器的接线方式有板前、板后、插入式、抽屉式，用户如无特殊要求，均按板前供货，板前接线是常见的接线方式。(1)板后接线方式：板后接线最大特点是可以在更换或维修断路器，不必重新接线，只须将前级电源断开。由于该结构特殊，产品出厂时已按设计要求配置了专用安装板和安装螺钉及接线螺钉，需要特别注意的是由于大容量断路器接触的可靠性将直接影响断路器的正常使用，因此安装时必须引起重视，严格按制造厂要求进行安装。(2)插入式接线：在成套装置的安装板上，先安装一个断路器的安装座，安装座上6个插头，断路器的连接板上有6个插座。安装座的面上有连接板或安装座后有螺栓，安装座预先接上电源线和负载线。使用时，将断路器直接插进安装座。如果断路器坏了，只要拔出坏的，换上一只好的即可。它的更换时间比板前，板后接线要短，且方便。由于插、拔需要一定的人力。因此目前我国的插入式产品，其壳架电流限制在最大为400A。从而节省了维修和更换时间。插入式断路器在安装时应检查断路器的插头是否压紧，并应将断路器安全紧固，以减少接触电阻，提高可靠性。(3)抽屉式接线：断路器的进出抽屉是由摇杆顺时针或逆时针转动的，在主回路和二次回路中均采用了插入式结构，省略了固定式所必须的隔离器，做到一机二用，提高了使用的经济性，同时给操作与维护带来了很大的方便，增加了安全性、可靠性。特别是抽屉座的主回路触刀座，可与NT型熔断路器触刀座通用，这样在应急状态下可直接插入熔断器供电。由于分励脱扣器、欠电压脱扣器，电动操作机构和闭锁电磁铁具有不同的电压等级和交流、直流不同的电源，用户在订货时加以说明，同时用户在选用时不可能用单一的附件，如需两台断路器电气联锁(当一台合闸时，另一台必须分闸)则可选用辅助触头和分励脱扣器或电动操作机构，在进行板前和板后接线时一定要把螺钉紧固，以免烧坏断路器。交流断路器可以派生为直流电路的保护，但必须注意三点改变：2.过载和短路保护(1)过载长延时保护。采用热动式(双金属元件)作过载长延时保护时，其动作源为I2R，交流的电流有效值与直流的平均值相等，因此不需要任何改制即可使用。但对大电流规格，采取电流互感器的二次侧电流加热者，则因互感器无法使用于直流电路而不能使用。如果过载长延时脱扣器是采用全电磁式(液压式，即油杯式)，则延时脱扣特性要变化，最小动作电流要变大110%—140%，因此，交流全电磁式脱扣器不能用于直流电路(如要用则要重新设计)。(2)短路保护。热动—电磁型交流断路器的短路保护是采用磁铁系统的，它用于经滤波后的整流电路（直流)，需将原交流的整定电流值乘上一个1．3的系数。全电磁型的短路保护与热动电磁型相同。3.低压断路器的选择本设计中选择的断路器是具有过载和短路功能的塑料外壳式自动空气断路器，该断路器又称装置式自动开关，选择这种断路器后不用再选择热继电器了。(1)过电流脱扣器动作电流的整定——式中，为可靠系数，对动作时间在0.02s以上的断路器=1.35。(2)热脱扣器动作电流的整定——式中，取1.1。移动电机=1.35×33.95=45.83A=1.1×2.27=2.497A故选型号：C65N-D6A/2P②除尘电机=1.35×9.81=13.24A=1.1×1.402=1.542A故选型：C65N-D10A/2P清理电机＝1.35×44.7=60.345A=1.1×2.45=2.695A故选型号为：C65N-D4A/2P图3-7C65断路器选型表3.6接触器交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。1．基本组成交流接触器主要有四部分组成:(1)电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；(2)触头系统,包括三组主触头和一至两组常开、常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；(3)灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；(4)绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。2．工作原理当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失,动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。3．使用接法(1)一般三相接触器一共有8个点，三路输入，三路输出，还有是控制点两个。输出和输入是对应的，很容易能看出来。如果要加自锁的话，则还需要从输出点的一个端子将线接到控制点上面。(2)首先应该知道交流接触器的原理。他是用外界电源来加在线圈上，产生电磁场。加电吸合，断电后接触点就断开。知道原理后，你应该弄清楚外加电源的接点，也就是线圈的两个接点，一般在接触器的下部，并且各在一边。其他的几路输入和输出一般在上部，一看就知道。还要注意外加电源的电压是多少（220V或380V），一般都标得有。并且注意接触点是常闭还是常开。如果有自锁控制，根据原理理一下线路就可以了。4．交流接触器选型交流接触器的选用，应根据负荷的类型和工作参数合理选用。具体分为以下步骤：(1)．选择接触器的类型在电工学上。接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器，主要控制对象是电动机，此外也用于其他电力负载，如电热器，电焊机，照明设备，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大。适用于频繁操作和远距离控制。是自动控制系统中的重要元件之一。通用接触器可大致分以下两类。①交流接触器。主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。常用的是CJ10、CJ12、CJ12B等系列。②直流接触器，一般用于控制直流电器设备，线圈中通以直流电，直流接触器的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。但现在接触器的型号都重新划分了。都是AC系列的了。AC-1类接触器是用来控制无感或微感电路的.AC--2类接触器是用来控制绕线式异步电动机的启动和分断的.AC-3和AC--4接触器可用于频繁控制异步电动机的启动和分断2．选择接触器的额定参数根据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及工作制等确定接触器的额定参数。(1)接触器的线圈电压，一般应低一些为好，这样对接触器的绝缘要求可以降低，使用时也较安全。但为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。(2)电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，接触器额定电流大于负荷额定电流即可。接触器类型可选用CJl0、CJ20等。(3)对重任务型电机，如机床主电机、升降设备、绞盘、破碎机等，其平均操作频率超过100次/min，运行于起动、点动、正反向制动、反接制动等状态，可选用CJl0Z、CJl2型的接触器。为了保证电寿命，可使接触器降容使用。选用时，接触器额定电流大于电机额定电流。(4)对特重任务电机，如印刷机、镗床等，操作频率很高，可达600～12000次/h，经常运行于起动、反接制动、反向等状态，接触器大致可按电寿命及起动电流选用，接触器型号选CJl0Z、CJl2等。(5)交流回路中的电容器投入电网或从电网中切除时，接触器选择应考虑电容器的合闸冲击电流。一般地，接触器的额定电流可按电容器的额定电流的1.5倍选取，型号选CJ10、CJ20等。(6)用接触器对变压器进行控制时，应考虑浪涌电流的大小。例如交流电弧焊机、电阻焊机等，一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器，型号选CJl0、CJ20等。(7)对于电热设备，如电阻炉、电热器等，负荷的冷态电阻较小，因此起动电流相应要大一些。选用接触器时可不用考虑(起动电流)，直接按负荷额定电流选取。型号可选用CJl0、CJ20等。(8)由于气体放电灯起动电流大、起动时间长，对于照明设备的控制，可按额定电流1.1～1.4倍选取交流接触器，型号可选CJl0、CJ20等。(9)接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流，持续时间≤8h，且安装于敞开的控制板上，如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流按负荷额定电流的110%～120%选取。对于长时间工作的电机，由于其氧化膜没有机会得到清除，使接触电阻增大，导致触点发热超过允许温升。实际选用时，可将接触器的额定电流减小30%使用。3．接触器选择的有关计算：本设计选用CJ系列交流接触器。该系列交流接触器的功能很强大，其辅助设备也是很完备，主要用于交流电动机的起动和控制。具体选择如下：（1）除尘电机Ic=PN/KUN=1.5kW/1×380=3.95A选型：由于该电动机不是经常启动；也不用使其正、反转工作；它们的功率也是很小。故选择型号：CJ10—10辅助触头数量:一常分（2）清理电机Ic=PN/KUN=3kW/1×380=7.89A选型：由于该电动机不是经常启动；也不用使其正、反转工作；它们的功率也是很小。故选择型号：CJ10—10辅助触头数量:一常分3.7继电器3.7.1热继电器热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。1．热继电器的主要技术参数(1)额定电压：热继电器能够正常工作的最高的电压值，一般为交流220V，380V，600V。(2)额定电流：热继电器的额定电流主要是指通过热继电器的电流(3)额定频率：一般而言，其额定频率按照45~62HZ设计。整定电流范围：整定电流的范围有本身的特性来决定。它描述的是在一定的电流条件下热继电器的动作时间和电流的平方成正比。热继电器的作用是：主要用来对异步电动机进行过载保护，他的工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用。鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护热继电器的符号为FR，电路符号如3-8图图3-8热继电器2．选择方法热继电器主要用于保护电动机的过载，因此选用时必须了解电动机的情况，如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。(1)原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和启动的瞬间，热继电器应不受影响(不动作)。(2)当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。例如，热继电器的整定值可等于0.95~1.05倍的电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。(3)当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。如果短时间内操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。(4)对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护电动机。3．工作原理热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。电动机在实际运行中，如拖动生产机械进行工作过程中，若机械出现不正常的情况或电路异常使电动机遇到过载，则电动机转速下降、绕组中的电流将增大，使电动机的绕组温度升高。若过载电流不大且过载的时间较短，电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但若过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组老化，缩短电动机的使用寿命，严重时