畢業(yè)論文-平板切紙機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)及制作

PAGEPAGE45桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 PAGE目錄引言 11緒論 21.1課題的研究背景 21.2國(guó)內(nèi)外切紙機(jī)的現(xiàn)狀分析及其差距 21.2.1現(xiàn)狀分析 21.2.2國(guó)內(nèi)外切紙機(jī)的差距 41.3課題研究的目的和意義 51.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù) 51.4.1硬件部分 51.4.2軟件部分 62平板切紙機(jī)電氣控制設(shè)計(jì)方案 72.1平板切紙機(jī)的組成及工藝流程 72.2設(shè)計(jì)要求 82.3設(shè)計(jì)方案 82.3.1系統(tǒng)控制方案的選擇 92.3.2系統(tǒng)控制方案的確定 103平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì) 113.1系統(tǒng)主要電氣設(shè)備 113.1.1電動(dòng)機(jī) 113.1.2可編程邏輯控制器（PLC） 153.1.3相關(guān)電氣設(shè)備 163.2三相電源的電氣控制設(shè)計(jì) 183.2.1三相電源電氣控制線路設(shè)計(jì)及說(shuō)明 183.2.2三相電源控制線路主要設(shè)備參數(shù)計(jì)算和選擇 183.3主電機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì) 203.3.1主電機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì)及說(shuō)明 203.3.2主電機(jī)線路主要設(shè)備的計(jì)算和選擇 213.4升降電機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì) 233.4.1升降電機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì)及說(shuō)明 233.4.2升降電機(jī)線路主要設(shè)備的計(jì)算和選擇 244平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì) 254.1電源欠壓或過(guò)壓及主電機(jī)過(guò)流保護(hù)的設(shè)計(jì) 254.1.1電量變送器 254.1.2電流互感器 264.1.3欠壓、過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 264.2斷紙報(bào)警及紙張計(jì)數(shù)設(shè)計(jì) 264.3PLC程序設(shè)計(jì) 275平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)模擬樣機(jī)設(shè)計(jì)與制作 285.1系統(tǒng)模擬樣機(jī)的安裝 285.2系統(tǒng)模擬樣機(jī)的檢查 305.3系統(tǒng)模擬樣機(jī)的試機(jī) 306結(jié)論 32謝辭 33參考文獻(xiàn) 34附錄一 35附錄二 39附錄三 42附錄四 43引言21世紀(jì)，世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)及計(jì)算機(jī)技術(shù)也以迅雷不及掩耳的速度發(fā)展；在經(jīng)濟(jì)全球一體化的大背景下，資源在世界范圍內(nèi)地流動(dòng)和配置更加自由、全面和便捷，使得世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)愈加開(kāi)放，世界經(jīng)濟(jì)的變化與各國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也愈加相互影響和制約。在這樣的大背景下，印刷后設(shè)備制造行業(yè)也在不斷的變革和發(fā)展。隨著印刷工藝及印刷設(shè)備的迅速發(fā)展，人們也更多地關(guān)注到印后設(shè)備方面，并逐漸形成了新的發(fā)展熱點(diǎn)。在印后加工設(shè)備中，切紙機(jī)械的發(fā)展格外引人注目。切紙機(jī)是廣泛應(yīng)用于印刷行業(yè)的一種傳統(tǒng)印后設(shè)備，它主要用于造紙廠的紙張和印刷企業(yè)紙張及印品的加工。切紙機(jī)是印刷企業(yè)的必備設(shè)備之一。至2005年底，全國(guó)印刷企業(yè)(不含復(fù)印、打印企業(yè))估計(jì)為近10萬(wàn)家?！?3】如此眾多的印刷企業(yè)給切紙機(jī)的發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)前景。不僅如此，切紙機(jī)還可用于非紙類材料或產(chǎn)品的裁切，切紙機(jī)在這些領(lǐng)域同樣也有廣闊的市場(chǎng)前景。切紙機(jī)是傳統(tǒng)產(chǎn)品，從機(jī)械式切紙機(jī)發(fā)展到磁帶控制式切紙機(jī)，又發(fā)展到微機(jī)程控，彩色顯示，全圖像操作引導(dǎo)可視化處理及計(jì)算機(jī)輔助裁切外部編程和編輯生產(chǎn)數(shù)據(jù)的裁切系統(tǒng)，使生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間更短，裁切精度更高，勞動(dòng)強(qiáng)度更低，而操作更安全。切紙機(jī)的這種飛速發(fā)展，令世人刮目相看?！?5】現(xiàn)代社會(huì)對(duì)物質(zhì)文化的要求越來(lái)越高，為適應(yīng)市場(chǎng)的需要，印后設(shè)備的設(shè)計(jì)及制造水平也必須進(jìn)行提高，尤其是自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，更加促進(jìn)印后設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行改革，變頻調(diào)速技術(shù)、可編程序控制技術(shù)、溫度控制技術(shù)等在印刷機(jī)械中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，使得印后設(shè)備向著高速、高自動(dòng)化和高質(zhì)量的方向發(fā)展。1緒論1.1課題的研究背景提高造紙機(jī)械的技術(shù)水平，加快造紙機(jī)械的技術(shù)革新改造是造紙行業(yè)應(yīng)對(duì)加入WTO帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)采取的重要舉措。國(guó)內(nèi)造紙機(jī)械的水平與國(guó)外有相當(dāng)?shù)牟罹?。以?guó)內(nèi)切紙機(jī)為例，切紙車速低，造紙行業(yè)生產(chǎn)效率難以提高；切紙過(guò)程中裁紙不均，分切造成浪費(fèi)，使紙產(chǎn)品質(zhì)量下降，影響產(chǎn)品的出口。國(guó)內(nèi)造紙機(jī)械的現(xiàn)狀嚴(yán)重制約了造紙工業(yè)的發(fā)展。雖然國(guó)外造紙機(jī)械的水平高，但是進(jìn)口產(chǎn)品的價(jià)格居高不下，國(guó)內(nèi)眾多小型造紙企業(yè)難以接受。即使是對(duì)大型企業(yè)而言，大量購(gòu)進(jìn)進(jìn)口設(shè)備也是巨額的投資。因此在市場(chǎng)對(duì)紙業(yè)技術(shù)裝備水平和投資成本提出更高要求的情況下，需要加快改變國(guó)內(nèi)造紙機(jī)械行業(yè)落后狀況，在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，消化吸收和開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的大型先進(jìn)造紙裝備，以適應(yīng)造紙工業(yè)發(fā)展。這是今后中國(guó)造紙機(jī)械提高技術(shù)水平應(yīng)采取的對(duì)策。我國(guó)造紙工業(yè)正處于社會(huì)需求高增長(zhǎng)階段，近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外紙張需求年增長(zhǎng)率為8.77%，高于GDP的增長(zhǎng)率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家2%-3%年增長(zhǎng)率。不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求對(duì)造紙機(jī)械提出新的要求，新型、高效、精確的造紙機(jī)械有著廣闊的前景，這也是國(guó)內(nèi)造紙機(jī)械行業(yè)人士關(guān)注的問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)一種面向國(guó)際水平，結(jié)構(gòu)合理，尤其控制精度高的新一代高速高精度切紙機(jī)至關(guān)重要。切紙機(jī)械是造紙工業(yè)的靈魂，而造紙工業(yè)在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。有關(guān)人士認(rèn)為切紙機(jī)有較好的市場(chǎng)前景，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）造紙廠現(xiàn)配備的切紙機(jī)，大都是八、九十年代購(gòu)入，那時(shí)國(guó)產(chǎn)的切紙機(jī)主要是機(jī)械式的，這一大批設(shè)備需要逐步更新?lián)Q代。（2）我國(guó)印刷品消費(fèi)水平與世界發(fā)達(dá)國(guó)家和世界平均水平都還有著相當(dāng)大的差距，切紙機(jī)市場(chǎng)的增長(zhǎng)是必然趨勢(shì)。（3）現(xiàn)有切紙?jiān)O(shè)備的速度一般為60m/min以下【18】。1.2國(guó)內(nèi)外切紙機(jī)的現(xiàn)狀分析及其差距1.2.1現(xiàn)狀分析隨著印刷行業(yè)的發(fā)展，對(duì)印后加工的要求也越來(lái)越高，而切紙機(jī)是印后加工的重要設(shè)備。目前波拉、沃輪貝格、上海申威達(dá)、長(zhǎng)春、中江等國(guó)內(nèi)外著名切紙機(jī)廠的最新產(chǎn)品代表了切紙機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。波拉切紙機(jī)包括波拉92E、115E、66、1370ED等利用人體工程學(xué)原理設(shè)計(jì)產(chǎn)出的新一代機(jī)型。其共同特點(diǎn)是在裁切尺寸顯示、裁切誤差自動(dòng)補(bǔ)償、安全防護(hù)方面都有很大發(fā)展。PolarE型切紙機(jī)是適用于一般裁切業(yè)務(wù)的可編程式基本機(jī)型，有128KB存儲(chǔ)容量；而PolarED型切紙機(jī)被稱為最先進(jìn)的切紙機(jī)，代表了切紙機(jī)的發(fā)展方向。它向用戶提供了多種附加功能包括清費(fèi)功能，是整個(gè)裁切生產(chǎn)線的中心，配備有在機(jī)外進(jìn)行編程操作的編程軟件，并與數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。控制面板上的圖形按鈕，使人一目了然，操作簡(jiǎn)單、方便；高分辨力彩色屏顯示，備有29種文字的操作信息；當(dāng)裁切材料發(fā)生變化或變形時(shí)，可選用相應(yīng)修正功能，糾正.紙張尺寸誤差；自我診斷系統(tǒng)對(duì)切紙機(jī)所有功能進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，如有任何錯(cuò)誤和不正常，便立即有信號(hào)顯示和文字顯示，以便操作人員盡快排除故障。PolarED切紙機(jī)具有高精度測(cè)量和定位系統(tǒng)，包括直接脈沖發(fā)生器、頻率控制的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、帶萬(wàn)向滾珠軸承的高精度主軸及推紙器所使用的精確線性引導(dǎo)系統(tǒng)、裁切位置定位精度達(dá)0.01mm，推紙器最高速度為30m/min。近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)切紙機(jī)已形成品種、規(guī)格齊全的系列產(chǎn)品。上海申威達(dá)公司的SQZK程控切紙機(jī)是國(guó)內(nèi)切紙機(jī)最高水平的代表。其外觀、功能、安全性、穩(wěn)定性已達(dá)到國(guó)際90年代中期水平，是采用模塊化設(shè)計(jì)的集電腦程序、機(jī)、電、液、氣于一體的技術(shù)密集型智能切紙機(jī)?？刂葡到y(tǒng)采用1.04英寸彩色顯示屏電腦，軟盤驅(qū)動(dòng)，可以進(jìn)行裁切數(shù)據(jù)的傳遞或軟件升級(jí)，所存裁切數(shù)據(jù)容量巨大，可以人機(jī)對(duì)話，實(shí)現(xiàn)雙語(yǔ)(英、中)選擇；具有所需裁切尺寸的工作表及裁切線可視圖示功能。采用紙堆高度監(jiān)測(cè)裝置及辨刀感應(yīng)裝置，最大程度地減少了紙張空行程時(shí)間；采用滾珠絲杠使推紙器定位更快、更準(zhǔn)；在115cm以上尺寸機(jī)型上可選配廢邊清除裝置。當(dāng)壓紙器壓緊紙，前平板前移，使裁切時(shí)廢邊掉入廢紙箱，而后前平板與后平板再攏，使裁切現(xiàn)場(chǎng)清潔有調(diào)理。為了貫徹歐洲CE安全標(biāo)準(zhǔn)，申威達(dá)公司采取了多措施，以進(jìn)一步切紙機(jī)的安全性；強(qiáng)電方面采用了兩套PLC可編程控制器、12束紅外線光電保護(hù)裝置、無(wú)觸點(diǎn)感應(yīng)開(kāi)關(guān)、內(nèi)置式電子刀鎖等。應(yīng)該說(shuō)國(guó)產(chǎn)切紙機(jī)的進(jìn)步很快，這是有目共睹的。它已能滿足印刷、包裝等各方面的需求，但與國(guó)外著名切紙機(jī)仍有差距，主要表現(xiàn)在機(jī)器的性能、穩(wěn)定性、可靠性、故障頻率、切紙機(jī)配套設(shè)備等方面?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)切紙機(jī)配套工業(yè)整套水平跟不上世界科技發(fā)展的潮流，配套的電氣元件、電腦、液壓件、氣動(dòng)件等不能滿足要求。所以要真正使國(guó)產(chǎn)切紙機(jī)的穩(wěn)定性、可靠性得到根本提高，除了切紙機(jī)廠家自身努力之外，配套工業(yè)，尤其是電氣元件、液壓件等制造廠家必須提高其產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性。目前，國(guó)內(nèi)只有極少數(shù)廠家如申威達(dá)公司生產(chǎn)切紙機(jī)輔機(jī)(包括升降車、闖紙機(jī)、卸紙機(jī)等)。大多數(shù)廠家只生產(chǎn)切紙機(jī)主機(jī)，不能組成裁切生產(chǎn)線，而這也是我國(guó)切紙機(jī)工業(yè)與世界先進(jìn)水平的一大差距。據(jù)了解，Polar切紙機(jī)正朝著整體裁切系統(tǒng)取代單機(jī)裁切的方向發(fā)展，即將切紙機(jī)與輔助設(shè)備相互組合成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這不僅可以提高裁切質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，還可以大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。如果我們的切紙機(jī)想占領(lǐng)國(guó)外尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的市場(chǎng)，發(fā)展整體裁切系統(tǒng)是必不可少的。【4】1.2.2國(guó)內(nèi)外切紙機(jī)的差距（1）技術(shù)上的差距切紙機(jī)是風(fēng)險(xiǎn)性最大的機(jī)械產(chǎn)品之一，安全性是切紙機(jī)選購(gòu)和使用中的首要問(wèn)題。技術(shù)上的差距主要表現(xiàn)在設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性、成套性和自動(dòng)化程度方面。具體為：①速度低、輔助時(shí)間長(zhǎng)國(guó)產(chǎn)切紙機(jī)的裁切速度比國(guó)外低10%左右，推紙器速度比國(guó)外低30%-50%，裁切循環(huán)時(shí)間比國(guó)外長(zhǎng)約10%。②自動(dòng)化、聯(lián)動(dòng)化水平較低國(guó)外紙制品加工設(shè)備趨向全自動(dòng)、高速度、多功能化，形成擁有成套設(shè)備的多功能生產(chǎn)流水線而國(guó)內(nèi)切紙機(jī)目前還以單機(jī)為主,流水作業(yè)的廠家目前還不多。③質(zhì)精度和可靠性不夠進(jìn)口刀片換刀時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)36個(gè)小時(shí)，而有的國(guó)產(chǎn)刀片工作10多分鐘就需要換刀。④控制系統(tǒng)比較落后從控制系統(tǒng)來(lái)講，我國(guó)剛開(kāi)始使用PLC控制技術(shù),而國(guó)外已經(jīng)采用全線計(jì)算機(jī)控制。⑤成套性和適應(yīng)性較差國(guó)外裁切機(jī)多數(shù)都配備了品種繁多的周邊設(shè)備，形成以高檔切紙機(jī)為中心的裁切生產(chǎn)線，而我國(guó)僅有極少數(shù)廠家生產(chǎn)切紙機(jī)輔機(jī)（包括升降車、闖紙機(jī)、卸紙機(jī)等）,大多數(shù)廠家只生產(chǎn)切紙機(jī)主機(jī),不能組成裁切生產(chǎn)線。（2）國(guó)內(nèi)外切紙機(jī)的優(yōu)劣比較與國(guó)外切紙機(jī)相比,國(guó)內(nèi)切紙機(jī)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在中低端市場(chǎng)。一是同國(guó)外切紙機(jī)相比,國(guó)內(nèi)低廉的勞動(dòng)力成本使國(guó)產(chǎn)切紙機(jī)普遍具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)；二是雖然程控切紙機(jī)的市場(chǎng)份額正在逐步提升,但是程控切紙機(jī)的市場(chǎng)主要集中在歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)，在一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)一般切紙機(jī)的需求總要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)程控切紙機(jī)，包括在國(guó)內(nèi),數(shù)量龐大的中小型加工企業(yè)仍然占據(jù)了很大的市場(chǎng)，相比較程控切紙機(jī)動(dòng)輒十幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)元的價(jià)格,他們?cè)谫?gòu)買時(shí)容易傾向于價(jià)格低廉的一般液壓切紙機(jī)或機(jī)械式切紙機(jī)。而發(fā)達(dá)國(guó)家目前以生產(chǎn)先進(jìn)的數(shù)顯和程控式切紙機(jī)為主,并向裁切生產(chǎn)線方向發(fā)展，已不再生產(chǎn)機(jī)械式切紙機(jī),所以國(guó)產(chǎn)的普通液壓及機(jī)械式切紙機(jī)還具有一定的出口空間和消費(fèi)市場(chǎng)。國(guó)外切紙機(jī)的劣勢(shì)首先表現(xiàn)在價(jià)格方面，國(guó)產(chǎn)的程控切紙機(jī)大多在十幾萬(wàn)元到二十幾萬(wàn)元,而進(jìn)口的切紙機(jī)多則上百萬(wàn)元人民幣，價(jià)格相差懸殊。國(guó)外切紙機(jī)的另一個(gè)劣勢(shì)表現(xiàn)在售后服務(wù)方面，相對(duì)于購(gòu)買國(guó)內(nèi)自主品牌切紙機(jī)的用戶而言,國(guó)外切紙機(jī)的維修費(fèi)用高昂，并且對(duì)于一些國(guó)內(nèi)無(wú)法解決的維修項(xiàng)目必須等待國(guó)外維修人員進(jìn)行檢修，用戶必須為此付出更多的時(shí)間和金錢。最后，國(guó)外廠商一味生產(chǎn)高檔切紙機(jī)及其配套的輔助生產(chǎn)線,熱衷于引入JDF技術(shù)，但是JDF技術(shù)是一套將整個(gè)印刷供應(yīng)鏈進(jìn)行統(tǒng)一管理的工作單元格式。如果只有一段印前或印后流程,沒(méi)有前后段流程來(lái)支持JDF,即使擁有一臺(tái)裝上了JDF的切紙機(jī)也沒(méi)有任何實(shí)際作用。想要真正享受到采用JDF帶來(lái)的實(shí)惠,要求投資者不但要擁有從印前到印后的大部分生產(chǎn)線,還要有從訂單開(kāi)始到生產(chǎn)的管理系統(tǒng),除此之外還要愿意投資給所有印刷、印后設(shè)備都裝上昂貴的JDF接口。這只有少數(shù)幾家實(shí)力雄厚的大印刷機(jī)構(gòu)才能做得到。由此可以看出國(guó)外切紙機(jī)主要追求高端市場(chǎng),而退出或放棄中低端市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)?！?】1.3課題研究的目的和意義隨著我國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)以及科技的不斷發(fā)展，大大小小的印刷企業(yè)如雨后春筍般遍布我國(guó)大江南北，對(duì)高性能的切紙機(jī)的需求不言而喻；同時(shí)，通過(guò)國(guó)內(nèi)外切紙機(jī)技術(shù)差距的研究表明，我國(guó)自主研發(fā)的切紙機(jī)相對(duì)來(lái)說(shuō)仍然較為落后，在技術(shù)等等方面仍然亟需提高和完善。因此，在國(guó)內(nèi)外印刷行業(yè)迅猛發(fā)展的大背景下，高性能切紙機(jī)的研發(fā)生產(chǎn)成為了行業(yè)發(fā)展的迫切要求。經(jīng)查找、閱讀大量關(guān)于切紙機(jī)及可編程邏輯控制器控制技術(shù)的文獻(xiàn)、資料等，在對(duì)平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制作過(guò)程中，不僅要保證該系統(tǒng)的控制性能，同時(shí)要考慮控制電器性價(jià)比、系統(tǒng)工作過(guò)程等等方面；從而最大程度地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控人員少、生產(chǎn)時(shí)間短、操作控制方便、加工工序少、產(chǎn)品質(zhì)量高和適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)需求。本次課題的研究和設(shè)計(jì)對(duì)切紙機(jī)性能的提高和完善以及自動(dòng)化程度具有重要的實(shí)踐意義。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上遍布著各式各樣的切紙機(jī)，應(yīng)用廣泛，種類繁多，但是許多切紙機(jī)的技術(shù)水平相對(duì)還比較落后，而本課題所研究的基于PLC可編程邏輯控制器電氣自動(dòng)化控制的切紙機(jī)能夠在一定程度上適應(yīng)印刷行業(yè)的生產(chǎn)需求。1.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù)平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及制作分為兩個(gè)主要部分：系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和控制程序的編寫，即硬件和軟件的設(shè)計(jì)；這也是本課題最重要、最關(guān)鍵的問(wèn)題。1.4.1硬件部分平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)的硬件主要分為六大部分，即主電路控制部分、接紙升降臺(tái)控制部分、斷紙檢測(cè)部分、紙張計(jì)數(shù)部分、電壓監(jiān)測(cè)保護(hù)部分以及電流監(jiān)測(cè)保護(hù)部分。主電機(jī)和接紙升降臺(tái)部分由電機(jī)及相關(guān)的低壓控制電器構(gòu)成；斷紙檢測(cè)和紙張計(jì)數(shù)部分由光電開(kāi)關(guān)構(gòu)成，它們分別對(duì)經(jīng)過(guò)傳送帶的紙以及經(jīng)切好的紙張進(jìn)行光感應(yīng)，從而檢測(cè)是否斷紙和紙張數(shù)目；電壓監(jiān)測(cè)部分主要由電壓變送器構(gòu)成，電源線路的電壓經(jīng)過(guò)電壓變送器接入PLC可編程邏輯控制器的A/D模塊，并與內(nèi)部的設(shè)定值進(jìn)行比較，從而判斷是否欠壓或者過(guò)壓，最終決定是否輸出保護(hù)動(dòng)作，確保系統(tǒng)正常工作；電流監(jiān)測(cè)部分主要由電流互感器構(gòu)成，將其接入主電機(jī)線路以及PLC可編程邏輯控制器的A/D模塊，監(jiān)測(cè)到的主電機(jī)線路電流經(jīng)電流變送器輸入PLC，并與內(nèi)部的設(shè)定值進(jìn)行比較，從而判斷主電機(jī)是否過(guò)流，最終決定是否輸出保護(hù)動(dòng)作，確保主電機(jī)正常工作。將這幾個(gè)部分繪制成系統(tǒng)主電路圖和PLC的I/O接線圖，最后選擇相關(guān)元器件，布置安裝一個(gè)相對(duì)完整的電氣控制柜模擬樣機(jī)。1.4.2軟件部分軟件部分主要是平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)的控制程序的編寫，其中的難點(diǎn)在于如何編寫PLC可編程邏輯控制器A/D模塊的控制程序，這也是本系統(tǒng)控制電路的關(guān)鍵部分。這部分的編程包括電壓監(jiān)測(cè)和電流監(jiān)測(cè)兩個(gè)方面；就如前面所述的一樣，電壓和電流監(jiān)測(cè)室通過(guò)電壓和電流變送器將監(jiān)測(cè)到的電路的電壓和電流值經(jīng)轉(zhuǎn)化后與PLC可編程邏輯控制器A/D模塊內(nèi)部的設(shè)定值進(jìn)行比較，然后做出相關(guān)的控制動(dòng)作，以保證系統(tǒng)的正常工作。初次編好的程序經(jīng)過(guò)多次調(diào)試修改后，便得出系統(tǒng)的最終控制程序。在安裝電氣柜時(shí)經(jīng)過(guò)與制作出的硬件電路進(jìn)行連接、安裝、調(diào)試，形成一個(gè)相對(duì)較為完整的平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)。2平板切紙機(jī)電氣控制設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定性好、可靠性高、成套性和適應(yīng)性好以及精度高和自動(dòng)化程度高的相對(duì)完整的平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，由于技術(shù)、知識(shí)儲(chǔ)備等主觀及客觀因素的制約，本人只針對(duì)平板切紙機(jī)工作流程的核心部分，即切紙和接紙升降臺(tái)兩個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)及制作。一卷卷的紙張?jiān)诩埻采细鶕?jù)客戶的需求經(jīng)過(guò)切紙刀裁切成各種規(guī)格的紙張。此切紙機(jī)中，切紙刀和送紙滾筒等用一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)，形成同步工作，保證裁切出來(lái)的紙張的精度。該系統(tǒng)的電氣控制方案的設(shè)計(jì)就是根據(jù)課題要求對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)，并選擇最佳的硬件電路以及控制程序來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。硬件電路的設(shè)計(jì)是經(jīng)過(guò)對(duì)課題設(shè)計(jì)要求的詳細(xì)研讀、分析，查閱各種低壓控制電器的相關(guān)介紹資料，繪出主電路及控制電路圖，分析、計(jì)算并選擇適合的電動(dòng)機(jī)、低壓斷路器、交流接觸器、繼電器、互感器、變送器及電纜線等主要電器或元件的功率、型號(hào)、等級(jí)等具體的參數(shù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)制作硬件電路，安裝在一個(gè)電氣控制柜上，從而實(shí)現(xiàn)課題要求的硬件設(shè)計(jì)；控制程序的設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)可編程邏輯控制器的編程介紹的深入學(xué)習(xí)后，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試、修改、從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件電路的控制，最終制作完成一個(gè)相對(duì)完整的平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)。2.1平板切紙機(jī)的組成及工藝流程切紙機(jī)主要有上紙機(jī)構(gòu)、退卷、張力調(diào)節(jié)輥、反曲、喂紙/切紙、廢紙收集和接紙升降臺(tái)組成。見(jiàn)圖2.1。張力調(diào)節(jié)輥張力調(diào)節(jié)輥反曲機(jī)構(gòu)上紙機(jī)構(gòu)喂紙/切紙廢紙收集傳送帶升降臺(tái)圖2.1切紙機(jī)的結(jié)構(gòu)圖切紙機(jī)生產(chǎn)流程為：大約1~5卷的卷筒紙，經(jīng)上紙機(jī)構(gòu)裝置于退紙架上，開(kāi)卷后首次經(jīng)過(guò)引紙輥、導(dǎo)輥、喂紙輥、切紙輥輸送牽引，壓上喂紙輥；啟動(dòng)切紙機(jī)，成卷的白紙?jiān)谖辜堓佭B續(xù)不斷的拉動(dòng)下前進(jìn)，經(jīng)縱切/橫切刀分切成客戶要求的紙寬、紙長(zhǎng)后，由傳送帶輸送到升降臺(tái)，堆積成紙剁，隨著紙張的不斷進(jìn)入，紙剁也在不斷升高，達(dá)到一定張數(shù)時(shí)，接紙臺(tái)下降一段距離，直到最低位置停止。切紙張數(shù)由反射式光電開(kāi)關(guān)提供，下降距離定時(shí)控制，上述過(guò)程反復(fù)進(jìn)行。【6】2.2設(shè)計(jì)要求根據(jù)課題的要求，此設(shè)計(jì)的平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，卷紙經(jīng)牽引、傳送依次通過(guò)切紙刀并被裁切，斷紙光電開(kāi)關(guān)工作，監(jiān)測(cè)是否斷紙并伴有聲光報(bào)警；紙張計(jì)數(shù)光電開(kāi)關(guān)也同時(shí)工作，計(jì)算裁切后的紙張數(shù)量，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量后自動(dòng)控制升降臺(tái)下降一定距離，當(dāng)紙張高度達(dá)到百分之九十紙高時(shí)發(fā)出聲音和指示燈提示搬紙；當(dāng)供電電路欠壓或過(guò)壓及主電機(jī)電路過(guò)流時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)斷開(kāi)電源并伴有聲光報(bào)警，保證系統(tǒng)的器件安全及正常工作。以上功能歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：（1）系統(tǒng)正常運(yùn)行，卷紙經(jīng)牽引至切刀被裁切成要求的規(guī)格，經(jīng)傳送至升降臺(tái)，計(jì)數(shù)光電開(kāi)關(guān)計(jì)算紙張的數(shù)量，升降臺(tái)定期下降，當(dāng)紙剁達(dá)到一定高度時(shí)，升降臺(tái)發(fā)出聲光搬紙?zhí)崾?，完成切紙流程。?）在卷紙被裁切前，由斷紙光電開(kāi)關(guān)對(duì)斷紙信號(hào)進(jìn)行采集，當(dāng)出現(xiàn)斷紙時(shí)，迅速發(fā)出聲光報(bào)警響應(yīng)，保證切紙流水線的連續(xù)性。（3）當(dāng)電源線路電壓大于1.15倍額定電壓時(shí)，系統(tǒng)迅速切斷總電源開(kāi)關(guān)并同時(shí)伴有聲光報(bào)警。（4）當(dāng)電源線路電壓小于0.75倍額定電壓時(shí)，系統(tǒng)迅速切斷總電源開(kāi)關(guān)并同時(shí)伴有聲光報(bào)警。（5）當(dāng)主電機(jī)線路電流大于1.05倍額定電流時(shí)，系統(tǒng)迅速切斷主電路開(kāi)關(guān)并同時(shí)伴有聲光報(bào)警。2.3設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)對(duì)課題的詳細(xì)研讀，并查閱大量相關(guān)的文獻(xiàn)資料后，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路為：首先，接通電源前，電源線路電壓經(jīng)電壓變送器輸入PLC的A/D模塊與內(nèi)部設(shè)定值比較，若電源電壓小于0.75倍額定電壓或者大于1.15倍額定電壓，則系統(tǒng)無(wú)法接通并伴有聲光報(bào)警，若電源電壓正常，則系統(tǒng)通電；主電機(jī)啟動(dòng)后，若主電路電流大于1.05倍額定電流，主電機(jī)斷電停止并伴有聲光報(bào)警，反之，主電機(jī)正常運(yùn)行，系統(tǒng)進(jìn)行正常的切紙流程；當(dāng)紙帶出現(xiàn)斷紙時(shí)，在傳動(dòng)帶上的斷紙光電開(kāi)關(guān)將信號(hào)輸入PLC中，PLC處理后響應(yīng)輸出動(dòng)作，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，若無(wú)斷紙，則系統(tǒng)正常運(yùn)行，進(jìn)行后續(xù)工作；切好的紙張經(jīng)過(guò)紙張計(jì)數(shù)光電開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)檢測(cè)到后自動(dòng)對(duì)紙張進(jìn)行計(jì)數(shù)，每達(dá)到一定數(shù)量，接紙升降臺(tái)下降一定時(shí)間，當(dāng)最后紙張厚度達(dá)到一定高度時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)PLC發(fā)出聲光搬紙?zhí)崾緞?dòng)作。將上述過(guò)程劃分為四部分：信號(hào)采集、輸入處理、輸出控制、動(dòng)作響應(yīng)。信號(hào)采集：電壓和電流變送器監(jiān)測(cè)并采集電源及主電路電壓或者電流的實(shí)時(shí)值，根據(jù)系統(tǒng)所采用的電源電力線路380V電壓，應(yīng)當(dāng)選用0~500V的電壓變送器和0~5A的電流變送器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集。輸入處理：采集到的電壓或者電流等信號(hào)經(jīng)過(guò)必要的放大或縮小處理，與設(shè)定的信號(hào)值比較，這就需要能把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并進(jìn)行比較的裝置，系統(tǒng)采用的是可編程邏輯控制器的A/D模塊。輸出控制：通過(guò)設(shè)定的控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)要求的準(zhǔn)確操作，通過(guò)各方面的比較考慮，本次課題的設(shè)計(jì)采用的是PLC可編程邏輯控制器，從而可以實(shí)現(xiàn)精確控制。動(dòng)作響應(yīng)：將PLC的控制信號(hào)用實(shí)物模擬出準(zhǔn)確的動(dòng)作，本次課題的設(shè)計(jì)采用的是普通發(fā)光二極管和蜂鳴器作為聲光報(bào)警提示，安裝電氣柜時(shí)則采用電氣柜上的指示燈。2.3.1系統(tǒng)控制方案的選擇在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備及自動(dòng)化項(xiàng)目中，我們會(huì)遇到大量的開(kāi)關(guān)量、脈沖量等模擬量等控制裝置。如電機(jī)的啟動(dòng)與停止，電磁閥的開(kāi)閉，工件的位置、速度、加速度的測(cè)定，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)以及溫度、壓力、流量等物理量的設(shè)定和控制等等。傳統(tǒng)的工業(yè)控制主要由繼電器和分離的電子線路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種控制方式雖然造價(jià)便宜，但卻存在著不少弱點(diǎn)。僅適用于簡(jiǎn)單的邏輯控制，僅適用某種控制項(xiàng)目，缺乏通用性，一旦要實(shí)現(xiàn)改動(dòng)或者優(yōu)化，只能通過(guò)硬件的重新組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，工控行業(yè)比較有代表的控制方式主要有以下幾個(gè)類別:繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。[7]一、PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較[8]繼電器控制是采用硬接線邏輯.利用繼電器觸點(diǎn)的串、并聯(lián)及時(shí)間繼電器的延遲動(dòng)作來(lái)組成控制邏輯，其缺點(diǎn)是一個(gè)系統(tǒng)一旦確定就很難輕易再改動(dòng)。如果要在現(xiàn)場(chǎng)做一些更改和擴(kuò)展更是難以實(shí)行。而PLC是利用其內(nèi)部的存儲(chǔ)器以數(shù)據(jù)形式將控制邏輯存儲(chǔ)起來(lái)的，所以只要改變PLC內(nèi)存儲(chǔ)器的內(nèi)容，也就可以實(shí)現(xiàn)更改控制邏輯的目的。對(duì)于PLC來(lái)講，只要用PLC配備的編程器在現(xiàn)場(chǎng)就可以完成更改。至于PLC對(duì)外部的聯(lián)系，只有I/O點(diǎn)，只要輸入輸出對(duì)象不變，就無(wú)須對(duì)硬接線作任何改動(dòng)。二、PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)比較雖然單片機(jī)的配置較微機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本也較易接受，但它仍然不是為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的。同樣存在著編程難、不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性仍較差，成本高等缺點(diǎn)。盡管其有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，但工業(yè)控制大都為開(kāi)關(guān)量控制，所以其長(zhǎng)處仍得不到發(fā)揮。在很大程度上，PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，其編程語(yǔ)言也比單片機(jī)編程語(yǔ)言更加簡(jiǎn)單可靠。因此，它具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。一般說(shuō)來(lái)單片機(jī)或單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用只是為某個(gè)特定的產(chǎn)品服務(wù)的。其通用性、兼容性和擴(kuò)展性都比較差。[9]三、PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較PLC是專為工業(yè)控制所設(shè)計(jì)的；而微型計(jì)算機(jī)是為科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等而設(shè)計(jì)的，盡管兩者在技術(shù)上都采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，但由于使用對(duì)象和環(huán)境的不同，PLC較之微機(jī)系統(tǒng)具有面向工業(yè)控制、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)工程現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度環(huán)境、輸入、輸出一般采用“光一電”隔離技術(shù)，并配備有可承受較大負(fù)載的繼電器或可控硅(也有用晶體管)輸出部件，一般可以直接驅(qū)動(dòng)小型電機(jī)等負(fù)載。此外，使用面向工業(yè)控制的專用語(yǔ)言而使編程及修改更加方便，并有較完善的監(jiān)控功能。而微機(jī)系統(tǒng)則不具備上述特點(diǎn)，一般對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求苛刻，使用高級(jí)語(yǔ)言編程，要求使用者有相當(dāng)水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。此外，微機(jī)系統(tǒng)的外設(shè)配備較多，有些對(duì)工業(yè)控制并非必需。因此PLC顯然較微機(jī)系統(tǒng)更適合于工業(yè)控制。【10】2.3.2系統(tǒng)控制方案的確定通過(guò)分析比較，綜合來(lái)說(shuō)，隨著PLC成本的下降和生產(chǎn)設(shè)備對(duì)控制要求的不斷提高，使用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)越來(lái)越成為發(fā)展趨勢(shì)。無(wú)論是與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，還是與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或者專用于控制的單片機(jī)控制系統(tǒng)相比，在工業(yè)控制方面PLC控制系統(tǒng)都表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。PLC控制系統(tǒng)具有使用壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低、工作周期短、操作快捷方便、功能多而強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代工業(yè)控制裝置的理想選擇。3平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主電路采用的是兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，分別為切紙主電機(jī)和接紙升降電機(jī)，它們由一臺(tái)PLC進(jìn)行控制。PLC通過(guò)I/O接口以及A/D模塊進(jìn)行信號(hào)輸入處理和輸出控制，I/O接口連接總電源開(kāi)閉、電動(dòng)機(jī)啟停、聲光報(bào)警及電氣柜控制等輸入輸出按鈕及外圍設(shè)備。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。升降電機(jī)M升降電機(jī)M3~M3~M3~M3~CPUI/O模塊A/D模塊電壓/電流變送器電磁調(diào)速裝置PLC變速箱聲光報(bào)警等電氣控制柜主電機(jī)圖3.1硬件結(jié)構(gòu)圖3.1系統(tǒng)主要電氣設(shè)備在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了提高平板切紙機(jī)電氣系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)及其自動(dòng)化程度，就需要有自動(dòng)控制器件，例如自動(dòng)接紙等；同時(shí)要有保護(hù)裝置，例如欠壓、過(guò)壓保護(hù)，主電機(jī)過(guò)流保護(hù)等，并伴有聲光報(bào)警。因此也會(huì)需要較多的電氣元件，比如電動(dòng)機(jī)、斷路器、交流接觸器、繼電器、互感器、電量變送器、電纜線等，還需要有PLC可編程邏輯控制器，這就涉及到了元器件的選擇問(wèn)題，下面就系統(tǒng)的元器件進(jìn)行介紹。3.1.1電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)，稱為電動(dòng)機(jī)（Motor）。電動(dòng)機(jī)按照使用電源的不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類；交流電動(dòng)機(jī)又分為單相和三相的，同步和異步的。交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用較為普遍，尤其是異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、維護(hù)方便、價(jià)格便宜和工作可靠等。電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)大部分采用的是交流電動(dòng)機(jī)。（1）滑差電動(dòng)機(jī)滑差電動(dòng)機(jī)又稱電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，它是一種恒轉(zhuǎn)矩交流無(wú)級(jí)變速電動(dòng)機(jī)。它的特點(diǎn)是在籠型異步電動(dòng)機(jī)軸上裝有一個(gè)電磁滑差離合器，并由晶閘管控制裝置控制離合器勵(lì)磁繞組的電流，改變這個(gè)電流就可以調(diào)節(jié)離合器的輸出轉(zhuǎn)速；由于它特性很軟，具有調(diào)速范圍廣、速度調(diào)節(jié)開(kāi)滑、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、控制功率小、有速度負(fù)反饋、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)機(jī)械特性硬度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在印刷機(jī)及訂書機(jī)、無(wú)線裝訂、高頻烘干聯(lián)動(dòng)機(jī)、鏈條鍋爐爐排控制中都得到廣泛應(yīng)用。滑差電動(dòng)機(jī)與測(cè)速發(fā)電機(jī)和控制裝置一起組成了交流無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。①工作原理[11]電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)由籠型異步電動(dòng)機(jī)、電磁離合器和控制裝置三部分組成；它由晶閘管控制裝置控制電磁離合器勵(lì)磁繞組的電流，改變勵(lì)磁電流，即可調(diào)節(jié)離合器的輸出轉(zhuǎn)速。電磁滑差離合器的主要部件是電樞、磁極和勵(lì)磁繞組，如圖3.2所示。電樞是由鐵磁材料制成的圓筒，它與籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸相連接，稱為主動(dòng)部分。磁極做成爪形結(jié)構(gòu)，裝在另一根軸上，稱為從動(dòng)部分。磁極上裝有勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組和磁極的組合稱為感應(yīng)子，被拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械就連接在感應(yīng)子的軸上。勵(lì)磁繞組的引線接于集電環(huán)上，通過(guò)電刷與直流控制電源接通。電樞與感應(yīng)子之間在機(jī)械上沒(méi)有任何聯(lián)系，隔有很小的空氣隙。當(dāng)勵(lì)磁繞組中通入直流電流時(shí)，磁極便形成很多對(duì)S、N極，磁通通過(guò)電樞與感應(yīng)子形成閉合磁路。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)離合器的電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞與磁極之間便有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，電樞切割感應(yīng)子所建立的磁通，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，電樞上將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于電樞是整塊的鑄鋼做成，因而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在電樞內(nèi)產(chǎn)生渦流。渦流在感應(yīng)子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受力，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，于是離合器的從動(dòng)部分便跟著電樞（主動(dòng)部分）旋轉(zhuǎn)起來(lái)。前者的速度要低于后者，因?yàn)橹挥挟?dāng)電樞與磁極存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電樞才可能切割磁力線，才有感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。66134521-原動(dòng)機(jī)2-工作氣隙3-主軸4-輸出軸5-磁極6-電樞圖3.2電磁滑差離合器結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)從動(dòng)部分轉(zhuǎn)矩帶有一定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流的大小就決定了從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)矩的高低。勵(lì)磁繞組電流愈大，則感應(yīng)子所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度愈強(qiáng)，電磁轉(zhuǎn)矩將大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)部分加速，使電樞與磁極之間有相對(duì)轉(zhuǎn)速減小，電樞內(nèi)感應(yīng)的感應(yīng)電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩也減小，直至電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，從動(dòng)部分在一個(gè)比原轉(zhuǎn)速較高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行，反之，減小勵(lì)磁電流，則負(fù)載轉(zhuǎn)速降低?？梢?jiàn)，只要平滑地調(diào)節(jié)電磁離合器的勵(lì)磁電流，則可實(shí)現(xiàn)負(fù)載的無(wú)級(jí)調(diào)速。②電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指其輸出軸上的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系。為了提高電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度，擴(kuò)大調(diào)速范圍，滑差電動(dòng)機(jī)采用帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。由安裝在電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)輸出軸上的測(cè)速測(cè)試發(fā)電機(jī)，將實(shí)際運(yùn)行速度與設(shè)定速度進(jìn)行比較，按速度偏差值控制電壓來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，從而調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩，可以得到速度變化率較小的硬機(jī)械特性，見(jiàn)圖3.3。nnTTN10%TN0圖3.3采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋后電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性③電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)經(jīng)過(guò)查閱大量關(guān)于電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的資料，并結(jié)合課題要求，YCT系列電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)對(duì)于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是較好的選擇，經(jīng)分析選擇型號(hào)為YCT160-4A的電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)作為系統(tǒng)的主電機(jī)，其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3.1。表3.1YCT系列（聯(lián)合設(shè)計(jì)）電磁調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定轉(zhuǎn)矩/調(diào)速范圍/（r/min）轉(zhuǎn)速變化率（s）拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率/kW額定電壓/V額定電流/A額定轉(zhuǎn)速(r/min)YCT160-4A14.121250～1253%Y100L1-42.23805.01420④主電機(jī)啟動(dòng)選擇三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法有直接啟動(dòng)、減壓?jiǎn)?dòng)和軟啟動(dòng)三種；減壓?jiǎn)?dòng)又包括電阻減壓或電抗減壓?jiǎn)?dòng)、自耦減壓?jiǎn)?dòng)、星形-三角形啟動(dòng)及延邊三角形啟動(dòng)。對(duì)于Y系列電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，容量大于4KW時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用星形-三角形減壓?jiǎn)?dòng)，若容量小于4KW時(shí)，則應(yīng)采用直接啟動(dòng)。根據(jù)本系統(tǒng)選擇的主電機(jī)，啟動(dòng)方法采用直接啟動(dòng)方法。（2）Y系列電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)分析，本系統(tǒng)選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)作為接紙升降電機(jī)。Y系列電動(dòng)機(jī)是全封閉自冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，具有高效、節(jié)能、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、噪聲小、可靠性高、壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于一般無(wú)特殊要求的機(jī)械設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、水泵、機(jī)床、攪拌機(jī)等。額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。功率3kW及以下為Y接法；其它功率均為△接法。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，先將定子繞組接成星形，此時(shí)加在每相繞組上的電壓是電源電壓的根號(hào)三分之一倍，約為220V。電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)后，再改接為三角形聯(lián)結(jié)，此時(shí)電機(jī)的端電壓為額定值。升降電機(jī)控制的是接紙臺(tái)的上升和下降，本課題設(shè)計(jì)的升降臺(tái)擬升降距離約為1000mm左右，經(jīng)分析比較，本系統(tǒng)選用的升降電機(jī)型號(hào)為Y90S-4，采用直接啟動(dòng)。它的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3.2。表3.2Y90S-4型鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)功率千瓦（kW）額定電壓（V）額定電流（A）額定轉(zhuǎn)速（rpm）效率（%）功率因數(shù)（）絕緣等級(jí)Y90S-41.13802.7140078.00.78B3.1.2可編程邏輯控制器（PLC）可編程邏輯控制器(PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下工作而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、靈活性好、編程簡(jiǎn)單、維修方便及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，具有比一般計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的I/O接口，具有更適合于控制要求的編程語(yǔ)言和更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾能力。因此，與其他控制器相比較它更適合工業(yè)控制和市場(chǎng)的要求。其主要功能有：數(shù)據(jù)采集與輸出、控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、輸入/輸出信號(hào)調(diào)制功能、通信、聯(lián)網(wǎng)功能、支持人機(jī)界面功能等。（1）PLC的選擇根據(jù)課題要求及主客觀條件，本次設(shè)計(jì)采用的是日本三菱公司型號(hào)為FX2N-64MR-001的PLC，以下是它的主要性能指標(biāo)[12]：電源電壓：AC100～240V，50/60Hz電壓允許范圍：AC85～264V功率（V*A）：60允許瞬間斷電時(shí)間：對(duì)于10ms以下的瞬間斷電，控制動(dòng)作不受影響輸入電壓：DC24V程序語(yǔ)言：繼電器符號(hào)+梯形圖（SFC）程序容量：8K步RAM輸入點(diǎn)形式：直流輸出點(diǎn)形式：繼電器輸出（2）A/D模塊的選擇本次設(shè)計(jì)采用的A/D模塊同樣也是三菱公司的產(chǎn)品，型號(hào)為FX2N-4AD的模擬量輸入特殊擴(kuò)展模塊，作用是將模擬量輸入并轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送到PLC，PLC便可像處理開(kāi)關(guān)量一樣地處理輸入的模擬量。FX2N-4AD的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3.3。表3.3FX2N-4AD性能指標(biāo)項(xiàng)目電壓輸入電流輸入4通道模擬量輸入，通過(guò)輸入端子變換可選電壓或電流輸入模擬量輸入范圍DC-10V~+10V（輸入電阻200KΩ）絕對(duì)最大輸入±15VDC-20mA~20mA（輸入電阻250Ω）絕對(duì)最大輸入±32mA數(shù)字量輸出范圍帶符號(hào)位的16位二進(jìn)制（有效數(shù)值11位）。數(shù)值范圍-2048~+2047分辨率5mV（10V*1/2000）20μA（20mA*1/1000）總體精度±1%（在-10V~10V范圍）±1%（在-20mA~20mA范圍）轉(zhuǎn)換速度15ms/通道（常速），6ms/通道（高速）模擬量電源DC24V±10%55mA3.1.3相關(guān)電氣設(shè)備【13】（1）隔離開(kāi)關(guān)隔離開(kāi)關(guān)是一種既有手動(dòng)開(kāi)關(guān)作用，又能自動(dòng)進(jìn)行失壓、欠壓、過(guò)載、和短路保護(hù)的電器。它可用來(lái)分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開(kāi)關(guān)與過(guò)/欠熱繼電器等的組合；而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考?，因此也獲得了廣泛的應(yīng)用。綜合來(lái)講，其主要功能為帶負(fù)荷分?jǐn)嗪徒油ň€路。刀閘的主要特點(diǎn)是無(wú)滅弧能力，只能在沒(méi)有負(fù)荷電流的情況下分、合電路。在選用隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，其額定電壓和額定電流均應(yīng)大于所控負(fù)載電路額定電壓與額定電流。此外，隔離開(kāi)關(guān)的刀片數(shù)、通斷能力等參數(shù)都應(yīng)符合被控負(fù)載電路的要求。(2)低壓斷路器低壓斷路器又稱自動(dòng)開(kāi)關(guān)或自動(dòng)空氣斷路器。按結(jié)構(gòu)分為：萬(wàn)能式和塑殼式；按使用類別分為：選擇型和非選擇型；按滅弧介質(zhì)分為：油浸式、真空式和空氣式；按動(dòng)作速度分為：快速型和普通型；按極數(shù)分為：?jiǎn)渭?jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)等；按安裝方式分為：插入式、固定式和抽屜式等。低壓斷路器主要根據(jù)以下幾點(diǎn)來(lái)選擇：①確定額定工作電壓和額定電流：低壓斷路器的額定電壓UC和額定電流Ic，應(yīng)分別不低于線路與設(shè)備的額定電壓和額定電流或計(jì)算電流。②確定長(zhǎng)延時(shí)脫扣器整定電流Ir1:所選斷路器的長(zhǎng)延時(shí)脫扣器整定電流Ir1應(yīng)大于等于線路的計(jì)算負(fù)載電流，可按計(jì)算負(fù)載電流的1~1.1倍確定；同時(shí)應(yīng)大于線路導(dǎo)體長(zhǎng)期允許電流的0.8~1倍。③確定瞬時(shí)或短路延時(shí)脫扣器的整定電流Ir2：所選斷路器的瞬時(shí)或短延時(shí)脫扣器整定電流Ir2應(yīng)大于線路尖峰電流。一般來(lái)說(shuō)，選用低壓斷路器的額定電流為電機(jī)額定電流的2倍。（3）接觸器接觸器是一種用來(lái)頻繁接通或斷開(kāi)交直流主電路及大容量控制電路的自動(dòng)切換電器。它是利用電磁吸力和彈簧反作用配合動(dòng)作而使觸頭閉合或分?jǐn)嗟囊环N電器，還具有低壓釋放保護(hù)的功能，具有控制容量大，可遠(yuǎn)距離操作，配合繼電器可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作，聯(lián)鎖控制，各種定量控制和失壓及欠壓保護(hù)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，其主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)。接觸器按控制電流的種類可分為交流接觸器和直流接觸器。在此主要介紹比較常用的交流接觸器。接觸器主要依據(jù)以下幾點(diǎn)來(lái)選擇：=1\*GB3①根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇接觸器的類型；=2\*GB3②額定電壓應(yīng)大于或等于主電路工作電壓；=3\*GB3③額定電流應(yīng)大于或等于被控電路的額定電流；對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，可按下面的公式計(jì)算：（3-1）k取1.3至1.5，本文中k統(tǒng)一取1.3=4\*GB3④吸引線圈的額定電壓及頻率要與所在控制電路的電壓和頻率一致。（4）熱繼電器在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，當(dāng)三相交流電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)長(zhǎng)期帶負(fù)荷欠電壓下運(yùn)行、長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行以及長(zhǎng)期單相運(yùn)行等不正常情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組嚴(yán)重過(guò)熱甚至燒壞，為了充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，保證電動(dòng)機(jī)的正常起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載時(shí)又能自動(dòng)切斷電路，從而出現(xiàn)了能隨過(guò)載程度而改變動(dòng)作時(shí)間的電器，這就是熱繼電器；它是利用測(cè)量元件被加熱到一定程度而動(dòng)作的一種繼電器。熱繼電器的技術(shù)參數(shù)主要有額定電壓、整定電流、相數(shù)、熱元件編號(hào)及整定電流調(diào)節(jié)范圍等。熱繼電器的整定電流是指熱繼電器的熱元件允許長(zhǎng)期通過(guò)又不致引起電機(jī)過(guò)熱的電流值。選用熱繼電器時(shí)，主要是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的使用場(chǎng)合和額定電流來(lái)確定熱繼電器的型號(hào)及熱元件的額定電流等級(jí)，在不頻繁起動(dòng)場(chǎng)合，要保證熱繼電器在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中不產(chǎn)生誤動(dòng)作，通?？砂措妱?dòng)機(jī)的額定電流選取熱繼電器。對(duì)于三角形連接的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選擇帶斷相保護(hù)功能的熱繼電器。（5）連接導(dǎo)線的選擇選擇導(dǎo)線主要就是選擇導(dǎo)線截面，一般應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度要求、導(dǎo)線允許載流量和線路電壓損失要求三個(gè)基本原則來(lái)選擇導(dǎo)線截面。制造商根據(jù)導(dǎo)線的容許溫升，制定了各類導(dǎo)線在不同敷設(shè)條件下的持續(xù)容許電流表，在選擇導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線中通過(guò)的電流不允許超過(guò)表3.4中的規(guī)定。本系統(tǒng)所用的導(dǎo)線都是以線路額定電流的1.5倍來(lái)選擇的。表3.4導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)導(dǎo)線標(biāo)稱截面（mm2）導(dǎo)線的持續(xù)容許電流（A）BX型銅芯橡皮線BLX型鋁芯橡皮線BV、BVR型銅芯塑料線BLV型鋁芯塑料線0.50.7518-16-121-19-1.5271924182.5352732254453542326584555421085657559161108510580251451101381053.2三相電源的電氣控制設(shè)計(jì)3.2.1三相電源電氣控制線路設(shè)計(jì)及說(shuō)明三相電源線路由隔離開(kāi)關(guān)及交流接觸器構(gòu)成線路的欠壓/過(guò)壓保護(hù)，電壓變送器分別對(duì)三相電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)采集，并通過(guò)PLC來(lái)發(fā)出控制信號(hào)控制電源的通斷。三相電源線路圖及PLC的I/O控制接線圖分別如圖3.4和附錄三所示。圖3.4三相電源線路圖PLC的控制工作過(guò)程為：首先合上隔離開(kāi)關(guān)QS，按下電源按鈕SB1,輸入X000閉合，輸出Y000及Y014接通，接觸器KM1線圈得電并自鎖，KM1主觸頭閉合，電源線路接通，指示燈亮；電壓變送器同時(shí)對(duì)三相電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將采集到的數(shù)據(jù)輸入A/D模塊，A/D模塊將此模擬量轉(zhuǎn)化成為數(shù)字量，通過(guò)與PLC內(nèi)部預(yù)設(shè)值比較，若線路電壓小于0.75倍額定電壓或大于1.15倍額定電壓，則接觸器KM1線圈失電，主觸頭斷開(kāi)，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。3.2.2三相電源控制線路主要設(shè)備參數(shù)計(jì)算和選擇選擇隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，其額定電壓和額定電流均應(yīng)大于所控負(fù)載電路額定電壓與額定電流。接觸器的額定電流應(yīng)大于或等于被控電路的額定電流，對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，通常按照1.3倍的電動(dòng)機(jī)額定電流來(lái)選擇。本系統(tǒng)中流過(guò)接觸器和連接導(dǎo)線的電流大小為：接觸器電流：IKM1＝1.3*（5+2.7）=10.01（A）連接導(dǎo)線電流：IL1＝1.5*（5+2.7）=11.25（A）根據(jù)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的設(shè)備，其型號(hào)見(jiàn)表3.5。表3.5三相電源線路主要設(shè)備型號(hào)電氣設(shè)備名稱電氣設(shè)備額定電流（A）電氣設(shè)備型號(hào)隔離開(kāi)關(guān)25HZ10-25接觸器16CJ20-16連接導(dǎo)線16BV型銅芯塑料線（0.75mm2表3.6CJ20-16交流接觸器主要技術(shù)參數(shù)[11]型號(hào)絕緣電壓（V）額定工作電壓Ue（V）約定發(fā)熱電流Ith（A）額定工作電流（AC-3）(A)額定控制功率（AC-3）(kW)額定操作頻率（AC-3）(次/h)動(dòng)作特性線圈控制功率（VA/W）起動(dòng)吸持CJ20-1669022016164.51200吸合電壓范圍0.8-1.1Us釋放電壓范圍0.2-0.7Us65147.88.5/2.6380167.512006601311600表3.7HZ10-25隔離開(kāi)關(guān)主要技術(shù)參數(shù)[14]型號(hào)額定電壓（V）額定電流（A）極限操作電流（A）極數(shù)額定電壓及電流下的通斷次數(shù)直流時(shí)間常數(shù)/s接通分?jǐn)唷?.8≥0.3≤0.0025≤0.01HZ10-25DC220.AC380251251083200001000020000100003.3主電機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì)3.3.1主電機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì)及說(shuō)明主電機(jī)電氣控制線路由自動(dòng)空氣斷路器、交流接觸器和熱繼電器構(gòu)成；電流變送器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主電機(jī)線路的電流，進(jìn)行主電機(jī)過(guò)流保護(hù)。主電機(jī)接線圖及PLC的I/O控制接線圖分別見(jiàn)圖3.5和附錄三。圖3.5主電機(jī)接線圖PLC的控制工作過(guò)程為：按下按鈕SB2，輸入端X001閉合，輸出端Y001、Y002同時(shí)接通，使接觸器KM2和KM3線圈得電并自鎖，接觸器KM2和KM3的主觸頭閉合，主電機(jī)得電直接起動(dòng)；同時(shí)，電磁抱閘YB線圈獲電，吸引銜鐵（動(dòng)鐵芯），使動(dòng)、靜鐵芯吸合，動(dòng)鐵芯克服彈簧拉力，迫使制動(dòng)杠桿向上移動(dòng)，從而使制動(dòng)器的閘瓦與閘輪分開(kāi)，取消對(duì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)。熱繼電器FR1接到輸入端X003，當(dāng)電機(jī)嚴(yán)重過(guò)熱時(shí)，熱繼電器FR1常閉觸頭斷開(kāi)，X003斷開(kāi)，Y001停止工作，接觸器KM2和KM3線圈失電，主電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)并被迅速制動(dòng)。按下停止按鈕SB3，接觸器KM2和KM3線圈失電，主電機(jī)斷電，電磁制動(dòng)器YB動(dòng)作，制動(dòng)器的閘瓦與閘輪閉合，使電機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。3.3.2主電機(jī)線路主要設(shè)備的計(jì)算和選擇一般選擇低壓斷路器的額定電流為為電機(jī)額定電流的2倍；熱繼電器的選擇通?？砂凑针妱?dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選取。流過(guò)線路各設(shè)備的電流大小為：低壓斷路器：IQF1＝2IN＝2*5＝接觸器：IKM2＝IKM3＝1.3IN＝1.3*5＝6.5（A）熱繼電器：IFR1＝IN＝5（A）導(dǎo)線：IL2=51.5=7.5（A）根據(jù)以上計(jì)算得到的數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的設(shè)備，其型號(hào)見(jiàn)表3.8。表3.8主電機(jī)線路主要設(shè)備型號(hào)電氣設(shè)備名稱電氣設(shè)備額定電流（A）電氣設(shè)備型號(hào)低壓斷路器25DZX7-25交流接觸器10CJ20-10熱繼電器20JR16-20/3D連接導(dǎo)線16BV型銅芯塑料線（1mm2）表3.9DZX7-25低壓斷路器主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)絕緣電壓/V額定電流/A額定短路分?jǐn)嗄芰?kA壽命（120次/h）控制電動(dòng)機(jī)功率(kW)380V660V機(jī)械壽命電壽命220V380V660VDZX7-256600.16,0.25,0.4,0.63,1.1,6,2.5,4,6.3,10,16,201.511000050005.51118.5表3.10CJ20-10交流接觸器主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)絕緣電壓（V）額定工作電壓Ue（V）約定發(fā)熱電流Ith（A）額定工作電流（AC-3）(A)額定控制功率（AC-3）(kW)額定操作頻率（AC-3）(次/h)動(dòng)作特性線圈控制功率（VA/W）起動(dòng)吸持CJ20-1069022010102.21200吸合電壓范圍0.8-1.1Us釋放電壓范同0.2-0.7Us65147.68.3/2.538010412006605.24600表3.11JR16-20/3D熱繼電器主要技術(shù)參數(shù)[15]型號(hào)額定電流/A熱元件適配的接觸器型號(hào)額定整定電流/A整定電流調(diào)節(jié)范圍/AJR16-20/3D20116.8～9.0～11CJX2-12~323.4升降電機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì)3.4.1升降電機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì)及說(shuō)明升降電機(jī)電氣控制線路由自動(dòng)空氣斷路器、交流接觸器及熱繼電器構(gòu)成；線路的通斷、升降電機(jī)的啟停及升降臺(tái)的上升和下降等由PLC輸出控制。升降電機(jī)接線圖和PLC的I/O控制接線圖分別見(jiàn)圖3.6和附錄三。圖3.6升PLC的控制過(guò)程如下：裁切好的紙張一張張往升降臺(tái)傳送，裝在傳送帶上的放射式光電開(kāi)關(guān)K2每檢測(cè)到一份紙張時(shí)，送往PLC輸入端口的開(kāi)關(guān)量就閉合一次并立即斷開(kāi)，即完成對(duì)一張紙的計(jì)數(shù)。紙張不斷往升降臺(tái)傳送，計(jì)數(shù)不斷累加，當(dāng)計(jì)數(shù)到預(yù)設(shè)的數(shù)量時(shí)，Y003接通，接觸器KM4得電吸合，升降電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)，帶動(dòng)升降臺(tái)緩慢下降，2秒后升降電機(jī)停轉(zhuǎn)，同時(shí)計(jì)數(shù)器清零，重新進(jìn)行計(jì)數(shù)。每計(jì)數(shù)一定數(shù)量的紙張，升降臺(tái)便下降一次，如此往復(fù)。紙剁也不斷升高，升降臺(tái)不斷下降，當(dāng)下降到最低位置且紙高達(dá)到預(yù)設(shè)紙高的90%時(shí)，Y011和Y012得電，發(fā)出搬紙聲光提示，工作人員將紙用叉車運(yùn)走。搬好之后，按下SB10按鈕，Y004得電，升降電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)升降臺(tái)上升，直到最高位置后停止。3.4.2升降電機(jī)線路主要設(shè)備的計(jì)算和選擇低壓斷路器、交流接觸器以及熱繼電器的選擇方法與前述基本相同；流過(guò)線路各設(shè)備的電流大小為：低壓斷路器：IQF2＝2IN＝2接觸器：IKM4＝IKM5＝1.3IN＝1.3*2.7＝3.51（A）熱繼電器：IFR2＝IN＝2.7（A）導(dǎo)線：IL3=1.5*2.7=4.05（A）根據(jù)以上計(jì)算得到的數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的設(shè)備，其型號(hào)見(jiàn)表3.12。表3.12升降電機(jī)線路主要設(shè)備型號(hào)電氣設(shè)備名稱電氣設(shè)備額定電流（A）電氣設(shè)備型號(hào)低壓斷路器25DZX7-25交流接觸器5CJ20-5熱繼電器3.5JR16-20/3D連接導(dǎo)線16BV型銅芯塑料線（1mm2）表3.13JR16-20/3D熱繼電器主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電流/A熱元件適配的接觸器型號(hào)額定整定電流/A整定電流調(diào)節(jié)范圍/AJR16-20/3D203.52.2～2.8～3.5CJX2-12~324平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)4.1電源欠壓或過(guò)壓及主電機(jī)過(guò)流保護(hù)的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，電源欠壓、過(guò)壓及主電機(jī)過(guò)流保護(hù)的控制是采用FX2N的特殊模塊FX2N-4AD模擬量輸入模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電源線路的電壓及主電機(jī)線路的電流經(jīng)過(guò)電壓/電流變送器采集，降壓處理后輸入該模塊，并將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，與PLC內(nèi)部預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，由PLC程序控制輸出動(dòng)作。當(dāng)電源電壓小于0.75倍額定電壓時(shí)，PLC輸出動(dòng)作，產(chǎn)生欠壓報(bào)警，電源線路斷開(kāi)，系統(tǒng)掉電；當(dāng)電源電壓大于1.15倍額定電壓時(shí)，PLC輸出動(dòng)作，產(chǎn)生過(guò)壓報(bào)警，電源線路斷開(kāi)，系統(tǒng)掉電；當(dāng)主電機(jī)線路電流大于1.05倍額定電流時(shí)，PLC輸出動(dòng)作，產(chǎn)生主電機(jī)過(guò)流報(bào)警，主電機(jī)線路斷開(kāi)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。4.1.1電量變送器【16】電量變送器變送器是一種將被測(cè)電量參數(shù)（如電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)等信號(hào)）轉(zhuǎn)換成直流電流、直流電壓并隔離輸出模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的裝置。它的優(yōu)點(diǎn)概括為：（1）不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響；（2）抗干擾能力強(qiáng)（3）工作誤差小，允許的電線長(zhǎng)度比電壓遙測(cè)系統(tǒng)更長(zhǎng)更遠(yuǎn)；（4）靈活性高，使用方便；（5）將4mA用于零電平，易于判斷開(kāi)路或傳感器損壞等問(wèn)題。三相電壓和電流變送器的選擇主要是根據(jù)被測(cè)線路的電壓和電流來(lái)決定的。經(jīng)過(guò)查找分析，選用的電壓變送器型號(hào)為JAVS-AC0～500，電流變送器型號(hào)為JAAS-AC0～5，它們的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4.1。表4.1三相電壓變送器和三相電流變送器技術(shù)參數(shù)【17】三相電壓變送器三相電流變送器型號(hào)JAVS-AC0～500JAAS-AC0～5輸入三相AC0～500V三相AC0～5A輸出DC-10～+10V，RL≤250DC+4～+20mA，RL≤250隔離輸出、電源三隔離輸出、電源三隔離響應(yīng)時(shí)間≤250ms≤250ms精度0.2級(jí)0.2級(jí)隔離電壓≥2500V≥2500V供電電壓AC220VAC220V4.1.2電流互感器電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成；它的一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測(cè)量的電流的線路中，因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過(guò)；二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測(cè)量?jī)x表和保護(hù)回路中，電流互感器在工作時(shí)，它的二次回路始終是閉合的，因此測(cè)量?jī)x表和保護(hù)回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。電流互感器一、二次額定電流之比，稱為電流互感器的額定互感比：KN=I1N/I2N因?yàn)橐淮尉€圈額定電流I1N己標(biāo)準(zhǔn)化，二次線圈額定電流I2N統(tǒng)一為5A，所以電流互感器額定互感比亦已標(biāo)準(zhǔn)化。KN還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數(shù)比，即KN=N2/N1，其中N1、N2為一、二線圈的匝數(shù)。本系統(tǒng)采用的電流互感器型號(hào)為L(zhǎng)MZJ1-0.5；該電流互感器為半封閉式澆絕緣，戶內(nèi)型產(chǎn)品；適用于交流50Hz，500V及以下線路，供電流、電能功率測(cè)量以及繼電保護(hù)用。4.1.3欠壓、過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)首先，將線路的電壓或者電流經(jīng)過(guò)三相電量變送器，并對(duì)它們進(jìn)行轉(zhuǎn)換。根據(jù)前面的選擇，電壓變送器的輸入電壓范圍為0~500V，輸出電流為DC-10~+10V；設(shè)定電網(wǎng)的額定電壓為380V，則過(guò)壓時(shí)的電壓=380*1.15=437V，欠壓時(shí)的電壓=380*0.75=285V，經(jīng)過(guò)三相電壓變送器后，其=4.37V，=2.85V，即輸入FX2N-4AD模擬量輸入模塊的過(guò)壓電壓為4.37V，欠壓電壓為2.85V。電流變送器的輸入電流范圍為0～5A

，輸出電流為DC+4～+20mA；本系統(tǒng)中主電機(jī)的額定電流為5A，那么過(guò)電流I1=5*1.05=5.25A，經(jīng)過(guò)三相交流互感器后I2=5.25*1/5=1.05A,再經(jīng)過(guò)三相電流變送器，經(jīng)變送器后輸入FX2N-4AD模擬量輸入模塊的過(guò)電流轉(zhuǎn)化為電壓量是1.05V。本系統(tǒng)中，F(xiàn)X2N-4AD模擬量輸入模塊的CH1通道和CH2通道作為電量變送輸入，通過(guò)編程由PLC輸出控制實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)過(guò)壓、欠壓和主電機(jī)過(guò)流的保護(hù)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，電源欠/過(guò)壓及主電機(jī)過(guò)流保護(hù)采用外部5V電源進(jìn)行模擬；0~5V電壓對(duì)應(yīng)的程序K值為0到1000；經(jīng)過(guò)計(jì)算，欠壓電壓對(duì)應(yīng)的K值是570，即K570；過(guò)壓電壓對(duì)應(yīng)的K值是874，即K874；主電機(jī)過(guò)流時(shí)的K值是375，即K375。4.2斷紙報(bào)警及紙張計(jì)數(shù)設(shè)計(jì)在卷紙送往切紙機(jī)的傳送帶中裝有一個(gè)光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)斷紙時(shí)，該開(kāi)關(guān)中的繼電器就動(dòng)作，使系統(tǒng)產(chǎn)生聲光報(bào)警。同樣，在裁切好的紙張傳送帶上也安裝有一個(gè)光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)每檢測(cè)到一張紙張時(shí)，它內(nèi)部的繼電器就動(dòng)作一次，如此往復(fù)，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合次數(shù)達(dá)到PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器設(shè)定的值時(shí)，PLC發(fā)出控制動(dòng)作，升降臺(tái)下降，最終直到最低位置，系統(tǒng)發(fā)出搬紙聲光提示。計(jì)數(shù)器可通過(guò)定時(shí)器復(fù)位或者人工進(jìn)行復(fù)位。光電開(kāi)關(guān)的工作原理為：光電開(kāi)關(guān)內(nèi)脈沖電源接通后，將產(chǎn)生一定頻率的點(diǎn)脈沖信號(hào)，此脈沖信號(hào)被送到投光器的固體紅外發(fā)光二極管上，即轉(zhuǎn)換為相同頻率的光脈沖信號(hào)，并由投光器發(fā)射出去。此時(shí)，如果被檢測(cè)物未進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，那么投光器發(fā)出的光脈沖信號(hào)就被受光器接受，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，又變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的電脈沖信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大后被送入控制門選通，再經(jīng)檢測(cè)后送入鑒別，若此時(shí)開(kāi)關(guān)的“動(dòng)作方式選擇”為“亮動(dòng)”，那么開(kāi)關(guān)的繼電器就動(dòng)作，電平輸出高電平（“1”信號(hào)）；若此時(shí)“動(dòng)作方式選擇”為“暗動(dòng)”，那么開(kāi)關(guān)中的繼電器就不動(dòng)作，電平輸出低電平（“0”信號(hào)）。亮動(dòng)的定義為：當(dāng)受光器接受到光時(shí)，繼電器動(dòng)作。暗動(dòng)的定義為：當(dāng)受光器接受到光時(shí)，繼電器不動(dòng)作。如果此時(shí)被檢測(cè)物體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，那么就會(huì)發(fā)生與上述情形完全相反的過(guò)程，這樣，就達(dá)到了檢測(cè)的目的[18]。4.3PLC程序設(shè)計(jì)在本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，PLC的主要任務(wù)是采集電源線路電壓、主電機(jī)電路電流，控制主電機(jī)和升降電機(jī)工作，PLC先對(duì)A/D模塊采集的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算比較，在不出現(xiàn)欠壓、過(guò)壓和過(guò)流故障時(shí)，啟動(dòng)主電機(jī)切紙，當(dāng)無(wú)斷紙時(shí)，進(jìn)行切紙后的紙張計(jì)數(shù)，并控制接紙臺(tái)的下降或上升。系統(tǒng)的控制程序編寫主要是電源欠壓、過(guò)壓及主電機(jī)過(guò)流保護(hù)程序的編寫，詳細(xì)程序見(jiàn)附錄一、二。PLC編程采用的是GXDeveloperversion8軟件；通過(guò)該軟件，用戶可以進(jìn)行系統(tǒng)的配置和程序的編寫、調(diào)試，在線診斷PLC硬件配置狀態(tài)、監(jiān)控PLC的運(yùn)行狀態(tài)和I/O通道狀態(tài)，以及A/D、D/A的在線狀態(tài)數(shù)據(jù)量。GXDeveloperversion8的編輯界面如圖4.1所示。圖4.1PLC編程環(huán)境5平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)模擬樣機(jī)設(shè)計(jì)與制作在完成了主電路、控制電路及程序的設(shè)計(jì)之后，將平板切紙機(jī)的主要電器、PLC可編程控制器、數(shù)據(jù)采集器件、各種輸入輸出顯示儀表安裝在同一個(gè)電氣控制柜中，制作成一個(gè)相對(duì)完整的平板切紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)模擬樣機(jī)。5.1系統(tǒng)模擬樣機(jī)的安裝（1）根據(jù)對(duì)課題要求以及繪制的電氣主電路圖等，選擇各種電器的參數(shù)及具體型號(hào)，在安裝過(guò)程中，本人結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的硬件條件，將相關(guān)電器元件進(jìn)行了整理、選擇，詳見(jiàn)表5.1。編號(hào)器件名稱型號(hào)數(shù)量1主電機(jī)和升降電機(jī)Y112M-22臺(tái)2低壓斷路器NM10-100/3302個(gè)3交流接觸器CJ20-252個(gè)CJ20-401個(gè)4熱繼電器R36-632個(gè)5隔離開(kāi)關(guān)M012B-2001/311個(gè)6電流互感器LMZJ1-0.52個(gè)7開(kāi)關(guān)按鈕和指示燈--若干8PLCFX2N-64MR-0011臺(tái)9A/D模擬量輸入模塊FX2N-4AD1臺(tái)10自制電路控制板--2塊11螺絲刀--2把12扳手--1把13尖嘴老虎鉗--1把14剪子--1把15萬(wàn)用表--1塊表5.1元器件明細(xì)表本系統(tǒng)采用0~5V的電源來(lái)代替電壓和電流變送器提供給PLC的A/D模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；由于實(shí)驗(yàn)室的部分電氣器件與設(shè)計(jì)所選器件型號(hào)有些差異，所以本人根據(jù)實(shí)際條件采用了控制功能相近的電器代替設(shè)計(jì)所需的電器。（2）根據(jù)設(shè)計(jì)選擇，電氣柜中安裝的電氣元件有：隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、交流接觸器、熱繼電器、交流互感器、PLC和端子板等。本人將相關(guān)的元器件進(jìn)行合理的排版后，設(shè)計(jì)出了電器布置圖，如圖5.1所示。 圖5.1電氣控制柜電器布置圖（3）根據(jù)設(shè)計(jì)好的電器布置圖，便可以進(jìn)行電氣柜的安裝。安裝原則為：先安裝主回路器件，再安裝控制回路器件，從上到下，從左到右，先后安裝。安裝時(shí)，應(yīng)該充分考慮電器元件之間的空間，以方便安裝和接線。（4）安裝好元器件后，便開(kāi)始接線，依次連接主回路導(dǎo)線和控制回路導(dǎo)線，安裝導(dǎo)線時(shí)分別套上U型號(hào)碼管，以方便區(qū)別和檢查，安裝的導(dǎo)線應(yīng)保持規(guī)整并置于線槽中封閉好。連線是電氣柜安裝的關(guān)鍵，也是較為繁雜的部分，需特別細(xì)心，以保證系統(tǒng)的安全和正常運(yùn)行。5.2系統(tǒng)模擬樣機(jī)的檢查安裝、接線完成后，必須對(duì)樣機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的檢查，尤其是接線的檢查。（1）主回路的檢查

①檢查電氣柜中安裝的器件以及接線是否正確，是否與設(shè)計(jì)的電氣主電路圖、控制接線圖一致；

②用萬(wàn)用表檢測(cè)主回路導(dǎo)線及各電器觸點(diǎn)是否良好接觸、導(dǎo)通；

③用萬(wàn)用表檢查主回路接線及各電器是否有短路現(xiàn)象及各電器是否有損壞等。（2）控制回路的檢查①檢查在電氣柜中安裝的控制回路器件及接線是否正確，是否與設(shè)計(jì)的電氣主電路圖、控制接線圖一致；②用萬(wàn)用表檢查控制回路接線是否良好導(dǎo)通及各電器儀表是否完好或是否有短路現(xiàn)象；

（3）電機(jī)的檢查

①檢查電動(dòng)機(jī)是否有損壞或其他異常；

②用萬(wàn)用表檢查電機(jī)的繞組阻值是否正常；

③新安裝或停用三個(gè)月以上的電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)前應(yīng)用兆歐表檢測(cè)電機(jī)的絕緣電阻是否達(dá)到要求，否則應(yīng)進(jìn)行干燥處理，處理溫度不超過(guò)120攝氏度；

④檢查電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是否滿足生產(chǎn)的要求；

⑤檢查電機(jī)緊固螺栓是否擰緊，軸承是否缺油，電機(jī)是否可靠接地等。經(jīng)過(guò)以上檢查，發(fā)現(xiàn)了一下幾個(gè)問(wèn)題：a、主電路連接的導(dǎo)線當(dāng)中，出現(xiàn)了幾條線路自動(dòng)脫落，連接松動(dòng)，原因可能是螺絲過(guò)于擰緊導(dǎo)致導(dǎo)線被擰斷；b、主電路其中一個(gè)斷路器有損壞，開(kāi)合不可靠，原因可能是該斷路器已經(jīng)損壞；c、控制回路中有部分按鈕的采用與實(shí)際安裝操作不符，導(dǎo)致實(shí)際工作中不能運(yùn)行；d、電機(jī)接線端子部分零部件缺失，必須采用導(dǎo)線連接才能按設(shè)計(jì)要求接線。經(jīng)過(guò)對(duì)檢查中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步仔細(xì)研究解決后，主電路、控制電路及電機(jī)的接線，器件等都已經(jīng)修復(fù)完善，電氣柜主回路、控制回路、各個(gè)導(dǎo)線及電機(jī)等都能夠正常進(jìn)行工作，表明所安裝的電氣柜是達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，切紙機(jī)模擬樣機(jī)也初步成型。5.3系統(tǒng)模擬樣機(jī)的試機(jī)檢查完成后，便可以開(kāi)始對(duì)模擬樣機(jī)的試機(jī)。方法如下：用萬(wàn)用表檢查外部電源插座各相電壓是否正常，零線、地線是否良好接通；斷開(kāi)自動(dòng)空氣斷路器、刀開(kāi)關(guān)；將電氣柜門板關(guān)上；將電源線接上外部電源插座；將電氣柜門板打開(kāi)；合上刀開(kāi)關(guān)；合上自動(dòng)空氣斷路器；打開(kāi)PLC可編程邏輯控制器電源使其上電；再將電氣柜門板關(guān)上；按下總電源接通按鈕，接通總電源，電源指示燈亮；按下主電機(jī)啟動(dòng)按鈕，主電機(jī)啟動(dòng)；根據(jù)所設(shè)計(jì)的控制程序進(jìn)行各項(xiàng)功能測(cè)試。在整個(gè)試機(jī)過(guò)程中應(yīng)注意：刀開(kāi)關(guān)沒(méi)有滅弧能力，而斷路器有很強(qiáng)的滅弧能力，可以在線路不正常時(shí)切斷線路，因此合上刀開(kāi)關(guān)前必須確保斷路器是斷開(kāi)的，在開(kāi)機(jī)時(shí)應(yīng)先合上刀開(kāi)關(guān)，再合上斷路器，以確保操作人員及