工程机械电气控制基础案例Word下载.docx

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当电池电路接通时，法拉第看见析流计指针偏转；

电路断开时，指针又偏转。

法拉第甭提多高兴，他领悟到了这是一种“暂态现象”，他把这个实验起名为“伏打电感应”。

随后他又用圆柱形磁铁插入接有析流计的闭合线圈中，仍有电流产生。

当年11月28日，他向皇家学院报告了这一工作，并确定了“电磁感应定律”。

一个划时代的发现就这样诞生了，从而为人类打开了电能的宝库。

奠定了现代电工学的基础

现在不论是机械设备、还是交通工具汽车、火车、轮船、飞机以及磁悬浮列车，计算机的硬盘、光驱等，都包含了“电磁感应定律”的运用。

第2章工程机械电气控制基础

案例2工程机械世界之最

世界上最大--TEREX/O&

KRH400正铲挖掘机

RH400操作重量980吨，发动机输出功率达3280千瓦，正铲能容纳85吨的矿物，它在加拿大油砂矿创造了液压正铲新的世界纪录：

在性能测试时大大超过9000吨/小时，平均产量超过5500吨/小时，对于超大型的卡车例如CAT797B等，3-5铲即可装满。

RH400挖掘机可配备柴油发动机或电机驱动装置。

CATERPILLAR荣获2000-2001年度最大卡车头衔，它的V24缸发动机达到惊人的3400马力。

该车有24英尺高，47.5英尺长，30英尺宽，当翻斗升起后高度则达到50英尺。

有8台电脑监视着油压，扭矩，机械性能和轮胎温度等。

该车上的轮胎是米其林专为其定制，每个轮胎都有13英尺高，耗资3万美元。

该车装备850加伦的油箱，也可选择1800加伦的油箱。

车辆本身售价340万美元。

在每个轮子后面都有一组42英寸的刹车碟，前轮10个，后轮14个。

一台电脑控制着刹车冷却系统，并以每分钟1160加伦的速度将油通过碟片上的散热器，带走刹车产生的巨大热量。

该车的翻斗容量360吨，但在装矿石时能轻松达到400吨，加上自重的288吨，总重量达到了648吨。

但惊奇的是，它的最快速度是40英里每小时。

该车的油耗近乎疯狂，平均每小时高达65加伦，意味着每加仑只能跑0.3英里。

美国特雷克公司日前在北京正式签署了关于CC8800-1双臂履带式起重机的订购协议。

据悉，这台合同金额超过2亿元人民币的CC8800-1“巨无霸”起重机将首先被用于在山东海阳县核电站建造项目工地。

该起重机是目前国际上最先进的起重设备，最大起重单位达到3200吨，是迄今位置起重能力最大的移动式式起重机，目前在全球范围内实际应用不超过10台。

上述世界上最大的工程机械，都是基于强大的计算机软硬件资源支持，以满足工程机械任务目标的不确定性，控制目标多样化，非线性表现等动态特性。

这些都离不开基础的电气控制技术。

第三章工程机械电器检测装置

案例3电子检测器件的妙用

通过手机能听到远隔千里之外亲朋的声音；

在饭店洗手间，手一伸，水龙头自动出水；

隔空测温这东西也好神奇...也许你不曾留意，身边无处不在的传感器，他们确实在默默的工作着。

“信息时代”计算机被称为“大脑”，传感器被称为“五官”，信息的获取和处理都离不开“大脑”和“五官。

现代信息技术的三大基础是信息的获取、传输和处理技术，也就是传感技术、通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的“感官”，“神经”和“大脑”。

如果没有“感官技术”感受信息，或者“感官”迟钝都难以形成高精度、高反应速度的控制系统。

人们通常将能把被测物理量或化学量转换为与之有明确对应关系的电量输出的装置称为传感器，其技术称为传感技术。

传感器输出的信号有不同形式，有电压，电流，频率，脉冲等，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。

如红外传感器的可以进行非接触式测量，使其在现场工业测试、国防建设、科学研究等领域得以广泛应用，主要应用在铁路、车辆、石油化工、食品、医药、塑料、橡胶、纺织、造纸、电力等行业的温度测量、温度检测、设备故障的诊断、在民用产品中，广泛应用在各类入侵报警器、自动开关（人体感应灯）、非接触测温、火焰报警器等自动设施中。

办公楼宇的自动门，洗手间的水龙头的自动出水，人体感应的自动冲厕所装置等等都是红外传感器应用的地方。

霍尔传感器可以将磁场转换为电压信号，因此可以在很多场合下应用。

如速度检测，开关检测，电流传感器，位置检测，电动自行车调速器，霍尔传感器与外围电路的接口。

温度传感器用于工业测温中。

双金属温度传感器主要用来作为开关使用，因此通常又被称为双金属温度开关，主要是将两种不同的金属片熔接在一起，因为金属的热膨胀系数不同，当加热是，膨胀系数大的一方，因迅速膨胀而使得材料的长度变长，而膨胀系数小的一方，因为膨胀系数小，而使得材料的长度略微伸长。

但由于两片金属片是熔接在一起的，因此两金属片上作用的结果使得材料弯曲。

如应用在电熨斗，电饭锅的加热保温中。

测量元件向多信息融合的自主智能发展。

案例3插图1测量元件的多信息化应用

测量元件向高度集成化的方向迅速发展。

案例3插图2测量元件的高度集成化

第4章可编程序控制器原理及应用

案例4PLC控制音乐喷泉

图1西湖音乐喷泉图2肇庆音乐喷泉

图3迪拜世界音乐喷泉

所谓音乐喷泉，就是利用音乐的主要音素（频率、振幅、音色和节拍）控制喷水的花型组合变化、水柱高低、远近变化和灯光色彩组合、明暗变化的喷泉。

音乐喷泉是把现代控制技术应用于人工喷泉，是在程序控制喷泉的基础上加入了音乐控制系统，通过音乐控制喷泉的水形及灯光的变化，从而达到喷泉水型、灯光及色彩的变化与音乐情绪的完美结合，使喷泉表演生动且富有内涵。

目前音乐喷泉最常采用的控制方式为实时控制，即对音乐的主要音素进行全员实时跟踪采集、分解处理并转换成模拟量或数字量讯号，用以控制水泵的运行组合和转速变化，或用以控制液压伺服阀或电动调节阀的运行组合和开启度，同时相应控制灯光的组合变化。

这种控制方式不必对音乐预先进行编辑处理，所以对任何新版音乐文件甚至现场即兴演奏都可响应。

随着科学技术突飞猛进的发展，可编程控制器和变频调速器技术正大步走进喷泉控制领域，发挥着不可替代的作用。

利用小型PLC结合变频器的音乐喷泉控制系统，可以实现喷泉彩灯、水泵的多点控制，简单的接线和编程即可完成水形灯光完美的伴随音乐节奏和情感，适合追求时尚的家居生活和娱乐场所等场合。

以PLC与变频器为控制核心的音乐喷泉控制系统，将来自媒体设备的音频信号通过音频采集系统的识别，进行译码和编码后转换成控制信号，最终将信号输出到控制系统，使得所设计的音乐喷泉水形的变化能够伴随音乐，灯光的闪烁跟随音乐的节奏，实现了水形跟随音乐的旋律变化，灯光跟随预定程序变化，形成了声、光、水、色交融的美景，灯光、音响、水景统一的立体效果。

第5章交流电动机变频调速技术

案例5变频器在儿童游乐设备上的应用

游乐场是让儿童自由自在玩耍的地方。

现代游乐场通常会有跷跷板、旋转木马、秋千、单杠、双杠、滑梯、吊秋千、吊环、玩具小屋及迷宫。

这些游戏能够帮助儿童发展协作能力、使身体强健及学会处世技巧，而且又可提供娱乐及享受。

其中，旋转木马是小朋友最喜欢的玩的一种游乐设施，传统的木马以一种固定的速度运行，缺乏趣味性和刺激性。

随着变频器技术的运用，使木马以不同的速度旋转，增加了愉乐性，同时节省了电能。

采用的变频器产品特点

1、采用电机专用处理器DSP矢量控制；

2、动态性能稳定,反应速度快，适合于频繁起动正反转场合；

3、丰富的端子功能,满足不同需求；

4、低频转矩输出200%，转速精度0.5%，低频运行特性良好；

5、标准RS485/Modbus通信接口，内置PID，简易PLC；

6、载波频率可调，静音运行；

7、体积紧凑，安装方便，操作简单；

8、采用SMT全贴装生产及三防漆处理工艺

9、保护功能全面,安全运行。

木马要求先以20HZ运行30秒，然后以30HZ运行30秒，再以40HZ运行1分钟，最后以50HZ运行30秒停止。

第6章工程机械电子控制系统

案例6揭秘“玉兔号”神奇机械臂规划控制技术

遥远的月宫传来佳音，北京航天飞行控制中心精确控制嫦娥三号巡视器舒展“玉兔之手”——机械臂，对月壤成功进行了第一次元素成分科学探测分析。

“玉兔之手”位于“玉兔”号月球车正面的五星红旗图案下方，是有一个“四肢三轴”的活动机构。

肢，犹如人的手臂；

轴，是肢的连接点，如同手臂的关节。

机械臂展开后，最里面的关节只能左右移动，中间的关节和末端的关节只能上下移动，就像人的手臂和手掌绕关节一样。

“玉兔之手”是如何在地面控制下完成科学探测？

“对机械臂的控制，主要依靠机械臂遥操作控制技术。

”北京航天飞行控制中心总工程师周建亮介绍说，“我们综合考虑机械臂的构造特点和科学探测的各类约束条件，建立了精确的控制算法模型，研发了具有自主知识产权的机械臂遥操作控制系统，能够实现对机械臂毫米量级的精确控制。

”

据周建亮介绍，由于活动维度限制和避障等因素的影响，要完成对一个目标点的探测，机械臂一次投放一般要经过十几步操作，而且每一步的投放角度都要经过极其精密的计算。

北京航天飞行控制中心轨道室控制组组长刘勇是机械臂遥操作控制技术的负责人。

他结合自己多年轨道控制的经验，通过近一年的计算钻研，自主建立了机械臂规划控制正向求解算法、逆向求解算法和机械臂避障算法等3个算法模型，有效解决了机械臂精确控制和有效避障接近目标点的困难。

刘勇介绍说，正向求解算法就是根据移动角度大小，计算出能移动到距目标点多远处；

逆向求解算法恰恰相反，就是根据目标位置，计算出需要移动角度大小，只有两相印证才能得到最佳的控制参数。

而避障算法，是为了有效避开本体和月面地形的干涉，以达到逐步逼近目标点10到30毫米的目的。

“机械臂末端的X射线谱仪是一个高精度的科学探测仪。

”刘勇说，“如果不能有效避障，机械臂移动时一旦碰触到本体或者探测目标就会对探测仪器造成损害。

在遥操作厅，刘勇和荣志飞协同配合现场演示了机械臂的整个遥操作控制流程。

大屏幕上，纤细灵巧的“玉兔之手”在荣志飞的精确操控下缓缓舒展，精确避障，最终到达预定位置。

据介绍，月壤探测只是月面工作段科学探测的一个开始，后续还有更多的科学探测任务要依赖“玉兔之手”。

开展月面探测，“玉兔”必须随时掌握三个问题：

“我在哪？

”“我要去哪？

”和“我怎么去？

”这需要一个精密的“大脑”。

我国首套巡视探测gnc系统担当了此项重任。

该系统由航天科技集团五院耗费十年研发而成，让“玉兔”能看得清、辨得明、走得正。

知道自己的位置，这是月球车实现能源供应和对地通讯的根本。

但月面环境具有低重力、弱磁场、真空和辐射等特点，在地球应用成熟的指南针、导航仪等手段都不可用，加之月球车有严苛的重量和功耗约束，其定位方式的选择更是难上加难。

科技人员经过长期调研论证，走访了多家国内机器人和野外车辆研究院所，完成了上千次数学仿真，最终找到了适合月球车的导航定姿定位方案，并确定了导航敏感器指标。

想知道“我要去哪”，要求月球车具备一双明亮的“眼睛”，让它能在陌生的月面看清周围的地形。

五院研发了我国首套月球双目视觉在轨三维恢复系统。

该系统拥有两个镜头，能把“看”到的二维地形信息经过处理运算后，变成三维坐标信息。

尽管月面被尘土覆盖，纹理不清；

太阳斜照，地面上阴影遍布，但在这双“眼睛”的帮助下，“玉兔”照样能准确地辨别障碍。

目的地确定了，怎么去？

“玉兔”必须自己寻找一条安全的道路。

科技人员找遍了国内外所有能查到的路径规划方法，逐一进行适用性研究和仿真验证，最终提出了自己的路径规划方法。

但找到了路，还要具备准确沿路径行驶的能力。

“玉兔”采用的是六轮摇臂式移动装置，六个轮子都能独立驱动，其中四个角轮可以转向，但除了自身运动能力外，考虑月面松软月壤下的轮土接触力学关系，减少滑移等现象。

针对这些因素，科技人员设计了十多种运动控制律，经过千余次仿真验算，最终确定了协调的控制方法，实现了对规划路径的准确跟踪控制。

第7章塔式起重机电路控制

案例7吊车的起源

在遥远的古代，人们就知道了利用吊车来提升重物。

在我国明朝宋应星编写的《天工开物》中，就有现代吊车的雏形使用的记载。

案例7插图1古代吊车（见天工开物）

塔式起重机简称塔机，俗称塔吊，起源于西欧。

据记载，第一项有关建筑用塔机的专利颁发于1900年，1923年制成第一台近代塔机的原型样机，1930年德国已经开始批量生产。

我国的塔机行业起步于20世纪50年代初，自从1984年引进法国Potain公司三种型号塔机的设计技术后，极大地促进了我国塔机设计制造技术的进步。

进入90年代以后，我国的塔机行业进入了一个新的兴盛时期。

特别是近几年，我国塔机的产销量都增长迅速，2010年的销售量为40000台，塔机保有量已达20万台，所以无论是从生产规模，应用范围和塔机总量来讲我国均堪称世界首号塔机大国。

案例7插图2施工电梯的运用

目前国外的塔机厂商主要有：

Potain、LIEBHEER、WOLF、COMANSA、KROLL、FAVCO、JOST等。

国内的塔机厂商大大小小有400多家，其中主要有：

中联重科、三一重工、永茂（后起之秀，80%来自海外）、三洋、四川建机、广西建工、南京中昇、山东丰汇、华夏（8年第一）、方圆等。

世界上最大的塔机：

丹麦KROLL公司生产的K10000。

第8章砂石料筛分楼电路

案例8振动筛的运用

近年来，随着科技水平的提高，人们对各种商品的需求也越来越精细，质量越来越高。

振动筛的技术在制造业上也有更高的要求，从最古老式的筛分机到现在最受欢迎的产品已经经过了很多代的转变，现在国外的许多国家在这方面的研究相对我国来说已经是遥遥领先，像美国，德国，日本等等这些发达国家，在振动筛的技术研究方面比我国早好几十年，为了满足振动筛在国民经济中的各行业中高速发展，加快振动筛的发展进度，我们对家乡沙石厂进行参观实习后，对此进行了研究探讨并做出了详细的设计方案。

用筛分机把碎散物料筛分成不同的颗粒，已经有悠久的历史。

从英国煤炭工业的文献记载，在1589年提到煤的筛分。

为了向市场提供各种颗粒的商品煤，广泛的对煤进行筛分，是到19世纪下半业才盛行起来。

插图古代筛子的应用（见天工开物）

固定筛是古老的筛分机。

当时，有的固定筛用若干木条构成，也叫棒筛，后来出现了有传动机构的棒条筛。

这就是沿用至今的辊轴筛。

为满足工业生产的需要，圆筒筛，摇动筛和振动筛也先后问世。

与固定筛相比，虽然辊轴筛，圆筒筛和摇动筛的工作效率有较大的改善，而且仍不失为结构简单和工作可靠，但是却步能满足生产发展的需要。

因此，早在60年代，这些筛子在我国就开始被逐渐淘汰。

固定筛不消耗动力和非常简单可靠的结构，仍具有很强的生命力，目前仍大量用于初步筛分。

振动筛采用抛射式筛分，筛子每振动一次，物料便被抛射一次，相对筛面冲击一次，被筛分物料的折中特点使得振动筛的筛分效率高，生产能力大，因此被广泛使用。

在振动筛产生以后，人们开始重视建立和发展筛分理论。

早期的筛分理论形成于50年代初，它是以单个颗粒为研究对象而发展起来的，一般称为单颗粒运动理论。

该理论系统的描述了振动筛对物料进行抛射式筛分时，单个颗粒的运动情况，进而提出了筛分机特性值，即振动强度K，和筛分特性值，即抛射强度

，

经过长期实践，人们发觉按照上述筛分理论设计的振动筛，对细物料进行筛分时的生产能力太小，遂意识到以单个颗粒物料的运动状态代表成群的物料运动状态具有交大的片面性。

随着研究工作的深入，自1965年开始逐步建立起颗粒在筛面上的运动理论。

该理论以力群为研究对象，根据物体在碰撞时传递能量的原理，提出了筛面上整个料层中不同位置颗粒的速度变化规律，突破了单颗料理论关于振动强度小于3.3的临界值。

在此基础上，建立了薄层筛分法和变倾角筛分法，研制出等厚振动筛。

用统计学方法研究碎散物料在筛面上透筛概率，称为概率筛分理论。

该理论是由瑞典的摩根森于1951年最先提出的，故在该理论指导下设计的振动筛称为摩根森概率筛。

在力群运动理论的知道下，近代振动筛的抛射强度和振动强度普遍提高。

如德国和美国直线振动筛K值达4.4，有的甚至达6.7，

值达3.5以上。

振动概率筛K值达5.5-7，弛张筛K值甚至达到30。

这些参数强化的振动筛适应了近代筛分作业的特点——细粒物料增多，水分和黏性增大，以及筛分粒度下降和要求的分级，脱水效率提高等。

随着工业企业的发展和筛分机设计制造技术的进步，自70年代以来，世界上一些国家先后研制出了大型振动筛，筛宽在3.6m以上的已不罕见。

如日本身刚所生产的振动筛达4.8x7.2

，德国K.H.D公司生产的振动筛宽达5.5m，面积约为50

。

振动筛大型化标志着筛分机技术已达到先进水平。

零部件标准化，通用化和产品系列化，生产专业化，是近代机械工业的重要标志，筛分机械也不例外。

如德国K.H.D公司生产的USK圆振动筛和USL直线振动筛，其激振器可以通用，同一个筛框既可以装分级筛面，也可装脱水筛面。

又如美国振动筛，其基形已经稳定，主要力量放在改进结构，简化制造和应用新技术的方面。

有的筛子除激振器外，筛框也作成单体结构，可以在现场组装，极大地方便了制造，运输和维修。

前苏联早在60年代中期就组织了筛分机产品整顿，统一基型，减少杂乱型号，在此基础上提高产品的系列化程度。

国外许多筛分机械公司都是科研，设计，制造和销售的联合体，专业化程度高，产品继承性好，经过多年改进，使产品逐步完善和提高

第9章混凝土搅拌楼电路

案例9世界海拔最高混凝土搅拌站

　日前，世界海拔最高的搅拌站由三一重工在西藏那曲建成。

此套搅拌站的建成填补了三一重工在国内高海拔地区的销售空白，同时，18天的建设速度，也刷新了三一重工建站的纪录。

　西藏那曲属高原亚寒带季风气候区，这里海拔4500米以上，冬季长达半年，昼夜温差大，全年无绝对无霜期。

中铁建工集团将在这里安装搅拌站，建设青藏铁路物流中心。

经过慎重考虑和仔细选择，中铁建工将橄榄枝伸向了三一。

　　恶劣的自然条件对搅拌站安装的要求极高。

三一搅拌站的高原特色保证了高海拔、高寒地区的搅拌站正常打料。

首先，搅拌站的外包装采用100mm厚彩钢夹芯板（一般50mm），保证保温保暖；

其次，搅拌站配置了两套空压机、两套储气罐供气；

第三，由于青藏高原日照时间长，紫外线浓度高，早晚温差大，一般的管道容易脆化，三一特别选用进口高配置气管和管接头，从而保证了供液管路抗高压、防腐、防酸碱。

　特别能吃苦、特别能战斗、特别能奉献、特别能团结、特别能忍耐的“老西藏精神”，是西藏建设者共同的特点。

为了尽快使站点投入使用，保证整个工程工期的如期进行，在建站过程中，三一重工搅拌站安装队面对缺氧头晕、日照强烈、昼夜温差大、交货工期短等特殊情况，不畏严寒、缺氧，发扬“老西藏精神”，喊出“缺氧但不缺精神，海拔高但志气更高”的口号。

在与施工方的紧密配合下，世界海拔最高的搅拌站如期矗立在青藏高原。

　据了解，建成后的那曲物流中心，将是西藏最大的物资转运基地，成为国内一流水平的物流中心，也是目前世界海拔最高最大的现代化物流中心。

它的建成将有利于进一步挖掘青藏铁路的巨大潜力，充分利用青藏铁路运营后形成的人流、物流、资金流、信息流，最大限度地发挥青藏铁路的辐射作用。

　目前三一搅拌站运行稳定，承担着那曲物流中心所有的混凝土的生产。

同时三一重工的3台泵车也承担着大部分混凝土浇注任务，在雪域高原默默地发挥着它们应有的作用。

第10章混凝土振捣器和混凝土泵电路

案例10世界上最大的混凝土泵车

我们知道2011年日本海啸引发的福岛核电站泄漏震惊世界，引起了各国广泛的关注。

日本政府要求展开快速行动的救援工作。

2011年4月8日，两辆是由普茨迈斯特公司制造的世界上最大型混凝土泵车分别从美国亚特兰大机场和洛杉矶机场装运，前往日本参与福岛第一核电站抢修。

关于普茨迈斯特70米泵车，是在2008年5月底庆祝公司诞辰50周年之际，普茨迈斯特公司向全球发布的创造新的世界纪录的混凝土泵车—M70-5，伸展高度达到近70米及最大的布料杆运动半径，该泵车大幅提高了混凝土施工的覆盖范围。

该泵车配备了大容量双活塞泵，最大排量可达到200m3/h。

最初是为仅美国市场开发，由于其大排量，长臂架的特点，非常适合大型工地使用，后来陆续接到世界各地的订单。

普茨迈斯特的70米泵车，也是目前唯一在世界各地实际中使用的超长臂架的泵车。

该机器标准配备了EOC（人性化排量控制系统）。

该系统可根据排量要求，自动调节发动机转速，有效降低柴油消耗。

当需要提高或降低发动机转速时，可通过无线遥控器调节，以在泵送时节约柴油消耗，减少磨损，降低噪音。

　　与传统的液压控制方式不同，M70-5上配置的EPS（人性化泵送系统）完全是电控系统。

这种先进的控制系统只用了很少的部件，优化整个泵送过程，并有效提高了泵送效率。

实践证明，该系统能使S换向阀换向更平稳，磨损更少，油耗也更低。

　　遥控器和电控箱上的EGD（人性化图形显示系统）使得泵车操作人员（或服务工程师）可以非常方便地了解到机器的工作信息。

显示的参数包括：

液压油温度，压力，冲程时间，发动机转速，输出压力/设定限值，排量/设定限值，泵送时间等。

通过这些，我们也可以知道混凝土泵车在工程建设以及其他方面，发挥着越来越重要的作用。