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搅动泵自动控制系统的设计论文
摘要
很多铁质零件在涂漆前其表面都涂有一层电泳漆，这样既能防止氧化生锈，又能牢固地吸附涂在其表面上的油漆。
而在铁质零件涂电泳漆时，电泳槽内有一搅动泵时而运转时而停止，这样既经济又节能，还可以达到搅动电泳漆使之不沉淀的目的。
关键词：
搅动泵；互锁；自动控制
第1章绪论………………………………………………………2
1.1项目——搅动泵自动控制系统的设计………………………3
1.2技术指标………………………………………………………3
1.3论文的主要内容………………………………………………4
第2章设计…………………………………………………………5
2.1设计原则………………………………………………………5
2.2元器件选型……………………………………………………5
第3章操作说明…………………………………………………14
3.1搅动泵控制的操作……………………………………………14
3.2电路中部分接线的说明………………………………………15
结论…………………………………………………………………17
参考文献……………………………………………………………18
致谢………………………………………………………………19
第1章绪论
1.1项目——搅动泵自动控制系统的设计
很多铁质零件在涂漆前其表面都涂有一层电泳漆，这样既能防止氧化生锈，又能牢固地吸附涂在其表面上的油漆。
而在铁质零件涂电泳漆时，电泳槽内有一搅动泵时而运转时而停止，这样既经济又节能，还可以达到搅动电泳漆使之不沉淀的目的
1.2技术指标及技术难点
1.3.1设备技术指标
1、一台水泵电机型号为Y132s2-2，额定功率为15kw；
2、电机为全压起动，单反方向交替旋转；
3、电机正转2分钟后，开始反转交替20分钟后停止15分钟又开始新一轮的循环。
4、运行的电机有运行指示灯显示，电源同样也有指示灯显示。
5、有总停控制和必要的短路、过载保护。
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．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。
当考虑安全要求时，应采用控制变压器将控制电路与主电路电气上隔离开。
显示电路采用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。
2．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。
3．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。
4．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。
5．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”。
1.3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、搅动泵自动控制的设计。
2、搅动泵自动控制的操作说明。
第2章设计
2.1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。
2.2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
8
V、A
PA1233UA、PA888
电压表5-500V、直流接通
7
HL1-HL3
XDT3-22
U=380V;HL1、HL2绿;HL3红电源指示
6
SB1、SB2
LAY39
SB1总停、红;SB2启动按钮、绿
5
KA1、KA2
JZ7-41
触头额定发热电流3A
4
FU1、FU2
RT18-57X、RT15-60X
熔体电流5A、60A
3
FR1、FR2
JRS4-40353d
额定电压380V、额定电流调整X围28-32A
2
KM1、KM2
GSC1（CJX4-d）-40
额定电压380V、额定工作电流40A
1
M1
Y160M2-2
380V、15KW、29.5A
序号
代号
规格型号
备注
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。
1）电动机的机械特性，是指电动机的转速n与转矩T的关系，即n=f（T），其中，转矩T是指电磁转矩。
电动机的机械特性决定其稳定运行、起动、制动和转速调节的工作情况。
2）电动机的起动性能，主要是指起动转矩的大小。
一些起动转矩不高的，例如机床、小容量水泵、通风机等，可以选用普通三相笼型异步电动机；但起动和制动频繁而且起动和制动要求比较大的生产机械，就要选用三相绕线转子异步电动机，例如起重机、矿井提升机、大容量水泵、压缩机、皮带运输机、纺织机等。
3）调速性能包括调速X围、调速的平滑性、调速系统的经济型各方面，调速性能要求不高的各种机床、通风机、船用锚机、船用起货机等多选用普通三相笼型一步电动机。
额定功率相同的电动机，额定转速越高，电动机的体积越小，造价越低，一般来说，电动机的飞轮力矩GD2也就越小，因此选用高速电动机较为经济。
但由于生产机械速度一定，电动机的转速越高，拖动系统传动机构的速比也越大，机构越复杂。
另外，GD2、nN影响电动机过渡过程持续的时间及过渡过程中能量的损耗。
电动机的GD2、nN值越小，过度过程越快，能量损失越小。
因此，根据具体要求，综合以上各因素，应选择Y系列小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型号的电动机两台。
表2-2Y132m-4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
15
29.5
380
2930
7.0
2.0Tmax
2.2.2电源开关
低压断路器（AutomaticCircuitBreaker）：
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。
.
DZX2列塑料外壳式断路器，其频率为50Hz或60Hz，额定工作电压为交流240-415V，其额定电流至100A。
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DZX2-40的低压断路器，其相关参数如表2-3及表2-4所示：
表2-3DZX2-40低压断路器的相关参数
壳架等级额定电流Imm（A）
AC100
额定工作电压
AC380
分断能力Isc（A）
4500
起始状态
冷态
脱扣器额定电流（A）
40
断路器额定电流In（A）
1-40
寿命
操作频率（次/小时）
120
电寿命（次）
2000
机械寿命（次）
2000
连接铜导线最大截面积（mm2）
35
表2-4板前接线尺寸：
（单位：
mm，W、L分别为宽、高）
W
L
极数
77
80
3
2.2.3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（IFU）。
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：
IFU=1.5~2.5Ie（2-1）
多台电机：
IFU=1.5~2.5INmax+∑Ie（2-2）
式中INmax——功率最大电机的额定电流
∑Ie——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。
由于控制回路电流较小，基本位于几安左右，且知道控制回路的中间继电器线圈的额定发热电流为5A，控制按钮的控制电流为2~8A，所以选择型号为RT15-57X的熔断器，其熔体额定电流为5A，额定电压为380V。
由于主线路电流为29.5A,通过计算选60A的熔断器较为合适，所以选型号为RT15-60X的熔断器。
2.2.4热继电器
热继电器（Thermalover-loadRelay）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（IFR）。
热继电器热元件的整定电流可调，X围约为0.8~1.2IFR（热继电器的额定电流）
热继电器热元件的整定电流一般按0.95~1.05Ie（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M，得型号为JRS4-40353d，其电流调整X围为28~32A，额定电压为380V，因为电动机的额定电流为29.5A，所以选择调整电流为32A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2-5JRS4-18321d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）
32
380
100
78
2.2.5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（IKM）、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：
IKM=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
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IKM降低1~2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GSC1（CJX4-d）32-40，选择型号为GSC1（CJX4-d）-40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2-6GSC1（CJX4-d）-40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）
40
380
158
83
2.2.6中间继电器
中间继电器（AuxiliaryRelay）：
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），JZ7-41，触头额定发热电流为2A，相关参数如表2-7所示：
表2-7JZ7-41中间继电器的相关参数
额定电压UN（V）
触头额定发热电流A
A（mm）
B（mm）
380
2
75
34
2.2.7电流互感器及交流电压表
电流互感器选择型号为LMZ1-1，一次额定电流为100A，一次安匝120，相关参数如表2-8所示：
表2-8LMZ1-1电流互感器的相关参数
一次额定电流
一次安匝
穿孔尺寸（mm）
一次匝数
150A
150
φ30
40△（1匝）
H（mm）
b（mm）
φD（mm）
Φd（mm）
B（mm）
100
60
87
26
38
交流电流表：
PA888-91-131,尺寸为160×160mm2
交流电压表：
量程为5~500V，备注：
直接接通,电表尺寸：
160×160mm2
2.2.8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（1~8A）。
.
一般启动按钮——绿色
停止按钮——红色
紧急操作——蘑菇式按钮
SB1，总停蘑菇式按钮开关，红色LAY3901MJR,尺寸为Φ24mm；
SB2，Φ24mm，绿色，启动开关，LAY3910MG。
2.2.9指示灯
指示灯选择型号为XDJ3-22，额定工作电压380V，电阻式圆球形，工作电流≦20mA，功耗0.9W，尺寸为Φ24mm。
两个绿色的，作用指示电机正反转；一个红色的，作电源指示。
2.2.10电缆及导线的选择
1）电缆的选择
水泵电机的额定功率为15KW，根据需要系数法，查的需要系数Kd=0.7~0.8，cosφ=0.8，tanφ=0.75，算得，
P30=KdPe=0.8×15KW=12KW
S30=P30/cosφ=6/0.8=7.5KV·A
I30=S30/
×UN（2-7）
=15KW/（
×0.38KV）=22.8A
所以要求所选择的电缆线允许载流量Ial≧I30。
经查表，XV系列（铜芯）橡皮绝缘聚氯乙烯护套电力电缆能够满足要求，该电缆的各型产品适用于固定敷设，交流50Hz，额定电压500V及以下的输配电线路中。
其中型号为XV29（橡皮绝缘聚氯乙烯护套内钢带铠装电力电缆），适宜敷设在地下、固定在室内，能接受机械外力作用，不能承受大的压力的电缆为最佳，有1芯、2芯、3芯、4芯4种，截面X围为1.5~185mm2，取3芯电缆，截面积为7mm2的电缆，其通过最大允许电流恰好达29A，所以作为最终选择。
2）导线的选择
经查表，BV，铜芯聚氯乙烯绝缘电线，用于交流500V及以下的电气设备及电气线路、可明敷、暗敷，且护套线可以直接埋地。
控制回路导线取芯数为2，标称截面为2mm2的一种。
2.2.11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TZ1-60普通型接线端子的额定电压380V，额定工作电流60A，连接导线截面5mm2，较适合采用。
其尺寸为b=40mm，c=10mm。
第3章操作说明
3.1搅动泵激动控制的操作
对照图3-1，对控制电路以及主电路的操作运行如下：
1、闭合低压断路器（又叫自动空气开关），主电路和控制电路供电，指示灯HL3点亮。
2、如图所示，当按下SB2后，线圈KM1得电，进而KM1线圈自锁、KT3开始计时，电动机M1运行。
与此同时，KM1辅助触点闭合KT1开始计时、灯HL1点亮。
2分钟过后KT3常闭触点断开KM1断电，电机停止运转、灯HL1熄灭。
与此同时KT3常开触点闭合KM2得电，电机开始反转、KT4同时也开始计时，灯HL2点亮。
2分钟过后KT4常闭断开，电机停止反转，灯HL2熄灭。
KT4常开闭合，电机开始正转以此循环。
3、20分钟过后KT1常闭断开电机不能继续正转.同时KT1常开触点闭合，KT2得电开始计时。
15分钟后KT2常闭触点断开，同时常开触点闭合，KM1得电同时自锁、KT1、KT3也开始计时。
依次循环达到搅动电泳漆使之不沉淀的目的。
图3-1（电缆截面：
7mm2控制回路与指示回路：
2mm2）
3.2电路中部分接线的说明
1、电动机的接地：
为了保证工作人员的安全，将电动机的金属外壳用导线接地，即保安接地。
2、电路中涉及的接地装置均接在PE线上，PE线是用来保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。
结论
本次课程设计为根据设计任务书中设备的工艺要求设计电气控制线路，计算并选择电器元件。
本文以两台Y160M2-2电动机的组合设计为例，所设计的电路能够达到要求并能实现自动投切的功能。
通过认真的设计，可知道以下几个问题需要特别注意：
1．设置必要的短路、过载保护，防止故障进一步扩大。
2．设置必须的急停或总停按钮，以防万一出现故障时，切断整个控制回路，进而切断主电源。
3．设置必要的手动控制线路，方便设备调试和维修。
4．设置必要的指示灯、电压表、电流表，随时反映系统运行状态，及时发现故障。
参考文献
[1]汤蕴璆，史乃编著《电机学》（第2版），机械工业，2005
[2]李发海，王岩编著《电机与拖动基础》（第3版），清华大学，2005
[3]X晓君，杨向明编《电气控制与可编程控制器应用》，中国建材，2004
[4]王仁祥编著《常用低压电器原理及其控制技术》，机械工业，2001
[5]《工厂常用电器设备手册》（第2版），中国电力，1998
[6]《正泰电器产品选型手册》
[7]《XX213厂低压电器产品选型手册》
[5]吕厚雨《工业电气控制技术》
致谢
首先感谢XX建筑科技大学机电学院为了提供了这次课程设计的机会和条件。
在指导老师董建圆老师的细心指导下，本人再经过揣摩加工吸收，最终完成了此文。
董老师不知疲倦的解惑以及认真的解答给我带来了莫大的帮助，在此谨向董老师表示诚挚的感谢，同时也感谢课设期间其他老师的悉心指导以及同学的帮助，在他们的指导与帮助下，我才更加顺利的完成了此文的撰写，完成了此次课程设计。
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