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1、电机与拖动课程设计工 作台往返循环电机拖动 系统设计 Revised at 2 pm on December 25,2020.电机与拖动课程设计 说明书 工作台往返循环电机拖动系统设计 学生姓名 _ 支昊 学生学号 学院名称 信电工程学院 专业名称 电气工程及其自动化 指导教师 韩成春 设计学生姓名支昊学生学号学院名称专业名称指导教师信电工程学院电气工程及其自动化韩成春摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制因自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制不
2、仅具有程序设计简单方便可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握在本动机的校验最终确定电动机的机型再对工作台的制约系设计电路的主控电路和控制电路最终完成课程设计键词自动化工作台往返循环控制设计背景绪论随着计算机技术无线技术现场总线技术工业以太网技术技术机器人技术传感器技摘要 中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业 尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。因此，自动化在我国的应用潜力远没 有得到充分发挥。在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自 动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要
3、求。用 自动化系统实现工作台自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简单、方便、可靠性高等 特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。在本次设计中，通过对工作台自动往返循环系统原理分析，理解工作台的运行过程 和其中的制约关系。然后预选出电动机，对电动机的校验最终确定电动机的机型。再对 工作台的制约关系，设计电路的主控电路和控制电路，最终完成课程设计。关键词自动化；工作台；往返循环控制设计学生姓名支昊学生学号学院名称专业名称指导教师信电工程学院电气工程及其自动化韩成春摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制
4、因自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简单方便可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握在本动机的校验最终确定电动机的机型再对工作台的制约系设计电路的主控电路和控制电路最终完成课程设计键词自动化工作台往返循环控制设计背景绪论随着计算机技术无线技术现场总线技术工业以太网技术技术机器人技术传感器技1绪论 1.1设计背景 随着计算机技术、无线技术、现场总线技术、工业以太网技术、IT技术、机器人技 术，传感器技术以及安全技术等科学技术的不断发展与创新，工厂自动化发展到了新阶 段，不断増加的功
5、能集成提升了所有驱动技术中集散的智能化，保证这些设备在初次连 接时能得到恰如其分的使用，并在系统中充分地发挥各自的优势。工作台往返循环电机 拖动系统在现在工业中常用于机床、物流分拣等领域，此系统的应用大大提高了工业运 作的效率，节省了大量的人力物力，实现了工业生产的现代化。设计任务及要求 1）设计一个电气原件的工作台自动往返循环控制线路 2）工作台循环工作电机应可靠起动、运转、停止 3）工作台往返工作既可实现手动也可满足自动 设计指导 查阅资料理解工作台的往返循环工作的原理及结构。为简化设计过程.工作台驱动 电机可自行选择，但选择电机后需要进行校验（如类型、容量、起动能力、过载能力、温升及工作
6、制等），对题目未知的参数可根据类似产品的说明书或电气工程手册查询。2工作台往返循环电机拖动系统原理分析 拖动系统的机械运动示意图 工作台往返循环电机拖动系统是由电动机通过齿轮带动工作台在规定的区域内左右 平移，并能实现手动和自动控制的一个系统。具体模型如图2-1所示。设计学生姓名支昊学生学号学院名称专业名称指导教师信电工程学院电气工程及其自动化韩成春摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制因自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简单方
7、便可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握在本动机的校验最终确定电动机的机型再对工作台的制约系设计电路的主控电路和控制电路最终完成课程设计键词自动化工作台往返循环控制设计背景绪论随着计算机技术无线技术现场总线技术工业以太网技术技术机器人技术传感器技向左（电机正转）向右（电机反转）床身 设计学生姓名支昊学生学号学院名称专业名称指导教师信电工程学院电气工程及其自动化韩成春摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制因自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求用自动化系统实现
8、工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简单方便可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握在本动机的校验最终确定电动机的机型再对工作台的制约系设计电路的主控电路和控制电路最终完成课程设计键词自动化工作台往返循环控制设计背景绪论随着计算机技术无线技术现场总线技术工业以太网技术技术机器人技术传感器技图2-1 TL=式（）拖动系统的工作原理 当工作台挡板停在行程开关SQ1和SQ2之间任意位置时，可以通过启动开关使电动 机带动工作台运行。例如按下开关SB1,电动机正转，带动工作台向左进。或按下开关 SB2,电动机反转，带动工作台右进。当工作台到达终点左往行程开关SQ1时候，需通过
9、控制，使电动机停转；同时通过 开关键变化，使电动机反转，拖动工作台向右移动；并未下次正转做准备.当电机反转拖动工作台向右移动到一定位置时，挡块2碰到行程开关SQ2,通过控 制，使电动机停转；同时通过开关键变化，使电动机再次开始正转。如此反复循环.使工作台在预定行程内自动反复往返运动。3电动机的选择 负载转矩的测量 因为工作台实现的是平移运动，根据平移作用力折算的等效负载转矩公式式0 式中：TL表示等效负载转矩 人一一表示平移作用力 入一一表示工作台移动速度 -表示传动效率 Q表示电动机角速度 n 表示电动机的转速 假设电动机的重力15000/V,移动速度Vin=0.3m/S,工作台与导轨之间的
10、摩擦 系数/=0.1,电动机的转速n=1390r/min,传动效率邛=0.73。则平移作用力=0.1x15000=1500 等效负载转矩 电动机类型的选择 选择哪种类型的电动机，一方面要根据生产机械对电动机的机械特性、起动特性性 能、调速特性、制动方法和过载能力等方面的要求，对各种类型的电动机进行分析比 较；另一方面在满足上述要求的前提下，还要从节省初期投资，减少运行费用等经济方 面进行综合分析，最后将电动机的类型确定下来。在对起动、调速等性能没有特殊要求 的情况下，优先选用三相笼型异步电动机。电动机电压和转速的选择 因为电动机的功率比较小，所以选用380V三相笼型异步电动机。对于额定功率相同
11、 的电动人几 _ 60 Fmum 设计学生姓名支昊学生学号学院名称专业名称指导教师信电工程学院电气工程及其自动化韩成春摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制因自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简单方便可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握在本动机的校验最终确定电动机的机型再对工作台的制约系设计电路的主控电路和控制电路最终完成课程设计键词自动化工作台往返循环控制设计背景绪论随着计算机技术无线技术现场总线
12、技术工业以太网技术技术机器人技术传感器技机额定转速高，电动机的重量轻、体积小、价格低、效率和功率因数(对三相异 步电动机而言)比较高。若生产机械的转速比较低，电动机的额定转速比较高，则传动 机构复杂、传动效率降低，增加了传动机构的成本和维修费用。因此，综合分析电动机 和生产机械两方面的各种因素最终确定电动机的额定转速为卩v=1390min。电动机工作制的选择 因为电动机一旦起动就处于连续工作状态，当电动机电源反接时，电动机转轴不能 实现立即反转，存在一小段时间的反转制动，然后又继续工作，如此循环往复.是周期 工作制，所以选用包括电制动的连续周期工作制(S7工作制)。电动机型号的选择 Y系列电动
13、机是全封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机。Y系列电机具有高效、节能、起动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点。安装 尺寸和功率等级完全符合IEC标准。采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44,冷却方式为 IC4UO Y系列电机，额定电压为380V,额定频率为50Hz,3kW及以下为“Y”接法，4kW以 上为“”接法。Y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。Y80315电动机符合Y系列(IP44)三相异步电动机技术条件JB/T9616-1999O 355电动 机符合Y系列(IP44)三相异步电动机技术条件JB5274-91。80315电动机采用B级绝 缘3 Y355电动机采
14、用F级绝缘。额定电压为380V,额定频率为50Hzo功率3kW及以下为 Y接法；其它功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季 节变化，但不超过40C ；最低环境空气温度为-15C。；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25CO 表3-1电动机型号及相关参数 型 号 S府 转速 r/min 效率%功率 因数 cose 堵转转矩 堵转电流 最大转矩 噪声 振动 速度 mm/s kg 额定转矩 倍 额定电流 倍 额定转矩 倍 1级 dB 2级 同步转速 1500r/min 4级 Y80M1-4 1390 56 67 17 Y80M2-4 2 1
15、390 56 67 17 Y90S-4 1100 61 67 25 Y90L-4 1100 62 67 26 设计学生姓名支昊学生学号学院名称专业名称指导教师信电工程学院电气工程及其自动化韩成春摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制因自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简单方便可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握在本动机的校验最终确定电动机的机型再对工作台的制约系设计电路的主控电路和控制电路最终完成课
16、程设计键词自动化工作台往返循环控制设计背景绪论随着计算机技术无线技术现场总线技术工业以太网技术技术机器人技术传感器技额定转矩的计算公式 式（）（式4一 =60 2龙 n(v 式中：TN表示额定转矩 PN表示额定功率 n.v-表示额定转速 根 据 电 动 机 的 详 细 参 数 计 算 得：表3-2不 同 型 号 对 应 的 额 定 转 矩 型号 额定转矩（Nm）Y80M1-4 Y80M2-4 Y90S-4 Y90L-4 因为负载转矩几=4.24Ng“，所以选择Y80M2-4型号电动机。4电动机的校验 电动机的发热校验 R-R -I I I I oil 2 图4-1 假设工作台匀速运动.由动能定
17、理 mv2=PNtjCos 式中表示电动机启动的时间；设计学生姓名支昊学生学号学院名称专业名称指导教师信电工程学院电气工程及其自动化韩成春摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制因自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简单方便可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握在本动机的校验最终确定电动机的机型再对工作台的制约系设计电路的主控电路和控制电路最终完成课程设计键词自动化工作台往返循环控制设计背景绪论随着计算机
18、技术无线技术现场总线技术工业以太网技术技术机器人技术传感器技PN表示电动机的额定功率；设计学生姓名支昊学生学号学院名称专业名称指导教师信电工程学院电气工程及其自动化韩成春摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制因自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简单方便可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握在本动机的校验最终确定电动机的机型再对工作台的制约系设计电路的主控电路和控制电路最终完成课程设计键词自动化工作台往
19、返循环控制设计背景绪论随着计算机技术无线技术现场总线技术工业以太网技术技术机器人技术传感器技COS0表示电动机的功率因数；m-表示工作台的质量；v表示工作台的平移速度。可求得人=0.12 恒定负载运行时，假设恒定负载运行2=12“由等效功率校验法，等效功率 由于PLTL,所以此电动机可以长期运行。5系统电路图的设计 主电路的设计 主电路设计分析 因为任务要求电动机能实现正反转，所以电动机主电路必须由两个开关来控制两个 设计学生姓名支昊学生学号学院名称专业名称指导教师信电工程学院电气工程及其自动化韩成春摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和
20、产品对生产过程进行控制因自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简单方便可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握在本动机的校验最终确定电动机的机型再对工作台的制约系设计电路的主控电路和控制电路最终完成课程设计键词自动化工作台往返循环控制设计背景绪论随着计算机技术无线技术现场总线技术工业以太网技术技术机器人技术传感器技主电路的通断，且两个电路不能同时接通.另外主电路中应该存在熔断器和热继电器来 保护电路，由于两个电路实现电动机的转向不同，所以两个电路连接电动机的相序不 同。另外电动机的额
21、定功率比较小，所以采用Y接法 图5-1系统主电路图 图中：LI、L2、L3表示三相380V交流电源 QS表示电路电源开关 FU1表示主电路熔断器 KM1表示电动机正转电路开关 KM2表示电动机反转电路开关 FR表示热继电器 当KM1闭合时电动机正转，当KM2闭合时电动机反转。控制电路设计 设计任务要求，当工作台挡铁1从右向左触碰到限位开关SQ1时，电动机从正接变 为反接，工作台减速至零，挡铁1停在限位开关SQ1和超限开关SQ3之间，并开始从左 向右运动，当挡铁2从左向右触碰到限位开关SQ2时，电动机从反接变为正接，工作台 减速至零.挡铁2停在限位开关SQ2和超限开关SQ4之间，并开始从右向左运
22、动。若限 位开关SQ1或SQ2失效时，工作台会继续向左或向右运动然后挡铁1或挡铁2会触碰到 超限开关SQ3或超限开关SQ4,此时需要电机停止转动排除故障或者让超限开关自行进行 校正代替限位开关实现控制功能，人为停止系统停止，并排除故障本系统选择的是后 者除此之外控制回路应有自己的线路保护，并当主回路温度过高时可以自动使系统停 止运行，当启动开关按下时，线路应该有自锁电路使通过电磁继电器线圈的电流保持。停止按钮应该保持常闭，当按下时整个控制回路应该失电。电路要能实现手动和自动控 制。图5-2工作台往返循环电机拖动系统电路图 图中:FU2 表示控制回路熔断器 SB3-表示停止自恢复按钮 SB1-表
23、示正转自恢复按钮 SB2 表示反转自恢复按钮 KM1、KM2 表示电磁继电器线圈 SQ1-1、SQ-1 表示限位开关常闭 SQ1-2、SQ2-2 表示限位开关常开 SQ3-1、SQ4-1 表示超限开关常闭 SQ3-2、SQ4-2 表示超限开关常开 FR 表示热继电器 设计学生姓名支昊学生学号学院名称专业名称指导教师信电工程学院电气工程及其自动化韩成春摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制因自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简单方
24、便可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握在本动机的校验最终确定电动机的机型再对工作台的制约系设计电路的主控电路和控制电路最终完成课程设计键词自动化工作台往返循环控制设计背景绪论随着计算机技术无线技术现场总线技术工业以太网技术技术机器人技术传感器技按下电源开关QS,主电路和控制电路得电，此时按下正转开关SB1,电流经SQ1-1、SQ3-L、KM2辅助常闭开关、KM1电磁线圈.使继电器KM1闭合，则主电路通，电机M正 转，KM1辅肋常开开关闭合，和SQl-l、SQ3-1、KM2辅助常闭开关、KM1线圈构成自锁电 路.当工作台挡铁1从右向左碰到SQ1时，SQ1-1由闭合变
25、成断开，线圈KM1没有电流通 过，继电器KM1断开；同时SQ1-2闭合，电流经过SQ2-1、SQ4-1.KM1辅肋常闭开关、KM2线圈，使继电器KM2闭合，KM2辅助常开开关闭合和SQ2-1、SQ4-1.KM1辅肋常闭开 关、KM2线圈构成自锁回路，同时主电路另一条电路通道导通，由于电源三相U、V、W中 的U相和W相位置互换，电动机反转制动，然后反向旋转.带动工作台从左向右运动。当工作台挡铁2从左向右碰到SQ2时，SQ2-1断开、继电器KM2断开、SQ2-2闭合、继电 器KH1闭合，电机正转制动，并带动工作台从右向左运动，如此循环往复.若SQ1或者 SQ2失去作用，工作台继续运动，此时SQ3或
26、SQ4将代替SQ1、SQ2的作用实现工作台自 动往返循环运动。结论 这次课程设计持续了两周的时间，我拿到的题目是工作台往返循环电机拖动系统设 计。经过几天对课题的研究，网上查阅资料，课本的知识，和同课题的同学讨论。理解 了工作台往返循环电路的基本运行过程，以及其应用的领域 总结来说，本课题实验电路的研究过程比较简易，通过实验报告册，让我更清晰的 了解到本实验的基本。最困难的部分莫过于电机的选择.电机的校验。通过对电机与 拖动的学习以及网上查询资料。对于电机的选择可以通过1.对负载转矩的预测量2.电 动机类型的选择3.电动机的转速和电压的选择4.最终确定电动机的选择。然后进行的便 是对所选电机的
27、校验.又通过几个步骤：1电机的起动校验2.电机的过载校验3.电机的 稳定运行校验4.电机的发热校验。通过这几个步骤，最终预选确定电动机的类型和型 号。参考文献 1 唐介.电机与拖动（第二版）.北京：高等教育出版社，2007.2 顾绳谷.电机及拖动基础M2版.北京：机械工业出版社，2000.3 赵近芳.大学物理学（第三版）上.北京：北京邮电大学出版社，2008.4 陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社，1992.5 王兆安.电力电子技术.北京：机械工业出版社（第四版），2000.6 机械工程的发展与展望J 中国新技术新产品,2009,15 71杨天明着，电机与拖动，中国林业出版社，
28、2008.8 Y系列电动机型号大全.8位置控制与自动往返控制线路.设计学生姓名支昊学生学号学院名称专业名称指导教师信电工程学院电气工程及其自动化韩成春摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制因自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简单方便可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握在本动机的校验最终确定电动机的机型再对工作台的制约系设计电路的主控电路和控制电路最终完成课程设计键词自动化工作台往返循环控制设计背景绪论随着计算机技术无线技术现场总线技术工业以太网技术技术机器人技术传感器技