裁剪机电气传动控制设计.doc

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1、 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计）题 目：裁剪机电气传动控制系统的设计学习中心： 青岛李沧奥鹏学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 秋 季 学 号： 10141001730 学 生： 周钰程 指导教师： 张永立 完成日期： 年 月 日内容摘要 裁剪机电气传动控制系统的设计主要是源于实际工作中所遇到的问题，此次设计主要是针对立式自动裁剪机的纯电气配电系统，主要涉及的元件包括：旋转解码器、计数器、继电器、小型继电器、时间继电器及各种开关和按钮等电器元件。主要内容是根据设备应具备的各种功能挑选所需电机及各种元器件并进行逻辑电路图的绘制。通过此次设计

2、学习根据实际所需工作情况选取电机类型（例特种电机：可逆电机）、型号；了解旋转解码器和计数器的功能和它们相互配合在测量长度上的应用；掌握逻辑电路图的设计及绘制。关键词: 裁剪机；旋转式解码器；可逆电机；计数器；电路图目 录内容摘要I引言11 关于裁剪机21.1 裁剪机的基本介绍21.2 裁剪机的功能及参数32 裁剪机电器元件的选取42.1 裁剪机所需电器元件的基本选择42.2 裁剪机电机及其控制继电器的选择42.2.1 裁剪机电机的选择42.2.2 电机继电器的选择52.3 裁剪机长度设定部分的选择52.4 裁剪机其他电器元件的选择72.5 裁剪机保护元件的选择83 裁剪机逻辑电路图的绘制93.

3、1 裁剪机手动部分的设计93.1.1 电机部分设计的设计93.1.2 手动控制部分的设计93.3 电路图的绘制124 逻辑电路图的验证134.1 裁剪机手动部分的验证134.2 裁剪机自动部分的验证154.3 裁剪机电机短路及过载等特殊情况的验证165 总结17参考文献18引言二十一世纪以来随着电气自动化的发展和自动控制技术的成熟，自动化将人们从繁重的生产劳动中解放出来，不但减少了生产成本提高了生产效率并且使产品的废品率大幅的下降。本次论文所设计的自动裁剪机一台自动化极高的机械设备不仅减少了劳动成本及繁琐的剪裁工作而且使加工出的成品剪切精度更高，极大的降低了生产厂家的生产成本并且提高了生产效率

4、，是缝制行业的发展趋势。自动裁剪机作为绗缝机的辅机，一般广泛的用于绗缝行业，也可单独拿出剪裁成卷布匹，其主要作用是将经过绗缝机加工后布料裁剪掉两侧多余的不整齐的毛边，并按所设定的尺寸横切，其成品就是一块规定尺寸的矩形布料。自动裁剪机的具有结构简单，使用安全，生产效率高，可连续作业，精度高，操作简便等特点。是人工裁剪作业极佳的替代机械。图0.1 裁剪机实物照片当前发达国家(日本、意大利等)所生产的裁剪机大多采用电脑工控控制的步进电机，价格比较昂贵，一台售价大约在100万人民币左右我国绗缝生产厂家大多无法接受，而且因为不是专门为绗缝机设计的所以有些功能对于绗缝机的辅机并不实用本次设计主要是根据生产

5、需求。为了满足国内客户的需求，开发新的裁剪机势在必行。本次设计根据国内针对绗缝机的后续要求设计裁剪机的电气部分，满足实际生产需求。实物照片见图0.1。1 关于裁剪机1.1 裁剪机的基本介绍立式裁剪机是绗缝机的辅机，主要用于切割绗缝机绗缝出的连续布料，主要切割布料的两侧以及根据所设定的长度横切布料，其主要部分分为电气控制部分、气动控制部分、主辊上布部分、纵切布部分和横切布部分。(1) 电气控制部分:主要包括配电箱(主要是内部控制电路)及各式开关(初步决定使用行程开关)，其功能为控制各电机按规定程序运转。(2) 主辊上布部分:主要是两根主夹布辊依靠摩擦力及上主辊的重力抓住布料并依靠主电机带动主辊滚

6、动带动布料向前送或后退。(3) 纵切布部分:依靠两把圆刀切割布料的左右两边，将布料两侧多余的边角料去掉。(4) 横切布部分:依靠一把旋转圆刀在布料达到规定长度的时候向左或向右移动将布料切割下来。图1.1 裁剪机立体图(5) 气动部分:主要分主辊加布时手动控制推起上主辊以便操作和横切布时夹住布料使切布更稳定。其裁剪机的立体图如图1.1。1.2 裁剪机的功能及参数裁剪机所需的基本功能：(1)夹布功能: 带动布料前进并可以带动布料进行反转，且因为对精度有要求需刹车及时。(2)定尺寸功能: 到规定尺寸可做动作,一般采用公制长度。(3)纵切功能: 用于剪切两侧多余边脚料。(4)横切功能: 用于横向剪切布

7、料，使其达到规定长度。(5)气动夹布功能: 当横刀运转时要夹住布料使其剪切的更整齐准确。(6)随时停止复位功能: 当裁剪长度很大，绗缝机工作速度跟不上裁剪机辊子滚布速度时裁剪机应暂停滚布，待绗缝机加工足够长的布后再继续滚布。裁布机所需的机构: 两把可手动调节位置的纵切圆刀、一把可左右自动移动横切圆刀、可正向反向转动能及时刹车的主夹布辊、可在横刀切割布料时能夹住布料的气动夹布装置。所有机构电控部分分手动和自动两种模式，以上所有部分都可以在手动部分用按钮控制，自动部分可以完成一次循环。基本参数: 采用三相四线制380V工业用电，可以量取和裁剪的最大长度为80米和最小长度为2公分。2 裁剪机电器元件

8、的选取2.1 裁剪机所需电器元件的基本选择通过1.2功能及参数可选取的外置电器有：控制可转动夹布辊的主电机一台、纵刀电机两台、横刀电机一台、横刀台移动电机、电控气动夹布阀一个、上下左右限位开关各一个。2.2 裁剪机电机及其控制继电器的选择根据各个电机的工作情况和负载大小确定电机的种类及型号，并确定与之相匹配的控制继电器。图2.1 电机选择方法2.2.1 裁剪机电机的选择图三 电机的选择方法(1)主电机:根据自动裁布机的机械要求及380V50Hz的工作电源要求选用小型齿轮减速马PHSE-200-20-S-M 即功率200W 电压380V 电流0.8A 其特点为具有安全刹车且刹车保持力大、旋转方向

9、正逆均可、效率高。(2)横刀进给电机:根据电机的选择方法(图2.1)横刀进给经常频繁的正逆转的特性选用单相（220V）90W可逆电机,可逆电机具有可频繁正逆转、正逆转切换简单、内藏简易刹车装置停止过转小具保持力等特性。加摩擦负载，提高瞬间可逆特性。可逆电机在电机后部设有简易制动器，是适用于短时间内频繁正反转用途的电机，简易制动器的构造是由带弹簧压力的制动柱作用在转动的制动盘上并保持连续压力。缩小超程（120W为6圈）。具有某种程度的保持力矩（额定力矩的10%左右）。可逆电机和感应电机相同，都是电容动转单相电机，转矩力矩特性与感应电机特性相同。但是，为了提高瞬间可逆特性，设计上加大了启动力矩，因

10、此加大了输入的损耗，升温比感应电机高，因此时间额定为30分钟。(3)横刀电机:根据横刀切布部分的要求首先确定选用普通三相异步电动机再根据，再着根据横切部分圆刀转速要求查表选用2800r/min即2P（两极）功率250W电压380V额定电流0.68A的三相异步电动机。型号YS6322。(4)纵刀电机;根据横刀切布部分的要求首先确定选用普通三相异步电动机再根据，再着根据横切部分圆刀转速要求查表选用2800r/min即2P（两极）功率90W电压380V额定电流0.32A的三相异步电动机。型号YS5612。2.2.2 电机继电器的选择继电器:根据成本及工作条件选用正泰CJX2系列交流接触器,主要用于交

11、流50Hz或60Hz,额定工作电压至660V在AC-3使用类别下额定工作电流至95A的电路中,供远距离接通和分断电路之用，并可与适当的热过载继电器组成电磁起动器以保护可能发生操作过负载的电路,接触器适宜于频繁启动和控制交流电机。接触器特点:体积小、重量轻、功耗小、寿命高、安全可靠等特点2.3 裁剪机长度设定部分的选择根据裁剪机的设计要求选择旋转解码器和计数器为主要长度控制部分，并选取解码器和计数器的类型和型号(1)关于旋转解码器的选择旋转编码器的定义和种类旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。它

12、分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。选取旋转编码器编码器如以信号原理来分可分为:增量脉冲编码器:SPC 绝对脉冲编码器:APC 两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件.。 市场上的旋转编码器多为增量型，基于成本考虑，就选用轮子式光电式增量编码器，通过编码器的光栅线数转换为脉冲数。工作原理: 由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号

13、组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。 由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。旋转编码器的性能规格及输出:图2.2 编码器输出波形图B 相A 相选用轮子式旋转编码器(增量型)-1-2-T-24，即输出相为A,B相、最小测量单位为1cm，电压输出为电压输出及电源电压12-24VDC。其输出波形如图2.2。其输出线头：OUT A OUT B +V 0V(2)关于计数器的选择计数器的

14、选取根据上面所选取的编码器的规格(PNP电压输出,相位差输出)、输出波形(如图四)以及工作要求(最大到99米)选取FXS系列的计数器，其型号为FX4S。计数器的连接及输出将旋转编码器的OUT A OUT B +V 0V 四个接头接入相对应计数器的四个接头CP1 CP2 12VDC 0V中。计数波形图如图2.3。图2.3 计数器计数波形图 计数值CP2CP1根据线路设计要求计数器还需引出输出信号常开触点（FXS常开触点），计数器的动力电源(FXS电源端)还需与电路相连可使计数器启动。2.4 裁剪机其他电器元件的选择根据裁剪机的设计要求还需多个小型继电器和时间继电器及各种开关(1)小型继电器:我们

15、选用小型中功率电磁继电器JZX-22F系列,根据需求选用3Z触点形式，即有三对常开常闭触电。因控制电路为220V，所以我们也选用220V规格。所得型号为JZX-22F(D)/2203Z。(2)时间继电器:我们选用最大行程为5秒的JSZ3系列时间继电器(3)按钮开关:采用NP2型按钮开关，按要求添加常开常闭触点2.5 裁剪机保护元件的选择保护元件的选择：一过载保护，主要使用热继电器保护电机；二短路保护，通过介绍断路开关保护整个电路，单个保险丝保护控制电路(1)热过载继电器:主要用于长期工作或间断长期工作的交流电动机的过载和断相保护。其具有断相保护、温度补偿、动作指示、手动复位、停止功能。鉴于主电

16、机(0.8A)、横刀电机(0.68A)、横刀进给电机(0.81A)和纵刀电机(0.32AX2)额定电流都小于1A,选用额定电流为1-0.63A的 JRS1型热过载继电器(2)断路器:使用正泰DZ47-60系列小型断路器主要用于交流50/60Hz,单极230V，二、三、四极400V，电流至60A的线路中起过载、短路保护之用。根据电机大小选用根据自动裁布机的电机的额定电流的总和（0.8+0.68+0.81+0.32X2=2.93A）的2.5倍-3倍，选取DZ47-60系列的15安规格的断路器。3 裁剪机逻辑电路图的绘制3.1 裁剪机手动部分的设计3.1.1 电机部分设计的设计图3.1 电机部分电路

17、图 首先将电机部分绘制出来，将各个电机连上三项四线380V电源上，并用SQ1断路器做总开关，各个电机做热过载继电器保护。其中主电机和横刀左右进给电机需做正反转连接。电机部分电路图如图3.1M1:主电机 M2:横刀进给电机 M3:横刀切布电机 M4:纵刀切布电机KM1:主电机正转继电器 KM2:主电机反转继电器 KM3:横刀台右进给电机继电器KM4:横刀台左进给电机继电器 KM5:横刀切布电机继电器 KM6:纵刀电机继电器FR1:主电机热过载继电器 FR2:右进给电机热继电器 FR3:左进给电机热继电器FR4:横刀切布电机热继电器 FR5:纵刀切布电机热继电器SQ1:总断路器3.1.2 手动控制

18、部分的设计将电机的手动部分画出来，电机的控制部分使用220V，即从电路中拿出一相火线和零线组成。其电路图见图3.2。按钮部分：SB1:急停开关SB2:停止按钮 SB4:运转准备按钮SB3-1:手动两档旋钮(手动/自动) SB8:主轴正转 SB9:主轴反转SB11:横刀右进给按钮SB10:横刀左进给按钮SB6-1:横刀手动三档旋钮(手动/自动) SB7-1:纵刀手动三档旋钮(手动/自动)小型继电器部分:KA1:【运转准备】自锁继电器KAQ:夹布气动阀线圈KA4:横刀台到达左极限继电器KA5:横刀台到达右极限继电器其他:图3.2 手动部分电路图 LD:电源指示灯LD1:【运转准备】指示灯QS3:横

19、刀台左限位QS4:横刀台右限位3.2 裁剪机自动部分的设计首先用图表的形式画出裁剪机自动控制时所要达到的各项功能，并根据此图表设计出简易的电路。自动控制电路图如图3.3。小型继电器部分:KA1:运转准备自锁继电器 KA2:自动运转自锁继电器KA3:自动时横刀运转继电器 KA4:横刀台到达左极限继电器KA5:横刀台到达右极限继电器 KA6: 用于横刀工作台到达极限位置时关闭KT2,KT3KA7:纵刀自动运转继电器 KAQ:夹布气动阀线圈时间继电器:图3.3 自动部分电路图 KT1: 触动启动行程开关2S后动作KT2: FXS动作4S后动作KT3: FXS动作2S后动作(若此后横刀台到达极限位置则

20、使KT2.KT3复位)按钮及旋钮:SB3-2:自动两档旋钮(自动/手动)SB5:自动运转按钮LD2:自动运转指示灯SB6-2:横刀自动三档旋钮(自动/手动)SB7-2:纵刀自动三档旋钮(自动/手动)其他:QS1:自动总开关(行程开关)3.3 电路图的绘制将手动电路图和自动电路图相结合，将两个图重复的电器元件合并使其成为一个完整的控制电路图（图4.1）。4 逻辑电路图的验证4.1 裁剪机手动部分的验证根据设计要求按动各手动开关，以验证手动部分是否合乎设计要求(1)准备:只要接通电源，电源指示灯LD就得电。确定急停开关SB1没有动作，按下【运转准备】按钮SB4，KA1线圈得电，KA1常开触点闭合，

21、使KA1线圈自锁，且运转指示灯LD1被点亮。右侧KA1常开触点也闭合。再旋动手动/自动两档开关至手动则SB3-1常开触点闭合。(2)主轴正反转:按动【主轴正转】按钮SB8则主电机正转继电器KM1线圈得电，按动【主轴反转】按钮SB9则主电机反转继电器KM2线圈得电，且KM1与KM2通过其各自的常闭触点互相自锁，上行程开关QS2常闭触点在主轴正转的线路上可防止主轴拉布过快。(3)横刀台左右进给:当横刀台处于左侧极限时，触动左侧限位开关QS3，使QS3常开触点闭合，横刀台左侧极限继电器KA4线圈得电，使QS3常闭触点打开使KA5线圈不得电。反之，当横刀台处于右侧时使KA5线圈得电，再锁住KA4。按动

22、【横刀右进给】SB11则KM3线圈得电，并断开KM3常闭触点使横刀左进给继电器KM4不得电，当横刀台到达右极限时则KA5常闭触点断开，KM3线圈不得电。按动【横刀左进给】SB10则KM4线圈得电，并断开KM4常闭触点使横刀右进给继电器KM3不得电，当横刀台到达左极限时则KA4常闭触点断开，KM4线圈不得电。(4)横刀切布运转:将横刀手动/自动三档旋钮旋至手动挡时SB6-1常开触点闭合，横刀电机继电器KM5得电，横刀电机M3运转，且KM5常开触点闭合，夹布气动阀电磁线圈KAQ得电带动夹布气动阀夹住布料。(5)纵刀切布运转:将纵刀手动/自动三档旋钮旋至手动挡时SB7-1常开触点闭合，纵刀电机继电器

23、KM6得电，纵刀电机M4运转。图4.1 裁剪机控制电路图4.2 裁剪机自动部分的验证根据设计要求按动各自动开关，以验证自动部分是否合乎设计要求(1)准备:只要接通电源，电源指示灯LD就得电发亮，而且计数器FXS也会接通电源可以进行工作。确定急停开关SB1没有动作，按下【运转准备】按钮SB4，KA1线圈得电，KA1常开触点闭合，使KA1线圈自锁，且运转指示灯LD1被点亮。右侧KA1常开触点也闭合。再旋动手动/自动两档开关至自动则SB3-2常开触点闭合。将横刀自动/手动三档旋钮旋至自动档则SB6-2常开触点闭合，将纵刀自动/手动三档旋钮旋至自动档则SB7-2常开触点闭合，按下【自动运转】按钮SB5

24、则【自动运转】自锁继电器KM2线圈得电，KM2常开触点闭合，KM2自锁，【自动运转】指示灯LD2得电发亮。(2)自动运转:以横刀在左侧极限为例，则左侧行程开关QS3常开触点闭合，KA4横刀台左极限继电器线圈得电，KA4常开触点闭合，QS3常闭触点打开锁住KA5横刀台右极限继电器使其不得电。当自动总开关QS1动作时，纵刀自动运转继电器KA7线圈得电，则纵刀电机继电器线圈KM6得电，纵刀电机M4运转；同时若QS1闭合超过2秒，则时间继电器KT1线圈连续得电2秒后，KT1常开触点闭合，主电机正转继电器KM1线圈得电，主电机M1正转。当主电机带动布料使其长度达到计数器所规定的长度时，计数器FXS常开触

25、点闭合，则横刀自动运转继电器KA3线圈得电，首先KA3的常闭触点打开使KT1、KA7、KM1线圈失电，从而使纵刀电机和主电机停止，其次KA3两个常开触点闭合：一个使横刀运转继电器KM5线圈得电横刀电机M3运转；另一个自锁住KA3线圈，并使KT2,KT3线圈连续得电。KT3时间继电器线圈连续得电2秒钟后，KT3常开触点闭合，电流通过横刀台左极限继电器KA4触点到达横刀台右进给电机继电器KM3线圈，则横刀进给电机M2向右进给且KM3线圈自锁。KT2时间继电器得电4秒钟后，KT2常开触点闭合，因为此时横刀台已经向右运动所以不在左极限位置，所以KA4常开触点没有闭合，直到横刀台到达右侧极限KA5常闭触

26、点打开使横刀台向右继电器KM3线圈失电从而使横刀台移动停止，此时KA5常开触点闭合则复位继电器KA6线圈得电，则KA6常闭触点打开从而使KT2、KT3、KA3线圈失电。因为KA3线圈失电，使KM5线圈失电横刀电机停止。次循环结束。(3)上布极限及其复位当因为布料的进给跟不上主电机的速度即触动上极限开关QS2常闭触点打开，使主电机正转继电器KM1线圈失电，主电机正转停止，也使编码器计数器停止计数。当布料足够后又触动了启动行程开关QS1，从而使KM1线圈重新得电自锁，电路恢复正常运转。4.3 裁剪机电机短路及过载等特殊情况的验证通过假定电机过载及线路短路等情况，来验证此电路图是否安全热过载继电器F

27、R1、FR2、FR3、FR4、FR5的常闭触点分别串在KM1和KM2、KM3、KM4、KM5、KM6线圈的线路里，当电机热过载后即可使线圈失电从而使电机停止运转。而短路情况也可使FU熔断器熔断以达到保护控制线路的目的。5 总结通过本次对于自动裁剪机电气传动控制系统的设计，针对国内客户对裁剪机的技术要求，对裁剪机电气系统进行了重新设计，并根据国内现有电器元件和电机，详细的分析了在不同的应用场合不同种类电机的选择原则，根据电路功能和要求选取合适的点验电器元件。并对所设计电路的手动和自动运行进行了充分的分析，最后还对电路可能发生的过载和短路等情况进行了保护。此电气传动控制系统已经应用于实际生产中，与同类型进口传动系统相比，其生产成本大大降低，而且其稳定性和控制精度都毫不逊色。参考文献图书类:1 熊幸明，电工电子技能训练，北京:电子工业出版社，2004.062 李子林，电机与电气控制，北京:电子工业出版社，2004.07产品目录类:1 中大电机，微型交直流减速电动机，2009/2010版2 紫光机电，电机，NO.2版3 东炜庭马达，东炜庭齿轮减速变速马达附录