工業(yè)運(yùn)輸電動(dòng)車往返自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳廷強(qiáng)，羅德蓮，熊中剛

（1.遵義師范學(xué)院，工學(xué)院貴州遵義563002；2.遵義師范學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，貴州遵義563002）

在我們?nèi)粘Ｉ钪校恍┕I(yè)生產(chǎn)廠區(qū)，比如煤電廠、礦廠等，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)人工駕駛運(yùn)輸車輛將貨物或材料從一個(gè)位置運(yùn)向另一個(gè)位置，其目的就是將貨物或生產(chǎn)材料重復(fù)的從原始位置運(yùn)向指定位置。這種貨物或材料運(yùn)送方式存在工業(yè)生產(chǎn)成本高、人工疲勞駕駛車輛容易造成安全事故、車輛運(yùn)行產(chǎn)生噪音而影響環(huán)境等局限性。

筆者通過深入工業(yè)生產(chǎn)廠區(qū)實(shí)地考察研究，對(duì)廠區(qū)原始運(yùn)送貨物或材料方式進(jìn)行改進(jìn)，通過建立運(yùn)輸專線，自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車輛自動(dòng)往返運(yùn)送貨物或材料。通過實(shí)踐檢驗(yàn)，改進(jìn)后的運(yùn)送方式大大提高了運(yùn)送速度，減少了廠區(qū)噪聲污染，降低了工業(yè)生產(chǎn)成本和安全事故的發(fā)生，有效了工業(yè)生產(chǎn)效率。

1 常用電動(dòng)機(jī)、控制電器的作用及其圖形符號(hào)型

1.1 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)

如圖1所示為三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，其三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的作用：通過電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停機(jī)來分別實(shí)現(xiàn)工業(yè)運(yùn)輸電動(dòng)車的正向運(yùn)行、反向。

圖1 電動(dòng)機(jī)的電路符號(hào)Fig.1 Motor circuit symbols

1.2 閘刀開關(guān)

如圖2所示為三相閘刀開關(guān)，其主要的作用是：接通或斷開主電路電源。

圖2 三相閘刀開關(guān)的電路符號(hào)Fig.2 The circuit symbol of the three-phase knife switch

1.3 熔斷器

如圖3所示為熔斷器的符號(hào)，其主要作用為：熔斷器又稱保險(xiǎn)絲，它在電路中的是當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)短路或電流過大時(shí)能夠快速地熔斷，從而切斷電源，達(dá)到保護(hù)電路的目的。

圖3 熔斷器的電路符號(hào)Fig.3 Fuse circuit symbols

1.4 按鈕觸點(diǎn)

組合按鈕通常是同時(shí)控制兩個(gè)回路。如圖4所示的按鈕觸點(diǎn)電路符號(hào)，其主要作用是接通或斷開控制電路電源，當(dāng)按下動(dòng)合按鈕觸點(diǎn)時(shí)電路接通；當(dāng)按下動(dòng)斷按鈕觸點(diǎn)時(shí)電路斷開。別外，還有組合按鈕，也就是動(dòng)合、動(dòng)斷兩副觸點(diǎn)同時(shí)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開。

圖4 按鈕觸點(diǎn)電路符Fig.4 Button contact circuit symbols

1.5 行程開關(guān)

如圖5所示行程開關(guān)也叫限位開關(guān)，其作用是在電路中完成限位保護(hù)、行程控制和自動(dòng)切換等，它的作用原理是機(jī)械撞擊。行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)與按鈕觸點(diǎn)相似。

圖5 行程開關(guān)的電路符號(hào)Fig.5 Travel switch circuit symbols

1.6 交流接觸器

如圖6所示的交流接觸器是一種自動(dòng)化的控制電器，它主要用于頻繁接通或斷開的電路，具有控制大電流，并可遠(yuǎn)距離操作，配合繼電器可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作，連鎖控制，各種定量控制和失壓及欠壓保護(hù)等特點(diǎn)，廣泛用于自動(dòng)控制電路。其主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可以用于控制其他電力負(fù)載。交流接觸器在電路中的符號(hào)往往在電路圖中是分開繪制的，分為接觸器吸力線圈符號(hào)、接觸器主觸頭符號(hào)和接觸器輔助觸頭符號(hào)。

圖6 交流接觸器的電路符號(hào)Fig.6 The circuit symbol of AC contactor

1.7 繼電器

如圖7所示為熱斷電器符號(hào)，此處主要介紹熱斷電器、時(shí)間斷電器和中間斷電器。

圖7 熱斷電器的電路符號(hào)Fig.7 The circuit symbol of the heat appliances

1.7.1 熱繼電器

熱繼電器的主要作用是加熱回路的控制和電動(dòng)機(jī)過流控制。一旦運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)不正常的情況或電路異常，就會(huì)造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降、繞組中的電流增大，電動(dòng)機(jī)的繞組溫度升高。如果過載電流不大且過載的時(shí)間較短，電動(dòng)機(jī)繞組不超過允許溫升時(shí)，還允許這種過載。但如果過載時(shí)間過長，過載電流大，電動(dòng)機(jī)繞組的溫升就會(huì)超過允許值，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)闺妱?dòng)機(jī)繞組燒毀。這時(shí)熱繼電器利用電流的熱效應(yīng)原理來切斷電源，所以，熱繼電器電路中為電動(dòng)機(jī)提供過流保護(hù)作用。

1.7.2 時(shí)間繼電器

如圖8所示，時(shí)間繼電器一般分為通電和斷電延時(shí)兩大類型。通電延時(shí)繼電器有兩個(gè)延時(shí)觸點(diǎn)：一個(gè)是延時(shí)斷開動(dòng)斷觸點(diǎn)，一個(gè)是延時(shí)閉合的動(dòng)合觸點(diǎn)。斷電延時(shí)繼電器也有兩個(gè)延時(shí)觸點(diǎn)：一個(gè)是延時(shí)閉合的動(dòng)斷觸點(diǎn)，一個(gè)是延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)。

圖8 時(shí)間繼電器的電路符號(hào)Fig.8 Time relay circuit symbols

1.7.3 中間繼電器

如圖9所示，中間繼電器通常用來傳遞信號(hào)和同時(shí)控制多個(gè)電路，也可直接用它來控制小容量電動(dòng)機(jī)或其它電氣執(zhí)行元件。

圖9 中間繼電器的線圈符號(hào)Fig.9 The symbol of the intermediate relay coil

2 工業(yè)運(yùn)輸電動(dòng)車往返自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 工業(yè)運(yùn)輸電動(dòng)車往返自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一個(gè)工業(yè)運(yùn)輸電動(dòng)車往返自動(dòng)控制系統(tǒng)。車輛到達(dá)A地后，停留10 min等待上料，然后自動(dòng)返回B地；在B地停留5 min下料，然后自動(dòng)返回A地，重復(fù)上述往返動(dòng)作。車輛設(shè)計(jì)要求：該運(yùn)輸系統(tǒng)要具有過流、短路保護(hù)和任意地點(diǎn)停車檢修功能。示意圖10如下：

圖10 工業(yè)運(yùn)輸電動(dòng)車往返運(yùn)輸自動(dòng)控制示意圖Fig.10 The automatic control schematic diagram of industry transportation electric vehicle

工業(yè)運(yùn)輸電動(dòng)車往返自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是通過電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、延時(shí)控制、熱保護(hù)控制、限位控制和起停控制的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際交通運(yùn)輸工具的有效控制，以達(dá)到生產(chǎn)生活的需要。設(shè)計(jì)完畢的工業(yè)運(yùn)輸電動(dòng)車自動(dòng)控制電路如圖11所示：圖中STa、STb為A、B兩地的限位開關(guān)，分別安裝在A地和B地的終點(diǎn)，作為停車信號(hào)開關(guān)。

圖11 工業(yè)運(yùn)輸電動(dòng)車往返運(yùn)輸自動(dòng)控制電路Fig.11 The automatic control circuit of industry electric vehicle round-trip transportation

KTa和KTb為A地和B地的延時(shí)繼電器，安裝在控制電路中，延時(shí)通電主要是為了停車上料和下料，具體時(shí)間可以根據(jù)現(xiàn)場需要靈活設(shè)定。KMF為控制右行主回路交流接觸器，安裝在控制電路中；KMR為控制左行主回路交流接觸器，安裝在控制電路中。KH為熱繼電器，它的作用是對(duì)電路進(jìn)行熱保護(hù)。KA為中間繼電器，它的作用是能夠使電動(dòng)車任意時(shí)刻停車。SBF、SBR、SB2為啟動(dòng)按鈕，SB1為停車按鈕。

2.2 電動(dòng)車往返自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理

首先按下啟動(dòng)按鈕SB2，中間繼電器通電工作，KA觸點(diǎn)自動(dòng)閉合。按下右行啟動(dòng)按鈕SBF，交流接觸器線圈KMF通電，相應(yīng)的主觸頭在電磁吸力下閉合，輔助觸頭自動(dòng)閉合形成自鎖（此時(shí)斷開SBF，線圈KMF仍然通電），電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)電動(dòng)車向右行。與此同時(shí)，接入左行控制電路中的交流接觸器線圈KMF的動(dòng)斷輔助觸頭自動(dòng)斷開形成互鎖（也就是自動(dòng)切斷電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)通電回路。即使不小心按下電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SBR，也不能按通交流接觸器線圈KMR，確保電動(dòng)機(jī)不能反轉(zhuǎn)）。

當(dāng)電動(dòng)車右行至A端，接觸A地的限位開關(guān)STa，STa的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，交流接觸器線圈KMF斷電，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)車向右行停止（等待上料），接入左行控制電路中的交流接觸器線圈KMF的動(dòng)斷輔助觸頭因斷電而自動(dòng)閉合；STa的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合接通延時(shí)繼電器KTa，延時(shí)10min后KTa延時(shí)閉合觸點(diǎn)自動(dòng)閉合，交流接觸器線圈KMR通電，相應(yīng)的主觸頭在電磁吸力下閉合，輔助觸頭自動(dòng)閉合形成自鎖（即使KTa延時(shí)閉合觸點(diǎn)斷開，線圈KMR仍然通電），電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)電動(dòng)車向左行。與此同時(shí)，接入右行控制電路中的交流接觸器線圈KMR的動(dòng)斷輔助觸頭自動(dòng)斷開形成互鎖（也就是自動(dòng)切斷電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)通電回路。即使不小心按下SBF按鈕，也不能按通交流接觸器線圈KMR，確保電動(dòng)機(jī)不能正向轉(zhuǎn)動(dòng)）。

當(dāng)電動(dòng)車左行至B端，接觸B地的限位開關(guān)STb，STb的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，交流接觸器線圈KMR斷電，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)車向左行停止（等待下料），接入右行控制電路中的交流接觸器線圈KMR的動(dòng)斷輔助觸頭因斷電而自動(dòng)閉合；STb的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合接通延時(shí)繼電器KTb，延時(shí)5 min后KTb延時(shí)閉合觸點(diǎn)自動(dòng)閉合，交流接觸器線圈KMF通電，電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)電動(dòng)車向右行。如果沒有停車指令或未出現(xiàn)電路過流、短路等情況電動(dòng)車將按上述過程重復(fù)往返運(yùn)動(dòng)。

電動(dòng)車在運(yùn)行過程中若因檢修車等原因需要中途停止，只需按下停車按鈕SB1即可。電動(dòng)車若在運(yùn)行過程中出現(xiàn)過流、短路時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)電流過大、熱量過大使熔斷器FU和熱繼電器KH工作而自動(dòng)切斷電動(dòng)機(jī)主電路。

3 結(jié)束語

近30多年來隨著國家各項(xiàng)政策深化改革，工業(yè)發(fā)展日新月異，在工業(yè)率先發(fā)展起來的省份，各種工業(yè)技術(shù)已逐步從傳統(tǒng)的人工操作向自動(dòng)化轉(zhuǎn)變，有效提高生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了人操作導(dǎo)致發(fā)生的生產(chǎn)安全事故。但是在工業(yè)欠發(fā)達(dá)的省份，比如貴州省由于多方面因素導(dǎo)致工業(yè)發(fā)展起步較晚，工業(yè)技術(shù)相對(duì)落后，自動(dòng)化技術(shù)成份不高，有待于改進(jìn)工業(yè)設(shè)施設(shè)備，大膽進(jìn)行工業(yè)技術(shù)革命。

工業(yè)運(yùn)輸電動(dòng)車自動(dòng)往返控制系統(tǒng)通過實(shí)踐運(yùn)用，有效解決了傳統(tǒng)工業(yè)運(yùn)送材料問題，實(shí)現(xiàn)了降低工業(yè)噪聲，節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)效率等目的。但此技術(shù)的投入要求必須有專業(yè)技術(shù)人才進(jìn)行操作和管理，電動(dòng)車必須要建固定的軌道，一次性投入成本較大，對(duì)于一些生產(chǎn)時(shí)間較短的小型工業(yè)不很適用，但對(duì)于一些大型工業(yè)，比如礦廠等則非常適用。

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