1、火焰切割機的電氣設計論文關鍵詞： 火焰切割機火焰切割機電氣控制火焰切割機PLC 論文摘要：火焰切割機是利用燃氣和氧氣將鑄坯快速燃燒，達到切斷鑄坯的目的，其優點是在線設備輕，一次性投資省，適應鑄坯的溫度寬；缺點是切割渣不易處理，金屬損耗大，但當鑄坯較長時，金屬損耗則較少。本次課題實際內容主要是針對火焰切割機的電氣控制部分進行研究和設計，本文引用電氣控制PLC原理，通過各種電氣元件的選型和計算，以及PLC程序的編譯，簡單的介紹了該火焰切割機電氣控制方面的設計過程和設計方法?；鹧媲懈顧C的電氣設計包括PLC、變頻器、控制變壓器、低壓電氣元件的選型以及STEP 7的程序編譯。1 緒論1.1 連續鑄鋼的概

2、念連續鑄鋼是一項把鋼水直接澆鑄成形的節能新工藝，它具有節省工序、縮短流程，提高金屬收得率，降低能量消耗，生產過程機械化和自動化程度高，鋼種擴大，產品質量高等許多傳統模鑄技術不可比擬的優點。自從20世紀50年代連續鑄鋼技術進入工業性應用階段后，不同類型、不同規格的連鑄機及其成套設備應運而生。20世紀70年代以后，連鑄技術發展迅猛，特別是板、方坯連鑄機的發展對加速連鑄技術替代傳統的模鑄技術起到了決定性作用。1.2 連鑄比的概念連鑄坯的噸數與總鑄坯(錠)的噸數之比叫做連鑄比，它是衡量一個國家或一個鋼鐵工廠生產發展水平的重要標志之一，也是連鑄設備、工藝、管理以及和連鑄有關的各生產環節發展水平的綜合體現

3、。1.3 國內外連鑄技術的發展20世紀50年代，連鑄開始用于鋼鐵工業生產。連鑄坯產量僅有110萬t左右，連鑄比約為0.34%20世紀60年代，弧型連鑄機問世，連鑄進入了穩步發展時期。年產鑄坯能力達4000萬t以上，連鑄比達5.6%。20世紀70年代，世界范圍的兩次能源危機促進了連鑄技術大發展，連鑄進入了迅猛發展時期。鑄坯產量已逾2億t，連鑄比上升為25。8%。20世紀80年代，連鑄進入完全成熟的全盛時期。世界連鑄比由1981年的33。8%上升到1990年的64。1%。連鑄技術的進步主要表現在對鑄坯質量設計和質量控制方面達到了一個新水平。20世紀90年代以來，近終形連鑄受到了實際各過的普遍關注，

4、近終形薄板坯連鑄與連扎相結合，形成緊湊式短流程，其發展速度之快，非人們所料及。進入新世紀,連鑄生產發展更快.2001年連鑄坯產量達13820萬噸,連鑄比達92.8%,比2000年猛增2370萬噸,增長21%,連鑄比增長4.72個百分點。2002年預計將產連鑄坯16500萬噸連鑄比將達94%左右,全連鑄單位將達157個,占當前有連鑄的單位總數175的89.7%.2002年預計將新增連鑄機60臺200流,產能3500萬噸以上.到2002年在線連鑄機將達444臺,產能共19450萬噸.預計到2005年連鑄機產能將達23500萬噸,產量將達21000萬噸,連鑄比將達97%.現在新建的鋼長起步都是全連鑄

5、,新建的連鑄機基本上都是高效的,而且達產很快。1.5 連鑄機的組成連鑄機主要由鋼包運載裝置、中間包、中間包運載裝置、結晶器、結晶器振動裝置、二次冷卻裝置、拉坯矯直機、引錠裝置、切割裝置和鑄坯運出裝置等部分組成。圖1.1 弧形連鑄機1-鋼包轉臺; 2-中間罐; 3-結晶器; 4-二次冷卻及導向裝置; 5-結晶器振動裝置6-拉矯機; 7-引錠存放裝置; 8-切割裝置; 9-鑄坯運出裝置1.6 弧形連鑄機的生產流程連續澆注時，鋼水罐中的鋼液經過中間罐注入水冷銅板結晶器內，結晶器的底部由引錠頭承托，使引錠頭與結晶器壁密封后便可開始澆注來源:論文天下 。注入結晶器的鋼水受到水冷銅模的強烈冷卻，迅速成為具

6、有一定厚度坯殼的鑄坯。當鋼液澆至規定高度時，開動拉矯機，拉錕夾住引錠桿以一定速度把鑄坯連續拉出結晶器。為了防止鑄坯坯殼被拉斷，并減少結晶器內的拉坯阻力，在澆注過程中，結晶器始終要進行往復振動。鑄坯拉出結晶器以后，進入二次噴水冷卻區，直到完全凝固。當鑄坯拉出拉矯機后，脫去引錠裝置，鑄坯經過矯直，再經過割機切成定尺長度，由輸送錕道運走，這一整個過程是連續進行的。 鑄坯切割裝置處于整個連鑄裝置的末端，也是整個連鑄流程的結尾部分，負責把連鑄坯按照軋鋼機的要求切割成定尺或倍尺長度。鑄坯是在連續運行中完成切割，因此切割裝置必須與鑄坯同步運動。1.7切割設備的技術要求1把被矯直的鑄坯，按要求切割成一定長度。

7、2鑄坯切口應與鑄坯長度方向垂直，切面平整，切頭不應有大于原鑄坯斷面的變形。3切割能力應適應鑄坯溫度的變化。1.8切割設備的類型及特點小方坯連鑄機采用的切割設備種類較多，有電動機械剪，液壓剪，火焰切割機等?；鹧媲懈顧C是利用燃氣和氧氣將鑄坯快速燃燒，達到切斷鑄坯的目的，其優點是在線設備輕，一次性投資省，適應鑄坯的溫度寬；缺點是切割渣不易處理，金屬損耗大，但當鑄坯定尺較長時，金屬損耗則較少，因而目前有些中、小企業又趨向建火焰切割機?；鹧媲懈顧C用于小方坯鑄機的機型目前有三種：其一自動化程度較高，投資也較大的為全自動化的火焰切割機，切割槍的擺動，切割小車的隨動及返回，以及自動計數定尺，都由微機控制。電動

8、或氣壓做動力源。另兩種近來較流行的經濟型的火焰切割機：一種稱無動力型火焰切割機，另一種稱夾坯型火焰切割機。（1）無動力型火焰切割機這種火焰切割機不同于全自動的火焰切割機，除切割小車返回使用液壓缸外，其余全無動力源，是靠鑄坯帶動產生各種動作，當撞頭落在錕道線上，鑄坯運行一個定尺長度至撞頭處，則頂動撞頭并帶著切割小車前進，切割小車上裝切割槍，切割槍的擺動運動來源于擺動機構上有一個導輪，當切割小車被鑄坯帶動前進時，此導輪將沿著一個固定的靠模曲線前進，因曲線的起伏使導輪帶動切割槍，產生切割擺動運動。定尺撞頭的上部裝在定尺導桿上，由于定尺不同，撞頭在定尺導桿上的位置可以通過調節裝置進行調節，導桿的末端有

9、釋放導模，當撞頭走到導桿末端時，完成尺切割后，撞頭將因導模的作用，自動釋放抬起。則被切斷的鑄坯經錕道送出。撞頭及切割小車又被液壓缸帶動返回原處，而撞頭落下成等待位置，全部切割過程結束。該切割機的動力來源是鑄坯，鑄坯不頂到撞頭，則切割小車不會行走，切割槍不會擺動，無法進行切割，顯然該機不能進行非定尺的切割，如切頭、切尾，或事故切割，這是該機的最大弱點。（2）夾坯型火焰切割機為了克服上述切割機的缺點，一種新型的切割機對隨動運動作了改進，不用被動的頂坯方式，而改為主動的夾坯隨動方式，并用汽缸作動力，解決了不能切頭、切尾的問題。夾坯型火焰切割機，切割機前設置里夾坯錕，夾坯夾頭，火焰切割槍的擺動仍是由擺

10、動機構和靠模完成，切割小車返回用液壓缸或用氣動馬達，夾坯夾頭杠桿通過轉軸，靠汽缸傳動，產生夾緊或放松的動作，而氣缸的進排氣則由工人遙控，或由定尺裝置發出信號，顯然該機應另配備定尺發信號裝置。目前小方坯連鑄機采用這種帶有主動夾坯機構的火焰切割機日漸增多。割炬又稱為切割槍，是火焰切割機的重要部件。切割槍是由槍體和切割嘴組成。而切割嘴是它的核心部件。外混式切割槍，它形成的火焰焰心為白色長線狀，切割嘴可距鑄坯50100mm內切割；外混式切割槍具有鑄坯熱清理效率高，切縫小，切割槍壽命長等優點。切割槍是用銅合金制造，并通水冷卻。一般當鑄坯寬度小于600mm時，用單槍切割；寬度大于600mm的鑄坯，用雙槍切

11、割。但要求兩支切割槍在同一條直線上移動，以防切縫不齊。切割時割槍應能橫向運動和升降運動。當鑄坯寬大于300mm時，切割槍可以平移，見圖a，當坯寬小于300mm時，割槍可做平移或扇形運動，見圖b，割槍的扇形運動的一個優點是切割先從鑄坯角部開始，使角部得到預熱有利于縮短切割時間，同時在板坯切割時先做約 5的扇形運動，割槍轉到垂直位置后，再做快速平移運動，見圖C。圖1.2 割槍運動錕子通過氣缸與鑄坯接觸，鑄坯帶動錕子轉動并發出脈沖信號，由計數器按定尺發出信號開始切割。1.9 切割機的選用火焰切割機，在線設備簡單,一次性投資低，切頭比較平整，不受鑄坯溫度的限制，但金屬損耗高,有煙塵和切割渣的污染，需要

12、增加額外的投資。這里選用了夾坯型火焰切割機。圖1.3 火焰切割裝置圖1.4 夾鉗式同步機構簡圖1.10 課題關鍵問題及難點 這次來源:論文格式論文網 課題關鍵問題及主要難點有：1.工作環境溫度高,零部件的選用與保護。2.變頻器的參數設置。3. 電氣元件的選用。4火焰切割機機械部件與PLC控制系統的搭配。5.電氣圖主要技術參數的計算。6.STEP 7的編程。2 火焰切割機機械控制21 切割機機架由軌道和軌道梁、走行和檢查平臺、橫梁和立柱、能介管道和電纜等組成。1軌道采用高架形式，每流兩根。安裝軌道的軌道梁斷面為“日”字形，內部通有冷卻水，火切機軌道梁公用一個大機架。2行和檢修平臺。平臺蓋板上部為

13、鋼制花紋板，下部為鋼板。3分布在鑄流兩側，為了保證切割操作工有良好的操作視線，橫梁采用下置式安放。4機能介管道和電纜設置在遠離拉矯機一側，如配置測量輥裝置空氣管和電纜設置靠拉矯機一側。22 車體 由下箱體、安裝板、上箱體、箱蓋和前箱體組成。1箱體和上箱體是一個箱形雙壁構件，通有冷水，可保護安裝在其中的各部件，防止機下鑄流熱輻射的損害。2安裝板在上、下箱體之間，火切機的各部件都裝在此板上。3箱蓋在上箱體上方，是一可折的輕型蓋子，便于安裝和維修。4前箱體是單壁箱體，用來保護切割槍、夾鉗裝置。23 傳動裝置兩傳動火焰切割機的傳動裝置由三相交流電機、兩極蝸輪減速器、齒輪傳動副、切割車行走和割槍驅動等部

14、件組成。1電機：火焰切割機上，采用8極交流電機加變頻器調速，使割槍在起切速度時，電機不會在低頻帶工作。2減速器組件：火焰切割機的減速器是本廠自制件，有兩極蝸輪減速。在第一級蝸輪出軸上，裝有開式傳動齒輪，與帶有電磁離合器（A）。在第二級蝸輪出軸上裝有電磁離合器（B）。3切割車行走：切割車行走由傳動部件與車輪組成，車輪安裝在水冷箱體兩側，前端兩個從動輪，后端兩個主動輪，一側車輪為槽型導向輪，另一側車輪為平輪。傳動部分安裝在水冷箱體的中部，通過小車傳動電機，帶動自動車輪，來完成切割機到滬運動。4割槍驅動：火焰切割機的割槍驅動由割槍傳動電機來控制。24 同步機構火焰切割機的同步機構由帶閥氣缸、上夾臂、

15、旋轉軸和夾鉗組成，氣缸安裝在水冷箱體內，通過電磁閥的換向帶動上夾臂，再由旋轉軸帶動安裝在前箱體的通有冷卻水的夾鉗作夾緊和松開動作,來實現對鑄坯的夾緊和切割機的同步運行。工作程序:待機時,電磁閥失電,夾緊松開,處于極限待機位置(最大開口)。當鑄坯運行到切割定尺時，氣缸換向閥得電，氣缸使夾鉗夾緊鑄坯，同時切割車傳動電機失電，切割車即隨鑄坯同步運行。當切割完畢時，氣缸換向閥失電，夾鉗松開，氣缸縮回至極限待機位置，夾緊極限位置接近開關發訊，機器處于待機位置。25 邊緣探測裝置方坯火焰切割機在邊緣探測方面作了很大改進。割槍對鑄坯邊緣的定位是通過夾鉗對鑄坯的夾緊將割槍邊緣（不同的鑄坯需要調整在夾緊時夾鉗和

16、割槍的相對位置，這樣解決了鑄坯跑偏時，割槍的預熱點偏差大的問題。工作原理：待機時，切割機傳動電機均失電，割槍停留在原位。當鑄坯運行到切割定尺時，氣缸換向閥得電。夾鉗帶動割槍，迅速達到鑄坯邊緣位置，對鑄坯進行預熱。26 管路由車間氧氣、燃氣、壓縮空氣、冷卻水等管道供應的各種介質經過能源介質箱后，通過機外配管、機內配管送到機上各使用點。1.路。氧氣進入能源介質箱，在箱內經過濾器后分成割槍預熱氧、切割氧二路，分別減壓至設定壓力，由電磁閥控制出能源介質箱后，經硬管送至拖鏈上的軟管再接到主、副割槍上，高溫區割槍的連接采用不銹鋼波紋軟管，預熱氧管道進入割槍前裝有氧氣回火防止器。2.燃氣管路。燃氣進入能源介

17、質箱，在箱內經過濾器并減壓至設定壓力，由電磁閥控制出能源介質箱后，經硬管送至拖鏈上的軟管再接到主、副割槍上，高溫區割槍的連接采用不銹鋼波紋軟管。燃氣進入割槍前需裝有回火防止器。3.壓縮空氣灌錄。壓縮空氣進入能源介質箱在箱內經氣源三聯件（過濾、減壓、油霧器）以設定壓力出能源介質箱，經硬管送至拖鏈上的軟管后進入機內配管，由換向閥控制進入同步氣缸，使夾鉗作夾緊與放開動作。火焰切割機的冷卻水進、出水管路如下： SHAPE /* MERGEFORMAT 圖 2.1 冷卻水進、出水管路示意圖冷卻水經機外硬配管、拖鏈軟管引上切割機后，分兩路進入割槍、上箱體下箱體和夾鉗，然后進入拖鏈回水管，最后通過機外硬配管

18、系統排放。另一路由電磁換向閥控制進入長度測量裝置氣缸，使測量輥作靠攏鑄坯與脫離鑄坯動作。27 切割車行程控制切割車行程控制由接近開關與感應片組成。接近開關裝在切割機上箱體的水套中，以防在高溫狀態下的失靈，感應片焊接在機架上。28 長度測量裝置1. 度測量裝置為一由氣缸推動可擺動的空心軸，空心軸上裝有一個表面經特殊硬化處理的測量輪，其擺動支撐座安裝在來源:論文格式論文網 切割機機架上。鑄坯到達測量點之前，空心軸應擺動至上位。當上位機發出鑄坯到位信號后，氣缸推動其擺動至下位，測量輪與鑄坯側面接觸，鑄坯靠摩擦力通過測量輪帶動空心軸旋轉。在空心軸上端通過一對開式齒輪傳動副連接一個增量式光電編碼器。測量

19、輪的周長與脈沖發生器的每轉脈沖數是匹配的，通過光電編碼器將測量數據反饋到PLC中去。冷卻水流經測量輪、空心軸后排出。2.產度測量裝置也可以配置紅外線熱金屬探測器，探測器每流一套安裝在長度測量機架上，探測器需要一路壓縮空氣、冷卻水出口和出口管路。3.度測量裝置也可選用DC24VP碰錘，碰錘每流一套安裝在測量機架上，并與機架絕緣。29 能源介質控制箱29.1 概述 能源介質控制箱的功能是將用戶管道來的各種不同壓力的能源介質調整到火焰切割機正常切割所需的工作壓力。本廠提供的能源介質控制箱具有這樣的特點：在進口壓力波動較大，切割所需的氣源流量也很大的情況下，通過具有先進水平的減壓閥的調壓，使出口氣壓控

20、制在正常切割所需的工作壓力，并持續穩定地供應各種氣源。安裝位置：一般安放在離火焰切割機切割區域不太遠（10米以內）的兩側。這樣既可以使火焰切割機的現場配管長度比較合理，又便于在進行壓力調整的時候，操作工可看清割槍的火焰。結構形式：為立式箱形結構。箱體的前后均可開門，便于維修。箱體的一側配有電氣端子箱（地上接線端子箱），將切割機上所有電控元器件和能源介質箱內電磁閥的接線電纜連接到此端子箱。29.2 簡介（1）箱體。為立式箱形結構。所有的控制元器件及聯接管路均可安裝在該箱體內，箱體下部為能源介質的進口，上部為能源介質的出口。如用戶特殊需要，也可進、出口換向設計。箱體的前后均為雙開門，便于維修。箱體

21、的一側配有一個電氣端子箱（地上接線端子箱），將切割機上所有電控元器件和能源介質箱內電磁閥的電纜連接到此端子箱。（2）閥門類。共有六種類型。1. 安裝在能介箱內各進氣總管和分路管道上的球閥。其總管所用型號為Q11F-16TG2；分管所用型號為Q11F-16TG3/4。2. 安裝在燃氣總管上的止回閥。型號為MF，其功能一是防止燃氣回火，二是過濾氣體種的雜質。3. 安裝在氧氣和燃氣分管上的減壓閥。切割氧減壓閥型號為MD200；預熱氧減壓閥型號為RE25-HG；燃氣減壓閥型號為RE4PM-G。4. 安裝在氧氣和燃氣分管上，控制每一路氣源開、關的二位二通電磁閥（德國進口件）。5. 安裝在預熱氧管和燃氣管

22、旁路上的氣體調節閥。其型號為DP5。6. 安裝在壓縮空氣管路上的三聯件氣源處理裝置。其型號為399293。（3）管路。分為進氣總管和各供氣分管。各種介質的進氣總管各一根。其中在氧氣和燃氣總管上裝有過濾器和壓力表。氧氣總管在箱體內分成預熱氧和切割氧兩路然后根據該箱體控制切割槍的數量再分成相應的十路分管。在每一路預熱氧分管上，裝有Q11F-16TG3/4球閥、MD200氧氣減壓閥和二位二通電磁閥。在每一路預熱氧分管上，裝有Q11F-16TG3/4球閥、RE25-HG預熱氧減壓閥和二位二通電磁閥，在電磁閥的下部配有一旁路，上裝有DP5氣體調節閥，供調節割槍點火火焰之用。燃氣總管在箱體內根據該箱體控制

23、切割槍的數量分成相應的五路分管。在每一路燃氣分管上，裝有Q11F-16TG3/4球閥，RE4PM-G燃氣減壓閥和二位二通電磁閥，在電磁閥的下部也配有一旁路，上裝有DP5氣體調節閥，供調節割槍點火火焰之用。2.10 技術參數1切割參數鑄坯規格120120mm-250250mm鑄坯溫度600切割定尺2.5m切割區最小行程2400mm2運動參數切割機運行速度11.0m/min(快進、快退)2.5m/min（慢進、慢退）割槍運行速度0700mm/min（可調）割槍正常切割速度300450mm/min3結構參數軌距800mm輪距750mm輥道面與軌道面高差1000mm割槍行程300mm切割槍數每臺1把4

24、能源介質參數種類壓力(MPa)耗量(Nm/h)備注氧氣1.058（每把槍）純度燃氣：46（每把槍）熱值57458KJ/Nm乙炔0.070.1035-40（每把槍）熱值16800KJ/Nm焦爐煤氣0.250.50911（每把槍）熱值95900KJ/Nm高能氣0.050.073（每臺車）熱值94100KJ/Nm石油液化氣0.050.0710（每臺車）無油污雜質壓縮空氣0.400.606（每臺車）工業凈化水冷卻水0.600.803 電氣控制的設計火焰切割機電氣設計要求包括六流火焰切割機的供配電設計，傳動設計和控制操作功來源:論文格式論文網 能設計。3.1 電氣控制工藝要求火機行走傳動電機（380V交

25、流變頻控制快慢調速，0.37KW）另帶DC24V失電制動器、火切機割槍擺動傳動電機（380V交流變頻控制快慢調速，0.25KW）、同步夾緊臂電磁閥、預熱氧電磁閥、切割氧電磁閥、燃氣電磁閥、小車行程開關（原位、前位、PNP二線制）、切槍限位接近開關（原位、終位、PNP二線制）、夾緊臂原位限位開關（PNP二線制）。（1） 手動位小車前進：傳動電機制動器釋放火切機傳動電機正轉小車前進指示燈亮 碰到小車前位限位 火切機傳動電機停轉、小車前進指示燈滅。小車后退：傳動電機制動器釋放火切機傳動電機反轉小車后退指示燈亮 碰到小車原位限位 火切機傳動電機停轉小車后退指示燈滅,小車停止運行。小車停止：火切機傳動電

26、機停止。切割槍快進（切割速進）：火切機傳動電機快速（以切割速度前進，調節操作臺上的調速電位器改變切割速度）運轉 切割槍快進（切割速進）指示燈亮 碰到割槍終位限位 火切機傳動電機停轉，切割槍快進（切割速進）指示燈滅。切割槍停止：火切機傳動電機停轉，割槍停止運行。切割槍退回：傳動電機反轉。切割槍夾緊：切槍夾緊臂電磁閥得電，切割槍夾緊指示燈亮。切割槍松開：切槍夾緊臂電磁閥失電，切割槍夾緊指示燈滅。預熱火焰開：預熱氧電磁閥得電，燃氣電磁閥得電，預熱火焰開指示燈亮。預熱火焰關：預熱氧電磁閥失電，燃氣電磁閥失電，預熱關火焰關指示燈亮。切割火焰開：切割氧電磁閥得電，燃氣電磁閥得電，切割火焰開指示燈亮。切割火

27、焰關：切割氧電磁閥失電，燃氣電磁閥失電，切割火焰關指示燈亮。（2）自動位定尺裝置發出切割指令或手動切割指令 切槍夾緊臂電磁閥得電、切割槍夾緊，預熱氧電磁閥得電、燃氣電磁閥得電，預熱火焰打開 經延時6秒 切割氧電磁閥得電（切割火焰打開，割槍傳動電機以切割速度正轉（調節操作臺上的調速電位器改變切割速度），切割槍向前運行。碰到割槍終位限位 切槍夾緊電磁閥失電（切割槍松開）割槍傳動電機停轉、切割氧電磁閥失電、預熱氧電磁閥失電、燃氣電磁閥失電（切割火焰關閉） 割槍傳動電機反轉、割槍返回原位 經延時3秒小車傳動電機快速反轉，小車向后退行 碰到小車原位限位小車傳動電機停轉、小車停止運行。（1） 盡量減少電氣

28、線路的電源種類。（2） 盡量減少電氣元件的品種、規格、數量。（3） 合理安排觸點位置。（4） 盡可能減少通電電器的數量。（5） 正確聯接電路的線圈。（6） 防止出現寄生電路。（7） 設計控制電路時應考慮各種連鎖關系以及電氣系統中具有的各種電氣保護措施，如過載、短路、欠壓零壓、限位超程保護等。同時還要考慮信號指示，故障檢測及報警等。3.2 電氣傳動方式的選擇電氣傳動形式的選擇是電氣設計的主要內容之一，也是以后各部分設計內容的基礎和先決條件。一個電氣傳動系統一般由電動機、電源裝置及控制裝置三部分組成，電源裝置和控制裝置緊密相關，一般放在一起考慮，三部分各自有多種設備或線路可供選擇，設計時應根據生產

29、機械的負載特性、工藝要求及環境條件和工程技術條件選擇電氣傳動方案。它是由工程技術條件來確定的。在交流電動機能滿足生產需要的場合都應采用交流電動機。具體應考慮以下幾點。（1） 需調速的機械，包括長期工作制、短時工作制和重復短時工作制機械，應采用交流電動機。僅在某些操作特別頻繁、交流電動機在發熱和制動特性不能滿足要求時，才考慮直流電動機，只需幾級固定速度的機械可采用多速交流電動機。（2）需要調速的機械，宜采用交流電動機。目前交流調速裝置的性能、轉矩響應時間與成本已能和直流調速裝置競爭，越來越多的直流調速應用領域已采用通用變頻器控制。（3）在環境惡劣場合，例如高溫、多塵、多水氣、易燃、易爆等場合，宜

30、采用交流電動機。（4）電動機的結構型式應當適應機械結構的要求，再考慮到現場環境、可選用防護式、封閉式、防腐式、防爆式以及變頻器專用電動機等結構型式。直接啟動直接起動就是直接加額定電壓起動，也叫全壓起動。這是一種簡單的起動方法，不需要復雜的起動設備，但起動電流大，一般可達額定電流的47倍。所以只適用于小容量電動機的起動。這里所指的“小容量”，不僅取決于電動機本身容量的大小，而且還與供電電源的容量有關。電源容量越大允許直接起動的電動機容量也就越大。電源允許的起動電流倍數可用下面的經驗公式估算Ist/IN=3/4+電源總容量（KVA）/4電動機容量（KW）式中：Ist為電源允許的起動電流；IN為電動

31、機定子額定電流。只有當電動機的起動電流倍數小于或等于電源允許的起動電來源:論文格式論文網 流倍數時，才允許采用直接起動的方法。當電動機定子饒組斷電后，由于慣性作用，電動機不能馬上停止運轉。而很多生產機械，如起吊重物的行車，機床上需要迅速停車、準確定位的機構等，都要求電動機斷電后立即停轉。這就要求對電動機進行制動，強迫其立即停車。常用的制動方式有機械制動和電氣制動。（1）機械制動所謂機械制動就是利用機械裝置使電動機斷電后立即停轉。目前使用較多的機械制動裝置是電磁抱閘，它的主要工作部分是電磁鐵和閘瓦制動器。電磁鐵由電磁線圈、靜鐵心、銜鐵組成；閘瓦制動器由閘瓦、閘輪、彈簧、杠桿等組成。其中閘輪與電動

32、機轉軸相連，閘瓦對閘輪制動力矩的大小可通過調整彈簧彈力來改變。采用電磁抱閘制動的優點是通電時制動裝置松開，斷電時它能起制動作用，適用于要求斷電時能進行制動的生產機械和其他機械裝置。（2）電氣制動所謂電氣制動，就是電動機需要制動時，通過電路的轉換或改變供電條件使其產生與實際運轉方向相反的電磁轉矩制動力矩，迫使電動機迅速停止轉動的制動方式。小車因為對起動制動位置精度要求較高，固選用帶有機械制動器的電動機。割槍選用電氣制動。表3-1 交流電動機的電流計算公式分類額定功率（KW）估算電流（A）備注計算公式單相電動機18cos以0.75計算以0.75計算三相電動機12cos以0.85計算以0.85計算注

33、：（1）計算公式中，如無功率因數cos,效率的數據時；單像電動機均以0.75計算；三相電動機以0.85計算。（2）電動機功率如以馬力HP表示時，與千瓦KW的折算關系為：1HP=0.746KW。Y802-8：0.25KW2=0.5 AYEJ7124： 0.37KW2=0.74A表3-2電動機參數型號額定功率電壓額定電流割槍電動機Y802-80.25KW380V0.5A小車電動機YEJ71240.37KW380V0.74A3.3 電動機的調速控制異步電動機的變頻調速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉速而實現調速的，在調速中從高速到低速都可以保持較小的轉差率，因而消耗轉差功率小，效率高?？梢哉J為，變

34、頻調速是異步電動機的唯一最為合理的調速方法。隨著電力電子技術和微機應用的不斷發展，能夠提供一種合乎異步電動機調速要求的變頻電源裝置，與結構簡單的異步電動機組成調速系統，在調速性能上已能和直流電動機調速系統相媲美。異步電動機的同步轉速，即旋轉磁場的轉速為 式中 同步轉速（r/min） 定子頻率（Hz） 磁極對數。而異步電動機的軸轉速為 式中 S異步電動機的轉差率， 改變異步電動機的供電頻率，可以改變其同步轉速，實現調速運行。對異步電動機進行調速控制時，希望電動機的主磁通保持額定值不變。磁通太弱，鐵心利用不充分，同樣的轉子電流下，電磁轉矩小，電動機的負載能力下降；磁通太強，則處于過勵磁狀態，使勵磁

35、電流過大，這就限制了定子電流的負載分量，為使電動機不過熱，負載能力也要下降。異步電動機的氣隙磁通（主磁通）是定、轉子合成磁動勢產生的，下面說明怎樣才能使氣隙磁通保持恒定。變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱直接式變頻器。而交-直-交變頻器則是先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電，它又稱為間接式變頻器。 圖3.1 變頻器示意圖變頻器選擇：根據電動機額定電流I，或電動機實際運行中最大電流Imax而定，一般令變頻器額定電流 （1.051.1） 或 (1.051.1) 式中 電流最大有效值按

36、容量選擇，則變頻器容量 （KVA）式中 電動機額定電壓，V； 電動機額定電流，A； K安全系數，通常為1.051.1電動機：Y802-8 =0.5A 則 0.55A =0.4KVAYEJ7124 =0.74A 則 0.814A =0.59KVA表3-3環境溫度40C時標準額定數據，安裝和尺寸額定電機功率 （KW）額定輸出電流I2（A）模塊選型模塊尺寸及重量（kg）200-240V，三相50/60HZ0.370.550.751.11.52.22.23.04.35.97.09.0ACS143-K75-1ACS143-1K1-1ACS143-1K6-1ACS143-2K1-1ACS143-2K7-1

37、ACS143-4K1-1A/0.8A/0.8B/1.1C/1.5C/1.5D/1.8380-480，三相50/60HZ0.370.550.751.11.52.20.370.550.751.11.21.72.02.83.64.91.21.72.02.8ACS143-K75-3ACS143-1K1-3ACS143-1K6-3ACS143-2K1-3ACS143-2K7-3ACS143-4K1-3ACS143-H75-3ACS143-1H1-3ACS143-1H6-3ACS143-2H1-3A/0.8A/0.8B/1.1B/1.1C/1.5D/1.8H/0.7H/0.7H/0.7H/0.7來源:論文

38、格式論文網 由于主電路的電源為工頻電源，所以選擇380V，三相50/60HZ的變頻器。故電動機Y802-8取變頻器ABB ACS143-K75-3 0.37KW 額定輸出電流1.2A 模塊及重量A/0.8電動機YEJ7124 取變頻器ABB ACS143-1K1-3 0.55KW 額定輸出電流1.7A 模塊及重量A/0.8圖3.2 宏的設置表3-4 變頻器參數代碼描述設置9902APPLIC MACRO（應用宏）09905MOTOR NOM VOLT（電機額定電壓）380V9906MOTOR NOM CURR（電機額定電流）0.5A（割槍）0.74A（小車）9908MOTOR NOM SPEE

39、D（電機額定轉速）1440rpm1105EXT REF1 MIN（外部給定1低限）1106EXT PEF2 MAX（外部給定1高限）50HZ1201CONST SPEED SEL（恒速選擇）DI 11202CONST SPEED 11401RELAY OUTPUT 1（繼電器輸出1）41402RELAY OUTPUT 2繼電器輸出223101NR OF TRIALS（復位次數）53102TRIAL TIME（復位時間）5S3103DELAY TIME（延時時間）1S3104AR OVERCURRENT（AR過流）13105AR OVERVOLTAGE（AR過壓）13106AR UNDERVOL

40、TAGE（AR欠壓）13107AR AIMIN（AR AI 故障）13.4 電氣工藝的確定小車和割搶冷卻水打開（否則電源打開后會自動報警），電源開關開，各置位復位觸發器復位，小車制動器得電，自動定尺裝置發出切割信號，夾緊臂電磁閥得電，夾緊臂氣缸工作，夾緊臂夾緊方坯，火焰切割機隨方坯一起前進。預熱氧、預熱燃氣電磁閥開，預熱氧、預熱燃氣管路通，割槍開始預熱。預熱6秒后，切割氧電磁閥開，切割氧管路通，割槍轉為切割火焰。割槍變頻器DI 1得電，割槍電動機正轉。（此時可通過調節操作臺上的電位計來調節割槍的切割速度）當割槍碰到割槍前限位時，夾緊臂電磁閥失電，氣缸帶動夾緊臂回原位，預熱氧，預熱燃，切割氧電磁

41、閥均失電，各氣體管路關閉，同時割槍變頻器DI1、DI2、DI3均得電，割槍電動機得電、反轉，割槍以設定的恒定速度返回。割槍碰到原位，停3秒，小車變頻器DI1、DI2、DI3得電，小車電動機得電、反轉，小車以設定的恒速返回，小車碰到原位限位，小車變頻器DI1、DI2、DI3失電，小車制動器得電，小車停止在原位，等候下一個切割指令。另：1.在小車和割槍冷卻水沒有打開的情況下打開電源，系統會自動報警。2.為保護火焰切割機，小車設有前限位，當小車碰到前限位時，無論是否切割完畢，夾緊臂電磁閥失電，夾緊臂松開，割槍自動關閉切割火焰返回原位，小車返回原位。3.各電路均有自動開關保護，當電器電流過載時，自動開

42、關斷開，系統失電。4.各主電路中開關由操作臺上按鈕連接交流接觸器來控制，出現緊急情況，可由人工斷開電路。4 PLC的選擇4.1 PLC簡介可編程序控制器（PLC）是微機技術與繼電器常規控制技術相結合的產物，是近年來發展最迅速應用最廣泛的工業自動控制裝置之一。它以其可靠性高、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯網功能、易于與計算機接口、能對模擬量進行控制、具備高速記數與位控等高性能模塊等優異性能，日益取代由大量繼電器、時間繼電器、記數繼電器等組成的傳統繼電器-接觸器控制系統，在機械、化工、電力、輕工等工業控制領域得到廣泛應用。PLC的工作方式PLC是采用循環掃描的工作方式來完成

43、控制的，每個掃描周期分為輸入采樣、程序執行、輸出刷新三個階段。1.輸入采樣階段每個掃描周期開始，控制器首先順序讀入所有輸入端的信號狀態（0或1），并逐一存入狀態寄存器中。輸入狀態寄存器的位數與輸入端子數目對應，因而輸入狀態寄存器又稱為輸入鏡像寄存器。輸入采樣結束后，即使輸入狀態變化，輸入狀態寄存器的內容也不會發生改變，這些變化只能在下一周期的輸入采樣階段才被讀入。2.程序執行階段組成PLC用戶程序的每條指令都有順序號，在PLC中稱為步序號。程序是按步序號依次存入存儲單元。程序執行期間，地址計數器順序尋址，依次指向每個存儲單元，控制器順序執行這些指令。對指令指定的輸入狀態寄存器、輸出或內部輔助繼

44、電器、定時器、計數器、狀態器的狀態進行邏輯運算，運算結果通過輸出指令存入輸出狀態寄存器。輸出狀態寄存器的位數與輸出元件數目相對應，所以它又稱為輸出鏡像寄存器。3.輸出刷新階段在所有的指令執行完畢后，輸出狀態寄存器中所有的狀態，在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器，驅動輸出繼電器的線圈，形成PLC的實際輸出。在一個周期執行完畢后，地址計數器恢復到初始地址，重復執行上述三個階段的工作。一個掃描周期一般為2050ms。4.2 SIMATICS7-300PLCS7-300是模塊化小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的來源:論文格式論文網 模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統。與S7-200

45、PLC比較，S7-300PLC采用模塊化結構，具備高速（0.60.1s）的指令運算速度；用浮點數運算比較有效地實現了更為復雜的算術運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數賦值；方便的人機界面服務已經集成在S7-300操作系統內，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數據，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統自動地處理數據的傳送；CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修

46、改；S7-300PLC設有操作方式選擇開關，操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300PLC可通過編程軟件Step7的用戶界面提供通信組態功能，這使得組態非常容易、簡單。S7-300PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業以太網總線系統；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統及其他SIMATICS7/M7/C7等自動化控制系統。圖4.1 PLC硬件圖1.電源模塊 2.后備電池 3.24V

47、 DC 連接器 4.模式開關5.狀態和故障指示燈 6.存儲器卡（CPU 313以上）7.MPI多點接口 8.前連接器 9.前蓋SIMATIC S7-300是一種通用型PLC，能適合自動化工程中的各種應用場合，尤其是在生產制造工程中的應用。模塊化、無排風扇結構、易于實現分布式的配置、以及用戶易于掌握等特點，使得S7-300在以下工業部門中實施各種控制任務時，成為一種既經濟又切合實際的解決方案：l 生產制造工程l 汽車工業l 通用機械制造l 專用機械制造l 各種類型的專用機床OEMl 塑料加工l 包裝工業l 食品和飲料工業l 工藝過程工程（例如，供水、排水、建筑服務設施等）S7-300具有以下顯著

48、特點：l 循環周期短、處理速度高l 指令集功能強大、可用于空間有限的場合l 模塊化結構、適合密集安裝l 有不同檔次的CPU、各種各樣的功能模塊和I/O模塊可供選擇l 100%免維護l 已檢定合格的、可在惡劣氣候條件下露天使用的模塊類型S7-300是由各種模塊部件所組成，各模塊能以各種不同方式組合在一起。這表明可將控制系統設計成完全符合應用的需要。除了模塊之外，用戶其他所需要的就是一種DIN標準導軌。各模塊安裝在導軌上，并用螺絲固定。這種結構形式既可靠又電磁兼容。背板總線集成在各模塊上，通過將總線連接器插在模塊機殼的背后，使背板總線聯成一體。最多8個模板可一起裝在一個機架上（中央控制器/擴展單元

49、）。圖 4.2 多機架的S7-300PLC4.3 PLC模塊簡介（1）CPU模塊CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統中，CPU模塊相當于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執行用戶程序，刷新系統的輸出；存儲器用來儲存程序和數據。S7-300/400將CPU模塊簡稱為CPU。（2）信號模塊輸入（INPUT）模塊和輸出（Output）模塊簡稱為I/O模塊，開關量輸入、輸出模塊簡稱為DI模塊和DO模塊，模擬量輸入、輸出模塊簡稱為AI模塊和AO模塊，它們統稱為信號模塊。信號模塊是系統的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場設備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號

50、，開關量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發電動機和各種變送器提供的連續變化的模擬量電流電壓信號。開關量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等輸出設備，模擬量輸出模塊用來控制電動調節閥、變頻器等執行器。CPU模塊內部的工作電壓一般是DC 5V，而PLC的輸入/輸出信號電壓一般較高，例如DC 24V或AC 220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊的元器件，或使PLC不能正常工作。在信號模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔

51、離PLC的內部電路和外部的輸入、輸出電路。信號模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離的作用。（3）功能模塊為了增強PLC的功能，擴大其應用領域，減輕CPU的負擔，PLC廠家開發了各種各樣的功能模塊。它們主要用于完成某些對實時性和存儲容量要求很高的控制任務。（4）接口模塊CPU模塊所在的機架稱為中央機架，如果一個機架不能容納全部模塊，可以增設一個或多個擴展機架。接口模塊用來實現中央機架與擴展機架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴展機架供電。（5）通信處理器通信處理器用語PLC之間、PLC與遠程來源:論文格式論文網 I/O之間、PLC與計算機和其他智能設備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PRO

52、FIBUS-DP、AS-i和工業以太網，或者用于實現點對點通信等。CPU模塊集成有MPI通信接口，有的還集成了其他通信接口。（6）電源模塊PLC一般使用AC 220V電源或DC 24V電源，電源模塊用于將輸入電壓轉換為DC 24V電壓和背板總線上的DC 5V電壓，供其他模塊使用。（7）編程設備S7-300/400使用安裝了編程軟件STEP 7的個人計算機作為編程設備，在計算機屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實現不同編程語言之間的相互轉換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網絡，可以實現遠程編程和傳送。編程軟件還具有對網絡和硬件組態、參數設置、監控和故障診斷等功能。4.4 電源模塊的選擇PS307電源模塊（5A）具有以下顯著特性：l 輸出電流5Al 輸出電壓24VDC；防短路和開路保護l 連接單相交流系統（輸入電壓