多臺(tái)三相電機(jī)協(xié)同繼電控制電路設(shè)計(jì)與優(yōu)化

董孔慶

(浙江外國(guó)語(yǔ)學(xué)院理工學(xué)院,浙江杭州 310012)

多臺(tái)三相電機(jī)協(xié)同繼電控制電路設(shè)計(jì)與優(yōu)化

董孔慶

(浙江外國(guó)語(yǔ)學(xué)院理工學(xué)院,浙江杭州 310012)

根據(jù)三相電機(jī)自制簡(jiǎn)易加工機(jī)器實(shí)例,采用單鍵控制的自動(dòng)化操作,對(duì)三臺(tái)三相電機(jī)協(xié)同繼電控制整體電路和故障提示電路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),加快了機(jī)械加工的生產(chǎn)進(jìn)度,提高了機(jī)械加工的穩(wěn)定性和成品率.

三相電機(jī);協(xié)同;繼電控制;電路設(shè)計(jì)

在江浙地區(qū)的小型機(jī)械加工企業(yè),經(jīng)常因機(jī)械構(gòu)件加工而需要自制簡(jiǎn)易加工機(jī)器.絕大部分加工機(jī)器采用以單臺(tái)電機(jī)的人工目測(cè)控制和多工序的手工控制,這種加工方式受到工人的操作經(jīng)驗(yàn)和體力的制約,加工的精度和成品率較低,制約了小型機(jī)械加工企業(yè)的發(fā)展.

用多臺(tái)三相電機(jī)協(xié)同控制代替復(fù)雜的工序流程人工操作一般有兩種方法:可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡(jiǎn)稱(chēng) PLC)改進(jìn)和多電機(jī)繼電協(xié)同控制改進(jìn).雖然 PLC在多電機(jī)數(shù)字化控制方面有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)和運(yùn)用潛力,但由于 PLC改進(jìn)需要專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)人員,這對(duì)于小型加工企業(yè)來(lái)說(shuō),存在開(kāi)發(fā)成本高、維修難、安裝調(diào)試復(fù)雜等問(wèn)題,難于普遍使用.因此,采用多電機(jī)協(xié)同繼電控制改進(jìn)較為適合.

1 設(shè)計(jì)任務(wù)

現(xiàn)有一自制加工機(jī)器用來(lái)加工打包機(jī)的零部件——打包帶圓盤(pán),其作用是將待加工的鐵片圓盤(pán)邊緣卷曲成光滑圓邊.圖 1為機(jī)器的加工流程示意圖.

圖 1 加工流程示意圖

加工工序如下:將待加工的鐵皮圓盤(pán)固定在機(jī)器部件 a上;啟動(dòng)機(jī)器,使機(jī)器部件 a及固定在其之上的鐵皮圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng);使機(jī)器部件 b移動(dòng),抵壓轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵皮圓盤(pán)使其向上卷曲;當(dāng)卷曲一定的值以后,使機(jī)器部件 c以卷曲的邊緣,使其向下卷曲;卷曲完畢后,使機(jī)器部件 b,c回到原來(lái)的位置;將三相電機(jī)停轉(zhuǎn);取下已加工完畢的鐵片圓盤(pán).

本設(shè)計(jì)任務(wù)是將這三個(gè)機(jī)器部件 a,b,c的機(jī)械運(yùn)動(dòng)采用三臺(tái)三相電機(jī)A,B,C協(xié)同繼電控制,采取單鍵控制自動(dòng)化操作,保證機(jī)械加工的穩(wěn)定性和成品率,加快了機(jī)械加工的生產(chǎn)進(jìn)度.

2 單個(gè)三相電機(jī)操控設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)械部件 a的機(jī)械運(yùn)動(dòng)為普通轉(zhuǎn)動(dòng),只要一臺(tái)三相電機(jī)繼電控制即可.另兩個(gè)機(jī)器部件 b,c的機(jī)械運(yùn)動(dòng)為往返運(yùn)動(dòng),從電工角度來(lái)看,只需引進(jìn)三相電機(jī)正反轉(zhuǎn),將三相電機(jī)B,C與運(yùn)動(dòng)的機(jī)器部件 b,c相結(jié)合就能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力操控,如圖 2所示.而與普通三相電機(jī)正反轉(zhuǎn)按鈕互鎖電路圖不同的是采用行程開(kāi)關(guān)替代復(fù)位按鈕 (圖中YB1,YB2為行程開(kāi)關(guān),SB為按鈕),以機(jī)械碰撞實(shí)現(xiàn)兩個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉狀態(tài)的改變[1].

按動(dòng) SB按鈕,三相電機(jī)起動(dòng),機(jī)械部件向前運(yùn)動(dòng),開(kāi)始加工.機(jī)械部件向前運(yùn)動(dòng)碰觸行程開(kāi)關(guān) YB1,使 YB1的常開(kāi)開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài),常閉開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài),三相電機(jī)反轉(zhuǎn),機(jī)械部件就會(huì)離開(kāi) YB1.當(dāng)機(jī)械部件返程運(yùn)動(dòng)碰觸行程開(kāi)關(guān) YB2時(shí),三相電機(jī)停轉(zhuǎn)[2].在 YB2上并聯(lián)一個(gè) K M2常閉開(kāi)關(guān).當(dāng)三相電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí),YB2常閉開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài),而 K M2的常閉開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài),主電路處于閉合狀態(tài);而當(dāng)三相電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí),K M2常閉開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài),YB2常閉開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài),此時(shí)機(jī)械部件碰觸 YB2則整個(gè)控制電路被切斷,三相電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn).

圖 2 三相電機(jī)正反轉(zhuǎn)互鎖改進(jìn)圖

3 3臺(tái)三相電機(jī)協(xié)同整體電路優(yōu)化設(shè)計(jì)

整體電路不是簡(jiǎn)單的 3臺(tái)三相電機(jī)的繼電控制的相加,而是從功能出發(fā)將 3臺(tái)三相電機(jī)協(xié)同繼電控制.

3.1 各行程開(kāi)關(guān)與機(jī)器部件的工序進(jìn)程

圖 3 三個(gè)三相電機(jī)功能整合電路

從圖 1加工流程上來(lái)看 3臺(tái)三相電機(jī)的運(yùn)行次序應(yīng)該是:A→AB→ABC→AB→A.對(duì) 3臺(tái)三相電機(jī)進(jìn)行功能整合,如圖 3所示.以 SB1和 SB2復(fù)位按鈕控制三相電機(jī) A的開(kāi)和停;以SB3復(fù)位按鈕控制三相電機(jī)B的開(kāi)啟,當(dāng)附有三相電機(jī)B的機(jī)器部件 b碰觸 (或者遠(yuǎn)離)行程開(kāi)關(guān) YB4時(shí),則帶動(dòng)三相電機(jī) C運(yùn)轉(zhuǎn) (或者停轉(zhuǎn));而行程開(kāi)關(guān) YB1,YB3分別控制三相電機(jī)B,C的反轉(zhuǎn);行程開(kāi)關(guān) YB2控制三相電機(jī)B的停轉(zhuǎn).從而構(gòu)成一個(gè)對(duì) 3臺(tái)三相電機(jī)的半自動(dòng)控制.各行程開(kāi)關(guān)、三相電機(jī)和機(jī)器部件的大致位置示意圖及其在工序中的變化如圖 4所示.

圖 4 各行程開(kāi)關(guān)、三相電機(jī)和機(jī)器部件的大致位置示意圖及其在工序中的變化示意圖

僅從功能出發(fā)設(shè)計(jì)存在許多問(wèn)題:(1)操作復(fù)雜,易出錯(cuò),在三相電機(jī) A沒(méi)有啟動(dòng)的情況下,三相電機(jī)B可以啟動(dòng),這樣會(huì)使在加工的鐵皮圓盤(pán)損壞;(2)保護(hù)措施只對(duì)三相電機(jī)起保護(hù)作用,未對(duì)在加工的鐵皮保護(hù),在三相電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,當(dāng)任意一個(gè)三相電機(jī)中途停轉(zhuǎn)時(shí),在加工的鐵皮將損壞;(3)電路較復(fù)雜,成本較高.因此,應(yīng)該考慮三相電機(jī)協(xié)同繼電控制.

3.2 3臺(tái)三相電機(jī)協(xié)同繼電控制

在機(jī)械加工運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,3臺(tái)三相電機(jī)應(yīng)相互關(guān)聯(lián),當(dāng)某一臺(tái)三相電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),其他三相電機(jī)也不能運(yùn)轉(zhuǎn).從機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)情況來(lái)看,三相電機(jī) C跟隨三相電機(jī)B運(yùn)轉(zhuǎn),即三相電機(jī)B反轉(zhuǎn)時(shí),三相電機(jī) C同時(shí)反轉(zhuǎn),只是在正轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)時(shí)與三相電機(jī)B存在一個(gè)時(shí)間差,那么只需兩個(gè)交流接觸器控制兩臺(tái)三相電機(jī)的正反轉(zhuǎn),再在三相電機(jī) C上再加一個(gè)交流接觸器,以這個(gè)交流接觸器實(shí)現(xiàn)三相電機(jī)控制的時(shí)間差,以達(dá)到效果.

從圖 1加工流程上來(lái)看 3臺(tái)三相電機(jī)的運(yùn)行次序:A→AB→ABC→AB→A.但是,從功能設(shè)計(jì)要求角度看,3臺(tái)三相電機(jī)的運(yùn)行次序若為:AB→ABC→AB,與前者實(shí)現(xiàn)的效果是一樣的.那么設(shè)計(jì)上,只要有個(gè)復(fù)位按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)三相電機(jī)A,B同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),而運(yùn)用一個(gè)行程開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩臺(tái)三相電機(jī)的同時(shí)停轉(zhuǎn),這樣就在操作上簡(jiǎn)化很多,也不會(huì)出現(xiàn)按鈕操作出錯(cuò)的可能性.

整個(gè)電路人工操作就一個(gè)復(fù)位按鈕SB.3臺(tái)三相電機(jī)的優(yōu)先級(jí)關(guān)系為:A,B,C.當(dāng)各三相電機(jī)在工作時(shí)出故障,熱繼電器行使保護(hù)功能時(shí),都會(huì)使交流接觸器 K MA的線(xiàn)圈電路斷開(kāi),使該交流接觸器的主觸頭斷開(kāi),繼而使整個(gè)電路處在斷路狀態(tài),機(jī)器處在緊急停止?fàn)顟B(tài),繼而保護(hù)在加工的部件.圖 5為整體協(xié)同繼電控制電路圖.

由圖5可知,按下復(fù)位按鈕 SB,三相電機(jī)A,B同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),機(jī)械部件 b前進(jìn);當(dāng)機(jī)械部件 b碰壓行程開(kāi)關(guān) YB2三相電機(jī) C運(yùn)轉(zhuǎn),由于機(jī)械部件 b一直抵壓行程開(kāi)關(guān)YB2,所以三相電機(jī) C一直運(yùn)轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)機(jī)械部件 c前進(jìn);當(dāng)機(jī)械部件 b碰觸行程開(kāi)關(guān) YB1時(shí),三相電機(jī)B,C同時(shí)反轉(zhuǎn),機(jī)械部件 b,c同時(shí)退出;當(dāng)機(jī)械部件 b退到不能抵壓行程開(kāi)關(guān) Y B2時(shí),三相電機(jī)C停轉(zhuǎn);當(dāng)機(jī)械部接 b退到碰觸行程開(kāi)關(guān) Y B3時(shí),三相電機(jī)A,B同時(shí)停轉(zhuǎn).

圖 5 3臺(tái)三相電機(jī)協(xié)同繼電控制電路圖

4 故障提示優(yōu)化電路

盡管圖 5中電路對(duì)多電機(jī)協(xié)同繼電控制過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),但是卻給故障排除帶來(lái)了麻煩.首先,由于多個(gè)故障都會(huì)引起機(jī)器的緊急停止,那么對(duì)于故障查找?guī)?lái)很大麻煩.(1)三相電缺相會(huì)引起熱繼電器斷路,使機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)緊急停轉(zhuǎn);(2)三相電機(jī)電流過(guò)大或者三相電機(jī)過(guò)熱都會(huì)引起熱繼電器斷路,同樣使機(jī)器緊急停轉(zhuǎn);(3)交流接觸器觸頭接觸不良或者交流接觸器漏電,也都會(huì)使機(jī)器緊急停轉(zhuǎn).另外,3臺(tái)熱繼電器任意一個(gè)或者兩個(gè)或者全部出現(xiàn)跳閘都會(huì)引起機(jī)器的緊急停止.那么,查找故障必定消耗大量時(shí)間,不利于生產(chǎn)正常進(jìn)行.其次,就是行程開(kāi)關(guān) YB1的故障.當(dāng)使用的行程開(kāi)關(guān)的壽命到達(dá)臨界點(diǎn)時(shí),會(huì)出現(xiàn)行程開(kāi)關(guān)常閉開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí),常開(kāi)開(kāi)關(guān)沒(méi)有閉合的情況,使三相電機(jī)B,C出現(xiàn)停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象.此時(shí)若去手動(dòng)撥動(dòng)行程開(kāi)關(guān)會(huì)帶來(lái)危險(xiǎn).再者,還有其他一些問(wèn)題.比如,在機(jī)器運(yùn)行時(shí),需要一個(gè)急停按鈕停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)處理緊急情況.由于自制加工儀器都是以生鐵為架構(gòu),所以對(duì)于三相電需要有漏電保護(hù)措施.

因此,對(duì)于上圖電路還要加入故障提示電路,反轉(zhuǎn)修正電路,緊急停轉(zhuǎn)電路和漏電保護(hù)電路.從故障提示電路來(lái)看,由于機(jī)器是在車(chē)間工作,噪音較大,故采用燈光提示,以三相三色指示燈為提示.整體電路如圖 6所示.

圖 6 3臺(tái)三相電機(jī)協(xié)同繼電控制優(yōu)化電路圖

L1作用是提示輸入主電路的三相電是否存在缺相;L2作用是提示三個(gè)熱繼電器是否跳閘;L3,L4,L5作用是提示其相應(yīng)的交流接觸器的主觸頭是否有異常;SB2是作為整個(gè)電路的緊急斷路按鈕;SB3則是用來(lái)修正三相電機(jī) B,C不能正常反轉(zhuǎn);在這個(gè)輸入電路中加入漏電保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)對(duì)這個(gè)電路過(guò)流和漏電的保護(hù).

5 結(jié) 論

對(duì)于小型機(jī)械加工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)來(lái)說(shuō),采用多臺(tái)三相電機(jī)協(xié)同繼電控制電路改進(jìn)加工機(jī)器,無(wú)論是從電路的安裝上,還是在維修上更為方便,是最為有效的改進(jìn)方法.在實(shí)際改進(jìn)機(jī)器設(shè)備時(shí),一定要考慮機(jī)器運(yùn)作的環(huán)境、使用安全和后期維修等問(wèn)題,使設(shè)計(jì)的電路能真正實(shí)現(xiàn)提高機(jī)器的生產(chǎn)效率.

[1]劉法治,馬孝琴,田澤正.新編電工實(shí)用電路集萃[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:83-85.

[2]伍愛(ài)蓮,李皓瑜.電工技術(shù)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2009:166-171.

[3]王成元,夏加寬,楊俊友,等.電機(jī)現(xiàn)代控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006:96-98.

[4]金續(xù)曾.三相異步電動(dòng)機(jī)使用與維修[M].北京:中國(guó)電力出版社,2003:54-55.

Design and Optim ization of Relay Cooperative Control Circuit forMultiple Three-phaseM otors

DONG Kongqing
(Department of Science and Technology,Zhejiang International StudiesUniversity,Hangzhou 310012,China)

It is a simplified machining sample based on three-phase motor,utilizing single key auto control.It provides optimizations for two circuits—3 three-phase motors based cooperative relay control overall circuit and circuit for fault indication. It speeds up the progress of the mechanical process of production and improvesmechanical process stability and yield.

three-phase motor;cooperative control;relay control;circuit design

TP273

A

1671-6574(2010)04-0108-05

2010-06-04

董孔慶(1984-),浙江樂(lè)清人,浙江外國(guó)語(yǔ)學(xué)院理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心助理實(shí)驗(yàn)師,杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院電子與通信工程專(zhuān)業(yè) 2008級(jí)在職碩士研究生.