万吨级锻压机控制系统设计论文

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1、万吨级锻压设备电气控制系统设计摘要锻造液压机由于锻造速度快、控制精度好、自动化程度高、工艺范围广以及节能、节材显著，被认为是锻造设备的发展方向之一，是目前大型自由锻锤及中小型普通水压机的更新换代产品。随着现代化工业的发展，人们对锻件的尺寸精度和生产效率提出了越来越高的要求，因而对锻造液压机的锻造速度和压下精度的要求也随之提高。为了适应这种需求，锻造液压机得到了较大的发展和进步。目前国内外新发展的锻造液压机多数以液压油为介质，采用泵直接驱动，计算机控制，同时与操作机进行联动控制。本文首先归纳总结了国内外锻压机的发展现状及趋势，依据液压机工作原理图，讨论了液压机的电气控制系统，起动电路，保护电路方

2、法以及电器柜的标准。文中从锻造液压机的控制精度和可靠性要求出发，结合电液控制技术，研制了一种具有高可靠性和可维护性的锻造液压机控制系统。关键词：液压机；电气控制；电器柜；电动机起停目录第一章绪论11.1锻压机概述和工作原理11.1.1锻压机的介绍11.1.2锻压机的发展史11.1.3我国的锻压机的介绍21.1.4 锻压机的工作原理21.2锻压机控制系统31.3 主要内容41.3.1锻压机械功能部件51.3.2液压机的操作规程:61.3.3液压机的故障6第二章锻压机电液控制相关设备72.1电气设备72.1.1 电动机72.1.2三相异步电动机72.1.3变压器102.1.4低压电器112.1.5

3、电器开关122.1.6成套设备132.1.7电线 电缆172.2 液压元件172.2.1液压系统的组成及其作用172.2.2液压伺服系统182.2.3伺服闭环控制系统及各组成部分组成18第三章锻压机电气控制系统设计193.1电动机保护与控制关系及其保护装置193.1.2电动机保护装置193.1.3 电动机的几种保护19 电动机的过载及其保护19 电动机的短路保护20 鼠笼型电动机的断相20电动机的欠电压保护203.2三相异步电动机保护装置控制203.3电动机额定电流的算法21第四章总结23参考文献2426第一章绪论1.1锻压机概述和工作原理1.1.1锻压机的介绍锻压机械是指在锻压加工中用于成形

4、和分离的机械设备（见图2-1）。锻压机械包括成形用的锻锤、机械压力机、液压机、螺旋压力机和平锻机，以及开卷机、矫正机、剪切机、锻造操作机等辅助机械。锻压机械主要用于金属成形，所以又称为金属成形机床。锻压机械是通过对金属施加压力使之成形的，力大是其基本特点，故多为重型设备，设备上多设有安全防护装置，以保障设备和人身安全。图1-1锻压机械1.1.2锻压机的发展史人们为了制造工具，最初是用人力、畜力转动轮子来举起重锤锻打工件的，这是最古老的锻压机械。14 世纪出现了水力落锤。1516 世纪航海业蓬勃发展，为了锻造铁锚等，出现了水力驱动的杠杆锤。18世纪出现了蒸汽机和火车（见机车），因而需要更大的锻件

5、。1842年英国的J.内史密斯创制第一台蒸汽锤，开始了蒸汽动力锻压机械的时代。1795年英国的J.布拉默发明水压机，但直到19世纪中叶由于大锻件的需要才应用于锻造。随着电动机的发明，19世纪末出现了以电为动力的机械压力机和空气锤，并获得迅速发展。第二次世界大战以来，750000千牛的模锻水压机、1500千焦的对击锤、60000 千牛的板料冲压压力机、160000千牛的热模锻压力机等重型锻压机械和一些自动冷镦机相继问世，形成了门类齐全的锻压机械体系。20世纪 60年代以后，锻压机械改变了从 19世纪开始的向重型和大型方向发展的趋势，转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展。于是出

6、现了每分种行程 2000次的高速压力机、60000千牛的三坐标多工位压力机，25000 千牛的精密冲裁压力机，能冷镦直径为48毫米钢材的多工位自动冷镦机和多种自动机、自动生产线等。各种机械控制的、数字控制的和计算机控制的自动锻压机械以及与之配套的操作机、机械手和工业机器人也相继研制成功。现代化的锻压机械可生产精确制品，有良好的劳动条件，环境污染很小。1.1.3我国的锻压机的介绍锻压机床是工业基础装备的重要组成部分之一，在航空航天、汽车制造、交通运输、冶金化工等等重要工业部门得到广泛应用。迄今为止，我国锻压机床经半个多世纪的发展，通过国家经济建设“七五”、“八五”、“九五”、“十五”规划的实施，

7、已经从只能生产单机发展到能够生产装备机械化、半自动化和自动化锻压生产线，大重型锻压机和具有各种特殊功能的先进特种锻压机床。到目前为止，国产锻压机床(以2004年为例)主要产品有一千多种，主要生产企业一百多家，年产量6.7万台套，年产值66亿元，年销售额62亿元，年出口近2.4亿美元。1.1.4 锻压机的工作原理以高压液体（油、乳化液等）传送工作压力的锻压机械。液压机的行程是可变的，能够在任意位置发出最大的工作力（见图2-2）。液压机工作平稳，没有震动，容易达到较大的锻造深度，最适合于大锻件的锻造和大规格板料的拉深、打包和压块等工作。液压机主要包括水压机和油压机。某些弯曲、矫正、剪切机械也属于液

8、压机一类。图1-2液压机利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械，种类很多。当然，用途也根据需要是多种多样的。如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。水压机产生的总压力较大，常用于锻造和冲压。锻造水压机又分为模锻水压机和自由锻水压机两种。模锻水压机要用模具，而自由锻水压机不用模具。径向柱塞式液压马达工作原理，当压力油经固定的配油轴4的窗口进入缸体内柱塞的底部时，柱塞向外伸出，紧紧顶住定子的内壁，由于定子与缸体存在一偏心距。在柱塞与定子接触处，定子对柱塞的反作用力为。液压机力可分解为和两个分力。当作用在柱塞底部的油液压力为p，柱塞直径为d，力和之间的夹角为 X时，力对缸体产生一转矩

9、，使缸体旋转。缸体再通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。金属剪切机既有电动机驱动油泵作为动力源的,单柱液压机也有柴油机驱动机油泵作为动力源的,柴油机驱动油泵型特别适用于在没有三相工业用电的废金属回收场所工作。1.2锻压机控制系统液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程（见图1-3）。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。图1-3液压传

10、递能量的过程随着中国机床行业与国际机床行业合作逐渐增多,许多进口机床的OEM( 原始设备制造商) ,提供的设备都是封闭的。而电气控制的开关分布散乱, 各类设备电气控制又相互独立, 设备损害及人身安全问题相对增多。为此, 许多认证机构( 包括北美UL、欧洲CE、国际ISO18000 等) 都提出了设备安全标准。特别在近几年, 各类认证机构对PLC 生产厂家的硬件和软件编程都提出了安全标准。机床上的电气控制系统, 由早期的继电器控制发展到电子元器件逻辑门电路控制, 从而又发展到PLC 可编程逻辑控制（见图1-4）。根据模块点数多少, 程序容量多少, PLC 的CPU 处理器从小型发展到中型, 继而

11、又发展到大型处理器, 现又发展到带有redundance冗余的双机系统, 也叫有“备份控制器”的系统。随着安全标准的出现和提高, PLC 生产厂家也推出了自己的系列安全PLC, 现有的厂家发展到既带冗余又带安全功能的PLC。锻压机的控制系统原理是: 可编程安全系统的安全区域通过多个不同CPU 处理安全功能部分应用程序。CPU 通过多个通道采集一个输入信号, 如果所有通道都为一个结果, 才能控制输出模块运行。CPU通过常规自检、结构检查、逻辑顺序流程检查来检测PLC 的相关操作, 如果在系统中发现了故障, 整个系统进入安全状态, 关闭所有输出端。利用信号测试T1、T2( test 测试点) ,

12、不断检查输入点的信号, 利用信号偏差ex 分析T1、T2 测试点, 来提高硬件的安全等级。软件程序分为FS( failsafe 安全失效) 安全功能部分和ST( standard) 标准功能部分。图1-4控制系统框图1.3 主要内容锻造液压机综合利用了机械液压技术、自动控制技术、传感检测与信号处理技术等，是在高功能、高技术、高质量、高可靠行、低能耗意义上实现特定功能价值的意向系统工程，是目前锻压机械中机电一体化的领先产品。 锻造液压机具有良好的应用前景和显著的经济效益，本文仅从电气控制上进行一定的设计研究，对锻压机五缸控制进行一定的电气设计，对电气设备以及液压元件等进行选型和简要的介绍。1.3

13、.1锻压机械功能部件 1、摩擦离合器制动器在锻压机械功能部件中，以其开发、生产和使用的成熟性而论，当首推机械压力机用摩擦离合器制动器。2、光电安全保护装置光电安全保护装置，在锻压机械的操作者与危险工作区之间的保护区域设置不可见红外线光幕，一旦操作者某部位进入保护区遮断光幕，控制系统则输出信号至锻压机械安全执行机构，令锻压机械紧急停车，防止危险动作发生。3、凸轮控制器凸轮控制器是机械压力机电气控制系统的重要组成部分（见图2-3）。在机械压力机的一个工作循环中，主机和辅机各工作机构的动作有严格的逻辑关系，包括动作的顺序和动作所占用的时间。图2-3凸轮控制器4、自动送料装置在锻压机械中有形形色色的自

14、动送料装置，此处指用於开式压力机、闭式压力机、多工位压力机、高速压力机等单机或冲压自动线进行板料加工的自动送料装置。5、冲压模架冲压模架是最典型的锻压机械功能部件，最早实现了标准化和专业化生产。在机械压力机上完成冲裁、落料、拉伸、切口等冲压工序，都离不开冲压模具。1.3 论文的主要工作1.3.2液压机的操作规程:一、 认真执行安全操作规程有关规定。 二、认真执行下述有关补充规定： 1、检查液压储油箱的油量应充足。 2、清除压头行程空间和模具空间的杂物。 3、空运转35分钟，正常后方可工作。 4、校正或压制工件时，应将工件置于压头的中心位置进行，不准偏压。5、当操纵阀或安全阀失灵时，不准继续工作

15、。1.3.3液压机的故障液压机的液压传动系统是以压力变换为主，系统压力高，流量大，功率大。因此，应特别注意提高原动机功率利用率和防止泄压时产生冲击和振动，保证安全可靠。液压系统有3个基本的“致病”因素：污染、过热和进入空气。第二章锻压机电液控制相关设备2.1电气设备2.1.1 电动机2.1.1.1电动机的定义电动机一种旋转式机器,它将电能转变为机械能,它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子,其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动,这些机器中有些类型可作电动机用,也可作发电机用。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫

16、瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动 、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。2.1.1.2电动机的种类1、按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。2、按结构及工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。3、按起动与运行方式分类 电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单

17、相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。4、按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。5、按转子的结构分类 电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。6、按运转速度分类 电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。2.1.2三相异步电动机2.1.2.1三相异步电动机的原理当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将

18、切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。2.1.2.2三相异步电动机调速三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s)从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机

19、的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。1、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。2、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。本方法适用于要求精度

20、高、调速性能较好场合。3、串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。4、绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。5、定子调压调速方法当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，

21、因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。6、电磁调速电动机调速方法电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）三部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。2.1.2.3三相异步电动机的启动1、直接起动就是采用刀闸或接触器直接将额定电压加到电动机上。这种起动方法的优点是简单、经济和起动快。缺点是由于起动电流很大，启动瞬间会造成电网电压的突然下降。一台电动机能否直接起动，要根据电力管理部门的规定，如果电动机和照明负载共用一台变压器供电，则规定电动机起动时引起的电网电压降不能超过额定

22、电压的5；若电动机由独立的变压起供电，如果电动机起动频繁，则其功率不能超过变压器容量的20，如果电动机不经常起动，则其功率只要不超过变压器容量的30即可。一般30KW以下的笼型异步电动机可考虑采用直接起动。故型号为Y132S-4的M2电动机功率为5.5KW，型号为Y160L-4的M3电动机功率为15KW可直接起动。2、自耦降压起动是利用三相自耦变压器降压起动，自耦变压器上备有23组抽头，输出不同的电压（例如为电源电压的80、60%、40%），供用户选用。这种方法的优点是使用灵活，不受定子绕组接线方式的限制，缺点是设备笨重、投资大。降压起动的专用设备称为起动补偿器。应该指出，采用自耦变压器降压起

23、动，在减小起动电流的同时，起动转矩也会减小如果选择的自耦变压器的降压比为K（K1）,则起动电流和起动转矩都为直接起动的倍。3、星型三角形换接起动法简记为Y-起动法（见图3-1）。Y-起动法适用于正常工作时定子绕组是三角形接法的笼型异步电动机。起动时，先将三相手动刀开关合上先使电动机定子绕组接成Y形这样定子绕组只承受额定电压的，当电动机达到一定转速是再将开关合向型连接，电动机在额定电压下运行。采用Y-起动可以是起动电流减小至直接起动的1/3，但同时起动转矩也降低至直接起动的1/3.因此，Y-起动法只适用于空载或轻载起动。图3-1三相异步电动机Y-起动法4、前几种方法，电动机在起动时都将受到不同程

24、度的冲击，且对电网的影响不能完全克服。随着电力电子技术和微机控制的发展，目前，一种性能优良的软启动控制器已经问世，并得到迅速推广。软起动控制器采用了现代电力电子技术及先进的微机控制技术，其实质是一个由大功率电力电子器件控制的电子交流调压器。在电动机起动程中，可按用户期望的起动特性，对电动机进行自动控制，使其平滑可靠地完成起动过程。2.1.3变压器变压器-利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件。与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组。与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组。2.1.3.1变压器的原理变压器的基本原理是电磁

25、感应原理，当一次侧绕组上加上电压1时，流过电流1，在铁芯中就产生交变磁通1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势1，2，感应电势公式为：E=4.44fNm式中：E-感应电势有效值f-频率N-匝数m-主磁通最大值由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压1和2大小也就不同。2.1.2.2变压器的构成1、铁心铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为 0.35 或 0.5 mm，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用铁心结构的基本形式有心式和壳式两种2、绕组绕组是变

26、压器的电路部分，它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成。2.1.4低压电器低压电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。控制电器按其工作电压的高低，以交流1200V、直流1500V为界，可划分为高压控制电器和低压控制电器两大类。1、熔断器 FU熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护，是应用最普遍的保护器件之一。2、断路器 QF低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分

27、断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。低压断路器具有多种保护功能(过载、短路、欠电压保护等)、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。3、继电器 KM继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。4、时间继电器 KT时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制

28、的控制电器。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器 ,它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。凡是继电器感测元件得到动作信号后，其执行元件（触头）要延迟一段时间才动作的继电器称为时间继电器。5、热继电器 FR热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。2.1.5电器开关1、刀开关

29、 QK刀开关又称闸刀开关或隔离开关，它是手控电器中最简单而使用又较广泛的一种低压电器，刀开关在电路中的作用是：隔离电源，以确保电路和设备维修的安全；分断负载，如不频繁地接通和分断容量不大的低压电路或直接启动小容量电机。刀开关是带有动触头闸刀，并通过它与底座上的静触头刀夹座相楔合（或分离），以接通（或分断）电路的一种开关。其中以熔断体作为动触头的，称为熔断器式刀开关，简称刀熔开关。2、按钮开关 SB按钮开关就是将操作部位沿其轴方向用手按下或拉出来开关接点的操作开关。瞬时动作开关动作后，一旦松开按钮即返回初始状态的开关操作.。交替动作第1次操作时，通过设置在内部的机械锁定机构保持操作状态。第2次按

30、下后锁定会被解除回复到初始状态的开关操作。3、隔离开关 QS隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。4、负荷开关 QL负荷开关是能切断负荷电流的开关，负荷开关没有灭弧能力，不能开断故障电流，如果需要，要依靠与它串接的高压熔断器来实现。只能开断系统正常运行情况下的负荷电流。2.1.6成套设备成套设计主要是指采用相关的电气元件，组成一个完整电气功能的电气设备，分高压成套和低压成套设备两种。常见的低压成套设备有配电

31、箱，配电盘(柜),箱式变电站，低压分接箱等等。2.1.6.1配电箱配电箱是按按电气接线要求将开关设备、测量仪表、保护电器和辅助设备组装在封闭或半封闭金属柜中或屏幅上，构成低压配电装置。正常运行时可借助手动或自动开关接通或分断电路。故障或不正常运行时借助保护电器切断电路或报警。借测量仪表可显示运行中的各种参数，还可对某些电气参数进行调整，对偏离正常工作状态进行提示或发出信号。常用于各发、配、变电所中。开关柜是一种电设备，外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置。如仪表，自控，电动机磁力开关，各种交流接触器等，有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为

32、保主要设备的低周减载。2.1.6.2 电气柜 每个所用电器柜都要经过3C认证。所谓3C认证，就是中国强制性产品认证制度，英文名称China Compulsory Certification，英文缩写CCC。3C认证的全称为“强制性产品认证制度”，它是各国政府为保护消费者人身安全和国家安全、加强产品质量管理、依照法律法规实施的一种产品合格评定制度。低压成套开关设备和控制设备（以下简称为“成套设备”），由一个或多个低压开关设备和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备，由制造厂家负责完成所有内部的电气和机械的连接，用结构部件完整地组装在一起的一种组合体。母线，一种可与几条电路分别连接的低阻抗导

33、体。 注：母线这个术语与导体的几何形状、尺寸、截面积无关。主电路（成套设备的），在成套设备中，一条用来传输电能的电路上的所有导电部件。隔室，除非进行内部接线、调整或通风时才需打开外，通常总是封闭着的一种柜架单元或框架单元。空气清洁,在最高温度为40时,其相对湿度不得超过50%。在较低温度时,允许有较大的相对湿度。例如:20时相对湿度为90%。但应考虑到由于温度的变化,有可能会偶然地产生适度的凝露。对挡板后面或外壳内部的所有带电部件需要做临时处理时（例如：更换灯泡和熔芯），仅在下列条件得到满足时，也可以不用钥匙或工具，同时也不断开开关的情况下，移动、打开或折卸挡板或外壳。 在挡板后面或外壳内设置

34、一屏障，以便防止人员意外碰到不带其他保护设施的带电部件。但此屏障不必防止有关人员故意用手越过挡板去触及带电部件，不用钥匙或工具不能移动这层屏障。 如果带电部件的电压符合安全超低压的条件，不须进行防护。开关电器和元件的短路耐受强度或分断能力不足以承受安装场合可能出现的应力时，应利用限流保护器件（例如：熔断器或断路器）对元件进行保护。为内装的开关电器选择限流保护器件时，为了照顾到协调性。手动开关电器的挡板设计应使电弧对操作者不产生任何危险。为了减少更换熔芯时的危险，应使用相间挡板，除非熔断器的设计与结构已考虑了这一点，则不要求使用相间挡板。 试验电流值达到400A（包括400A）： a) 导线应使

35、用单芯铜电缆或绝缘线，其截面积按表1给出的数值； b) 导体应尽可能暴露在大气中； c) 从一个端子到另一个端子每根临时接线的最小长度应是：当截面积小于或等于35mm2时，长度为1m；当截面积大于35mm2时，长度为2m。表1 用于试验电流为400A及以下的铜导线试验电流的范围1）A导线尺寸2），3）mm2AWG/MCM 0 81.018 8 121.516 12 152.514 15 202.512 20 254.010 25 326.010 32 50108 50 65166 65 85254 85 100353 100 115352 115 130501 130 150500 150 1

36、757000 175 20095000 200 225950000 225 250120250 250 275150300 275 300185350 300 350185400 350 4002405001） 试验电流值应高于第一栏中的第一个值，低于或等于此栏中第二个值。2） 为了方便试验，在经过制造厂同意后，可采用小于规定试验电流给出值的导线。3） 对给出的试验电流范围，可使用规定的两个导体中的一种。在可熔断电路中预期故障电流和铜丝直径之间的关系应根据表 2：表2 预期故障电流与铜丝直径的关系铜丝直径Mm可熔元件电路中预期故障电流A0.10.20.30.40.50.850150300500

37、8001500额定冲击耐受电压UimpkV最小电气间隙mm情况A非均匀电场条件情况B均匀电场条件污 染 等 级污 染 等 级123412340.330.50.81.52.5468120.010.040.10.51.535.58140.20.51.535.58140.81.535.58141.635.58140.010.040.10.30.61.2234.50.20.30.61.223 4.50.81.223 4.51.623 4.5 注: 污染等级根据导电的或吸湿的尘埃，游离气体或盐类和由于吸湿或凝露导致表面介电强度或电阻率下降事件发生的频度而对环境条件作出的分级。最小的电气间隙值以大气压为8

38、0kPa时(它相当于海拔2000m处的正常大气压)的1.25/50s冲击电压为基准。额定冲击耐受电压Uimp试验电压和相应的海拔U1.2/50交流峰值和直流kV交流方均根值kV海平面200m500m1000m2000m海平面200m500m1000m2000m0.330.50.81.52.5468121.81.81.82.33.56.29.812.318.51.71.71.72.33.569.512.118.11.71.71.72.23.45.89.311.717.51.61.61.62.23.25.6911.116.71.51.51.5235810151.31.31.31.62.474.38

39、7.08.713.11.21.21.21.62.474.246.88.5512.81.21.21.21.552.404.106.608.2712.371.11.11.11.552.263.966.407.8511.801.061.061.061.422.123.545.667.0710.6 注：工频电压试验以制造商的协议为条件故可用以上结论得出电源控制开关电柜为防护等级为IP43，PE导线120，电器柜型号为GCK型电器柜，断路器型号为ME-3205。电器柜为组合装配式结构，再按需要加上门、挡板、抽屉、安装支架以及母线和电器组件等，组成一台完整的柜子。功能单元隔室采用金属隔板隔开。隔室中的活门

40、能随着抽屉的推进和拉出自动打开和封闭，因此在隔室中不会触及柜子后部的垂直母线。功能单元隔室的门由主开关的操作机构对抽屉进行机械连锁，因此当主开关在合闸位置时，门打不开。2.1.7电线 电缆电线电缆是指用于电力、通信及相关传输用途的材料。“电线”和“电缆”并没有严格的界限。通常将芯数少、产品直径小、结构简单的产品称为电线，没有绝缘的称为裸电线，其他的称为电缆；导体截面积较大的(大于6平方毫米)称为大电线，较小的(小于或等于6平方毫米)称为小电线，绝缘电线又称为布电线。电线电缆主要包括裸线、电磁线及电机电器用绝缘电线、电力电缆、通信电缆与光缆。电线电缆的型号组成与顺序如下：1:类别、用途2:导体3

41、:绝缘4:内护层5:结构特征6:外护层或派生-7:使用特征2.2 液压元件2.2.1液压系统的组成及其作用一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、无件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)

42、、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。2.2.2液压伺服系统随着国内经济的高速发展，塑料制品

43、行业对高速，高精密注塑机的需求量与日剧增，而液压机高速，精密成型的保证，就是一必须拥有合理而高刚性的锁模和射胶机构，二它必须拥有强劲的动力和反应灵敏而精确的液控系统。其中，液压伺服控制系统是使执行元件以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律而动作的一种自动控制系统。可从不同的角度加以分类，按输出的物理量分类，有位置伺服系统，速度伺服系统，力（或压力）伺服系统等；按控制信号分类，有机液伺服系统，电液伺服系统，气液伺服系统；按控制元件分类，有阀控系统和泵控系统两大类。2.2.3伺服闭环控制系统及各组成部分组成阀控伺服系统主要由压力传感器，位置传感器，控制器和伺服阀等构成一个闭环的系统，按系统的需求

44、来分别做到或按序做到速度伺服控制，位置伺服控制和压力伺服控制。传感器。任何好的系统，只有及时，准确的监测执行机构当前所处的状态，控制器才能主动地发出新的指令，来调整执行机构的运动，使之接近控制电脑所要求的运动状态。因此，全方位的了解执行机构的状态，是伺服系统的必备条件。主要由压力，位置等传感器来共同构成准确，及时的跟踪监测系统。传感器的可靠性，线性，最大采样频率，抗干扰能力等都对准确，及时地感知有重要影响。也是我们选型时要考虑的关键。伺服阀。伺服系统中最重要，最基本的组成部分。伺服阀的性能曲线，阀芯机能，额定流量，阶跃响应，频率特性，泄漏量等参数是选用的重要标准。按原理分，常见的伺服阀有直动式

45、阀，射流管先导级伺服比例阀，喷嘴挡板阀伺服电磁阀等。第三章锻压机电气控制系统设计3.1电动机保护与控制关系及其保护装置3.1.1电动机的保护与控制关系电动机的保护与其控制回路系统有，即保护中有控制，控制中有保护。如电动机直接起动时，往往产生5-7倍额定电流的起动电流。若由接触器或断路器来控制，则电器的触头应能承受起动电流的接通和分断能力，即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损或粘连加剧，以致损坏电器。此外，对电动机的控制还可以采用无触点方式，即采用软起动控制系统。3.1.2电动机保护装置电流检测型保护装置:热继电器接入主回路，是利用负载电流通过经校准的电阻元件，使继电器在电动机绕组烧坏以前动

46、作，从而切断控制回路。随着结构设计及电子元件的不断完善和改进，除有温度补偿外，它还具有断相保护及负载不平衡保护功能的开发和应用;带有热-磁脱扣的电动机保护用热式断路器作过载保护用，结构及动作原理等同热继电器;电子式过电流继电器通过内部各相电流互感器检测故障电流信号，经电子电路处理后执行相应的动作。电子电路变化灵活，动作功能多样，能广泛满足各种类型的电动机的保护;固态继电器现已发展为各种功能的微处理器装置;带有电子式脱扣的电动机保护用断路器其动作原理类同上述电子式过电流继电器或固态继电器;软起动器的主电路采用晶闸管来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，

47、并发出相应的动作指令。温度检测型保护装置:双金属片温度继电器直接埋人电动机绕组中。热保护器是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。检测线圈测温电动机定子每相绕组中埋人1-2个检测线圈，由自动平衡式温度计来监视绕组温度。热敏电阻温度继电器直接埋人电动机绕组中，一旦超过规定温度，其电阻值急剧增大10-1001倍。保护装置与异步电动机的协调配合:即过载保护装置与电动机的协调配合过载保护装置与短路保护装置的协调配合。3.1.3 电动机的几种保护 电动机的过载及其保护电动机的过载原因还有，电动机周围环境温度过高，散热条件差;电动机在大的起动电流下缓慢起动;电动机长期低速运行;电动机频繁起动、制动、

48、正反转运行及经常反接制动。电动机的过载由于电流增大，发热剧增，从而使其绝缘物受到损害，缩短了其使用寿命甚至被烧毁。对于由上述几种原因产生的电动机过载，应采取相应的具体措施，实行保护。 电动机的短路保护电动机在短路情况下的保护，通常选用断路器，有的地方也使用熔断器。但断路器的瞬时动作电流整定值应能躲过电动机的全起动电流。保护鼠笼型电动机的断路器，其瞬动电流是整定在8-15倍电动机的额定电流，绕线式电动机应整定在3-6倍电动机额定电流。 鼠笼型电动机的断相鼠笼型电动机的断相分为两类，一是电动机外部的电源线幽截;二是电动机内部定子绕组的断线，而电动机内部接线又分为星形和三角形两种连接。当星形连接的电

49、动机断相运行时，未断的两相电流会增大，三角形连接的电动机断相时会有两种情况产生: 电动机外部的电源线幽该绝，此时线电流已经不能正确反映相电流的大小，即不能有效地反映电动机绕组是否已处于过载状态。为解决保护问题，应采用带断相保护的热继电器，电动机的定子绕组为三角形连接，绕组断了一相，有一相线电流与未断线前是一样的，因此，可以选用一般的三极热继电器来保护。电动机的欠电压保护电压降低到足以使电动机疲劳、堵转的电压，称为临界电压。在临界电压出现时，低压保护电器恰好会动作就称为欠电压保护。当电网电压低于电动机的临界电压，保护装置方动作，称为失压保护。失压保护是欠电压保护的一种。欠电压动作电压值为(70%

50、-35% ) 。一般整定在0.5。左右短延时动作时间主要针 对欠电压对象，用瞬时动作甩掉一批次要的电动机，而用短延时动作来保住一些 主要的电动机。长延时动作适用于重要的，起动条件不困难的绕线型电动机;可以自起动但技术保安条例不允许自起动的鼠笼型电动机，延时大约510s。通常其整定时间大于5s而小于电动机的全部惰行时间。长延时动作主要针对失压保护，其目的是一部分比较重要，而其起动条件不困难的电动机尽可能不退出运转。3.2三相异步电动机保护装置控制异步电动机的保护是个复杂的问题 。在实际使用中，应按照电动机的容量、型式、控制方式和配电设备等不同来选择相适应的保护装置及起动设备。电动机的损坏主要是绕

51、组过热或绝缘性能降低引起的，而绕组的过热往往是流经绕组的电流过大引起的。对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类型。1电流检测型保护装置(1)热继电器利用负载电流流过经校准的电阻元件，使双金属热元件加热后产生弯曲，从而使继电器的触点在电动机绕组烧坏以前动作。其动作特性与电动机绕组的允许过载特性接近。热继电器虽则动作时间准确性一般，但对电动机可以实现有效的过载保护。(2)带有热磁脱扣的电动机保护用断路器热式作过载保护用，结构及动作原理同热继电器，其双金属热元件弯曲后有的直接顶脱扣装置，有的使触点接通，最后导致断路器断开。电磁铁的整定值较高，仅在短路时动作。(4)固态继电器它是一种从完成继电器功能

52、的简单电子式装置 发展 到具有各种功能的微处理器装置。(5)带有电子式脱扣的电动机保护用断路器其动作原理类同上述电子式过电流继电器或固态继电器。(6)软起动器软起动器的主电路采用晶闸管，控制其分断或接通的保护装置一般做成故障检测模块，用来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，并发出相应的动作指令。2温度检测型保护装置(1)双金属片温度继电器它直接埋入电动机绕组中。当电动机过载使绕组温度升高至接近极限值时，带有一触头的双金属片受热产生弯曲，使触点断开而切断电路。(2)热保护器它是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。与温度继电器不同的是带2个触头的

53、碗形双金属片作为触桥串在电动机回路，既有流过的过载电流使其发热，又有电动机温度使其升温，达到一定值时，双金属片瞬间反跳动作，触点断开，分断电动机电流。(3)检测线圈测温电动机定子每相绕组中埋入12个检测线圈，由自动平衡式温度计来监视绕组温度。(4)热敏电阻温度继电器它直接埋入电动机绕组中，一旦超过规定温度，其电阻值急剧增大101000倍。使用时，配以电子电路检测，然后使继电器动作。3.3电动机额定电流的算法为电动机输入的电功率。由三相电路可知故由此可知各电动机的电流故可知M2电流为11.6A，选择电线为34+4；M3电流为30.3A，选择电线为36+6；M4电流为139.7A，选择电线为335

54、+16。M5M10同为功率为225KW，转速为1480rpm电流为400A，选择电线为2403+120。润滑电路选择电流为0.64A，选择电导线为31.5+1.5;液压油加热电路选择导线为6。 根据以上电动机电流为断路器选择适当型号，选择西门子品牌型号分别为CED63A025、CED63A050、LL63B200、JXD63L400、ED63A003、CED63A040。以上分别为电动机M2、M3、M4、M5M10、润滑电路、液压油加热电路等。 第四章总结锻造液压机由于其锻造速度快、控制精度好、自动化程度高、工艺范围广以及节能、节材显著，被认为是锻造设备的发展方向之一，是目前在用大型自由锻锤及

55、中小型普通水压机的更新换代产品。虽然锻造液压机具有良好的应用前景和显著的经济效益，但目前我国对该领域的最新研究还比较有限，国产锻造液压机的综合技术水平有待进一步提高。本文介绍了锻造液压机的电气控制系统。介绍了国内外液压机发展现状，对液压机的发展趋势进行了归纳和展望；介绍了电器控制系统；介绍了光栅尺的一些特点，以及简要介绍了电器柜。 由于大型锻压设备在某种意义上代表了一个国家的航天航空和其他科学技术水平，因此锻压机械在未来的发展中有如下趋势:1、由于锻造液压机涉及机、电、液多种技术，因而需要进一步优化液压伺服系统的设计工作。2、由于液压系统本身的非线形，因此液压系统成为研究非线形控制策略的载体，

56、各种 智能控制方法的应用将会使得液压控制系统的性能更好。3、我国有相当多数量的水压机及旧式液压机，这些设备均到了更新换代的年限，将这一技术用于改造现有老设备，具有广阔的市场前景和经济效益。参考文献1卢长耿液压控制系统的分析与设计M北京：煤炭工业出版社。19912张广红，吴爱国，郑爱红.万吨液压机等温锻造恒速度控制设计.液压与气动.2005年第4期3GB 7251.1-2005低压成套开关设备和控制设备4GB/T 4942.2-93低压电器外壳防护等级5GB/T 140481- 2000低压开关设备和控制设备8孙文质.液压控制系统，北京：国防工业出版社 .2001致谢时光匆匆如流水，转眼便是大学

57、毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋临近，经过几个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!在这里我首先要感谢指导我论文的老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。然后还要感谢大学几年来所有的老师，为我们打下电气自动化技术的基础，他们教会我的不仅仅是专业知识，更多的是对待学习、对待生活的态度；最后还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。在此我以瓦尔登湖里的一句话结束我的论文，并以此作为未来乘风破浪的心灵脚注：使我们视而不见的光亮，对于我们就是黑暗。但我们清醒时，曙光才会破晓。来日方长，太阳只是颗启明星。以此为记。