电气工程自动化技术在电气多功能机组中的应用.doc

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1、论文电气工程自动化技术在电气多功能机组中的应用申请人：王正军学科（专业）：电气工程及其自动化专业指导教师：王世文 2020年1月网络教育学院毕 业 设 计 (论 文) 任 务 书专业班级 1803电气工程及其自动化 层次 专升本 姓名 王正军 学号 118031163540012 一、毕业设计（论文）题目 电气工程自动化技术在电气多功能机组中的应用 二、毕业设计（论文）工作自 2019 年 12 月2 日起至 2020 年 2 月23 日止三、毕业设计（论文）基本要求： 指导教师： 网络教育学院毕业设计(论文)考核评议书指导教师评语：建议成绩： 指导教师签名： 年 月 日答辩小组意见：负责人签

2、名 年 月 日答辩小组成员 毕业设计（论文）答辩委员会意见： 负责人签名： 年 月 日 西安交通大学网络教育学院论文论文题目：电气工程自动化技术在电气多功能机组中的应用学科（专业）：电气工程及其自动化申请人：王正军指导教师：王世文摘要进入新世纪以后，社会经济和科学技术的进步促进了电气工程及其自动化技术有了新的发展和突破，电气工程及其自动化技术已经成为了当前新世纪国家科学技术水平的最新标志。电气工程及其自动化技术目前已经广泛应用于各行各业，其中对电气工程领域也产生了极为重要的影响，引领电气工程技术开发走向更加智能化道路，很多需要人工操作的工作，通过电气工程自动化技术就能自动完成，危险性大大的降低

3、，缩短劳动时间和减轻工人劳动强度，大幅提高工作效率，节约劳动生产成本。铝电解生产所运用到的电气多功能机组完全是由电气工程自动化技术实现。 电气多功能机组是铝电解生产广泛使用的电气机械设备之一，在电解铝生产中发挥着极其重要的作用。电气多功能机组在电解铝生产中，所处的环境为高温，高磁场，高粉尘。它的驱动系统和控制系统等完全由同步电机，变压器，空开，电磁阀，变频器，PLC程序技术和网络技术等实现。关 键 词：电气自动化；多功能机组论文类型：应用基础目录绪论11电气多功能机组中三相驱动电机21.1异步电机的概念和基本机构21.2异步电机的工作原理21.3电机在电气多功能机组中的作用和特点22 电气多功

4、能机组中电气PLC技术32.1 PLC在多功能机组中的特点32.2在电气多功能机组的应用42.2.1设备现状42.2.2PLC系统设计42.3PLC在多功能机组中应用的好处53 电气多功能机组中绝缘检测报警装置53.1绝缘检测报警装置63.2公司多功能机组的绝缘检测系统63.2.1功能简述63.2.2.主要技术指标63.3机组绝缘面板操作和机组检测点74 电气多功能机组中限位器84.1多功能机组中限位器84.2多功能机组中限位器的种类和作用85 铝电解多功能机组供电回路95.1铝电解多功能机组供电引入方式95.2铝电解多功能机组配电96 结论与展望10致 谢11参考文献12II西安交通大学网络

5、教育学院论文绪论改革开放以来，我国国民经济蓬勃的发展，随之而来的也伴随着一些物价和劳动力成本上涨，还有企业原材料成本也跟着上涨，久而久之就给我们企业正常生产带来了许多经济成本的上涨，导致传统的企业生产已经无法满足当前经济社会的需求。为了能够降低生产经营成本，电气工程及其自动化技术出现在我们的视线，它的出现改变了我的生活。电气工程及其自动化技术涉及的内容比较多，比如电力电子技术，计算机技术，电机技术，网络控制与信息技术，机电一体化技术等诸多领域，其主要特点是强电与弱电的集成，软件与硬件的结合，机械与电力的结合，电工技术与电子技术的集成，元器件与相关系统的相结合。铝电解生产中所使用的电气多功能机组

6、，就是采用了电气工程及其自动化技术，它是电解铝生产中必不可少的设备。多功能机组的行走、各机构的操作、电气的一些绝缘防护、安全限位器、PLC可编程序的应用，这些都应用到了电气工程及其自动化技术。为了铝电解生产提高了工作效率减轻了工人的劳动强度。1电气多功能机组中三相驱动电机1.1异步电机的概念和基本机构异步电动机又称为电磁感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换的一种交流电机。异步电动机基本结构是由两个部分组成，静止部分称为定子，转动部分称为转子，在定子和转子之间具有一定的气隙。1.2异步电机的工作原理电动机工作原理为：电动机的三相定子绕组接入三相

7、交流，将产生一个旋转磁场，旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中产生感应电流，转子导体在定子旋转磁场作用下产生电磁力，在电动机的转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。1.3电机在电气多功能机组中的作用和特点电机在多功能机组的作用比较多，有多功能机组大车驱动电机、工具小车驱动电机和出铝小车驱动电机，空压机加载旋转电机，液压站电机，2*25t母线提升固定吊升降电机，出铝车上的出铝钩（32t）升降电机，出铝车上的检修吊（3t）钢丝绳升降电机，下料管升降电机，清理铲钢丝绳升降电机，驾驶室旋转电机。它们各个设备所使用的电机的型号大小各不相同。多功能机组的大车是由两个电机作为

8、主动轮提供牵引动力，六个轮子作为辅助轮，外加两个水平轮导向在轨道上行走。工具小车电机和出铝小车电机它们工作原理上和大车是一样的，唯一的区别就是电机的型号和大小不同。空压机电机主要是为压缩空气提供动力，电机性能特别好的，因为它工作量大，频繁启动。液压站电机主要为工具车各机构升降提供动力。2*25t母线提升固定吊升降电机，32t出铝钩升降电机，3t检修吊升降电机，下料管升降电机，清理铲升降电机，它们都是通过电机旋转紧松钢丝绳来升降机构。电动机在多功能机组中的反制动作用：当电动机带动生产机械（多功能机组）运行时，为了迅速停止或者反转，可将电源反接（任意两相对调），则电动机旋转磁场立即改变反向，从而也

9、改变了转矩的方向。由于转矩方向与转子受惯性作用而旋转的方向相反，故起制动作用。这种制动方法制动迅速，但是电能消耗大，另外制动转速降到零时，要迅速切断电源，否则会发生反向发电。其特点 （1）起动、制动和反转频繁。（2）定、动系统要稳定，动力驱动能量高。（3）经常承受过载。（4）经常承受机构设备震动与冲击，具有较强的机械强度。（5）工作环境恶劣，如多灰尘，其防护型式为封闭型。 （6）电动机中转子加速要快，尽量减少磨损。（7）满足最大力矩的需要，可以承受较大重力下移动方便。 （8）具有高效率、低噪声、振动小、重量轻、温控低、性能可靠、易于安装维护等优点。2 电气多功能机组中电气PLC技术随着现代控制

10、理论的应用，微处理器和微电子技术的发展，使可编程序控制器（PLC）主导的控制系统日趋成熟。铝电解多功能机组作为现代预焙阳极电解铝生产的主要设备，在铝电解高磁场高粉尘的恶劣的环境下作业，提高它在其安全运行效率，对于降低铝电解生产的成本和提高生产效率有着至关重要的意义。利用PLC可控功能强大，应用灵活，编译简单，稳定性高，抗磁场干扰能力强等诸多优点，是提高机组电气控制技术的理想解决方案。2.1 PLC在多功能机组中的特点应用灵活、编译简单， PLC可编程序控制系统是一种已经系列化产品，功能模块种类繁多，控制程序改编简易。而铝电解多功能机组是一种具有多种作业功能的设备，随时都会因为工作需要而对设备的

11、某些功能做出调整，来提高工作效率。PLC可编程序可以在线修改，也可以离线修改。抗磁场干扰能力强、稳定性高，电解铝生产车间环境比较恶劣，属于高磁场高粉尘，一般微机控制功能虽然强大，但是它在电解铝厂房高磁场环境抗磁场干扰能力差，没有PLC控制系统抗磁场能力强。还有就是车间供电的电力波动，机组的机械振动，车间温度差的影响，环境的潮湿度变化，都可能会导致控制微机不能正常工作。传统的继电器或接触器控制系统抗干扰能力强，但由于存在大量易磨损和烧蚀的机械触点，会影响到它的寿命，从而系统会影响系统的稳定性，会给生产和检修维护带来很多不必要的麻烦。PLC可编程序是采用微型电子技术，多功能机组上的好多元器件被程序

12、所替代，硬件和软件抗干扰性强，能适应铝电解恶劣环境下的强烈磁场等干扰，同时它具有故障诊断能力。2.2在电气多功能机组的应用2.2.1设备现状榆林新材料铝业分公司现在使用的铝电解多功能机组大体结构是由三梁大车、工具小车、出铝小车三部分组成。其中包括共有一台空气压缩机、液压站循环泵电机（BYG28-02-02-00 ）、2台25T固定吊吊钩、一台3T检修吊吊钩、一台32T出铝吊钩、一个驾驶室、两个下料系统、两个阳极机构组成多功能机组。主要完成打壳、更换阳极、下料、出铝、提升阳极母线和吊运东西等作业。由于铝电解多功能机组长期处在高温、高磁场、高粉尘、高HF烟气的恶劣环境中，传统的继电器-接触器控制方

13、式在某些关键控制领域，已经不能满足现在复杂控制系统，因此选用结构简单、控制功能强大、应用灵活、编译方便、稳定性高、抗磁场干扰能力强的PLC系统，作为铝电解多功能机组的控制系统，是解决当前问题的最优方案。我们公司多功能机组中所使用的PLC型号为A-B 17695000系列PLC，它分为三个部分，分别在大梁主配电室、工具车厢配电室和驾驶室配电室。PLC主站放在大梁配电室，主机架和从机架之间采用ControlNet通信，主站和从站之间采用以太网通信，触摸屏和PLC之间也采用以太网通信。2.2.2PLC系统设计综合电解铝生产工艺和电解铝生产中多功能机组的使用情况，以及多功能机组安全运行等情况，对多功能

14、机组的各个机构工作情况和各机构之间的逻辑关系进行梳理。（1）信号的组合与优化组合各小车的选择和行走动作、组合各机构的选择和操作动作、各组合和操作动作的优化。（2）全车主电源的控制与操作，以及意外情况紧急处理。（3）大车和各小车的安全运行大车和各小车运行要求加减时自动限制逐档切换，以防速度突变造成冲击。大车要求运行至厂房终端或其他机组相距6米时自动降档减速。2米时自动停车。各小车行走至减速位置自动降速，至终端自动停车等。（4）空压机的安全运行自动载荷控制，油冷却系统和压缩空气冷却系统的控制，系统超温、超压自动保护与故障反馈。压缩机、冷却系统及除尘系统电动机的过载保护与故障反馈。（5）液压站的安全

15、运行主泵、冷却泵及加热器的控制和过载保护，系统压力的控制与调整，系统流量的控制与调整，工具机构的回转控制，系统限压保护和超温保护与故障反馈，（6）吊钩的安全运行吊钩双速电动机的正反转和挡位控制，吊钩制动器的控制，起重量的超重和失重保护，升降超高限位、终端限位、减速限位与升降动作的逻辑运算，电动机过载保护与故障反馈。（7）工具车各机构的安全运行阳极机构控制和升降限压保护，打壳机构控制和升降保护，下料机构升降和电机过载保护与故障反馈，清理铲升降和电机过载保护与故障反馈，各机构最多允许一个机构离开上限位。（8）输入条件的逻辑运算结果和输出点的对应控制信号转化为二进制位表，传感器信号转化为二进制位表，

16、逻辑运算的过程存储为整数位表，逻辑运算的结果存储为整数位表，逻辑运算结果整数位表转化为相应的输出点。2.3PLC在多功能机组中应用的好处随着电气自动化科学技术的进步，PLC在现代工业自动化控制企业中得到了广泛应用，为工业企业生产和企业效应的提高有很大的帮助。铝电解多功能机组在控制方式和功能配置方面得到了大幅度提升，传统的继电器控制系统已经不能满足现代企业生产的需求。PLC技术在铝电解多功能机组上应用很好解决了这个问题。PLC具有可靠性高 ，抗磁场干扰能力强，应用灵活，编程方便，控制系统改进和维护方便。我公司的铝电解多功能机组均采用PLC控制系统，整机应用电气控制程序，最直观的感受就是为工人减轻

17、了工作劳动强度，为了我公司铝电解生产提高了效率。3 电气多功能机组中绝缘检测报警装置3.1绝缘检测报警装置绝缘检测装置就是一种检测和控制两点或两个机构的之间电阻值的安全装置，为了确保设备安全正常运行，确保操作人员不必因设备漏电而受到伤害，是通过单片机控制的一种安全装置。主要由供电电路、PLC控制电路、检测电路、显示操作面板、报警电路、单片机控制器等组成。3.2公司多功能机组的绝缘检测系统榆林新材料铝业电解铝多功能机组的绝缘测试仪采用新型单片机控制及液晶显示技术，外型小巧美观，适合在对铝电解厂多功能起重机上各部分间的绝缘情况进行监视和测试，具有多路轮流检测，故障和报警输出，绝缘电阻值显示，串行通

18、讯，故障记录，中/英文显示等多种功能。3.2.1功能简述对电压达到690VDC或690VAC（频率40到400Hz）的（IT-DC或IT-AC分布式网络）浮地系统进行绝缘监视和测量；l 可自动调节系统的泄漏电容值到30F（150F）；l可调节测试值范围为103000K；l具有故障和报警复位外部端子输入（2个）；l两个常开/常闭信号输出，可以作为故障或报警输出；l8个继电器可切换和选择外部8路的绝缘测试；l8个数字输入与继电器驱动的接触器输入作为反馈信号输入；l外部辅助电压为100230VAC输入，频率为50Hz或60Hz3.2.2.主要技术指标1. 电源电压：110220VAC，50或60Hz

19、；2. 输入：电阻性负载；3. 输出：无源触点输出，250V/2A；检测电压交流110V整流后的直流电压155V；4. 功率：50W5. 环境温度：050oC6. 测量值显示范围：03000K7. 测量精度：2%8. 外型尺寸：30011060（mm）;9. 安装尺寸：290100（mm）或者导轨安装;10.重量：1.2KG3.3机组绝缘面板操作和机组检测点操作面板图1序号名称功能描述1液晶显示屏当系统工作时，显示系统的工作数据2通讯指示灯显示与上位机通讯时的工作状态3复位指示灯当系统进行复位时，此指示灯点亮4电源指示灯当系统接通电源后，此指示灯点亮5运行状态指示灯当系统正常工作时，此指示灯点

20、亮6故障指示灯当系统检测到故障时，此指示灯点亮7报警指示灯当系统测试值超过预设值时，此灯点亮88路接触器输出指示灯显示8路接触器输出状态，有效时灯点亮9向左导航键菜单的向上翻页10向上导航键菜单的向上翻页11向下导航键菜单的向下翻页12向右导航键菜单的向下翻页13取消键用于取消设置选项的操作14确认键用于确认设置选项的操作外部检测1：出铝小车对大梁2：1#固定吊对大梁3：2#固定吊对大梁4：工具小车对大梁5：驾驶室对工具小车当多功能机组发生绝缘破坏时，PLC控制系统将强制停止多功能机组各个功能部件一切运行,全车发出报警信号，此时只有将驾驶室内的绝缘强制控制开关关闭，大车小心的开至检修位置,联系

21、维修人员到达现场处理故障.只有维修人员找出绝缘故障位置并作好绝缘故障处理,绝缘检测仪停止报警，多功能机组整车才能继续作业,此技术有力的保证了人员、设备的安全.4 电气多功能机组中限位器4.1多功能机组中限位器铝电解多功能机组中的限位器是一种为了保护多功能机组各机构安全运行及其使用者安全的安全装置。4.2多功能机组中限位器的种类和作用超载限位器，是一种能够阻止吊钩超负荷运行的安全保险装置。当起吊物体超过吊钩额定起吊重量时，超载限位器立即自动切断提升机构的电源并发出警报，阻止起吊动作。在多功能机组中主要用于母线提升固定吊机构、检修吊机构和出铝钩机构，为了防止吊物超重将其钢丝绳拉断，造成设备损坏和人

22、员伤亡。吊钩高度限位器，是一种位置限制限位器，一般都装在吊钩的头部，当吊钩滑升到极限位置，便托起杠杆，压下限位开关，切断电路，再合闸时，吊钩只能下降不能上升。在多功能机组中主要用于母线提升固定吊机构、检修吊机构和出铝钩机构，为了防止提升过程，超过位损坏设备。行程限制器，一种防止多功能机组发生两车相撞提前减速和停止，或限制在一定范围内行驶的安全保险装置。在多功能机组中用于大车运行时，为了防止与前后相邻车辆发生碰撞，或者与端梁发生碰撞，提前做好减速和停止。还有工具小车和出铝小车左右行驶与端梁发生碰撞，以致提前减速和暂停。还有主配电柜和各个检修门限位，驾驶室护栏门限位，此限位的作用就是为了防止检修操

23、作后忘记关闭，或者防止操作员不小心掉下，当其为关闭时，整车无法动作。极限限位器，是保护升降机构安全运行的上升极限限位器和下降极限限位器。当升降机构和运行机构到达设定位置时，极限位置限制器应及时发出停止和报警信号，同时自动切断向危险方向运行的电源。在多功能机组中用于打壳机构、阳极提升机构、下料管升降机构、清理铲升降机构等，控制机构的上升与下降，并且达到一定极限限位停止工作。5 铝电解多功能机组供电回路5.1铝电解多功能机组供电引入方式铝电解生产车间是一个高温，高磁场，高粉尘，大电流等，生产环境条件比较恶劣，再加上铝电解多功能机组是一耗电量比较大的生产设备，所以铝电解车间多功能机组供电技术也是需要

24、相当严格和谨慎的。电解铝多功能机组通过滑触线将三相AC380V电源引入设备，通过熔断器箱后将电源引致主断路器=01-Q10的上端。采用四根滑触线的好处是，以防万一其中某条滑触线出现故障，可以第一时间利用备用滑触线为多功能机组供电，降低滑触线故障所受的影响。考虑到金属导体容易受温度影响产生热胀冷缩，滑触线导电不利，特别采用温度影响不大的铜质材质作为导线。5.2铝电解多功能机组配电电解铝多功能机组供电，是由公司电力供电部门通过三相四线的铜质滑触线架设到每个车间每个工区固定的墙壁一侧，以方便为多功能机组提供电源，每个工区有相对应滑触线的检修控制开关。再通过多功能机组上的铜质滑触线滑刀继电器将电源送入

25、机组总电源，再从总电源将电力送入多功能机组顶部机组总变电器。变压器将380V电力变成380V/220V/36V。380V主要为机组的大车行走电机、工具车行走电机、出铝车行走电机、空压机电机、液压站旋转电机、出铝钩升降电机、检修吊电机，驾驶室旋转电机、母线提升固定吊提升电机、主配电柜等供电。220V配电为防冷凝加热器、主配电柜照明、主配电柜PLC控制系统，驾驶室空调、空压机、控制电源、梁下照明和各机构的限位器等供电。36V用于各个微型控制开关，和驾驶室操作控制手柄，以实现弱电控制强电的效果。6 结论与展望借此机会对铝电解多功能机组进行详细的了解和刨析，发现其电气自动化技术在其中的应用非常之多，为

26、电解铝生产提高了很多效率，也为工人减轻了许多工作量。电动机的有效平稳智能安全运行，PLC可编程序对多功能机组设备的智能控制、智能检测、智能诊断和预处理相当给力。绝缘检测系统和各类限位器等装置为企业的设备的安全运行生产做足一切预防工作，为员工和企业减轻和节约了许多劳力和成本。电气自动化技术为我们工业企业和日常生产提供许多便捷的方式。通过此次对铝电解多功能机组中电气自动化技术在其应用的详细了解，我对电气自动化技术有了新的认识。电气工程及其自动化技术不光在电气工程领域中有所应用，在我们日常生活和生产中时时刻刻能够见到。希望未来电气工程及其自动化技术能够有更好的发展，真正实现人工智能。铝电解多功能机组

27、在此基础上能够实现智能操作，智能检测，智能维护，真正实现物联网时代，为企业后期设备的保养与维护提供更直观的感受，为企业节约更多的成本，释放员工劳动力。12致谢致 谢在一个多月短暂的论文写作过程中，非常感谢我的论文辅导老师王世文，王世文老师的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，海人不倦的高尚师德，对我的论文选题，理论依据，机构安排等关键问题提出好多宝贵意见，在论文撰写过程中我遇到好多困难，王老师都一一帮我解答，给予我熟悉耐心的指导。在此期间，也从王世文老师身上学到好多东西，让我受益匪浅，必将终身受益。同时，也感谢我的同学和我一起工作的同事们，感谢他们在百忙之中为我的论文写作中提供资料和

28、帮忙，为我解答一些专业性问题，使我在这次论文写作中能够顺利完成。 参考文献参考文献1梁俊彦，李玉翔.机电一体化技术的发展及应用【J】。科技资讯，2007.9。2王永华.现代电气控制及PLC应用技术【M】。北京航空航天大学出版社，2003.3罗克韦尔自动化有限公司.SLC500模块化硬件结构安装和操作手册【Z】。2002.4陈宇，段鑫.可编程控制器基础及编程技巧J.华南理工大学出版社，2002.5 潘玉仓. 智能绝缘监测装置在铝电解多功能天车的应用J. 材料与冶金学报,2010.6张耀海.法国易赛尔电解多功能机组绝缘监测技术J.郑州：铝镁通讯.20147刘红枫.铝电解多功能机组技术发展浅析J.北

29、京：有色设备，2015，（1）.8刘晓涛, 柴小马, 张备战. PLC在铝电解多功能机组上的应用J. 科技与生活, 2012(20)9孟晓宝.浅析铝电解用多功能机组绝缘检测系统J.海峡科技与产业.2017年10李会勤，李姿之.冶金起重机M .北京：机械工业出版社，201111孙傲，马小平.电解铝多功能机组电控系统J.大连：重工与起重技术，2014，（3）.附件附件：网络学院毕业论文独创性声明本人声明，所呈交的毕业论文系在指导老师的指导下本人独立完成的研究成果。论文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，如果本论文有摘抄他人的研究

30、成果，被他人追究责任，则本人负全部责任，与指导老师和学校无关。本人如违反上述声明，愿意承担以下责任和后果：1. 交回学校授予的毕业证书；2. 学校可以在相关媒体上对作者本人的行为进行通报；3. 本人按照学校规定的方式，对因不当取得证书给学校造成的名誉损害，进行公开道歉；4. 本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷。论文作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅读、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用毕业论文或与论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安交通大学。论文作者签名： 日期： 年 月 日导 师 签 名： 日期： 年 月 日注：本声明的版权归西安交通大学所有，未经许可，任何单位及个人不得擅自使用。13