工业运输电动车往返自动控制系统设计

吴廷强，罗德莲，熊中刚

（1.遵义师范学院，工学院贵州遵义563002；2.遵义师范学院物理与机电工程学院，贵州遵义563002）

在我们日常生活中，一些工业生产厂区，比如煤电厂、矿厂等，在生产过程中，经常出现人工驾驶运输车辆将货物或材料从一个位置运向另一个位置，其目的就是将货物或生产材料重复的从原始位置运向指定位置。这种货物或材料运送方式存在工业生产成本高、人工疲劳驾驶车辆容易造成安全事故、车辆运行产生噪音而影响环境等局限性。

笔者通过深入工业生产厂区实地考察研究，对厂区原始运送货物或材料方式进行改进，通过建立运输专线，自动控制电动机来实现运输车辆自动往返运送货物或材料。通过实践检验，改进后的运送方式大大提高了运送速度，减少了厂区噪声污染，降低了工业生产成本和安全事故的发生，有效了工业生产效率。

1 常用电动机、控制电器的作用及其图形符号型

1.1 三相笼型异步电动机

如图1所示为三相笼型异步电动机，其三相笼型异步电动机的作用：通过电动机的正转、反转、停机来分别实现工业运输电动车的正向运行、反向。

图1 电动机的电路符号Fig.1 Motor circuit symbols

1.2 闸刀开关

如图2所示为三相闸刀开关，其主要的作用是：接通或断开主电路电源。

图2 三相闸刀开关的电路符号Fig.2 The circuit symbol of the three-phase knife switch

1.3 熔断器

如图3所示为熔断器的符号，其主要作用为：熔断器又称保险丝，它在电路中的是当负载出现短路或电流过大时能够快速地熔断，从而切断电源，达到保护电路的目的。

图3 熔断器的电路符号Fig.3 Fuse circuit symbols

1.4 按钮触点

组合按钮通常是同时控制两个回路。如图4所示的按钮触点电路符号，其主要作用是接通或断开控制电路电源，当按下动合按钮触点时电路接通；当按下动断按钮触点时电路断开。别外，还有组合按钮，也就是动合、动断两副触点同时联动，当动合触点闭合时，动断触点打开。

图4 按钮触点电路符Fig.4 Button contact circuit symbols

1.5 行程开关

如图5所示行程开关也叫限位开关，其作用是在电路中完成限位保护、行程控制和自动切换等，它的作用原理是机械撞击。行程开关的结构与按钮触点相似。

图5 行程开关的电路符号Fig.5 Travel switch circuit symbols

1.6 交流接触器

如图6所示的交流接触器是一种自动化的控制电器，它主要用于频繁接通或断开的电路，具有控制大电流，并可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，连锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护等特点，广泛用于自动控制电路。其主要控制对象是电动机，也可以用于控制其他电力负载。交流接触器在电路中的符号往往在电路图中是分开绘制的，分为接触器吸力线圈符号、接触器主触头符号和接触器辅助触头符号。

图6 交流接触器的电路符号Fig.6 The circuit symbol of AC contactor

1.7 继电器

如图7所示为热断电器符号，此处主要介绍热断电器、时间断电器和中间断电器。

图7 热断电器的电路符号Fig.7 The circuit symbol of the heat appliances

1.7.1 热继电器

热继电器的主要作用是加热回路的控制和电动机过流控制。一旦运行的电动机出现不正常的情况或电路异常，就会造成电动机转速下降、绕组中的电流增大，电动机的绕组温度升高。如果过载电流不大且过载的时间较短，电动机绕组不超过允许温升时，还允许这种过载。但如果过载时间过长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。这时热继电器利用电流的热效应原理来切断电源，所以，热继电器电路中为电动机提供过流保护作用。

1.7.2 时间继电器

如图8所示，时间继电器一般分为通电和断电延时两大类型。通电延时继电器有两个延时触点：一个是延时断开动断触点，一个是延时闭合的动合触点。断电延时继电器也有两个延时触点：一个是延时闭合的动断触点，一个是延时断开的动合触点。

图8 时间继电器的电路符号Fig.8 Time relay circuit symbols

1.7.3 中间继电器

如图9所示，中间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其它电气执行元件。

图9 中间继电器的线圈符号Fig.9 The symbol of the intermediate relay coil

2 工业运输电动车往返自动控制系统的设计

2.1 工业运输电动车往返自动控制系统设计要求

设计一个工业运输电动车往返自动控制系统。车辆到达A地后，停留10 min等待上料，然后自动返回B地；在B地停留5 min下料，然后自动返回A地，重复上述往返动作。车辆设计要求：该运输系统要具有过流、短路保护和任意地点停车检修功能。示意图10如下：

图10 工业运输电动车往返运输自动控制示意图Fig.10 The automatic control schematic diagram of industry transportation electric vehicle

工业运输电动车往返自动控制系统设计实质上是通过电动机的正反转控制、延时控制、热保护控制、限位控制和起停控制的有效结合，实现对实际交通运输工具的有效控制，以达到生产生活的需要。设计完毕的工业运输电动车自动控制电路如图11所示：图中STa、STb为A、B两地的限位开关，分别安装在A地和B地的终点，作为停车信号开关。

图11 工业运输电动车往返运输自动控制电路Fig.11 The automatic control circuit of industry electric vehicle round-trip transportation

KTa和KTb为A地和B地的延时继电器，安装在控制电路中，延时通电主要是为了停车上料和下料，具体时间可以根据现场需要灵活设定。KMF为控制右行主回路交流接触器，安装在控制电路中；KMR为控制左行主回路交流接触器，安装在控制电路中。KH为热继电器，它的作用是对电路进行热保护。KA为中间继电器，它的作用是能够使电动车任意时刻停车。SBF、SBR、SB2为启动按钮，SB1为停车按钮。

2.2 电动车往返自动控制系统工作原理

首先按下启动按钮SB2，中间继电器通电工作，KA触点自动闭合。按下右行启动按钮SBF，交流接触器线圈KMF通电，相应的主触头在电磁吸力下闭合，辅助触头自动闭合形成自锁（此时断开SBF，线圈KMF仍然通电），电动机正向转动带动电动车向右行。与此同时，接入左行控制电路中的交流接触器线圈KMF的动断辅助触头自动断开形成互锁（也就是自动切断电动机反转通电回路。即使不小心按下电动机反转启动按钮SBR，也不能按通交流接触器线圈KMR，确保电动机不能反转）。

当电动车右行至A端，接触A地的限位开关STa，STa的动断触点断开，交流接触器线圈KMF断电，电动机停止转动，电动车向右行停止（等待上料），接入左行控制电路中的交流接触器线圈KMF的动断辅助触头因断电而自动闭合；STa的动合触点闭合接通延时继电器KTa，延时10min后KTa延时闭合触点自动闭合，交流接触器线圈KMR通电，相应的主触头在电磁吸力下闭合，辅助触头自动闭合形成自锁（即使KTa延时闭合触点断开，线圈KMR仍然通电），电动机反向转动带动电动车向左行。与此同时，接入右行控制电路中的交流接触器线圈KMR的动断辅助触头自动断开形成互锁（也就是自动切断电动机正向转动通电回路。即使不小心按下SBF按钮，也不能按通交流接触器线圈KMR，确保电动机不能正向转动）。

当电动车左行至B端，接触B地的限位开关STb，STb的动断触点断开，交流接触器线圈KMR断电，电动机停止转动，电动车向左行停止（等待下料），接入右行控制电路中的交流接触器线圈KMR的动断辅助触头因断电而自动闭合；STb的动合触点闭合接通延时继电器KTb，延时5 min后KTb延时闭合触点自动闭合，交流接触器线圈KMF通电，电动机正向转动带动电动车向右行。如果没有停车指令或未出现电路过流、短路等情况电动车将按上述过程重复往返运动。

电动车在运行过程中若因检修车等原因需要中途停止，只需按下停车按钮SB1即可。电动车若在运行过程中出现过流、短路时，由于电动机电流过大、热量过大使熔断器FU和热继电器KH工作而自动切断电动机主电路。

3 结束语

近30多年来随着国家各项政策深化改革，工业发展日新月异，在工业率先发展起来的省份，各种工业技术已逐步从传统的人工操作向自动化转变，有效提高生产效率，同时避免了人操作导致发生的生产安全事故。但是在工业欠发达的省份，比如贵州省由于多方面因素导致工业发展起步较晚，工业技术相对落后，自动化技术成份不高，有待于改进工业设施设备，大胆进行工业技术革命。

工业运输电动车自动往返控制系统通过实践运用，有效解决了传统工业运送材料问题，实现了降低工业噪声，节能降耗，提高生产效率等目的。但此技术的投入要求必须有专业技术人才进行操作和管理，电动车必须要建固定的轨道，一次性投入成本较大，对于一些生产时间较短的小型工业不很适用，但对于一些大型工业，比如矿厂等则非常适用。

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