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第一部分: 电气线路安装调试技能训练 第一章 技能训练题目一: 三相异步电机的可逆控制 1.1 电气原理图：主电路和控制电路(如图1—1) 图1—1 主电路 控制电路 1.2电气安装接线图(如图1—2)图1—2 1.3本人完成的安装线路实物图(如图1—3) 图1—3 第二章 技能训练题目二: 三相异步电机星三角降压启动2.1电气原理图: 主电路和控制电路(如图1—4）图1—4 2.2电气安装接线图(如图1—5)图1—5 2.3本人完成的安装线路实物图(如图1—6)图1—6 第三章 技能训练小结3.1.电气原理图的绘制要求: (1) 为了区别主电路与控制电路，在绘线路图时主电路(电机、电器及连接线等)，用粗线表示，而控制电路(电器及连接线等)用细线表示。通常习惯将主电路放在线路图的左边(或上部)，而将控制电路放在右边(或下部)。
(2) 动力电路、控制电路和信号电路应分别绘出：
动力电路—— 电源电路绘水平线；受电的动力设备（如电动机等）及其它保护电器支路，应垂直电源电路画出。
控制和信号电路——应垂直地绘于两条水平电源线之间，耗能 元件（如线圈、电磁铁，信号灯等）应直接连接在接地或下方的水平电源线上，控制触头连接在上方水平线与耗能元件之间。
(3) 在原理图中各个电器并不按照它实际的布置情况绘在线路上，而是采用同一电器的各部件分别绘在它们完成作用的地方。
(4) 为区别控制线路中各电器的类型和作用，每个电器及它们的部件用一定的图形符号表示，且给每个电器有一个文字符号，属于同一个电器的各个部件(如接触器的线圈和触头)都用同一个文字符号表示。而作用相同的电器都用一定的数字序号表示。
(5) 因为各个电器在不同的工作阶段分别作不同的动作，触点时闭时开，而在原理图内只能表示一种情况，因此，规定所有电器的触点均表示正常位置，即各种电器在线圈没有通电或机械尚未动作时的位置。如对于接触器和电磁式继电器为电磁铁未吸上的位置，对于行程开关、按钮等则为未压合的位置。
(6) 为了查线方便。在原理图中两条以上导线的电气连接处要打一圆点，且每个接点要标一个编号，编号的原则是：靠近左边电源线的用单数标注，靠近右边电源线的用双数标注，通常都是以电器的线圈或电阻作为单、双数的分界线，故电器的线圈或电阻应尽量放在各行的—边（左边或右边）。
(7) 对具有循环运动的机构，应给出工作循环图，万能转换开关和行程开关应绘出动作程序和动作位置。
(8) 原理图应标出下列数据或说明：
1）各电源电路的电压值，极性或频率及相数。
2）某些元器件的特性（如电阻，电容器的参数值等）；
3）不常用的电器（如位置传感器，手动触头，电磁阀门或气动阀，定时器等）的操作方法和功能。 3.2.电气接线图的绘制要求:1、电源开关、熔断器、交流接触器、热继电器、时间继电器等画在配电板内部，电动机、按钮画在配电板外部。 2、安装在配电板上的元件布置应根据配线合理，操作方便，确保电气间隙不能太小，重的元件放在下部，发热元件放在上部等原则进行，元件所占面积安实际尺寸以统一比例绘制。 3、安装接线图中各电气元件的图形符号和文字符号，应和原理图完全一致，并符合国家标准。 4、各电气元件上凡是需要接线的部件端子都应绘出并予以编号，各接线端子的编号必须与原理图中的导线编号一致。 5、电气配电板内电气元件之间的连线可以互相对接，配电板内接至板外的连线通过接线端子进行，配电板上有几个接至外电路的引线，端子板上就因有几个线的接点。 6、因配电线路连线太多，因而规定走向相同的乡邻导线可以绘成一股线。 3.3电器安装、接线的工艺要求:1）所有电器元件、辅件应按照元件制造厂的安装使用说明书的安装要求（使用条件、灭弧距离、拆卸灭弧罩所需距离等）进行正确的安装。 2）严格按照电气原理图、接线图图纸及元件明细表、安装布置图（如有）的要求核对其额定电压、额定电流、规格型号后安装到位，要求横平坚直。 3）安装时应尽量考虑方便用户维修。各电器应能单独拆装更换而不应影响其它电器及导线束的固定。 4）所有元件均应牢固固定在骨架和支架上，紧固螺丝必须拧紧，无打滑及损坏镀锌层等现象，并采取防松措施，紧固后螺丝应露出螺母1-8螺距。不接线的螺丝也应拧紧，所有紧固件必须镀锌。所有元件的出线端应配有接线螺钉，并应进行紧固。联屏螺钉也应配齐紧固。 5）按钮安装：按钮操作应灵活、可靠、无卡阻，按钮之间的距离宜为50～80mm，当倾斜安装时，其与水平的倾角不宜小于30°。 6）螺旋式熔断器的安装，其底座严禁松动，电源应接在熔芯引出的端子上。 7）接触器、继电器安装前可动部分动作应灵活、可靠。 8）端子排应无损坏，固定牢固，绝缘良好。 9）端子应有序号，端子排应便于更换且接线方便；离地高度宜大于350mm。 10）回路电压超过400V者，端子板应有足够的绝缘并加入电源标志。 11）强、弱电端子宜分开布置；当有困难时，应有明显标志并设空端子隔开或设加强绝缘的隔板。 3.４.实训线路发生的故障及排除办法： （1）通电后电动机不能转动，也无异响。故障原因：①电源未通（至少两相未通）；②保险丝熔断（至少两相熔断）；③过流继电器调得过小；④控制设备接线错误。 故障排除：①检查电源回路开关，保险丝、接线盒处是否有断点，修复；②检查保险丝型号、熔断原因，换新保险丝；③调节继电器整定值与电动机配合；④改正接线。 （2）通电后电动机不转，但保险丝烧断。 故障原因：①缺一相电源；②定子绕组相间短路；③定子绕组接地；④保险丝截面过小；⑤电源线短路或接地。 故障排除：①检查刀闸是否有一相未合好，电源回路有一相断线；②查出短路点，予以修复；③消除接地；④查出误接，予以更正；⑤更换保险丝；⑥消除接地点。 （3）通电后电动机有嗡嗡声但不转动 。故障原因：①定、转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电；②绕组引出线始末端接错或绕组内部接反；③电源回路接点松动，接触电阻大；④电动机负载过大或转子卡住；⑤电源电压过低；⑥小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬；⑦轴承卡住。 故障排除：①查明断点予以修复；②检查绕组极性；判断绕组末端是否正确；③紧固松动的接线螺丝，用万用表判断各接头是否假接，予以修复；④减载或查出并消除机械故障，⑤检查是还把规定的面接法误接为Y；是否由于电源导线过细使压降过大，予以纠正，⑥重新装配使之灵活；更换合格油脂；⑦修复轴承。 （4）运行中电动机振动较大。故障原因：①由于磨损轴承间隙过大；②气隙不均匀；③转子不平衡；④转轴弯曲；⑤铁芯变形或松动；⑥联轴器（皮带轮）中心未校正；⑦风扇不平衡；⑧机壳或基础强度不够；⑨电动机地脚螺丝松动；⑩笼型转子开焊断路；绕线转子断路；加定子绕组故障。故障排除：①检修轴承，必要时更换；②调整气隙，使之均匀；③校正转子动平衡；④校直转轴；⑤校正重叠铁芯，⑥重新校正，使之符合规定；⑦检修风扇，校正平衡，纠正其几何形状；⑧进行加固；⑨紧固地脚螺丝；⑩修复转子绕组；修复定子绕组。 第二部分:机械手电气控制系统设计 第一章 机械手电气控制系统设计任务书1.1工业机械手PLC 机械手是能够模仿人手动作，并按设定程序、轨迹和要求代替人手抓（吸）取、搬运工件或工具或进行操作的自动化装置，它能部分的代替人的手工劳动。较高级型式的机械手，还能模拟人的手臂动作，完成较复杂的作业。在机械制造业中，机械手已被广泛应用，从而大大地改善了工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。在我国，工业机械手近年来有较快的发展，投入了大量的人力物力加以研究和应用，并且很好的效果。本课题主要研究的问题是"近距离自动移动式机械手臂设计--气压驱动式"。设计包括两大方面，其中之一是自动行走部分，另一部分为手臂的运转。采用同一驱动能源--气泵。行走部分可以采用气压马达带动两轮转动。气压泵固定在某处，用一根软管将泵与马达相连，马达安装在行走装置中。运动手臂的直线运动用气缸来实现，旋转运动用气压马达来实现。行走的时候手臂不动，手臂运动的时候，行走部分停止运动。 1．2机械手技术要求1.2.1机械手的组成： 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。 （一） 执行机构 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 1、手部 即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。 2、手腕 是联接手部和手臂的部件，其调整或改变工件方位的作用。 3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。 4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。 5、行走机构 机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分为有轨的或是无轨的两种。 6、机座 它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于基座上，故起支承和联接的作用。 （二）驱动系统 机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。 1、 液压传动 是以油液的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然有的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。 2、气压传动 是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是介质来 源极方便、气动动作迅速、结构简单、成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性差，而且气源压力较低，适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 3、机械传动 即由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动。其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠、动作频率高，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于为工作主机的上、下料。 4、电力传动 即由特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。 （三）控制系统 有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给与机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 （四）位置检测装置 控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的进度达到设定位置。 1.2.2机械手的控制过程 机械手动作的流程图(如图2—1) 图2--1 机械手动作的流程图 机械手的任务是搬运物品，要求它将传送带A上的物品搬至传送带B上，由于传送带A、B都按规定的方向和规律运行，故可将物品传送到指定的位置。 机械手搬运物品工作时，传送带A为步进式传送，每当机械手从传送带A上取走一个物品时，该传送带前进一段距离，将下一个物品传送到位，以便机械手在下一个工作循环取走物品。机械手按照规定的动作，将传送带A上的物品搬运到传送带B上。传送带B是连续运转的。 机械手的上、下、左、右4个方向都有行程开关进行位置限制，当机械手运动到对应位置时，就会碰上相应的行程开关，机械手将进行运动状态的切换。机械手夹紧动作结束的判断采用时间继电器，设计一定的时间来表明工件已经夹紧；而机械手放松动作结束的判断则是用行程开关，当碰上行程开关时，就判定放松动作已执行完毕。 设计要求是：有半自动工作方式和手动工作方式，当位于手动工作方式时，用按动按钮去控制机械手的动作；当位于半自动工作方式时，在机械手处于原位情况下，按动起动按钮，机械手就能自动完成一个循环过程并停在原位待命。其具体要求如下： （1）机械手在原始位置，按下启动按钮，传送带B开始运行，机械手从右下限位置开始上升。 （2）机械手上升到上限行程开关位置，压动行程开关后，上升动作结束，机械手开始左旋。 （3）机械手左旋到左限行程开关位置，压动行程开关后，左旋动作结束，机械手开始下降。 （4）机械手下降到下限行程开关位置，压动行程开关后，下降动作结束，传送带A起动。 （5）传送带A向机械手方向前进一个物品的距离后停止，机械手开始抓物。 （6）机械手抓物，由手指上的行程开关控制抓紧程度，抓物结束后，机械手开始上升。 （7）机械手上升到上限行程开关位置，压动行程开关后，上升动作结束，机械手开始右旋。 （8）机械手右旋到右限行程开关位置，压动行程开关后，右旋动作结束，机械手开始下降。 （9）机械手下降到下限行程开关位置，压动行程开关后，下降动作结束，机械手开始放下手中物品。 （10）机械手放物经一个适当的延时，放物结束，一个工作循环完毕。 （11）整个搬物工作应设计成既能电动，又能长动控制（连续工作方式）。 1.2.3机械手的PLC控制设计要求 (1)控制装置选用PLC作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配PLC机型和I/O接口。 (2) 整个搬物工作既可执行点动控制，又能长动控制两种方。 (4) PLC的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。 (5) 为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，入如电动机过热保护、控制系统短路保护、过载保护等。 (6) 绘制电气原理图：包括主电路、I/O接线图，编制PLC的I/O接口功能表。 (7) 选择电器元件、编制元器件目录表。 (8) 绘制接线图、电控柜布置图和配线图、控制面板布置图和配线图等。 (9) 采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。 第二章 机械手PLC电气控制系统总体设计过程2.1．总体方案说明1) 机械手PLC电气控制系统运动控制由电动机通过交流接触器完成起、停控制，正、反转和旋转，由于电动机是感性负载，在电动机再起动过程中会产生较大的启动电流，因此电动机采用热继电器实现过载保护，其热继电器的常开触点通过中间继电器转换后，作为PLC的输入信号，用以完成各个电动机系统的过载保护，此外，利用熔断器实现短路保护。 2) PLC选用继电器输出型。 3) PLC自身配有24V直流电源，外接负载时考虑其供电容量。PLC接地端采用第三种接地方式，提高抗干扰能力。 2.2 PLC电气控制系统电气控制原理图设计2.2.1 主电路设计 PLC电气控制系统主电路(如图2—2)
图2—2 PLC电气控制系统主电路 1.在主回路里用低压断路器实现过载，短路，失压保护，在各回路加装熔断（FU1、FU2、FU3、FU4、FU50器和热继电器（FR1、FR2、FR3、FR4、FR5），能对电机和主回路起到较好的保护作用。 2、主回路中交流接触器KM1、KM2分别控制传送带A的电动机M1、传送带B的电动机M2；交流接触器KM3和KM4控制机械手的电动机M3正、反转完成机械手的上升和下降；交流接触器KM5和KM6控制机械手的电动机M4正、反转完成左旋和右旋的控制功能；交流接触器KM7和KM8控制机械手的电动机M5，正、反转完成机械手的夹紧和放松的功能。
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