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1、湖南工学院（筹） 毕业设计(论文) 题 目： CA-20型地下矿山自卸汽车电气系统及 PLC控制设计 学生姓名： 李昌武 专业班级： 机械设计制造及其自动化031012班 指导老师： 邓生明 2006年 5 月25日序 言CA-20型地下矿山自卸汽车是我的毕业设计题目，主要参与了其中电气系统的设计部分。在整个毕业设计期间，我所学到的了很多理论知识和实验经验，这将对我以后的学习和工作带来极大的帮助。CA-20型地下矿山自卸汽车的电气系统是我设计的主要部分，它也是一个较为复杂的部分，在整车的设计中占有相当重要的地位。本次设计我们主要从整机电气系统的原理入手，主要完成了对电气系统参数的计算，来选配电
2、气系统的设计方案。通过对电气系统四大块包括电源及启动、照明及信号、指示仪表及传感器和连接导线的设计，特别对启动控制系统做了设计和改进，进一步完善了CA-20地下自卸汽车的电气系统配置。在三个多月的毕业设计过程中，我们花了大量时间和精力，查阅了大量的技术资料及参考文献，从对汽车电气系统的未知到逐步熟悉并加深认识，达到能进行电气系统设计的水平。经过自己的努力和指导教师全力指导下，完成了对CA-20型地下矿山自卸汽车的整机电气系统设计，设计和编制PLC程序，并在模拟仿真软件运行的到成功，证明了PLC在地下自卸汽车使用的可行性。李昌武2006年5月 目录一、电气系统设计概述 1二、电气系统设计方案 2
3、三、电气系统设计方案的实现 41、总的工作原理 42、电气系统的各部分的设计 4（1）电源及启动部分 4（2）照明和信号装置部分 .4（3）指示仪表与传感器部分 4（4）PLC控制部分的设计 8四、参 考 文 献 .36 五、谢辞 37 一、CA-20地下矿山自卸汽车电气系统PLC控制设计（一）、电气系统设计概述CA-20地下矿山自卸汽车电气系统的设计在整个地下自卸汽车的设计项目中占有相当重要的地位，这是由电气系统的功能决定的，CA-20地下矿山自卸汽车电气系统不仅要为车辆的运行提供电力能源，而且要对车辆从启动到熄火的全过程进行实时监控，并以信号报警方式提醒驾驶员操作。该电气系统控制突出体现了
4、机电一体化在自卸车上的应用，它能满足人们对自卸汽车安全性、可靠性、操作简便性等多种要求。CA-20地下矿山自卸汽车属于矿山工程机械，输出功率大，且受工作环境条件和运行要求的限制，这就要求地下自卸汽车的电气系统能适应特殊的工作环境、湿度、振动、雨淋和尘埃等条件，并具有较高的可靠性，需要时有防止对无线电通讯和电子设备干扰的措施。因此其整机电气系统的设计与一般汽车电气系统的设计有很大的不同。主要区别之处如下：1、地下自卸汽车采用柴油机为动力，具有功率大、启动扭矩大的特点，且柴油机转速变化大而频繁，因而发电机供电质量相当差，但没有蓄电池点火系统；2、地下自卸汽车在矿坑作业，工况差，油、水、泥、振动和高
5、温等，对整机电气设备，线束及连接形式有较高的要求。3、由于工况复杂，要求地下自卸汽车的控制尽量简单，也可以来简化驾驶员的操作，减轻驾驶员负担。这就要求地下自卸车的自动控制部分具有很高的可靠性，且易于维护。根据CA-20地下矿山自卸汽车电气系统要实现的主要功能，通常可把CA-20地下矿山自卸汽车的电气系统分为五大部分：1、电源及启动部分：主要由启动机、蓄电池和发电机及其电压调节器组成。启动部分的作用是通过启动机将蓄电池的电能转换成机械运动来起动发动机，从而带动发电机发电并联合蓄电池供给整机电力能源。2、照明和信号装置部分：照明系统是为了保证自卸汽车在夜间行驶及阴暗的矿坑里工作时的照明及安全需要，
6、信号装置是通过声响和灯光向其它车辆的司机和行人发出警告，以引起注意，确保行驶和工作安全。其包括：前大灯、后大灯、驾驶室内灯、倒车灯、转向灯、制动灯、示廓灯、电喇叭、报警批示灯等。3、指示仪表与传感器部分：作为司机了解车辆工作状况的“眼睛”，对确保车辆行车安全、及时排除故障和避免发动机出现严重故障起着重要的作用，通常包括车速表、时钟、燃油表、温度表、电流表、温度传感器、压力传感器等。从而对需要监视的信号点进行检测，通过信号处理，利用以上表盘、指示灯显示，或输往后续控制系统。各种仪表都合理的布置在仪表盘，仪表盘安装在驾驶座前面便于观看的位置，使司机能随时了解车辆的行驶情况和发动机工作状况。要求各个
7、仪表结构简单、工作可靠、显示数据清晰、准确、指示值受电源的电压波动和环境温度变化的影响小，除此之外，仪表的抗震、耐冲击性能也要好。4、电气系统控制部分：这部分是实现自动控制的关键，它组成了自卸汽车的操纵系统。电气系统控制部分主要包括：电源总开关、启动开关、预热开关、钥匙开关、照明及指示灯开关、PLC控制系统及继电器的选取，及PLC控制系统的程序设计。5、线束设计部分：电线束是自卸汽车的神经系统，通过合理地设计布置，连接电源，以及各种控制器、用电器、显示器、保护器和报警器等电气设备与装置，使之实现其功能。因此，电线束是自卸车的关键系统之一。（二）、电气系统设计方案1、电气设计方案框图图2.1 电
8、气系统原理图2、 基本思路按照上述方框图图2.1，本系统的主要功能部分，照明指示电路、传感器电路、仪表显示电路、声光报警电路以及PLC控制电路都由电源系统提供工作电源，传感器把检测到的各种数据，一路采用仪表盘并结合声光报警单元在数据超过报警极限时发送电信号到发光报警电路，直观的显示出来并发出报警信号，以利于驾驶员实时监控整机的工作状况，采取相应的操作。另一路则把传感器所测得的各检测点的实时数据信号，通过合适的模块传输到PLC控制器内部，在程序的运行中，使PLC发出指令实现实时的自动控制。由于驾驶员通过仪表显示的数据可以通过各种开关及PLC控制系统来做出合理操作，从而使整个汽车可以在各种工况下都
9、可以安全可靠的运行。3、主要性能特点及参数CA-20地下自卸汽车是载重量为20t的矿用车，我们选择了底特律公司的series50系列柴油发动机，根据在本电气系统设计的要求及参数需要，需要的柴油发动机各项参数如下：发动机排量：8.5L 额定输出功率：207kW额定转速： 2100r/min 输出扭矩： 1186发动机冷却剂容量：16L 压缩比率：15.0：1（三）、电气系统设计方案的实现1、总的工作原理根据需要，本电气系统采用标称电压为24V，单线负极搭铁制。整机电气系统设计的电气原理图如图2.22、电气系统的各部分的设计（1） 电源及启动部分：作为CA-20地下自卸汽车电气设备的能源核心，电源
10、与启动部分的设计主要由三部分组成：启动机、蓄电池和发电机及其电压调节器。地下自卸汽车采用蓄电池与发电机并联组成的标称电压为24V的直流系统供电。发电机未工作前，发动机启动时，蓄电池放电，向启动机供电以启动发动机；在发动机工作后，由发动机带动发电机给车辆用电设备供电，并同时向蓄电池充电。（2）照明和信号装置部分 为了保证汽车行使安全和工作可靠，在汽车上装有各种照明和信号装置，用以照明道路，标示车辆宽度，照明车厢内部及仪表指示和夜间检修等。此外，在转弯、制动和倒车等工况下，还应发出光信号和音响信号。汽车的照明和信号装置部分主要包括两大部分：照明装置（有前大灯、后大灯、倒车灯、驾驶室内照明灯等）和信
11、号装置（转向灯、刹车灯、倒车灯、示廓灯、位置灯、电喇叭、报警指示灯等）。灯、喇叭与其他用电设备之间是并联在电路中的，以保证他们需要的供电电压，并可单独控制各个用电设备的接通和断开，从而便于实现它们的单独控制。以上两部分的详细设计与计算详见我们同小组同学吴生田、李庆芬的论文。（3）指示仪表与传感器部分图2.2 CA-20型地下矿山自卸汽车电气系统原理图1）汽车用传感器的简介和发展趋势 随着微电子技术和传感器电子学的高速的发展，汽车.电子学使汽车工业焕然一新，为完善汽车的功能，保证汽车的可靠、安全、舒适性，微机、PLC及传感器技术的发展加速汽车开发的重要内容。特别是在当今传感器的发展落后于计算机、
12、PLC的情况下加速开发汽车用传感器就更为重要。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。特别传感器是一种转换器，它把物理量、电量、化学量等被测量转换成容易处理和传输的电信号。由下面的图2.3系统信息的信息处理过程框图可知，传感器是控制系统的关键性部件。如果没有各种传感器，PLC、计算机或微处理控制则根本无法实现。而汽车用传感器是用于汽车显示和电控系统的各种传感器的统称，与其它用传感器相比有自己的特点。图2.3 系统信息的处理过程由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求，世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开发都都非常重视。未来的汽车用传感器技术，总的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。微型传感器基于从半导体集成电路技术发展而来的MEMS (微电子机械系统)，微型传感器利用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一快芯片上，由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以明显提高系统测试精度。目前该技术日渐成熟，可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化
