畢業(yè)設計（論文）-CA-20型地下礦山自卸汽車電氣系統(tǒng)的設計及兩參量PLC控制設計（含全套CAD圖紙）

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1、摘摘 要要 20t 地下礦山自卸汽車是我國礦山亟需應用的一種機型，現(xiàn)國產地下自卸汽 車成功地設計制造出來的為 12t 以下。因此，為了滿足我國地下礦山運輸設備 的需要，使我國在地下礦山設備的設計、制造上一個新的臺階，促進我國地下 礦山運輸設備的產業(yè)升級，本設計為子項目，即整車液壓系統(tǒng)及驅動橋輪邊制 動器的設計 關鍵詞：自卸汽車；電氣系統(tǒng)；PLC。 全套全套 CAD 設計圖紙等完整版設計，聯(lián)系設計圖紙等完整版設計，聯(lián)系 153893706 Abstract 20t underground mine dump trucks is a Chinese mine needs application m

2、odels, now domestic underground dump trucks successfully designed and manufactured for 12 of the following. Therefore, in order to meet the needs of underground mining transport equipment, makes our country in underground mining design and manufacture of the equipment on a new level, and promote our

3、 countrys underground mining transport equipment industrial upgrade, this design, namely the vehicle for the sub-project of hydraulic system and the design of driving axle wheel edges brakes. Keyword: :Dump trucks；microcomputer；electromechanical integrated design 目目 錄錄 1 緒論1 1.1 設計的背景與意義.1 1.2 國內外研究

4、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.2 1.3 項目實施的主要內容、技術關鍵與創(chuàng)新點、預期目標 4 1.3.1 本項目實施的主要技術內容.4 1.3.2 本項目解決的關鍵技術 4 1.3.3 本項目的技術路線.4 1.3.4 本項目的創(chuàng)新點.4 1.3.5 本項目的技術來源、合作單位情況與知識產權的歸屬：.5 1.3.6 本項目的預期目標： 5 1.4 應用或產業(yè)化前景與市場需求 5 1.5 現(xiàn)有工作基礎、條件和優(yōu)勢 6 2 CA-20 地下礦山自卸汽車電氣系統(tǒng)設計 7 2.1 電氣系統(tǒng)設計概述.7 2.2 電氣系統(tǒng)設計整體方案 8 2.2.1 設計基本思路 8 2.2.2 整機電氣設計方案框圖 .9 2.2.3

5、 主要性能特點及參數(shù)： 9 2.3 電氣系統(tǒng)設計方案的實現(xiàn) 9 2.3.1 總的工作原理（包括原理圖） 9 2.3.2 電氣系統(tǒng)的各部分的構成：10 2、照明和信號裝置部分： 10 4、儀表部分 12 5、系統(tǒng)控制開關和繼電器部分 12 6、器及其電路與 PLC 自動控制部分 12 7、電線束的設計 13 2.3.3 傳感器及其電路設計與選型 .13 1、用傳感器簡介 13 2、傳感器的種類及介紹 14 （1）傳感器 15 （2）壓力傳感器 15 （3） 轉速傳感器 .15 （4） 、車用傳感器的發(fā)展趨勢 .16 2.3.4 PLC 自動控制系統(tǒng)設計 22 2.3.5 電氣系統(tǒng)設計小結37 參

6、 考 文 獻38 致 謝39 1 1 緒論 1.1 設計的背景與意義 無軌采礦設備應用于地下礦山始于 20 世紀 60 年代，40 多年來，隨著地下 無軌設備的完善和發(fā)展，地下礦山無軌開發(fā)技術也迅速發(fā)展。 地下汽車是實現(xiàn)無軌開采技術的主要運輸車輛，它具有機動、靈活、多能、 經濟的優(yōu)勢。廣泛地應用于條件適宜的各類地下礦山進行強化開采，不但可以 提高地下礦山的勞動生產率和產量，促使生產規(guī)模不斷擴大，而且還改變了該 類礦山的回采工藝、采礦方法和掘進運輸系統(tǒng)，促使地下礦山朝著無軌開采的 綜和機械化方向發(fā)展。采用地下礦山自卸汽車運輸?shù)V石是地下礦山無軌采礦的 一個重要組成部分。在國外，采用地下礦山自卸汽車

7、運輸?shù)牡V山基建投資一般 要比機車運輸?shù)?20%，而運行費用則高 1525%。但在計入設備折舊、工資、維 修及材料消耗和設備購置費的凈現(xiàn)值后的運輸總成本，將比機車運輸便宜約 1720%。尤其對中小型規(guī)模的礦山更為有利。在礦業(yè)發(fā)達的國家，大部分地下 礦山實現(xiàn)了無軌開采。 近 30 年來，我國部分條件具備的地下礦山也已應用無軌開采技術。由于歷 史的原因，我國在地下礦山運輸設備領域裝備十分落后，盡管經過太原重型機 械廠、北京礦冶研究總院、核工業(yè)第六研究所、衡陽有色冶金機械廠、金川有 色公司、長沙礦山研究院等單位的努力，分別對 5t、8t、10t、12t、18t、20t、25t 等機型進行了一些研究，取

8、得了一些成功， 但這些探索性的研究顯然還很不夠，而且有些探索顯然沒有達到預期的目的。 因此，直到目前我國可供礦山選用的地下礦山自卸汽車比較少，遠遠不能滿足 我國地下礦山運輸設備需要。 國外的地下礦山自卸汽車應用得比較好，技術也比較先進，但價格比較高。 一般情況是：國外的地下礦山自卸汽車整機的價格是國內價格的 23 倍，而易 損件、備件的價格卻是 610 倍。因此，發(fā)展我國的地下礦山自卸汽車是非常 必要的。 20t 地下礦山自卸汽車是我國礦山應用較多的一種機型，它比較適合中型 規(guī)模的地下礦山。我國的有些公司對它有過探索，但沒有達到預期的目的，至 今沒有該產品通過鑒定的報道。因此，我國的 20t

9、地下礦山自卸汽車目前還停 留在研制階段。而我國的用戶對該產品有比較迫切的需求，有些客戶已經向衡 陽力達鏟運機有限責任公司提出了訂購的意向。由此可見，研究該機型不僅非 常迫切，而且非常必要。 2 衡陽有色冶金機械總廠衡陽力達鏟運機有限責任公司是中國第一家井下鏟 運機專業(yè)制造公司、中國大型鏟運機生產基地。通過 20 年引進、消化和吸收國 外先進技術，已成功研發(fā)出具有自主知識產權的鏟運機系列產品，并榮獲國家 級新產品稱號及國家科技進步三等獎。產品有 CY、CYE 系列井下鏟運機以及 CA-8 地下礦山自卸汽車，產品已經廣泛應用于有色、冶金、化工及黃金礦山。 尤其是 2002 年由衡陽有色冶金機械廠的

10、力達鏟運機制造有限公司開發(fā)生產的 CA-8 地下礦山自卸汽車，經過一年的工業(yè)試驗在山東某礦取得了很大的成功， 得到了該礦的認可，并于 2003 年再次向力達鏟運機制造有限公司訂購 4 臺 CA- 8 地下礦山自卸汽車。由此可見，該公司制造地下礦山自卸汽車的技術已經成 熟。這也是本項目立項的背景之一。 由于國際工業(yè)技術大融合，國外的一些先進技術能夠為我國的產品升級提 供支持。例如：我國可以選用德國道依茨(Deutz)公司、卡特(Cater)公司、底 特律(Detroit)公司的發(fā)動機，可以選用美國約翰克拉克(JCJ)公司的液力變矩 器、變速箱和驅動橋。力達鏟運機制造有限公司經過 20 多年的努力

11、，在引進、 消化和吸收克拉克公司技術的基礎上已經開發(fā)成功多種能夠用于地下礦山的鏟 運機，而鏟運機的制造技術比地下礦山自卸汽車的難度還要大。因此，開發(fā) 20t 地下礦山自卸汽車的條件已經成熟。這是本項目的又一立項的背景。 20t 地下礦山自卸汽車是地下礦山無軌運輸?shù)囊粋€重要機型，它的研究開 發(fā)對我國地下礦山自卸汽車的產品升級、建立我國地下礦山無軌采礦配套設備 體系、促進我國地下礦山無軌采礦的發(fā)展都具有十分重大的意義，同時，開發(fā) 它的經濟效益和社會效益都很顯著。 1.2 國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 1963 年瓦格納(wagner)公司生產了世界上第一臺柴油鏟運機，從此開創(chuàng)了 地下采礦應用無軌運輸?shù)?/p>

12、時代。首先在美國及瑞典等國的地下采場中，采用了 一種膠輪柴油驅動，兼有裝、運、卸功能的鏟運機(簡稱 lHD)。這種設備具有 機動靈活，高效率，改善勞動強度，節(jié)省勞動力的性能，簡化了礦巖裝運工藝， 適用于采場運搬和階段運輸。這種設備很快在歐美礦山中被廣泛采用，逐漸替 代著多年來沿用的電耙、氣動裝載機和軌道運輸車輛。實踐證明鏟運機在中、 短距離內使用是經濟的，但當鏟運機運距超過其經濟運距時，運輸能力將顯著 下降，運輸費用則急劇上升。因此，在較長距離和大運量時就宜采用礦用自卸 汽車。從 1976 年以來，各國制造商提供了各種載重能力的地下用自卸汽車，使 地下礦山的無軌運輸?shù)玫桨l(fā)展。在瑞典一些地下開采

13、礦山，日產量從 500t 到 50000t 的階段運輸都采用自卸汽車運輸。自卸汽車裝載量從 15t 到 50t，最大 已達 70t，可適應各種生產規(guī)模的礦山和不同的運輸線路的要求，單程運距達 3 20003000m。地下運輸采用無軌設備的顯著特點是：設備購置費較低，無需安 裝；對大塊物料適應性較強；機動靈活，有利于縮短礦山基建時間加速投產。 無軌采礦技術的應用使世界地下采礦業(yè)發(fā)展發(fā)生了革命性的變化。40 多年 來，無軌采礦技術在發(fā)達國家的普及率已經超過 85%。無軌設備的種類，除了 主采設備鏟運機和鑿巖臺車外，各種地下車輛(如地下礦山自卸汽車、地下礦山 工程服務車、裝藥車、維修車、加油車、運人

14、車等)都已廣泛應用，并按照工藝 的要求形成配套裝備，組成各種機械化作業(yè)線，從而最大限度地提高了地下礦 山的生產效率，使礦山的生產迅速由體力加經驗的勞動密集型向技術密集的集 約化方向發(fā)展。 在中型噸位地下礦山自卸汽車方面，阿特拉斯-瓦格納(Atlas Copco Wagner Inc)、約翰克拉克(JCI)公司、格特曼(Getman)公司、偌麥特(Normet) 公司和塔姆羅克(Tamrock，也就是 EJC)公司等，在世界上處于領先地位。他們 生產的中型噸位地下礦山自卸汽車，性能良好、結構合理、質量可靠，基本上 占領了這一領域的國際市場。這些公司生產的地下礦山自卸汽車，一般采用德 國道依茨(D

15、eutz)公司、卡特(Cater)公司、底特律(Detroit)公司的發(fā)動機，美 國約翰克拉克(JCJ)公司的液力變矩器和帶有彈簧制動、液壓松閘的多盤濕式制 動器，裝有輪邊行星減速裝置的橋。這種橋的特點是承載能力大，制動性能好， 具有合適的傳動比。 但是，這些公司生產的地下礦山自卸汽車價格昂貴，一般情況是：國外的 地下礦山自卸汽車整機的價格是國內價格的 23 倍，而易損件、備件的價格卻 是 610 倍，而且，這些公司的備件供應周期一般要幾個月，必然會嚴重影響 礦山的采礦生產，所以其備品備件的供應時間較難滿足我國工業(yè)生產的需要。 因此，研究開發(fā)適合我國國情的地下礦山自卸汽車，形成具有自主只是產權

16、的 產品，對滿足我國地下礦山無軌采礦的需要、促進我國地下礦山無軌采礦工藝 的發(fā)展是非常必要的。 我國的地下礦山自卸汽車的開發(fā)比較晚，直到 1995 年才出現(xiàn) KU-12 型地下 礦山自卸汽車。由于，它采用了露天機械設備的橋，這種橋顯然不能滿足地下 礦山苛刻的工作條件。尤其要提到的是露天機械設備的橋的制動性能難以滿足 地下礦山的要求。因此，這種機型并沒有得到推廣應用。1996 年，JZC-10 型地 下礦山自卸汽車在凡口鉛鋅礦進行了工業(yè)試驗及鑒定，但由于種種原因，這種 機型也沒有推廣應用。1998 年，KZC-5 型地下礦山自卸汽車在東北某鈾礦進行 了工業(yè)試驗，也是由于種種原因沒有推廣應用。在世

17、紀之交我國的有些研究院、 公司、工廠和礦山還進行了 18t、25t 的地下礦山自卸汽車的探索，盡管取得了 一些成功，但地下礦山自卸汽車的整體水平還是停留在研究階段。 4 2002 年，衡陽有色冶金機械廠的力達鏟運機制造有限公司開發(fā)生產的 CA-8 地下礦山自卸汽車，在山東某礦進行了近一年的工業(yè)試驗獲得了成功，并再次 贏得了 4 臺訂貨。這次成功的工業(yè)試驗表明我國地下礦山自卸汽車的技術已經 成熟，可以在地下礦山推廣應用。同時，也為本項目贏得了寶貴的試制經驗。 CA-20 地下礦山自卸汽車，正是在 CA-8t 試驗成功的基礎上進行的一次產 品升級的研究。因此，本項目具有較好的研究基礎。 1.3 項

18、目實施的主要內容、技術關鍵與創(chuàng)新點、預期目標 1.3.1 本項目實施的主要技術內容 （1）整機電氣系統(tǒng)參數(shù)的計算：主要解決本項目電源和啟動的匹配問題。 （2）主要電氣元件選型設計：選國內能用于本項目的電氣元件，進行性能 價格比較。在保證產品質量和工作需要的前提下，達到性能價格比較好。 （3）壓力和溫度傳感器的選型設計： 根據工作要求對所需壓力和溫度傳 感器進行選型和控制電路設計，利用控制設備具有較高可靠性的特點，加強有 利于設備穩(wěn)定運行的設計工作，使該設備的先進控制功能在生產過程中得以充 分體現(xiàn)。 （4）整機電氣原理圖及電氣系統(tǒng)圖的計算機繪制：本項目的所有圖紙均采 用電子文本，并在計算機上進行

19、電路仿真實驗，以求得電氣設計的合理性。這 個設計內容也是該產品的自動化設計重要內容之一，這項研究可以提升我國在 這類產品設計中的設計水平。使我國的地下礦山設備設計水平上一個新的臺階。 1.3.2 本項目解決的關鍵技術 （1）整機電氣系統(tǒng)設計與參數(shù)計算。 （2）啟動機預熱系統(tǒng)的設計。 （3）關鍵信號的采樣及指示。 （4）PLC 自動控制系統(tǒng)的應用及仿真實驗。 1.3.3 本項目的技術路線 為了保證產品質量，本項目將采用目前世界上先進的地下礦山用的發(fā)動機 (底特律公司生產)，液力變矩器、變速箱和驅動橋(約翰克拉克生產)，采用進口 液壓制動閥及其他液壓元件。這樣，本項目的關鍵部件的性能與國外同類產品

20、 性能相同或相當。其它機構的生產，因為有生產 CA-8 地下礦山自卸汽車和 KZC-5 地下礦山自卸汽車的生產經驗，也能保證質量。所以，整車的性能處于 國內領先水平，與目前世界水平相當。 5 1.3.4 本項目的創(chuàng)新點 本項目主要利用了現(xiàn)代汽車的設計思想，即經濟人性化設計。CA-20 地下 礦山自卸汽車電氣部分采用較先進電子監(jiān)控控制設計，具有實時監(jiān)控的優(yōu)點。 儀表及燈具設計都體現(xiàn)人性化設計，使本項目處于國內領先水平、達到世界水 平。本項目是我國地下礦山的一個技術升級產品，在設計中采用優(yōu)化設計，提 升我國在這類產品中的設計水平。 1.3.5 本項目的技術來源、合作單位情況與知識產權的歸屬： （1

21、）本項目的技術來源：本項目是現(xiàn)有國內成熟技術(如 CA-8 地下礦山自 卸汽車、KZC-5 地下礦山自卸汽車和 CY-2 柴油鏟運機)的組合；國外成熟技術 (如底特律公司的發(fā)動機、約翰克拉克生產的液力變矩器、變速箱和驅動橋)的 組合。因此，研究的成功概率較高。 （2）本項目的合作單位情況：衡陽有色冶金機械總廠衡陽力達鏟運機有限 責任公司是中國第一家井下鏟運機專業(yè)制造公司、中國大型鏟運機生產基地。 通過 20 年引進、消化和吸收國外先進技術，已成功研發(fā)出具有自主知識產權的 鏟運機系列產品，并榮獲國家級新產品稱號及國家科技進步三等獎。產品有 CY、CYE 系列井下鏟運機以及 CA-8 地下礦山自卸

22、汽車，產品已經廣泛應用有 色、冶金、化工及黃金礦山。 1.3.6 本項目的預期目標： 總目標：研究一種性能良好，技術先進的 CA-20 地下礦山自卸汽車。該車 的技術水平處于國內領先水平，與目前世界水平相當。在研究成功后，發(fā)表有 關學術論文 35 篇。 該車的主要技術參數(shù)：斗容為 10m3，載重量為 20t，發(fā)動機功率為 207kw。 預期 2 年后產量 2 臺，產值約 300 萬元(人民幣)；3 年后產量 4 臺，產值約 600 萬元(人民幣)；5 年后產量 10 臺，產值約 3000 萬元(人民幣)。 1.4 應用或產業(yè)化前景與市場需求 進入 21 世紀以來，我國的礦業(yè)形勢發(fā)生了很大的變化

23、。許多露天礦山，由 于開采深度不斷增加，為了降低開采成本、保護環(huán)境，這些礦山必須由露天開 采轉入地下開采。據有關協(xié)會統(tǒng)計，我國的鐵礦山在 5 年后，露天開采與地下 開采的比將由目前的 73 轉變成 37，由此可見，地下礦山設備在我國的應用前 景十分廣闊。據有關資料分析，我國今后地下礦山自卸汽車的需求量將呈逐年 上升的趨勢。目前的年需求量約 30 臺左右，5 年后年需求量約 120 臺左右。 6 20t 地下礦山自卸汽車是我國中型地下礦山主要運輸車輛，其年需求量約為 我國地下礦山自卸汽車的總需求量的 30%左右。因此，其應用或產業(yè)化前景較 好。 1.5 現(xiàn)有工作基礎、條件和優(yōu)勢 （1）本項目有

24、CA-8 地下礦山自卸汽車、KZC-5 地下礦山自卸汽車試驗成 功的基礎；有 CY-2 柴油鏟運機成熟技術。 （2）本項目有研究過 CA-8 地下礦山自卸汽車、CY、CYE 系列井下鏟運 機的一大批研究人員(包括研究這些設備的課題組長、主要成員)；有開發(fā)過 KZC-5 地下礦山自卸汽車的課題組長和主要研究人員。 （3）本項目的生產基地是國內第一家井下鏟運機專業(yè)制造公司、中國大型 鏟運機生產基地。因此，生產設備和加工能力均是目前國內一流的。 （4）本項目的產品已經有礦山預訂。因此，開發(fā)資金方面有一定的優(yōu)勢。 衡陽力達鏟運機有限責任公司也自籌了開發(fā)資金。 （5）本項目實現(xiàn)預期目標基礎條件已經具備。

25、 7 2、CA-20 地下礦山自卸汽車電氣系統(tǒng)設計 2.1 電氣系統(tǒng)設計概述 CA-20 地下礦山自卸汽車電氣系統(tǒng)的設計在整個地下自卸汽車的設計項目 中占有相當重要的地位，這是由電氣系統(tǒng)的功能決定的，CA-20 地下礦山自卸 汽車電氣系統(tǒng)不僅要為車輛的運行提供電力能源，而且要對車輛從啟動到熄火 的全過程進行適時監(jiān)控，并以信號報警方式提醒駕駛員操作。該電氣系統(tǒng)控制 突出體現(xiàn)了機電一體化在自卸車上的應用，它能滿足人們對自卸汽車安全性、 可靠性、操作簡便性等多種要求。 CA-20 地下礦山自卸汽車屬于礦山工程機械，輸出功率大，且受工作環(huán)境 條件和運行要求的限制，這就要求地下自卸汽車的電氣系統(tǒng)能適應特

26、殊的工作 環(huán)境、濕度、振動、雨淋和塵埃等條件，并具有較高的可靠性，需要時有防止 對無線電通訊和電子設備干擾的措施。因此其整機電氣系統(tǒng)的設計與一般汽車 電氣系統(tǒng)的設計有很大的不同。主要區(qū)別之處如下： 地下自卸汽車采用柴油機為動力，具有功率大、啟動扭矩大的特點，且柴 油機轉速變化大而頻繁，因而發(fā)電機供電質量相當差，因此必須有蓄電池點火 系統(tǒng)； 地下自卸汽車在礦坑作業(yè)，工況差，油、水、泥、振動和高溫等，對整機 電氣設備，線束及連接形式有較高的要求。 由于工況復雜，要求地下自卸汽車的控制盡量簡單，也可以來簡化駕駛員 的操作，減輕駕駛員負擔。這就要求地下自卸車的自動控制部分具有很高的可 靠性，且易于維護

27、。 根據 CA-20 地下礦山自卸汽車電氣系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，可把 CA-20 地下礦 山自卸汽車的電氣系統(tǒng)分為六大部分：1、電源及啟動部分，2、照明和信號裝 置部分，3、指示儀表部分，4、電氣系統(tǒng)控制開關和繼電器部分 5、傳感器及 其電路與 PLC 自動控制部分，6、線束設計部分。其各部分的功能如下： （1） 、電源及啟動部分：主要由啟動機、蓄電池和發(fā)電機及其電壓調節(jié)器組 成。啟動部分的作用是通過啟動機將蓄電池的電能轉換成機械運動來起動發(fā)動 機，從而帶動發(fā)電機發(fā)電并聯(lián)合蓄電池供給整機電力能源。 8 （2） 、照明和信號裝置部分：照明系統(tǒng)是為了保證自卸汽車在夜間行駛及陰 暗的礦坑里工作時的照明及

28、安全需要，信號裝置是通過聲響和燈光向其它車輛 的司機和行人發(fā)出警告，以引起注意，確保行駛和工作安全。其包括：前大燈、 后大燈、駕駛室內燈、倒車燈、轉向燈、制動燈、示廓燈、電喇叭、報警批示 燈等。 （3） 、指示儀表部分：作為司機了解車輛工作狀況的“眼睛” ，對確保車輛 行車安全、及時排除故障和避免發(fā)動機出現(xiàn)嚴重故障起著重要的作用，通常包 括車速表、時鐘、燃油表、溫度表、電流表、溫度傳感器、壓力傳感器等。從 而對需要監(jiān)視的信號點進行檢測，通過信號處理，利用以上表盤、指示燈顯示， 或輸往后續(xù)控制系統(tǒng)。各種儀表都合理的布置在儀表盤，儀表盤安裝在駕駛座 前面便于觀看的位置，使司機能隨時了解車輛的行駛情

29、況和發(fā)動機工作狀況。 要求各個儀表結構簡單、工作可靠、顯示數(shù)據清晰、準確、指示值受電源的電 壓波動和環(huán)境溫度變化的影響小，除此之外，儀表的抗震、耐沖擊性能也要好。 （4） 、電氣系統(tǒng)控制部分：這部分是實現(xiàn)自動控制的關鍵，它組成了自卸汽 車的操縱系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)控制部分主要包括：電源總開關、啟動開關、預熱開 關、鑰匙開關、照明及指示燈開關。 （5） 、傳感器及其電路與 PLC 自動控制部分主要包括：溫度傳感器及其電 路、壓力變送器及其電路、PLC 控制系統(tǒng)及繼電器的選取，及 PLC 控制系統(tǒng)的 程序設計。這部分是實現(xiàn)自動控制的關鍵，它組成了自卸汽車的操縱系統(tǒng)。為 了方便駕駛員安全而準確的操作，操縱

30、系統(tǒng)的各種控制開關應該按人機工程學 的要求，合理布置，并且應考慮開關的操作負荷和良好的手感，盡量要使駕駛 員對操作方向順手。 （6） 、線束設計部分：電線束是自卸汽車的神經系統(tǒng)，通過合理地設計布置， 連接電源，以及各種控制器、用電器、顯示器、保護器和報警器等電氣設備與 裝置，使之實現(xiàn)其功能。因此，電線束是自卸車的關鍵系統(tǒng)之一。 2.2 電氣系統(tǒng)設計整體方案 2.2.1 設計基本思路 根據 CA-20 地下自卸汽車的性能要求和汽車電氣系統(tǒng)設計原則，本系統(tǒng)的 設計包括照明指示電路、傳感器電路、儀表顯示電路、聲光報警電路以及 PLC 控制電路等主要功能部分，各部分都由電源系統(tǒng)提供工作電源。傳感器把檢

31、測 到的各種數(shù)據，一路采用儀表盤并結合聲光報警單元在數(shù)據超過報警極限時發(fā) 送電信號到發(fā)光報警電路，直觀的顯示出來并發(fā)出報警信號，以利于駕駛員實 9 時監(jiān)控整機的工作狀況，采取相應的操作。另一路則把傳感器所測得的各檢測 點的實時數(shù)據信號，通過合適的模塊傳輸?shù)?PLC 控制器內部，在程序的運行中， 使 PLC 發(fā)出指令實現(xiàn)實時的自動控制。由于駕駛員通過儀表顯示的數(shù)據可以通 過各種開關及 PLC 控制系統(tǒng)來做出合理操作，從而使整個汽車可以在各種工況 下都可以安全可靠的運行。 2.2.2 整機電氣設計方案框圖 圖 1 電氣系統(tǒng)原理圖 2.2.3 主要性能特點及參數(shù)： 由于本設計是與衡陽冶金合作的橫向課

32、題中的分支，根據合作單位的設計 要求：CA-20 地下自卸汽車是載重量為 20t 的礦用車，我們選擇了底特律公司 的 series50 系列柴油發(fā)動機，根據在本電氣系統(tǒng)設計的要求及參數(shù)需要，從而 查出選用柴油發(fā)動機各項參數(shù)如下： 發(fā)動機排量：8.5L 額定輸出功率：207kW 額定轉速： 2100r/min 輸出扭矩： 1186MN 發(fā)動機冷卻劑容量：16L 壓縮比率：15.0：1 2.3 電氣系統(tǒng)設計方案的實現(xiàn) 10 2.3.1 總的工作原理（包括原理圖） 根據整車的用電需要及柴油機的啟動要求，本地下自卸汽車電氣系統(tǒng)采用 標稱電壓為 24V，單線負極搭鐵制。根據地下自卸汽車的特殊性，其電氣設

33、計 中應考慮它工作的環(huán)境及在特殊條件下汽車自身部件的性能和參數(shù)要求，而且 考慮整車設計的經濟性，我們按照其實現(xiàn)的要求進行系統(tǒng)設計和功能設置，電 氣原理圖如下頁圖 2 所示。 2.3.2 電氣系統(tǒng)的各部分的構成： 1、電源與啟動部分： 電源與啟動部分作為 CA-20 型地下礦山自卸汽車的的能源核心和運行起點， 在整個電氣系統(tǒng)的設計中是個關鍵。 啟動部分由三部分組成：啟動機、蓄電池和發(fā)電機及其調節(jié)器。 地下自卸汽車的電源由蓄電池與發(fā)電機并聯(lián)組成，在啟動時，蓄電池放電， 向啟動機供電以啟動發(fā)動機，在發(fā)動機工作時，由發(fā)動機帶動發(fā)電機給車輛用 電設備供電，并向蓄電池充電。 在此部分設計中要特別注意三個方

34、面的問題：1 啟動機功率與蓄電池容量 的匹配；2 發(fā)電機功率的選配；3 啟動機預熱系統(tǒng)的選擇。 2、照明和信號裝置部分： 為了保證汽車行使安全和工作可靠，在汽車上裝有各種照明和信號裝置， 用以照明道路，標示車輛寬度，照明車廂內部及儀表指示和夜間檢修等。此外， 在轉彎、制動和倒車等工況下，還應發(fā)出光信號和音響信號。 照明和信號裝置部分包括兩大部分：照明裝置（有前大燈、后大燈、倒車 燈、駕駛室內照明燈等）和信號裝置（轉向燈、剎車燈、倒車燈、示廓燈、位 置燈、電喇叭、報警指示燈等） 。燈、喇叭與其他用電設備之間是并聯(lián)在電路中 的，以保證他們需要的供電電壓，并可單獨控制各個用電設備的接通和斷開， 從而

35、實現(xiàn)它們的單獨控制。 11 圖 2 CA-20 型地下礦山自卸汽車電氣系統(tǒng)原理圖 12 4、儀表部分 對汽車儀表的設計，要滿足整車行使過程中關鍵信息參數(shù)、信號或工作狀 態(tài)的速度指示需要，根據整車設計，適量選擇需要準確指示的信息并用表頭指 示，選取其它信息并用報警指示。 指示儀表部分主要包括：車速里程表、時鐘、燃油表、溫度表、電流表等。 指示儀表是為方便司機了解汽車工作狀況，對確保汽車行使安全、及時排 除故障和避免發(fā)動機出現(xiàn)嚴重故障而引起重大事故，因此要求各個儀表結構簡 單、工作可靠、顯示數(shù)據清晰、準確、指示值受電源的電壓波動和環(huán)境溫度變 化的影響小，除此之外，儀表的抗震、耐沖擊性能也要好。 5

36、、系統(tǒng)控制開關和繼電器部分 電氣系統(tǒng)控制開關部分主要包括：電源總開關、點動開關、預熱開關、前 后照燈開關。 電氣開關和繼電器擔負著發(fā)動機啟動、燈光照明通斷、用電器的控制、警 報信號的發(fā)生等功能，其結構、種類、操作方法是多種多樣的。為適應電器的 功能，要求其安全準確的動作，并且有足夠的耐久性和可靠性，同時對溫度、 濕度、振動沖擊、腐蝕等各種環(huán)境及使用條件有較高的適應性。 繼電器的基本組成件是電磁線圈和帶復位彈簧的觸點，其工作方式利用通 電線圈產生的電磁力來改變觸點的原始狀態(tài)。繼電器在汽車里主要起保護開關 和自動控制作用。 6、器及其電路與 PLC 自動控制部分 汽車電子控制系統(tǒng)的基本組成如圖 3

37、。 13 圖 3 控制與檢測部分框圖 傳感器的作用是將發(fā)動機的工況及狀態(tài)，汽車的行使工況和狀態(tài)等物理參 量轉變?yōu)殡娦盘?，輸送給 PLC 控制芯片。傳感器又是電子控制系統(tǒng)的“眼睛”和 “耳朵”。 PLC 控制單元的作用是對各傳感器輸入的電信號進行綜合的處理，作出實 時的判斷，并輸出控制信號。PLC 控制單元是電子控制系統(tǒng)的“大腦”。 執(zhí)行單元是根據控制器的控制信號作出相應的控制動作，將控制參數(shù)迅速 調整到設定的值，使控制對象工作在設定的狀態(tài)。 7、電線束的設計 CA-20 地下自卸汽車電氣系統(tǒng)中的各個電氣設備是通過導線并聯(lián)起來的。 為了使全車繁多的導線不凌亂、方便安裝和保護導線的絕緣層不被損壞，

38、一般 將同路的各異線用棉紗編織或用聚氯乙烯塑料管做成線束。同時為了安裝和維 修方便，將全車線束分為幾個分支線束。 該自卸汽車線束中的導線均采用 QFR 汽車專用低壓導線，低壓導線的截面 主要是根據用電設備的工作電流選擇的，對于功率很小的電器，僅根據工作電 流的大小選擇導線，其截面積將太小，機械強度差。由于蓄電池與啟動機的距 離應盡可能縮短，并選取盡可能大的導線截面。當通過最大功率的電流時，該 導線的電壓降對 12V 系統(tǒng)不大于 0.5V，對 24V 系統(tǒng)不大于 1V。因此所選用的 導線截面積最小不小于 0.5。 2 mm 2.3.3 傳感器及其電路設計與選型 1、用傳感器簡介 為了實現(xiàn)汽車工作

39、的實時控制，人們不得不求助于微型計算機、PLC 和傳 感器。隨著微電子技術和傳感器電子學的發(fā)展，汽車電子學使汽車工業(yè)煥然一 新。特別是在當今傳感器的發(fā)展落后于計算機、PLC 的情況下加速開發(fā)汽車用 傳感器就更為重要。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子 控制系統(tǒng)的關鍵部件，也是汽車電子技術領域研究的核心內容之一。汽車傳感 器在汽車上主要用于發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導航系 統(tǒng)中。 傳感器是一種轉換器，它把物理量、電量、化學量等被測量轉換成容易處 理和傳輸?shù)碾娦盘?。由下面的圖 4 系統(tǒng)信息的信息處理過程框圖可知，傳感器 是控制系統(tǒng)的關鍵性部件。如果沒有各種傳感器，

40、PLC、計算機或微處理控制 則根本無法實現(xiàn)。而汽車用傳感器是用于汽車顯示和電控系統(tǒng)的各種傳感器的 統(tǒng)稱，與其它用傳感器相比有自己的特點。 14 圖 4 系統(tǒng)信息的處理過程 汽車傳感器的特點如下： .精度要求高：它的精度要求位于家電和計測之間，要求 1%或 1%以下的精 度。汽車傳感器在-40+120的范圍內長期工作，抗振為 15g（1502000Hz） ， 沖擊：從 1 米高處在混凝土上而不引起精度的下降，抗電磁干擾、耐腐蝕。 .使用環(huán)境惡劣：有來自發(fā)動機產生的熱、振動、汽油和油的蒸氣，以及輪 胎的污泥、飛濺的水花，可概括為：溫、濕度等氣候條件，振動沖擊等機械條 件；電源、電磁干擾等電氣條件，

41、或簡單地歸納為溫度、濕度、振動等物理環(huán) 境、過電壓電磁波等電氣環(huán)境。 要求可靠性好：汽車用傳感器同飛機用傳感器一樣，有高可靠性要求，要 絕對可靠地動作，甚至它比飛機用傳感器有更高的要求，因汽車又同家用電器 一樣，本身價格便宜，使用者是一般大眾，因此，要求汽車傳感器價格低，性 價比高。汽車傳感器用于電子控制時主要是彌補原來機械控制精度的不定，所 以，汽車傳感器的可靠性指標壽命是 10 年，汽車行駛 10 萬公里無故障。 2、傳感器的種類及介紹 汽車傳感器大致有兩類，一類是使司機了解汽車各部分狀態(tài)的傳感器，另 一類傳感器是用于控制汽車運行狀態(tài)的控制傳感器。 汽車用傳感器的主要種類如下表 5 所示：

42、 表 5：汽車用傳感器種類 項目檢測量、檢測對象 溫度冷卻水、發(fā)動機油、吸入及排出氣體、室內外空氣 壓力制動壓、發(fā)動機油壓、各種泵壓、輪胎壓 液量燃料油量、冷卻液高度、機油量、制動液量 轉速曲柄轉角、曲柄轉數(shù)、車輪轉速 （加）速度車速、負加速度 流量吸入空氣量、燃油流量、排氣量、二次空氣量 位移方位節(jié)流閥開度、行駛距離、行駛方位 排出氣體O2、CO2、NOx、CH 化合物、柴油煙 其它轉矩、濕度、電池電壓、蓄電池容量、荷重、輪胎失效率 下面具體介紹在 CA-20 地下自卸汽車電氣系統(tǒng)自動監(jiān)控中起著重要作用的 15 三種類型傳感器：溫度傳感器、壓力傳感器以及轉速傳感器。 （1）傳感器 溫度是表示

43、汽車系統(tǒng)工作狀態(tài)的基本參數(shù)之一。為了弄清發(fā)動機及其它零 部件的熱狀態(tài)、計算進氣的質量、流量以及排氣凈化處理，需要有能夠連續(xù)、 精確地測量冷卻液溫度、吸入氣體溫度與排氣溫度及檢測發(fā)動機溫度、燃油溫 度以及催化溫度的傳感器，通常采用溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式 和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點，其應用場合也略有區(qū) 別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應特性差；熱敏電阻式溫度傳感器 靈敏度高，響應特性較好，但線性差，適應溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器 的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。當前， 汽車傳感器中用量最大的是溫度傳感器（如：吸氣溫度、水溫

44、、油溫、燃料溫 度、車內溫度、車外溫度等） ，在一般的汽車中，通常需要使用 10 多支溫度傳 感器。 已實用化的產品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型-50130，精度 1.5，響應時間 10ms；高溫型 6001000，精度 5，響應時間 10ms)、鐵 氧體式溫度傳感器(ON/OFF 型，-40120，精度 2.0)、金屬或半導體膜空 氣溫度傳感器(-40150，精度 2.0、5，響應時間 20ms)等。 （2）壓力傳感器 壓力傳感器主要用來測量氣體和流體的壓力，而車用壓力傳感器用來檢測 汽缸負壓、大氣壓、渦輪發(fā)動機的升壓比、發(fā)動機油壓、汽缸內壓、制動壓、 輪胎壓等。吸氣負壓式傳感器主要用于吸

45、氣壓、負壓、油壓檢測。汽車用壓力 傳感器應用較多的有電容式、壓阻式、差動變壓器式（LVDT） 、表面彈性波式 （SAW） 。 電容式壓力傳感器主要用于檢測負壓、液壓、氣壓，測量范圍 20100kPa，具有輸入能量高，動態(tài)響應特性好、環(huán)境適應性好等特點；壓阻式 壓力傳感器受溫度影響較大，需要另設溫度補償電路，但適應于大量生產； LVDT 式壓力傳感器有較大的輸出，易于數(shù)字輸出，但抗干擾性差；SAW 式壓 力傳感器具有體積小、質量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數(shù) 字輸出等特點，用于汽車吸氣閥壓力檢測，能在高溫下穩(wěn)定地工作，是一種較 為理想的傳感器。 （3） 轉速傳感器 轉速傳感器主要用

46、于檢測曲軸轉角、發(fā)動機轉速、節(jié)氣門的開度、車速等。 目前汽車使用的位置和轉速傳感器主要有交流發(fā)電機式、磁阻式、霍爾效應式、 16 簧片開關式、光學式、半導體磁性晶體管式等，其測量范圍 0 360 ，精度 0.5 以下，測彎曲角達 0.1。 車速傳感器種類繁多，有敏感車輪旋轉的、也有敏感動力傳動軸轉動的， 還有敏感差速從動軸轉動的。當車速高于 100km/h 時，一般測量方法誤差較大， 需采用非接觸式光電速度傳感器，測速范圍 0.5250km/h，重復精度 0.1，距 離測量誤差優(yōu)于 0.3。 （4） 、車用傳感器的發(fā)展趨勢 由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長的市場需求， 世

47、界各國對其理論研究、新材料應用和新產品開發(fā)都都非常重視。未來的汽車 用傳感器技術，總的發(fā)展趨勢是微型化、多功能化、集成化和智能化。 微型傳感器基于從半導體集成電路技術發(fā)展而來的 MEMS (微電子機械系 統(tǒng))，微型傳感器利用微機械加工技術將微米級的敏感元件、信號處理器、數(shù)據 處理裝置封裝在一快芯片上，由于具有體積小、價格便宜、便于集成等特點， 可以明顯提高系統(tǒng)測試精度。目前該技術日漸成熟，可以制作各種能敏感和檢 測力學量、磁學量、熱學量、化學量和生物量的微型傳感器。由于基于 MEMS 技術的微型傳感器在降低汽車電子系統(tǒng)成本及提高其性能方面的優(yōu)勢，它們已 開始逐步取代基于傳統(tǒng)機電技術的傳感器。

48、多功能化是指一個傳感器能檢測 2 個或者兩個以上的特性參數(shù)或者化學參 數(shù)，從而減少汽車傳感器數(shù)量，提高系統(tǒng)可靠性。 集成化是指利用 IC 制造技術和精細加工技術制作 IC 式傳感器。 智能化是指傳感器與大規(guī)模集成電路相結合，帶有 CPU，具有智能作用， 以減少 ECU 的復雜程度，減少其體積，并降低成本。 總之，隨著電子技術的發(fā)展和汽車電子控制系統(tǒng)應用的日益廣泛，汽車傳 感器市場需求將保持高速增長，微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器 將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器，成為汽車傳感器的主流。 （5） 、-20 地下自卸汽車主要傳感器及電路的設計 在 CA-20 地下自卸汽車的電氣系統(tǒng)設計中，如何檢測

49、和保證地下汽車的發(fā) 動機及其它重要零部件（如：液力變矩器、制動系統(tǒng)蓄能器等）是否正常工作 是非常必要的，而能夠對它們進行實時檢測和監(jiān)控的傳感器及其電路設計是一 個非常重要的部分。在本電氣系統(tǒng)設計中，我們把傳感器及其變送電路的設計 作為一個專項設計來進行，而對地下車正常工作影響最大的是發(fā)動機以及液力 變矩器的正常運轉，發(fā)動機冷卻液水溫及發(fā)動機轉速、變矩器油溫和蓄能器壓 力作為它們是否正常工作的最主要參數(shù)，我們把它們是否工作在正常狀態(tài)作為 衡量地下車運轉正常的標志，因此，最重要的部分是發(fā)動機冷卻水溫度和液力 17 變矩器油溫的測量與監(jiān)控以及制動系統(tǒng)中制動液壓力的測量與監(jiān)控，此外，發(fā) 動機轉速也是其

50、中之一。這就需要車用溫度、壓力和轉速傳感器/變送器及其電 路來提取信號并轉換成容易識別的電信號，如：電流、電壓等。在本設計中， 溫度和壓力傳感器/變送器電路是重點設計部分，全部是轉換成電流信mA204 號輸出。 （1） 發(fā)動機冷卻水溫度的測量與監(jiān)控 CA-20 地下自卸汽車工作時，當它的發(fā)動機柴油機的水冷系統(tǒng)中的缸 體及冷卻水的溫度超過其允許的最大溫度時，司機必須停車熄火以便讓發(fā)動機 冷卻下來，否則將影響發(fā)動機以及汽車的正常工作。為了實時監(jiān)控它們的溫度 以便司機能夠及時了解情況以便迅速的采取措施，就有必要使用溫度傳感器及 變送器對其采集信號并轉換成電信號輸出。 根據發(fā)動機冷卻水最大溫度極限值及

51、傳感器/變送器所要工作的環(huán)境C90 情況，我們選擇美國 Honeywell 公司生產的 TD4A 液體溫度傳感器及其相應的 電路對發(fā)動機冷卻水溫度進行實時監(jiān)控并輸出信號給 PLC 系統(tǒng)及顯示儀表。 TD 系列溫度傳感器提供一個相對溫度變化的輸出電壓。電阻溫度檢測器 （RTD）是電阻系數(shù)正比于溫度變化的器件。TD 系列溫度傳感器對溫度變化響 應快。它無需標定，在時就可達到的精度互換，RTD 提供C20C7 . 0 的靈敏度，近似線性輸出。C/8 其特點是： 互換性好，響應快，檢測空氣或液體溫度，溫度靈敏度為線性，長期穩(wěn)定 性好，在下標稱值電阻為。工作溫度范圍：，存儲溫C202000C15040

52、度范圍：。C17055 TD4A 液體溫度傳感器，是二線制，在靜止空氣中響應時間 4min，在靜止 水中是 5s。導線掛在靜止空氣中，溫升是。其互換性如下表 6：mWC /12 表 6 TD4A 液體溫度傳感器的互換性（1mA 最大電流） 溫度電阻/溫度電阻/ -40(-40F)158412(1.9)60(140F)23149(1.1) -30(-22F)164911(1.7)70(158F)239710(1.2) -20(-4F)171510(1.5)80(176F)248212(1.4) -10(14F)17849(1.3)90(194F)256914(1.6) 0(32F)18548(1

53、.1)100(212F)265816(1.8) 10(50F)19266(0.8)110(230F)274818(2.0) 20(68F)20005(0.7)120(248F)284019(2.0) 30(86F)20765(0.7)130(266F)293421(2.2) 40(104F)21536(0.8)140(284F)303023(2.4) 50(122F)22337(0.9)150(302F)312825(2.5) 18 計算電阻用方程如下 2 0 6 0 3 0 1064 . 4 1083 . 3 TRTRRRT 式中在溫度 T 的電阻； T R 在 0的電阻； 0 R 0溫度。

54、T 線性度2%（-2585） ，3%（-40150） ；重復性1，TD 系列傳感器 可線性化至2%以內。 TD 系列溫度與電阻關系曲線圖 7 如下： 圖 7 TD 系列溫度與電阻關系 （2） 液力變矩器油溫的測量與監(jiān)控 同樣，液力變矩器也存在相同的情況，其油溫也不能超過其允許的最大溫 值。根據變矩器允許的最大油溫和工作環(huán)境,以及測量與監(jiān)控發(fā)動機冷卻C120 水的溫度傳感器電路一樣適合測量與監(jiān)控變矩器油溫，并且考慮到采用相同的 傳感器電路易于簡化電氣系統(tǒng)的設計與維護。所以我們選擇同測量與監(jiān)控發(fā)動 機冷卻液溫度一樣的 TD 系列溫度傳感器電路。 采用圖 2.6 所示電路，最大通過 TD。對 TD

55、系列傳感器，用此電路時，mA1 在為，線性變化至輸出電流為。用測量電流大小表示C 40mA4C150mA20 測溫。 19 圖 8 TD 系列 420mA 變送電路 上圖中 REF 是基準，是 LM10/LM10B/LM10C 運算放大器，1 點電壓設 1 A 定 5V，增益 2.286，調節(jié)電位器使輸出電流，TD 具有電阻 1584，輸 1 AmA4 出，TD 具有溫度。安培表連在 A、B 間或才、C、D 間。mA203128 （3） 蓄能器壓力的測量與監(jiān)控 液壓系統(tǒng)是 CA-20 地下自卸汽車設計的關鍵，該系統(tǒng)的好壞直接影響車輛 的各種使用性能和安全性能，在 CA-20 地下自卸汽車液壓制

56、動系統(tǒng)中，當制動 液壓回路壓力低于安全制動壓力時，就要實行制動欠壓報警，提醒司機要檢查 制動壓力下降的原因，在末排除之前，不能使用車輛。 CA-20 地下自卸汽車在礦區(qū)作業(yè)，工況惡劣復雜，這就要求所選擇的壓力 測量與監(jiān)控裝置壓力變送器能夠在惡劣的環(huán)境下持續(xù)正常的工作，而且便 于與所設計的 PLC 控制系統(tǒng)接口，綜合考慮到地下自卸汽車的這些情況，并聯(lián) 系當前壓力變送器的發(fā)展狀況。我們選用康宇測控儀器儀表工程有限公司生產 的 KYBG18 系列絕壓/壓力變送器，而此系列絕壓/壓力變送器的檢測部分選用 著名的美國 NovaSensor 公司高精度、高穩(wěn)定性的 NPI 系列，隔離式擴散硅壓力 敏感傳感

57、芯片，通過高可靠性的放大電路，將被測介質的表壓或絕壓轉換成 420mADC、010mADC 或 05VDC 等標準電信號。高質量的傳感器、精湛的 封裝技術以及完善的裝配工藝確保了該產品的高質量和優(yōu)異性能，保持了優(yōu)良 的靈敏度、線性度和遲滯，采用了溫度補償技術，用來進行溫度補償?shù)碾娮璀h(huán) 20 路制作在混合陶瓷基片上。敏感組件在 070的溫度補償范圍內，提供了最C 小的溫度誤差 0.75%（最大值） 。即使是在惡劣的環(huán)境下，如：污水、蒸氣、弱 腐蝕介質等，仍具有優(yōu)良的性能。它外觀圖如下： 圖 9 壓力變送器外觀圖 根據液壓系統(tǒng)中我們需要測量與監(jiān)控的液壓力范圍，并考慮到變送器的安 裝方式，我選用 K

58、YB18G09M1P2C2 變送器。它的性能參數(shù)如下： 量程范圍：016Mpa 過載壓力：最大量程的 2 倍 輸出信號：420mA (直流) 工作電壓：標準 24VDC，紋波小于 1%5 工作溫度：-40125 C 負載電阻（420mA）： 其中：U 為電源電壓，為電纜 D R U R 02 . 0 14 D R 內阻 精 度：FS%25 . 0 穩(wěn) 定 性：年1/%25 . 0 FS 膜片材料：316 不銹鋼 外殼材料：302 不銹鋼 過程接口：M12X1、M20X1.5 或 G1 外接 引線方式：電纜線（零點、量程可調節(jié)） 安裝尺寸如下圖： 27 L=118 3 M 12X1.5-6g 2

59、1 圖 10 KYB18G09M1P2C2 變送器 其中 L=1183mm KYBG18 壓力變送器的接線電路如圖 9 所示： 變 變 變 變 V / I 變 變 變 (-) 變 (+) 變 變 變 K Y B G 18變 變 圖 11 壓力變送器電路 （4）CA-20 地下自卸汽車發(fā)動機轉速測量 CA-20 地下自卸汽車發(fā)動機選用底特律公司的 series50 系列柴油發(fā)動機， 根據在本電氣系統(tǒng)設計的要求及參數(shù)需要，需要的柴油發(fā)動機各項參數(shù)如下： 發(fā)動機排量：8.5L 額定輸出功率：207kW 額定轉速： 2100r/min 輸出扭矩： 1186MN 發(fā)動機冷卻劑容量：16L 發(fā)動機工作時，

60、發(fā)動機轉速是否在其允許的范圍內，是其是否正常工作的 最主要的參數(shù)之一。為此，我們把轉速作為衡量發(fā)動機是否正常工作的標志。 根據轉速的大小來確定發(fā)動機是否正常工作。 為了實時了解和監(jiān)控發(fā)動機的工作狀況是否正常，其是工作在怠速狀態(tài)還 是正常轉速范圍內以及其它工作狀態(tài)，就有必要對發(fā)動機轉速進行實時測量。 考慮到 CA-20 地下自卸汽車工作在惡劣的礦井環(huán)境中，經過多方分析比較以及 綜合考慮到各方面的情況，選擇北京捷福士電子技術有限公司 CF 系列轉速變 送器對發(fā)動機的轉速情況進行實時測量。CF 系列轉速變送器有良好長期穩(wěn)定性， 其主要參數(shù)性能： 輸入電源：24VDC 輸出信號：420mA 電流 負載

61、電阻：0500 輸出電阻：5M 安裝方式：插接式 22 其接線圖如右圖 10 下： 圖 12 轉速變送器接線圖 2.3.4 PLC 自動控制系統(tǒng)設計 1、PLC 簡介 可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller)是一種專門在工業(yè)環(huán)境 下應用的數(shù)字邏輯運算操作的工業(yè)微型計算機。它采用可以編制程序的儲存器， 用來在其內部儲存執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的 指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過 程。PLC 及其有關的外圍設備都易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展 其功能的原則設計，具有線路簡單, 可靠性高，

62、編程方便，體積小，可靠性高、 抗干擾強等顯著特點，已經廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械 制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。 2、PLC 與其它機電控制設備的比較 PLC 既能控制開關量，又能控制模擬量，用于代替繼電器控制邏輯、二極 管矩陣邏輯以及便于接線的數(shù)字邏輯。PLC 比單板機、微型計算機的使用更簡 單可靠，工程技術人員只要理解和掌握梯形圖，然后把繼電器原理圖變換為 PLC 使用的梯形圖基本上就可以自己操作使用。 3、PLC 與繼電器比較 繼電器的結構簡單，使用方便，價格低廉，所以使用范圍甚廣。但是它有 明顯的缺點：動作速度慢，可靠性差。而隨著采用微電腦技術

63、的 PLC 的出現(xiàn)， 使得繼電器控制邏輯更加遜色。PLC 在邏輯控制、速度控制、 限時控制、可靠 性和可維護性、邏輯電路的設計和完成周期等方面都具有明顯的優(yōu)勢。 4、PLC 與微型計算機比較 大量使用的微型計算機系統(tǒng)一般用于科學計算，數(shù)據處理、通信等，PLC 主要用于工業(yè)自動化控制，而 PLC 在使用環(huán)境與輸入輸出和程序設計與系統(tǒng)功 能等方面在機電一體化設計中更加具有優(yōu)勢，且 PLC 只有簡單的監(jiān)控程序，能 完成故障檢查，程序的輸入、修改和執(zhí)行等功能。 5、PLC 與單板機比較 單板機具有結構簡單，使用方便，價格便宜等優(yōu)點，一般用于數(shù)據采集和 工業(yè)控制。但是單板機不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場自動化控制

64、設計的，而 PLC 是專 門針對工業(yè)現(xiàn)場自動化控制設計的。因此單扳機不如 PLC 容易掌握，不如 PLC 可靠，不如 PLC 使用簡單。通過對三者的綜合比較，用于工業(yè)自動化控制的 23 PLC ，具有結構簡單，抗干擾能力強，環(huán)境適應范圍廣，控制可靠性高，易于 學習和掌握，控制邏輯修改容易，調試方便等優(yōu)點，它是現(xiàn)代機電技術一體化 的極佳選擇。 6、CA-20 地下自卸汽車控制技術的選取 地下自卸車常時間工作在工礦復雜的礦井下，在傳統(tǒng)的汽車工業(yè)中通常是 利用車內設置的傳感器實時檢測相關參數(shù)反映車況，以模擬電路和傳統(tǒng)的中間 繼電器來實現(xiàn)控制，此種控制方式的電路結構復雜，接觸器和輔助觸點較多， 容易出

65、現(xiàn)故障。在 CA-20 地下自卸汽車的自動控制系統(tǒng)中 PLC 自動控制技術比 起其它機電控制設備不僅可以更容易實現(xiàn)實時監(jiān)控，同時能實現(xiàn)故障的迅速自 動控制切除故障部件，以防出現(xiàn)重大事故，使地下車控制系統(tǒng)的可靠性和安全 性上了一個新的臺階。 結合對 CA-20 地下自卸汽車設計要求的分析，綜合考慮利用 PLC 技術來控 制 CA-20 的傳感模擬信號的輸入和輸出，更容易實現(xiàn)實時監(jiān)控，數(shù)據處理，故 障動作等操作。 7、控制對象的選擇 在 CA-20 地下自卸汽車的電氣系統(tǒng)設計中，地下車發(fā)動機冷卻液溫度和液 力變矩器油溫的極限最大值必須得到限制，當它們的溫度達到極限最大值時， 地下車必須停車或采取其它的必要措施以使溫度降低回到地下車工作的允許的 溫度范圍之內，并同時給出警示信號提醒駕駛者。地下車液壓制動系統(tǒng)壓力的 大小直接決定著地下車是否能夠及時、迅速的停車制動，當其壓力小于某一極 限值時，地下車自動控制系統(tǒng)必須提醒司機檢查液壓制動系統(tǒng)，找出制動壓力 降低的原因并采取措施解決，使地下車能夠回復正常作業(yè)。發(fā)動機的轉速也是 反映地下車正常工作的重要信號，在發(fā)動機在工作的過程中其運轉的速度必須 控制在一定范圍之內，超過此限時發(fā)動機必須停止工作。 利用 PLC 技術設計的自動控制系統(tǒng)能同時滿足警示和自動控制的功能。在 地下車的眾多監(jiān)控傳感器中，本設計的 P