挖掘机电气与电子控制系统的设计步骤

工程机械电气系统的设计流程分析摘要：本文旨在对工程机械电气系统的设计流程进行分析与总结，以帮助工程师和研究人员更好地理解和应用于实践。

工程机械电气系统是指在工程机械中负责控制和管理相关电气设备的系统。

本文从需求分析、系统设计、电气原理图设计、控制算法设计、电路板设计、硬件选型和采购、系统搭建和调试、系统测试和优化等方面进行了详细阐述。

通过深入剖析每个环节的关键步骤和方法，为工程机械电气系统的设计提供了一套完整的流程指导。

关键词：工程机械；电气系统；设计流程；需求分析引言工程机械电气系统的设计是工程机械领域中至关重要的一环。

随着科技的不断进步和市场需求的不断增长，工程机械电气系统的设计越发复杂和关键。

一个合理有效的设计流程能够提高系统的稳定性、可靠性和安全性，从而提升工程机械设备的整体性能。

因此，对工程机械电气系统的设计流程进行深入分析和总结，对工程师和研究人员具有重要意义。

本文将从不同方面展开讨论，以期为工程机械电气系统的设计提供有益的指导，并促进相关研究和工程实践的发展。

一、机械电气系统设计的重要性机械电气系统设计在工程领域中具有重要的意义和作用。

下面将从多个方面详细介绍其重要性。

首先，机械电气系统设计对于工程机械设备的性能和功能起着至关重要的影响。

一个合理、科学的设计可以提高工程机械设备的效率、精度和稳定性，提升其在实际工作中的性能表现。

通过优化系统的结构和控制算法，可以实现更精准的运动控制和操作，提高生产效率，降低能源消耗和成本。

其次，机械电气系统设计直接关系到工程机械设备的安全性。

在设计过程中，需要考虑各种安全因素，如防护装置、紧急停机系统等，以保障人员和设备的安全。

合理的安全设计能够减少事故发生的概率，保护人员免受伤害，并保护设备免受损坏。

第三，机械电气系统设计对于降低维修和维护成本具有重要作用。

一个良好的设计可以使得设备的结构紧凑、易于维护。

通过合理的布局和模块化设计，可以降低维修和更换零部件的难度，提高设备的可维护性和可靠性。

挖掘机控制系统设计摘要近年来，随着科学技术的发展，城市现代化的建设. 我国的各种大规模土木工程建设也越来越多，这就需要大量的土石方施工机械为其服务；及其传统电气控制技术的内容也发生了很大的变化，可编程控制器基于继电器逻辑控制系统的原理而设计，它的出现取代了继电器接触器逻辑控制系统，它是当今电气自动化领域中不可替代的中心控制器件，电气控制技术已发展到了一个相当的高度，可编程控制器PLC使用率高、实用性强，可以通过变更程序来控制自动化机械，本课程设计的任务是实现对挖掘机模型的自动和手动控制，使挖掘机能够完成预先设计好的动作。

倘若随着社会的发展，把这个运用到实际中，则可以提高工作效率，节约成本，把人从枯燥的工作中解放出来。

使操作人员对挖掘机进行远程监控，远离危险区域，避免在危险区域中施工造成不必要的人员伤亡。

关键词：挖掘机，PLC控制目录一．PLC 挖掘机的介绍- - - - - - - - - - - - - - -21.1 PLC介绍- - - - - - - - - - - - - - - - -21.11概括- - - - - - - - - - - - - - -- -- - 2 1.12 PLC的基本结构- - -- - - - - - - - - -- 21.13 PLC特点-- - - - - - - - - - - - - --31.14 PLC的工作原理- - - - - - - - - -- -- - 41.2 挖掘机介绍-- -- -- - - - - - - - - - - - - - 51.21概述-- - - -- - - - - - - - - --- - -- -51.22 挖掘机原理-- -- - - - - - - -- - - - - - -6二.PLC实现挖掘机控制设计-- - - - - - - - - - - - - 72.1设计目的-- - - - - - - - - - - - - - - - - - -7 2.2 硬件了解-- - - - --- - - - - - - - - - - - -- 8 2.3 程序分析- -- - - - - - - - - - - - - - - -- - 9三．体会与结束语-- - - - - -- - - - - - - - - - - - - 131一. PLC 挖掘机的介绍1.1 PLC介绍1.11 概括PLC （Programmable Logic Controller）可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

工程机械电气系统的设计流程分析摘要：阐述电气系统组成，电气系统的设计方法与步骤，工程机械设备中的电气系统故障与对策，包括警报指示异常、传感器故障、故障分析，故障定位、按照设备实际情况制定合理的维修方案。

关键词：电气系统，系统故障定位，传感器。

由于电气系统具有元件多样、结构复杂的特点，受环境、设备自身问题等多种因素影响易发生故障，给工程机械发展带来不利影响。

可将电气系统看作机械工程的大脑，电气系统能调控工程机械工作模式，大幅度提高运行效率，确保安全生产。

工程机械电气系统工作人员应了解电气系统组成，并做好设计工作，以此提升电气系统运行质效。

一、研究背景电气系统组成。

电气系统被称为低压配电系统，主要用于生产、分配、输送电能。

按功能划分，电气系统可分为四个部分，分别是电源线路、仪表、照明系统、指示器。

现阶段，应用最多、最常见的电气系统是12伏特和24伏特的单线制直流电气系统。

总开关、起动机、发动机和蓄电池组成直流电源。

机械工程中常用仪表有四种，分别是变矩器油温表、电压表、冷却液温度表、传感器。

由于电气系统中有较多种类的仪表，每一种仪表的功能有所不同。

因此，工作人员需根据机械设备选择适合的仪表。

电气工程照明系统不仅仅有二十四小时照明功能，还能根据信号灯对当前设备存在的故障发出警示。

电气工程照明系统包含四个部分，分别是工作灯、后组合灯、前组合灯、报警灯。

二、电气系统的设计方法与步骤设计工作不仅影响机械电气系统正常运转有影响，还对运行安全产生影响。

因此，必须严格对待设计工作，确保设计方案科学、合理。

在设计时，需重点考虑安全问题及性能，工作人员必须全面了解每一个电气元件型号、性能与成本，并根据系统合理装配。

机械电气系统设计分为原理图设计、成本设计、选择电器件、整机线束、电器系统装配设计。

（1）设计原理图。

设立原理图是机械电气系统设计工作的第一步，电器件符号、标志是设计师需重点关注的内容。

实际工作中，相关工作人员必须依据国家颁布的标准开展设计工作，应用使用频率高或常见的符号、标志代替电器件。

南湖学院毕业设计任务书课题名称：挖掘机的PLC控制设计学生姓名：义雅峰系别：机械与电子工程系专业：机械设计制造及其自动化指导教师：李荣华2012 年 12 月 16 日1、主题词、关键词挖掘机、PLC控制、电气控制2、毕业设计内容要求挖掘机是一种广泛使用的大型工程机械，它主要由电气控制系统、液压系统、冷却系统、行走机构、运输机构等组成。

分析研究挖掘机系统的工作特点及控制要求，分析其原继电器-接触器控制系统的缺点，进行技术改造，基于PLC控制，设计其电气控制系统。

基本要求如下：⑴．挖掘机控制及工艺调研分析；⑵．列出具体控制要求；确定控制方案；⑶．绘制挖掘机电气系统的主电路图；⑷．PLC选择及I/O地址分配；⑸．绘制控制系统PLC的I/O口外围接线图；⑹．编写PLC控制程序（梯形图、语句表程序等）；⑺．完善相关保护（如温度保护等）、联锁和报警系统；⑻．选择控制电路的电器元件，列出元器件明细表；⑼．撰写毕业设计说明书（论文）。

另外，须完成3000单词的与毕业设计课题相关的外文资料翻译。

3、文献查阅指引⑴．挖掘机⑵．电气设计手册⑶．电机与拖动⑷．电气控制技术⑸．PLC控制⑹．其它有关设计手册、设备及元器件选型手册4、毕业设计论文进度安排第1周：明确任务，资料搜集等前期准备；第2、3周：阅读相关文献及知识准备；第4、5周：内容要求第⑴、⑵项；第6、7周：内容要求第⑶、⑷项；第8—10周：内容要求第⑸、⑹项；第11周：内容要求第⑺项；第12周：内容要求第⑻项；第13、14周：内容要求第⑼项。

教研室意见：设计任务内容具有一定的工程实际价值，能训练学生对所学机电控制相关知识进行灵活运用，同时还满足科学的思维方式和正确设计思想培养的目的，符合机自专业要求,同意该毕业设计任务下达。

负责人签名：2012年 12月16日。

挖掘机电气原理设计摘要：随着工业自动化进步，挖掘机液压系统逐步向自动控制方向发展，本文根据实际工作中需求，设计了一套挖掘机控制系统，分别介绍了电路走向、保险选择、操作控制和ECU针脚定义。

分析各个反馈系统及检测装置的工作方式。

显示信息清晰明了，工况实时监控信息准确。

确定了此电气原理简洁、操作方便。

关键词：挖掘机；原理；控制器；在工程机械领域，挖掘机控制系统是挖掘机软件重要组成部分，也是线束设计和编码的重要依据。

因此挖掘机的控制系统设计直接决定工作性能，也决定了挖掘机设计的成败。

电控系统被喻为挖掘机的神经系统，挖掘机的原理对整个电控起着决定性作用。

本文设计了一套挖掘机控制系统，包括相互连接的ECU及显示控制单元，其中ECU的调试端与诊断接头相连；输入端与水温传感器、燃油喷射泵的转速传感器连接；ECU的信号端连接开关五，并且连接燃油喷射泵，并且通过开关四分别连接输油泵、ECU的VB引脚，并且通过开关七与钥匙开关的C端口相连，并且连接钥匙开关的Br端口，并且连接开关三；预热塞经由开关五与保险丝FU22的一端相连，保险丝FU22的另一端一方面经由保险丝FU23与发电机的B+端口相连、另一方面连接至汇聚点；发电机的P端口连接至显示控制单元的充电指示引脚及发动机转速引脚；发电机的IG端口连接至输油泵、钥匙开关的Br端口、停机开关的一端、诊断接头；停机开关的另一端与ECU相连；启动马达的S端经由开关七与保险丝FU24的一端相连，保险丝FU24的另一端连接至汇聚点；启动马达的B端连接手动总开关，手动总开关经由保险丝FU21连接至汇聚点；钥匙开关的C端口连接至显示控制单元的启动输入引脚；钥匙开关的Br端口经由开关二接地；钥匙开关的B端口连接保险丝FU11的一端，保险丝FU11的另一端经由保险丝FU8与显示控制单元相连、经由保险丝FU12与开关三相连、经由保险丝连接至汇聚点，汇聚点与级联的开关一及开关二相连；开关一形成的工作电源输出与挖掘机内部的用电单元相连，并且通过保险丝FU1与显示控制单元的工作电压输入引脚相连；保险丝FU11的另一端还分别连接保险丝F9、保险丝F10，保险丝F9分别连接检修灯座及室内灯，保险丝F10经由喇叭按钮连接开关六，开关六连接电喇叭；本文设计的挖掘机控制系统，包括相互连接的ECU、显示控制单元Moniter及RCM单元, ECU的30、39、40引脚与诊断接头YDT相连。

大型掘进机电气控制系统设计
一、系统介绍
掘进机电气控制系统是一种用来控制深孔内工程机械的电气控制系统，主要采用柴油发动机作为动力源，配以转速控制器或驱动模块，实现掘进
机的自动控制，包括其机械系统、液压系统等组成部件以及电气部件的操作。

掘进机电气控制系统采用最新的技术，结合现场的相关要求，实现定
量控制、保护控制和运行监控功能，满足掘进机的智能控制和运行需求。

二、系统组成
掘进机电气控制系统主要由控制系统、执行系统组件和状态显示系统
组件组成。

1、控制系统组件
控制系统组件包括控制器、转速控制器或驱动模块、变频器等。

控制
器用于控制深孔内工程机械的运动；转速控制器或驱动模块通过控制变频
器的输出频率实现掘进机的自动控制；变频器实现柴油发动机和电动机之
间的转速调节。

2、执行系统组件
执行系统组件主要包括传动装置、液压装置、液压缸和电机等。

传动
装置起到将发动机的转矩传递到掘进机的螺柱上，以实现掘进机正常运行；液压装置负责控制掘进机的行走、伸缩和振动；液压缸负责调节掘进机的
深度；电机负责调节掘进机的速度。

工程机械电气系统设计方法工程机械的电气系统设计必需要合理，由于它直接关系到的不仅是整机电器件的正常工作，还关系到了全车的平安，所以在对电气系统进行设计的时候，首要考虑的就是平安。

在进行设计的时候，肯定要考虑主机的功能和参数等相关问题。

要统筹全局，在全部的预算范围内，对电气系统要占的成本比例充分考虑，然后实行掌握措施。

在成本的预算范围之内对满意性能参数的电器件的型号厂家进行适合选择。

另外通过对整机的布局和结构的了解分析绘制线束设计，对电气系统合理的进行设计装配，并对电气件的相关型号和线束的爱护方法进行综合考虑。

1.设计原理图在电气设计工作中，原理图的设计是特别关键的一个步骤，主要包括电器件符号以及标志的设计。

在设计电器将的符号以及标志工作进行时，必需遵循相关国家标准，通过对较为普遍的标志和符号的使用，来对相应的电器件进行代替。

另外，由于电气系统中电路比较简单，在对原理图进行设计的时候，通常会具体标示线束中使用的插件以及插件孔位。

一般在进行设计整个机械设备的原理图工作时，应当对工程机械中电气系统的技术要求充分了解并且把握，首先做一个原理图的设计构思，然后依据整机与其他每一个系统的需要，再进行设计制作电气系统的原理图。

2.成本掌握对于电气系统的设计工作，特别重要的一个步骤就是成本掌握。

首先应当初步预算整体的费用，然后综合考虑机械设备对电气系统的技术要求和机械设备工作的详细环境，对电器配件的选择保证性价比最高。

例如，电气系统约3吨重，其成本掌握较为合适的是在4000-5000元之间。

3.选择电器件对于电气系统的设计，常用的电气配件有仪表、灯具以及蓄电池。

对于这些电器件的选择，必需保证产品符合相关国家标准，并对产品的成本及通用性能进行充分考虑，然后依据自己的实际需求对合适的电器件进行购买。

4.设计线束对于电气系统设计中的线束设计，过程非常简单，这也是很关键的一个步骤。

对于线束设计工作进行的时候，应当参考整个机械设备的结构对其进行合理的布局，并对爱护线束的方法进行充分考虑。

小型挖掘机电气系统基本构成及设计[论文]
浅谈小型挖掘机电气系统的基本构成及设计
【摘要】近年来小型液压挖掘机的市场比重在逐步提升，但国产挖掘机的故障率相对进口品牌仍有差距，这其中电气问题占到了30%。

本文针对小型挖掘机功能简单、成本较低的特点，对其电气系统的基本构成进行说明，并介绍一些基本的设计方法。

【关键词】挖掘机电气构成设计
挖掘机电气系统按功能可分为总电源控制回路、起动回路、充供电回路、信号采集回路、电液控制回路及辅助电器回路等，各回路都相对独立而又互相联系，共同作用来保证挖掘机的正常作业。

1 电气系统基本构成及设计
根据小型液压挖掘机的实际需要，其电气系统设计应简单实用，元器件的布局需合理紧凑，系统电压一般为直流12v，系统采用负极搭铁单线制（信号采集回路建议采用双线制，以减少误差）。

1.1 总电源控制回路
通常采用钥匙开关控制继电器式电源总开关实现。

以jk406c型钥匙开关为例：钥匙开关b点通过保险连接蓄电池正极，br点连接电源总开关线圈正极，电源总开关线圈负极连接蓄电池负极，电源总开关主触点串入蓄电池正极回路。

这样即可通过一把起动钥匙在驾驶室内控制全车电源通断。

1.2 发动机起动、熄火回路
发动机的起动控制由钥匙开关控制起动继电器实现。

钥匙开关r2点（自复位）连接起动继电器线圈，起动机主电源通过电源总开关。

第十章挖掘机电气与电子控制系统挖掘机电气与电子控制系统主要实现挖掘机电气系统控制及工作状态监测。

二十世纪九十年代前的挖掘机电气系统只起辅助作用, 功能简单，主要包括发动机电路, 简单仪表电路如水温表、燃油表、机油压力表、液压油温表、工作小时计等及必要的整车电气线路如灯光、嗽叭、刮雨器等，有的机型会配置空调器。

但二十世纪九十年代以后，随着挖掘机技术的发展，发动机、液压系统的控制越来越复杂，对电气控制系统的要求也越来越高，挖掘机电气与电子控制系统地位也越来越重要，成为挖掘机重要的组成部分，代表了挖掘机整车技术发展水平及方向。

10.1 挖掘机整车电路系统组成与分析图10-1为典型挖掘机整机电气系统原理图。

挖掘机电器系统主要由电源电路、发动机电路、数字组合仪表、作业电气控制系统、整车电器附件电路等组成：1．电源电路电源电路由蓄电池1、电源总开关2、发电机4、起动开关5、保险盒7等组成。

蓄电池负极搭铁，正极接电源总开关，并通过保险丝接起动开关B 端，操作人员将起动开关转至ON 位置，起动开关B 端与BR 端接通，电源总开关线圈通电，开关主触点接通，蓄电池通过开关主触点与保险盒相连，整车电路通电。

发动机起动后，发电机开始发电，发电机B 端与电源总开关输出端并联，一方面对蓄电池充电，另一方面向整机供电。

此时发电机L 端电压升高，仪表充电指示灯熄灭。

10路保险盒分别向空调、行走电磁阀、先导电磁阀、雨刮器、大灯、工作灯、预热电路等供电。

2．发动机电路发动机电路主要由起动、预热、熄火三部分电路组成。

1）起动电路起动电路由蓄电池1、起动开关5、起动复合继电器6、起动马达3等组成。

发动机起动时，点火钥匙插入起动开关，转动钥匙至起动位置START ，起动开关B 端与C 端连通，电路经B →C →起动复合继电器的常开继电器线圈→起动复合继电器的常闭继电器主触点→地，常开继电器主触点因线圈通电而吸合，从而起动马达内部继电器线圈通电，起动马达内部继电器主触点B 、S 接通，电流经蓄电池负极（地）→蓄电池正极→电源总开关→起动马达S →起动马达B →马达定子线圈→蓄电池负极，起动马达转动，发动机被起动。