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電氣控制與PLC課程設(shè)計指導(dǎo)書 課程設(shè)計的目的、要求、任務(wù)及方法 要完成好電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，除掌握必要的電氣設(shè)計基礎(chǔ)知識外，還必須經(jīng)過反復(fù)實踐，深入生產(chǎn)現(xiàn)場，將不斷積累的經(jīng)驗應(yīng)用到設(shè)計中來。課程設(shè)計正是為這一目的而安排的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，它是一項初步的工程訓(xùn)練。通過課程設(shè)計，了解一般電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計要求、設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方法。電氣設(shè)計包含原理設(shè)計和工藝設(shè)計兩個方面，不能忽視任何一面，對于應(yīng)用型人才更應(yīng)重視工藝設(shè)計。課程設(shè)計屬于練習(xí)性質(zhì)，不強調(diào)設(shè)計結(jié)果直接用于生產(chǎn)。 一、設(shè)計目的 課程設(shè)計的主要目的是通過某一生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制裝置的設(shè)計實踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計方法。通過設(shè)計也有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往所學(xué)的知識，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。電氣設(shè)計必須滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設(shè)計之前必須了解設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工作的整體觀念。 課程設(shè)計應(yīng)強調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設(shè)計任務(wù)的同時，還要注意其他幾方面能力的培養(yǎng)與提高，如獨立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實際工程技術(shù)問題的能力；查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；工程繪圖的能力；書寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。 二、設(shè)計要求 在課程設(shè)計中，學(xué)生是主體，應(yīng)充分發(fā)揮他們的主動性和創(chuàng)造性。教師的主導(dǎo)作用是引導(dǎo)其掌握完成設(shè)計內(nèi)容的方法。 為保證順利完成設(shè)計任務(wù)還應(yīng)做到以下幾點： 1) 在接受設(shè)計任務(wù)后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求和應(yīng)完成的設(shè)計內(nèi)容進(jìn)度計劃，確定各階段應(yīng)完成的工作量，妥善安排時間。 2) 在方案確定過程中應(yīng)主動提出問題，以取得指導(dǎo)數(shù)師的幫助，同時要廣泛討論，依據(jù)充分。在具體設(shè)計過程中要多思考，尤其是主要參數(shù)，要經(jīng)過計算論證。 3) 所有電氣圖樣的繪制必須符合國家有關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，包括線條、圖型符號、項目代號、回路標(biāo)號、技術(shù)要求、標(biāo)題欄、元器件明細(xì)表以及圖樣的折疊和裝訂。 4) 說明書要求文字通順、簡練，字跡端正、整潔。 5) 應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)完成所有的設(shè)計任務(wù)。 6) 如果條件允許，應(yīng)對自己的設(shè)計線路進(jìn)行試驗論證，考慮進(jìn)一步改進(jìn)的可能性。 三、設(shè)計任務(wù) 課程設(shè)計要求是以設(shè)計任務(wù)書的形式表達(dá)，設(shè)計任務(wù)書應(yīng)包括以下內(nèi)容： 1) 設(shè)備的名稱、用途、基本結(jié)構(gòu)、動作原理以及工藝過程的簡要介紹。 2) 拖動方式、運動部件的動作順序、各動作要求和控制要求。 3) 聯(lián)鎖、保護(hù)要求。 4) 照明、指示、報警等輔助要求。 5) 應(yīng)繪制的圖樣。 6) 說明書要求。 原理設(shè)計的中心任務(wù)是繪制電氣原理圖和選用電器元件。工藝設(shè)計的目的是為了得到電氣設(shè)備制造過程中需要的施工圖樣。圖樣的類型、數(shù)量較多，設(shè)計中主要以電氣設(shè)備總體配置圖、電器板元器件布置圖、控制面板布置圖、接線圖、電氣箱以及主要加工零件（電器安裝底板、控制面板等）為練習(xí)對象。對于每位設(shè)計者只需完成其中一部分。原理圖及工藝圖樣均應(yīng)按要求繪制，元器件布置圖應(yīng)標(biāo)注總體尺寸、安裝尺寸和相對位置尺寸。接線圖的編號應(yīng)與原理圖一致，要標(biāo)注組件所有進(jìn)出線編號、配線規(guī)格、進(jìn)出線的連接方式（采用端子板或接插板）。 四、設(shè)計方法 在接到設(shè)計任務(wù)書后，按原理設(shè)計和工藝設(shè)計兩方面進(jìn)行。 1．原理圖設(shè)計的步驟 1) 根據(jù)要求擬定設(shè)計任務(wù)。 2) 根據(jù)拖動要求設(shè)計主電路。在繪制主電路時，可考慮以下幾個方面： ① 每臺電動機的控制方式，應(yīng)根據(jù)其容量及拖動負(fù)載性質(zhì)考慮其起動要求，選擇適當(dāng)?shù)钠饎泳€路。對于容量?。?.5kW以下）、起動負(fù)載不大的電動機，可采用直接起動；對于大容量電動機應(yīng)采用降壓起動。 ② 根據(jù)運動要求決定轉(zhuǎn)向控制。 ③ 根據(jù)每臺電動機的工作制，決定是否需要設(shè)置過載保護(hù)或過電流控制措施。 ④ 根據(jù)拖動負(fù)載及工藝要求決定停車時是否需要制動控制，并決定采用何種控制方式。 ⑤ 設(shè)置短路保護(hù)及其他必要的電氣保護(hù)。 ⑥ 考慮其他特殊要求：調(diào)速要求、主電路參數(shù)測量、信號檢測等。 3) 根據(jù)主電路的控制要求設(shè)計控制回路，其設(shè)計方法是： ① 正確選擇控制電路電壓種類及大小。 ② 根據(jù)每臺電動機的起動、運行、調(diào)速、制動及保護(hù)要求依次繪制各控制環(huán)節(jié)（基本單元控制 線路）。 ③ 設(shè)置必要的聯(lián)鎖（包括同一臺電動機各動作之間以及各臺電動機之間的動作聯(lián)鎖）。 ④ 設(shè)置短路保護(hù)以及設(shè)計任務(wù)書中要求的位置保護(hù)（如極限位、越位、相對位置保護(hù)）、電壓保護(hù)、電流保護(hù)和各種物理量保護(hù)（溫度、壓力、流量等）。 ⑤ 根據(jù)拖動要求，設(shè)計特殊要求控制環(huán)節(jié)，如自動抬刀、變速與自動循環(huán)、工藝參數(shù)測量等控制。 ⑥ 按需要設(shè)置應(yīng)急操作。 4) 根據(jù)照明、指示、報警等要求沒計輔助電路。 5) 總體檢查、修改、補充及完善。主要內(nèi)容包括： ① 校核各種動作控制是否滿足要求，是否有矛盾或遺漏。 ② 檢查接觸器、繼電器、主令電器的觸點使用是否合理，是否超過電器元器件允許的數(shù)量。 ③ 檢查聯(lián)鎖要求能否實現(xiàn)。 ④ 檢查各種保護(hù)能否實現(xiàn)。 ⑤ 檢查發(fā)生誤操作所引起的后果與防范措施。 6) 進(jìn)行必要的參數(shù)計算。 7) 正確、合理地選擇各電器元器件，按規(guī)定格式編制元件目錄表。 8) 根據(jù)完善后的設(shè)計草圖，按電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制電氣原理線路圖，按《電氣技術(shù)中的項目代號》要求標(biāo)注器件的項目代號，按《絕緣導(dǎo)線的標(biāo)記》的要求對線路進(jìn)行統(tǒng)一編號。 2．工藝設(shè)計步驟 1) 根據(jù)電氣設(shè)備的總體配置及電器元件的分布狀況和操作要求劃分電器組件，繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖和接線圖。 2) 根據(jù)電器元器件的型號、外形尺寸、安裝尺寸繪制每一組件的元件布置圖（如電器安裝板、控制面板、電源、放大器等）。 3) 根據(jù)元器件布置圖及電氣原理編號繪制組件接線圖，統(tǒng)計組件進(jìn)出線的數(shù)量、編號以及各組件之間的連接方式。 4) 繪制并修改工藝設(shè)計草圖后，使可按機械、電氣制圖要求繪制工程圖。最后按設(shè)計過程和設(shè)計結(jié)果編寫設(shè)計說明書及使用說明書。 設(shè)計實例：小型SBR廢水處理PLC電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計 一、小型SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書 1．SBR廢水處理工藝的技術(shù)要求 SBR廢水處理技術(shù)是一種高效廢水回用的處理技術(shù)，采用優(yōu)勢菌技術(shù)對校園生活污水進(jìn)行處理，經(jīng)過處理后的中水可以用來澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達(dá)到節(jié)約水資源的目的。 SBR廢水處理系統(tǒng)方案要充分考慮現(xiàn)實生活中校園生活區(qū)較為狹小的特點，力求達(dá)到設(shè)備體積小，性能穩(wěn)定，工程投資少的目的。廢水處理過程中環(huán)境溫度對菌群代謝產(chǎn)生的作用直接影響廢水處理效果，因此采用地埋式磚混結(jié)構(gòu)處理池以降低溫度對處理效果的影響。同時，SBR廢水處理技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜，采用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)可以提高SBR廢水處理的效率，方便操作和使用。 SBR廢水處理系統(tǒng)分別由污水處理池、清水池、中水水箱、電控箱以及水泵、羅茨風(fēng)機、電動閥門和電磁閥等部分組成，在污水處理池、清水池、中水水箱中分別設(shè)置液位開關(guān)，用以檢測水池與水箱中的水位。SBR廢水處理系統(tǒng)示意圖如圖11-1所示。 圖11-1 SBR廢水處理系統(tǒng)示意圖 污水處理的第一階段：當(dāng)污水池中的水位處于低水位或無水狀態(tài)時，電動閥會自動開起納入污水。當(dāng)污水池納入的污水至正常高水位時，電動閥自動關(guān)閉，污水池中污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。 污水處理的第二階段：采用能降解大分子污染物的曝氣法，可使污水脫色、除臭、平衡菌群的pH值并對污染物進(jìn)行高效除污，即好氧處理過程。整個好氧（曝氣）時間一般需要6～8h。在曝氣管路上安裝了排空電磁閥，當(dāng)電動閥門自動關(guān)閉后，排空電磁閥開起，羅茨風(fēng)機延時空載起動，然后排空電磁閥關(guān)閉，污水池開始曝氣。當(dāng)曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次開起，羅茨風(fēng)機空載停機，然后排空電磁閥延時關(guān)閉。曝氣風(fēng)機在無負(fù)荷條件下起動和停止，能起到保護(hù)電動機和風(fēng)機的 作用。經(jīng)過0.5h的水質(zhì)沉淀，PLC下達(dá)起動1#清水泵指令，將沉淀后的水泵入到清水池。當(dāng)清水池中的水位升至正常高水位時，1#清水泵自動停止運行。這時2#清水泵自動起動向中水箱泵水，當(dāng)水箱內(nèi)達(dá)到正常高水位時，2#清水泵自動停止運行，這時中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。 如上所示，當(dāng)中水箱內(nèi)水位降至低水位時，2#清水泵又自動起動向中水箱泵水。當(dāng)污水池中的水位降至低水位時，電動閥門會自動打開繼續(xù)向污水池納入污水。如此循環(huán)往復(fù)。 SBR廢水處理技術(shù)針對污水水質(zhì)不同選用生物菌群不同，工藝要求要求有所不同，電氣控制系統(tǒng)應(yīng)有參數(shù)可修正功能，以滿足廢水處理的要求。 2．SBR廢水處理系統(tǒng)動力設(shè)備 SBR廢水處理系統(tǒng)中所使用的動力設(shè)備（水泵、羅茨風(fēng)機、電動閥），均采用三相交流異步電動機，電動機和電磁閥（AC220V選配）選配防水防潮型。 1#清水泵：立式離心泵LS50-10-A，揚程10m，流量29m3/h，1kW。 2#清水泵：立式離心泵LS40-32.1，揚程30m，流量16m3/h，3kW。 曝氣羅茨風(fēng)機：TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。 電動閥：閥體D97A1X5-10ZB-125mm，電動裝置LQ20-1，AC380V，60W。 3．SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計要求 1) 控制裝置選用PLC作為系統(tǒng)的控制核心，根據(jù)工藝要求合理選配PLC機型和I/O接口。 2) 可執(zhí)行手動/自動兩種方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實時整定參數(shù)。 3) 電動閥上驅(qū)動電動機為正、反轉(zhuǎn)雙向運行，因此要在PLC控制回路加互鎖功能。 4) PLC的接地應(yīng)按手冊中的要求設(shè)計，并在圖中表示或說明。 5) 為了設(shè)備安全運行，考慮必要的保護(hù)措施，入如電動機過熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。 6) 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路，編制PLC的I/O接口功能表。 7) 選擇電器元件、編制元器件目錄表。 8) 繪制接線圖、電控柜布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖等。 9) 采用梯形圖或指令表編制PLC控制程序。 二、SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計過程 1．總體方案說明 1) SBR廢水處理系統(tǒng)控制對象電動機均由交流接觸器完成起、停控制，電動閥電動機要采用正、反轉(zhuǎn)控制。 2) 污水池、清水池、中水水箱水位檢測開關(guān)，在選型時考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。 3) 電動閥上驅(qū)動電動機，其內(nèi)部設(shè)有過載保護(hù)開關(guān)，為常閉觸點，作為電動閥過載保護(hù)信號，PLC控制電路考慮該信號邏輯關(guān)系。 4) 1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機電動機、電動閥電動機分別采用熱繼電器實現(xiàn)過載保護(hù)，其熱繼電器的常開觸點通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為PLC的輸入信號，用以完成各個電動機系統(tǒng)的過載保護(hù)。 5) 羅茨風(fēng)機的控制要求在無負(fù)載條件下起動或停機，需要在曝氣管路上設(shè)置排空電磁閥。 6) 主電路用斷路器，各負(fù)載回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔斷器，實現(xiàn)短路保護(hù)。 7) 電控箱設(shè)置在控制室內(nèi)?？刂泼姘迮c電控箱內(nèi)的電器板用BVR型銅導(dǎo)線連接，電控箱與執(zhí)行裝置之間采用端子板連接。 8) PLC選用繼電器輸出型。 9) PLC自身配有24V直流電源，外接負(fù)載時考慮其供電容量。PLC接地端采用第三種接地方式，提高抗干擾能力。 2．SBR廢水處理電氣控制原理圖設(shè)計 (1) 主電路設(shè)計 SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖11-2所示。 圖11-2 SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路 1) 主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3分別控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風(fēng)機M3；交流接觸器KM4、KM5控制電動閥電動機M4，通過正、反轉(zhuǎn)完成開起閥門和關(guān)閉閥門的功能。 2) 電動機M1、M2、M3、M4由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實現(xiàn)過載保護(hù)。電動閥電動機M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān)，對閥門電動機M4實現(xiàn)雙重保護(hù)。 3) QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔茫褂煤途S修方便。 4) 熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4分別實現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。FU5、FU6分別完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保護(hù)。 (2) 交流控制電路設(shè)計 SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖11-3所示。 圖11-3 SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路 1) 控制電路有電源指示HL。PLC供電回路采用隔離變壓器TC，以防止電源干擾。 2) 隔離變壓器TC的選用根據(jù)PLC耗電量配置，可以配置標(biāo)準(zhǔn)型、變比1：1、容量100VA隔離變壓器。 3) 1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風(fēng)機M3分別有運行指示燈HL1、HL2、HL3，由KM1、KM2、KM3接觸器常開輔助觸點控制。 4) 4臺電動機M1、M2、M3、M4的過載保護(hù)，分別由4個熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實現(xiàn)，將其常閉觸點并聯(lián)后與中間繼電器KA1連接構(gòu)成過載保護(hù)信號，KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號轉(zhuǎn)換成直流24V信號送入PLC完成過載保護(hù)控制功能。 5) 上水電磁閥YA1和指示燈HL1、排空電磁閥YA2，分別由中間繼電器KA2和KA3觸點控制。 (3) 主要參數(shù)計算 1) 斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對象為電感性負(fù)載交流電 動機，斷路器過電流脫扣值按電動機起動電流的1.7倍整定。SBR廢水處理系統(tǒng)有3kW負(fù)載電動機一臺，起動電流較大，其余三臺為1.1kW以下，起動電流較小，而且工藝要求4臺電動機單獨起動運行，因此可根據(jù)3kW電動機選擇自動開關(guān)QF脫扣電流IQF： IQF＝1.7IN=1.76A＝10.2A≈10A，選用IQF＝10A的斷路器。 2) 熔斷器FU熔體額定電流IFU。以曝氣風(fēng)機為例，IFU≥2IN＝22.5A＝5A，選用5A的熔體。其余熔體額定電流的選擇，按上述方法選配。控制回路熔體額定電流選用2A。 3) 熱繼電器的選擇請參考有關(guān)技術(shù)手冊，自行計算參數(shù)。 (4) PLC控制電路設(shè)計 包括PLC硬件結(jié)構(gòu)配置及PLC控制原理電路設(shè)計。 1) 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。了解各個控制對象的驅(qū)動要求，如：驅(qū)動電壓的等級、負(fù)載的性質(zhì)等；分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等，選擇適合的PLC機型及外設(shè)，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。 2) 根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制PLC控制電路原理圖，繪制PLC控制電路，編制I/O接口功能表。圖11-4為SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖，L6作為PLC輸出回路的電源，分別向輸出回路的負(fù)載供電，輸出回路所有COM端短接后接入電源N端。 圖11-4 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖 3) KM4和KM5接觸器線圈支路，設(shè)計了互鎖電路，以防止誤操作故障。 4) PLC輸入回路中，信號電源由PLC本身的24V直流電源提供，所有輸入COM端短接后接入PLC電源DC24V的（＋）端。輸入口如果有有源信號裝置，需要考慮信號裝置的電源等級和容量，最好不要使用PLC自身的24V直流電源，以防止電源過載損壞或影響其他輸入口的信號質(zhì)量。 5) PLC采用繼電器輸出，每個輸出點額定控制容量為AC250V，2A。 表11-1和表11-2分別為SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸入和輸出接口功能表。 表11-1 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸入接口功能表 序號 工位名稱 文字符號 輸入口 1 污水池高水位開關(guān)信號 H1 X000 2 污水池低水位開關(guān)信號 L1 X001 3 清水池高水位開關(guān)信號 H2 X002 4 清水池低水位開關(guān)信號 L2 X003 5 中水箱高水位開關(guān)信號 H3 X004 6 中水箱低水位開關(guān)信號 L3 X005 7 起動按鈕（綠色） SB1 X006 8 停止按鈕（紅色） SB2 X007 9 旋鈕開關(guān)（自動） SB3-1 X010 10 旋鈕開關(guān)（手動） SB3-2 X011 11 手動開電動閥旋鈕開關(guān) SB4 X012 12 手動關(guān)電動閥旋鈕開關(guān) SB5 X013 13 1#清水泵手動旋鈕開關(guān) SB6 X014 14 2#清水泵手動旋鈕開關(guān) SB7 X015 15 電動閥門開起限位開關(guān) SQ1 X016 16 電動閥門關(guān)閉限位開關(guān) SQ2 X017 17 電動閥電動機故障報警 FR0 X020 18 電動機熱保護(hù)器報警 KA1 X021 19 曝氣風(fēng)機手動旋鈕開關(guān) SB8 X022 20 輸入點備用 X023～X027 表11-2 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能表 序號 工位名稱 文字符號 輸入口 1 1#清水泵接觸器 KM1 Y000 2 2#清水泵接觸器 KM2 Y001 3 污水池高水位紅色指示燈 HL7 Y002 4 污水池低水位綠色指示燈 HL8 Y003 5 清水池高水位紅色指示燈 HL9 Y004 6 清水池低水位綠色指示燈 HL10 Y005 7 中水箱高水位紅色指示燈 HL11 Y006 8 中水箱低水位綠色指示燈 HL12 Y007 （續(xù)） 序號 工位名稱 文字符號 輸入口 9 電動閥門開起綠色指示燈 HL13 Y010 10 電動閥門關(guān)閉黃色指示燈 HL14 Y011 11 開電動閥門接觸器 KM4 Y012 12 關(guān)電動閥門接觸器 KM5 Y013 13 電動機熱保護(hù)器報警紅色指示燈 HL6 Y014 14 羅茨風(fēng)機（曝氣風(fēng)機）接觸器 KM3 Y015 15 排空電磁閥繼電器 KA3 Y016 16 上水電磁閥繼電器 KA2 Y017 17 輸出口備用 Y020～Y027 6) 根據(jù)上述設(shè)計，對照主回路檢查交流控制回路、PLC控制回路、各種保護(hù)聯(lián)鎖電路、PLC控制程序等，全部符合設(shè)計要求后，繪制出最終的電氣原理圖。 7) 根據(jù)設(shè)計方案選擇的電氣元件，編制原理圖的元器件目錄表，如表11-3所示。 表11-3 SBR廢水處理系統(tǒng)元器件目錄表 序號 文字符號 名 稱 數(shù)量 規(guī)格型號 備 注 1 M1～M4 電動機 4 Y系列 三相交流異步電動機 2 FR1～FR4 熱繼電器 4 JR16B-20/3 參照電動機整定電流 3 FU1～FU4 熔斷器 12 RL1-15 熔體2～10A 4 FU5、FU6 熔斷器 2 RT16-32X 熔體2A 5 QF 斷路器 1 C45AD 脫扣電流10A 6 TC 隔離變壓器 1 BK-100 變比1：1，AC220V 7 SB1 起動按鈕 1 LAY37 綠色 8 SB2 停止按鈕 1 LAY37 紅色 9 SB3 轉(zhuǎn)換開關(guān) 1 LAY37-D2 手動/自動轉(zhuǎn)換 10 SB4～SB8 手動開關(guān) 5 LAY37-D2 黑色 11 KM1～KM4 交流接觸器 4 DJX-9 線圈電壓：AC220V 12 KA1～KA3 中間繼電器 3 HH52P 線圈電壓：AC220V 13 HL1～HL15 指示燈 15 AD16-22 LED顯示，AC220V 14 YA1 電磁閥 1 ZCT-50A 線圈電壓：AC220V 15 YA2 電磁閥 1 ZCT-15A 線圈電壓：AC220V 16 YA3 電動閥門裝置 1 LQA20-1 AC380，60W 17 PLC 可編程序控制器 1 FX2N-48MR 繼電器輸出 (5) PLC控制程序設(shè)計 1) 程序設(shè)計。根據(jù)控制要求，建立SBR廢水處理系統(tǒng)控制流程圖，如圖11-5所示，表達(dá)出各控制對象的動作順序，相互間的制約關(guān)系。在明確PLC寄存器空間分配，確定專用寄存器的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)的程序設(shè)計，包括主程序編制、各功能子程序編制、其他輔助程序的編制等。 2) 系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試?？蛰d靜態(tài)調(diào)試時，針對運行的程序檢查硬件接口電路中各種邏輯關(guān)系是否正確，然后先調(diào)試子程序或功能模塊程序，然后調(diào)試初始化程序，最后調(diào)試主程序。調(diào)試過程中盡量接近實際系統(tǒng)，并考慮到各種可能發(fā)生的情況，作反復(fù)調(diào)試，出現(xiàn)問題及時分析、調(diào)整程序或參數(shù)。 3) 系統(tǒng)動態(tài)調(diào)試及運行。在動態(tài)帶負(fù)載狀態(tài)下調(diào)試，密切觀察系統(tǒng)的運行狀態(tài)，采用先手動再自動的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行。遇到問題及時停機，分析產(chǎn)生問題的原因，提出解決問題的方法，同時做好詳盡記錄，以備分析和改進(jìn)。 圖11-5 SBR廢水處理系統(tǒng)控制流程圖 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制程序如圖11-6所示。 圖11-6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序 圖11-6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序（續(xù)1） 圖11-6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序（續(xù)2） 圖11-6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序（續(xù)3） 圖11-6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序（續(xù)4） 圖11-6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序（續(xù)5） 3．SBR廢水處理系統(tǒng)電氣工藝設(shè)計 按設(shè)計要求設(shè)計繪制電氣裝置總體配置圖、電器板電器元器件平面圖、控制面板電器平面圖及相關(guān)電氣接線圖。 1) 先根據(jù)控制系統(tǒng)要求和電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)，確定電器元器件的總體布局以及電控箱內(nèi)裝配板與控制面板上應(yīng)安裝的電器元件。本系統(tǒng)除電控箱外，在污水處理設(shè)備現(xiàn)場設(shè)計安裝的電器元件和動力設(shè)備有：電磁閥、水位開關(guān)、電動機、電動閥（含閥位控制器）等。電控箱內(nèi)電器板上安裝的電器元件有：斷路器、熔斷器、隔離變壓器、PLC、接觸器、中間繼電器、熱繼電器和端子板等。在控制面板上設(shè)計安裝的電器元件有：控制按鈕、旋鈕開關(guān)、各色指示燈等。 2) 依據(jù)用戶要求滿足操作方便、美觀大方、布局均勻?qū)ΨQ等設(shè)計原則，繪制電控箱電器板元件布置圖、電器面板元件布置圖、電氣接線圖等，如圖11-7～圖11-8所示。進(jìn)出引線采用接線端子板連接，接線圖略。 3) 依據(jù)電器元件布置圖及電器元器件的外形尺寸、安裝尺寸，繪制電器板（絕緣板、鍍鋅鐵板或架）、控制面板（有機玻璃板、鋁板或鐵板等）、墊板（有機械強度的絕緣板或鍍鋅板）等零部件加工圖。圖中應(yīng)注明外形尺寸、安裝孔徑、定位尺寸與公差、板材厚度以及加工要求等。本設(shè)計所涉及的鈑金加工技術(shù)圖從略。 4) 依據(jù)電器安裝板、控制面板尺寸設(shè)計電控箱，繪制電控箱安裝圖。本設(shè)計從略。 至此，基本完成了SBR廢水處理系統(tǒng)要求的電氣控制原理設(shè)計和工藝設(shè)計任務(wù)。 圖11-7 電控箱電器板元件布置圖 圖11-8 電控箱電器面板元件布置圖 4．編寫設(shè)計說明書、使用說明書和項目設(shè)計小結(jié) 1) 依據(jù)原理設(shè)計的過程，編寫設(shè)計說明書，說明書包括如下主要內(nèi)容： ① 總體設(shè)計方案的選擇說明。 ② 原理電路的設(shè)計說明，各控制要求如何實現(xiàn)。 ③ 電氣系統(tǒng)中主要參數(shù)的計算，主要元件的選擇及說明，編制元件明細(xì)表。 ④ 附上原理圖及規(guī)定完成的工藝圖。 2) 依據(jù)原理設(shè)計圖及控制要求編寫使用說明書，說明書包括如下主要內(nèi)容： ① 本設(shè)備的實際用途、功能特點。 ② 系統(tǒng)工作原理簡介。 ③ 使用與維護(hù)注意事項。 5．設(shè)計用參考資料 ① 工廠電氣控制設(shè)備 ② 電氣控制與可編程序控制器 ③ 電氣工程手冊 ④ 三菱微型可編程序控制器手冊 ⑤ 工廠常用電氣設(shè)備手冊 ⑥ 其他有關(guān)產(chǎn)品使用手冊 參考選題 一、四層電梯自動控制 1．控制要求 1) 采用PLC構(gòu)成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為下降。一層有上升呼叫按鈕SB11和指示燈H11，二層有上升呼叫按鈕SB21和指示燈H21以及下降呼叫按鈕SB22和指示燈H22，三層有上升呼叫按鈕SB31和指示燈H31以及下降呼叫按鈕SB32和指示燈H32，四層有下降呼叫按鈕SB41和指示燈H41。一至四層有到位行程開關(guān)ST1～ST4。電梯內(nèi)有一至四層呼叫按鈕SB1～SB4和指示燈H1～H4；電梯開門和關(guān)門按鈕SB5和SB6，電梯開門和關(guān)門分別通過電磁鐵YA1和YA2控制，關(guān)門到位由行程開關(guān)ST5檢測。此外還有電梯載重超限檢測壓力繼電器KP以及故障報警電鈴HA?？刂菩盘栒f明如表11-4所示。 表11-4 四層電梯控制信號說明 輸 入 輸 出 文字符號 說 明 文字符號 說 明 SB1 電梯內(nèi)一層按鈕 H1 電梯內(nèi)一層按鈕指示燈 SB2 電梯內(nèi)二層按鈕 H2 電梯內(nèi)二層按鈕指示燈 SB3 電梯內(nèi)三層按鈕 H3 電梯內(nèi)三層按鈕指示燈 SB4 電梯內(nèi)四層按鈕 H4 電梯內(nèi)四層按鈕指示燈 SB11 一層上升呼叫按鈕 H11 一層上升呼叫按鈕指示燈 SB21 二層上升呼叫按鈕 H21 二層上升呼叫按鈕指示燈 SB22 二層下降呼叫按鈕 H22 二層下降呼叫按鈕指示燈 SB31 三層上升呼叫按鈕 H31 三層上升呼叫按鈕指示燈 SB32 三層下降呼叫按鈕 H32 三層下降呼叫按鈕指示燈 SB41 四層下降呼叫按鈕 H41 四層下降呼叫按鈕指示燈 SB5 電梯開門按鈕 KM1 電動機正轉(zhuǎn)接觸器 SB6 電梯關(guān)門按鈕 KM2 電動機反轉(zhuǎn)接觸器 SB7 檢修開關(guān) YA1 電梯開門電磁鐵 ST1 電梯一層到位限位開關(guān) YA2 電梯關(guān)門電磁鐵 ST2 電梯二層到位限位開關(guān) HA 電梯故障報警電鈴 ST3 電梯三層到位限位開關(guān) ST4 電梯四層到位限位開關(guān) ST5 電梯關(guān)門到位限位開關(guān) SP 電梯載重超限檢測 FR 電動機過載保護(hù)熱繼電器 2) 樓層呼叫按鈕及電梯內(nèi)按鈕按下，電梯未達(dá)到相應(yīng)樓層或未得到相應(yīng)的響應(yīng)時，相應(yīng)指示燈一直接通指示。 3) 電梯運行時，電梯開門與關(guān)門按鈕不起作用，電梯到達(dá)停在各樓層時，電梯開門與關(guān)門動作 可由電梯開門與關(guān)門按鈕控制，也可延時控制，但檢測到電梯超重時，電梯門不能關(guān)閉，并由報警電鈴發(fā)出報警信號。 4) 電梯最大運行區(qū)間為三層距離，若一次運行時間超過30s，則電動機停轉(zhuǎn)，并由HA報警。 5) 檢修開關(guān)SB7接通時，電梯下行停在一層位置，進(jìn)行檢修，其他所有動作均不相應(yīng)。 6) 電梯拖動電動機控制電路有各種常規(guī)電氣保護(hù)，如短路保護(hù)、過載保護(hù)、正反轉(zhuǎn)互鎖等。 7) 相關(guān)參數(shù)： ① 拖動電動機M：5.5kW，AC380V，11.6A，1440r/min。 ② 指示燈H：0.25W，DC24V。 ③ 電鈴HA：8W，AC220V。 ④ 電磁鐵YA：100mA，AC220V。 2．設(shè)計任務(wù) 1) 根據(jù)控制要求進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。 2) 分析電梯所有可能運行的方式，并依此編制電梯運行PLC控制程序，有條件可以利用電梯模型或模擬開關(guān)板調(diào)試程序，模擬運行。 3) 編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括： ① 設(shè)計過程和有關(guān)說明。 ② 基于PLC的電梯電氣控制系統(tǒng)電路圖。 ③ PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 ④ 電器元器件的選擇和有關(guān)計算。 ⑤ 電氣設(shè)備明細(xì)表。 ⑥ 參考資料、參考書及參考手冊。 ⑦ 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設(shè)計的認(rèn)識和建議等。 二、十字路口帶倒計時顯示的交通信號燈控制 1．控制要求 采用PLC構(gòu)成十字路口帶倒計時顯示的南北向和東西向交通信號燈的電氣控制。系統(tǒng)上電后，交通指揮信號控制系統(tǒng)由由一個3位轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1控制。SA1手柄指向左45時，接點SA1-1接通，交通指揮系統(tǒng)開始按常規(guī)正?？刂乒δ芄ぷ?，按照如圖11-9所示工作時序周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)工作。正常運行時，南北向及東西向均有兩位數(shù)碼管倒計時顯示牌同時顯示相應(yīng)的指示燈剩余時間值。SA1手柄指向中間0時，接點SA1-2接通，交通指揮系統(tǒng)南北向綠燈常亮，東西向紅燈常亮，數(shù)碼管顯示99不變。SA1手柄指向右45時，接點SA1-3接通，交通指揮系統(tǒng)東西向綠燈常亮，南北向紅燈常亮，數(shù)碼管顯示99不變。控制信號說明見表11-5。 圖11-9 十字路口交通燈正常工作時序 表11-5 十字路口交通燈控制信號說明 輸 入 輸 出 文字符號 說 明 文字符號 說 明 SA1-1 交通燈正常工作控制開關(guān) H1 南北向綠燈指示 SA1-2 南北向交通燈常綠控制開關(guān) H2 南北向黃燈指示 SA1-3 東西向交通燈常綠控制開關(guān) H3 南北向紅燈指示 H4 東西向綠燈指示 H5 東西向黃燈指示 H6 東西向紅燈指示 H11 南北向2位七段數(shù)碼顯示管 H12 東西向2位七段數(shù)碼顯示管 2．設(shè)計任務(wù) 1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括PLC硬件配置電路。 2) 根據(jù)控制要求，編制交通信號燈PLC控制程序，有條件可以利用交通燈模型或模擬開關(guān)板調(diào)試程序，模擬運行。 3) 編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括： ① 設(shè)計過程和有關(guān)說明。 ② 基于PLC的十字路口交通燈電氣控制電路圖。 ③ PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 ④ 電器元器件的選擇和有關(guān)計算。 ⑤ 電氣設(shè)備明細(xì)表。 ⑥ 參考資料、參考書及參考手冊。 ⑦ 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設(shè)計的認(rèn)識和建議等。 三、鍋爐車間輸煤機組控制 1．輸煤機組控制系統(tǒng) 輸煤機組控制系統(tǒng)示意圖如圖11-10所示，輸煤機組控制信號說明見表11-6。 圖11-10 輸煤機組控制系統(tǒng)示意圖 表11-6 輸煤機組控制信號說明 輸 入 輸 出 文字符號 說 明 文字符號 說 明 SA1-1 輸煤機組手動控制開關(guān) KM1 給料器和磁選料器接觸器 SA1-2 輸煤機組自動控制開關(guān) KM2 1#送煤機接觸器 SB1 輸煤機組自動開車按鈕 KM3 破碎機接觸器 SB2 輸煤機組自動停車按鈕 KM4 提升機接觸器 SB3 輸煤機組緊急停車按鈕 KM5 2#送煤機接觸器 SB4 給料器和磁選料器手動按鈕 KM6 回收機接觸器 SB5 1#送煤機手動按鈕 HL7 手動運行指示燈 SB6 破碎機手動按鈕 HL8 緊急停車指示燈 SB7 提升機手動按鈕 HL9 系統(tǒng)正常運行指示燈 SB8 2#送煤機手動按鈕 HL10 系統(tǒng)故障指示燈 SB9 回收機手動按鈕 HA 報警電鈴 KM M1～M6，YA運行正常信號 HL1～6 輸煤機組單機運行指示 FR M1～M6，YA過載保護(hù)信號 輸煤機組的拖動系統(tǒng)由6臺三相異步電動機M1～M6和一臺磁選料器YA組成。SA1為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SB1和SB2為自動開車/停車按鈕，SB3為事故緊急停車按鈕，SB4～SB9為6個控制按鈕，手動時單機操作使用。HA為開車/停車時訊響器，提示在輸煤機組附近的工作人員物煤機準(zhǔn)備起動請注意安全。HL1～HL6為Ml～M6電動機運行指示，HL7為手動運行指示，HL8為緊急停車指示，HL9為系統(tǒng)運行正常指示，HL10為系統(tǒng)故障指示。 2．輸煤機組控制要求 (1) 手動開車/停車功能 SA1手柄指向左45時，接點SA1-1接通，通過SB4～SB9控制按鈕，對輸煤機組單臺設(shè)備獨立調(diào)試與維護(hù)使用，任何一臺單機開車/停車時都有音響提示，保證檢修和調(diào)試時人身和設(shè)備安全。 (2) 自動開車/停車功能 SA1手柄指向右45時，接點SA1-2接通，輸煤機組自動運行。 1) 正常開車 按下自動開車按鈕SB1，音響提示5s后，回收電動機M6起動運行并點亮HL6指示燈；10s后，2#送煤電動機M5電動機起動運行并點亮HL5指示燈；10s后，提升電動機M4起動運行并點亮HL4指示燈；10s后，破碎電動機M3起動運行并點亮HL3指示燈；10s后，1#送煤電動機M2起動運行并點亮HL2指示燈；10s后，給料器電動機M1和磁選料器YA起動運行并點亮HL1指示燈；10s后，點亮HL9系統(tǒng)正常運行指示燈，輸煤機組正常運行。 2) 正常停車 按下自動開車按鈕SB2，音響提示5s后，給料器電動機M1和磁選料器YA停車并熄滅HL1指示燈，同時，熄滅HL9系統(tǒng)正常運行指示燈；10s后，1#送煤電動機M2停車并熄滅HL2指示燈；10s后，破碎電動機M3停車并熄滅HL3指示燈；10s后，提升電動機M4停車并熄滅HL4指示燈；10s后，2#送煤電動機M5電動機停車并熄滅HL5指示燈；10s后，回收電動機M6停車并熄滅HL6指示燈；輸煤機組全部正常停車。 3) 過載保護(hù) 輸煤機組有三相異步電動機M1～M6和磁選料器YA的過載保護(hù)裝置熱繼電器，如果電動機、磁選料器在輸煤生產(chǎn)中，發(fā)生過載故障需立即全線停車并發(fā)出報警指示。系統(tǒng)故障指示燈HL10點亮，HA電鈴斷續(xù)報警20s，HL10一直點亮直到事故處理完畢，繼續(xù)正常開車，恢復(fù)生產(chǎn)。 4) 緊急停車 輸煤機組正常生產(chǎn)過程中，可能會突發(fā)各種事件，因此需要設(shè)置緊急停車按鈕，實現(xiàn)緊急停車防止事故擴大。緊急停車與正常停車不同，當(dāng)按下紅色蘑菇形緊急停車按鈕SB3時，輸煤機組立即全線停車，HA警報聲持續(xù)10s停止，緊急停車指示燈HL8連續(xù)閃亮直到事故處理完畢，回復(fù)正常生產(chǎn)。 5) 系統(tǒng)正常運行指示 輸煤機組中，拖動電動機M1～M6和磁選料器YA按照程序全部正常起動運行后，HL9指示燈點亮。如果有一臺電動機或選料器未能正常起動運行，則視為故障，系統(tǒng)故障指示燈HL10點亮，輸煤機組停車。 (3) 相關(guān)參數(shù) 1) M1～M6及磁選料器YA功率如圖11-11中所示。 2) 指示燈HL：0.25W，DC24V。 3) 電鈴HA：8W，AC220V。 3．設(shè)計任務(wù) 1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。 2) 根據(jù)控制要求，編制輸煤機組PLC控制程序，有條件可以利用模擬開關(guān)板調(diào)試程序，模擬運行。 3) 編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括： ① 設(shè)計過程和有關(guān)說明。 ② 基于PLC的輸煤機組電氣控制系統(tǒng)電路圖。 ③ PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 ④ 電器元器件的選擇和有關(guān)計算。 ⑤ 電氣設(shè)備明細(xì)表。 ⑥ 參考資料、參考書及參考手冊。 ⑦ 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設(shè)計的認(rèn)識和建議等。 四、千斤頂液壓缸加工機床電氣控制 1．機床概況 本機床用于千斤頂液壓缸兩個端面的加工，采用裝在動力滑臺上的左、右兩個動力頭同時進(jìn)行切削。動力頭的快進(jìn)、工進(jìn)及快退由液壓缸驅(qū)動。液壓系統(tǒng)采用兩位四通電磁閥控制，并用調(diào)整死擋鐵的方法實現(xiàn)位置控制。 機床的工作程序是： (1) 工件定位 人工將零件裝入夾具后，定位液壓缸動作，工件定位。 (2) 工件夾緊 零件定位后，延時15s，夾緊液壓缸動作使零件固定在夾具內(nèi)，同時定位液壓缸退出以保證滑臺入位。 (3) 滑臺入位 滑臺帶動動力頭一起快速進(jìn)入加工位置。 (4) 加工零件 左右動力頭進(jìn)行兩端面切削加工，動力頭到達(dá)加工終點位置即停止工進(jìn)，延時30s后停轉(zhuǎn)，快速退回原位。 (5) 滑臺復(fù)位 左右動力頭退回原位后，滑臺復(fù)位。 (6) 夾具松開 當(dāng)滑臺復(fù)位后夾具松開，取出零件。 以上各種動作由電磁閥控制，電磁閥動作要求見表11-7。 表11-7 電磁閥動作要求 YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 定位 ＋ 夾緊 ＋ 入位 ＋ ＋ 工進(jìn) ＋ 退位 ＋ 復(fù)位放松 注：“+”號表示電磁閥得電。 2．控制要求 (1) 左右動力頭旋轉(zhuǎn)切削由電動機M1集中傳動，切削時冷卻泵電動機同時運轉(zhuǎn)。 (2) 只有在液壓泵電動機M3工作，油壓達(dá)到一定壓力（壓力繼電器檢測）后，才能進(jìn)行其他的控制。 (3) 機床即能半自動循環(huán)工作，又能對各個動作單獨進(jìn)行調(diào)整。 (4) 要求有必要的電氣連鎖與保護(hù)，還有顯示與安全照明。 (5) 控制信號說明如表11-8所示。 表11-8 控制信號說明 輸 入 輸 出 文字符號 說 明 文字符號 說 明 SA1-1 機床半自動循環(huán)控制轉(zhuǎn)換開關(guān) KM1 動力頭M1、冷卻泵M2接觸器 SA2-1 手動定位控制轉(zhuǎn)換開關(guān) KM2 液壓泵M3接觸器 SA3-1 手動入位控制轉(zhuǎn)換開關(guān) YV1 1#電磁閥 SA3-2 手動工進(jìn)控制轉(zhuǎn)換開關(guān) YV2 2#電磁閥 SA3-3 手動退位控制轉(zhuǎn)換開關(guān) YV3 3#電磁閥 SB1 動力頭M1、冷卻泵M2起動按鈕 YV4 4#電磁閥 SB2 動力頭M1、冷卻泵M2停止按鈕 YV5 5#電磁閥 SB3 液壓泵M3起動按鈕 HL1 動力頭M1、冷卻泵M2運行指示 SB4 液壓泵M3停止按鈕 HL2 液壓泵M3運行指示 KM1 動力頭M1、冷卻泵M2運行信號 HL3 半自動循環(huán)工作指示 KM2 液壓泵M3運行信號 HL4 定位指示 FR1 動力頭M1、冷卻泵M2過載信號 HL5 入位指示 KP 壓力繼電器油壓檢測信號 HL6 工進(jìn)指示 SQ 動力頭工進(jìn)終點位置檢測信號 HL7 退位指示 HL8 故障指示 6) 相關(guān)參數(shù)： ① 動力頭電動機M1：Y100L-6，1.5 kW，AC380V，4.0A。 ② 冷卻泵電動機M2：JCB-22，0.15kW，AC380V，0.43A。 ③ 液壓泵電動機M3：Y801-4，0.55kW，AC380V，1.6A。 ④ 電磁閥YV1～YV5：100mA，AC220V。 ⑤ 指示燈HL1～HL8：10mA，DC24V；安全照明：10W，6.3V。 3．設(shè)計任務(wù) 1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行機床電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。 2) 根據(jù)控制要求，編制機床控制PLC應(yīng)用程序，有條件可以利用模擬開關(guān)板調(diào)試程序，模擬運行。 3) 編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括： ① 設(shè)計過程和有關(guān)說明。 ② 基于PLC的機床電氣控制系統(tǒng)電路圖。 ③ PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 ④ 電器元器件的選擇和有關(guān)計算。 ⑤ 電氣設(shè)備明細(xì)表。 ⑥ 參考資料、參考書及參考手冊。 ⑦ 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設(shè)計的認(rèn)識和建議等。 五、旋轉(zhuǎn)式濾水器電氣控制系統(tǒng) 1．設(shè)備概況 旋轉(zhuǎn)式濾水器主要用于水力發(fā)電廠的生產(chǎn)用水過程中，對進(jìn)入水廠原水中2cm3以上的漂浮雜物進(jìn)行過濾除雜。該設(shè)備安裝在水處理車間的進(jìn)水管道入口處，根據(jù)生產(chǎn)用水量的實際需要，既可單臺使用，也可多臺并聯(lián)運行。旋轉(zhuǎn)式濾水器的基本工作原理是根據(jù)旋轉(zhuǎn)式濾水器進(jìn)水口、出水口之間的水位壓力差來控制旋轉(zhuǎn)式濾水器的除雜排污。 正常濾水過程：由于旋轉(zhuǎn)式濾水器進(jìn)水與出水口的水流正常，產(chǎn)生的壓力差低于差壓控制器設(shè)定值，因此，差壓控制器內(nèi)微動開關(guān)無動作輸出，原水正常過濾。 除雜排污過程：由于旋轉(zhuǎn)式過濾器長時間過濾原水，勢必在濾水器內(nèi)的過濾孔中阻塞大量的水中漂浮物，使得進(jìn)水口的水壓大于出水口的水壓，出水量減少，進(jìn)、出水口產(chǎn)生的壓力差高于差壓控制器設(shè)定值，這時差壓控制器內(nèi)微動開關(guān)動作輸出，常開觸點閉合，接通控制系統(tǒng)進(jìn)行除雜排污。除雜排污后旋轉(zhuǎn)式濾水器又恢復(fù)正常濾水狀態(tài)，生產(chǎn)供水系統(tǒng)安全運行。旋轉(zhuǎn)式濾水器控制框圖如圖11-11所示。 圖11-11 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制框圖 2．控制要求 (1) 手動調(diào)試和檢修 SA1手柄指向左45時，接點SA1-1接通，通過SB1、SB2控制按鈕，手動開/關(guān)電動閥，通過SB3、SB4控制按鈕，手動開/關(guān)濾水器電動機，以便于系統(tǒng)調(diào)試和檢修。 (2) 人工除雜排污 SA1手柄指向右45時，接點SA1-2接通，人工起動、停止旋轉(zhuǎn)式濾水器進(jìn)行除雜排污。 (3) 定時自動除雜排污：SA1手柄回零位時，若原水中雜物較少，固體漂浮物也較少，因此，水處理車間的旋轉(zhuǎn)式濾水器長時間正常濾水，不能進(jìn)行差壓自動除雜排污。由于旋轉(zhuǎn)式濾水器長時間置于水中，各個機械傳動機構(gòu)會銹蝕，影響過濾和除雜排污或?qū)е滦D(zhuǎn)式濾水器損壞，因此，需要具有定時自動除雜排污功能。 (4) 差壓自動除雜排污 SA1手柄回零位時，若濾水器進(jìn)、出水口產(chǎn)生的壓力差高于差壓控制器設(shè)定值時，旋轉(zhuǎn)式濾水器自動進(jìn)行除雜排污，直到濾水器進(jìn)、出水口產(chǎn)生的壓力小于差壓控制器設(shè)定值時，旋轉(zhuǎn)式濾水器自動停止除雜排污，恢復(fù)正常濾水狀態(tài)。 (5) 超壓停機 旋轉(zhuǎn)式濾水器內(nèi)部的過濾孔被小顆粒雜物堵死無法排出，進(jìn)、出水口的壓力差較高，雖然進(jìn)行了除雜排污，但是進(jìn)、出水口的壓力差仍然未能降到正常值，差壓控制器內(nèi)微動開關(guān)長時間動作（8～10min），需要立即停車，并發(fā)出聲光報警。 (6) 計數(shù)功能 該設(shè)備不管進(jìn)行了哪種形式的除雜排污，每次進(jìn)行除雜排污后都要有記錄，因此需要記錄除雜排污次數(shù)（5位）。 (7) 減速機潤滑 在旋轉(zhuǎn)式濾水器上裝有行星擺線針輪減速機，由輸油泵將油室中的潤滑油源源地送入減速機，液壓泵拖動電動機與濾水器電動機同步運行。 (8) 除雜排污閥門的電動裝置 內(nèi)設(shè)三相交流異步電動機380V/60W、閥門限位開關(guān)和電動機過熱保護(hù)，通過正、反相運行實現(xiàn)開閥、關(guān)閥功能。 (9) 其他 必要的電氣聯(lián)鎖與保護(hù)，受控對象運行狀態(tài)顯示等。 10) 相關(guān)參數(shù) 1) 濾水器電動機M1：Y系列，AC380V，1.5 kW，6極；液壓泵電動機M2：Y系列，AC380V，70W，4極；減速機4極減速；電動閥電動機M3：AC380V，60W，電動閥自帶。 2) 差壓變送器測量范圍：0.3～0.8MPa可調(diào)，電感性電接點輸出：AC220V，1A。 3) 指示燈HL：10mA，DC24V。 4) 電鈴HA：8W，AC220V。 11) 控制信號說明見表11-9。 表11-9 控制信號說明 輸 入 輸 出 文字符號 說 明 文字符號 說 明 SA1-1 手動控制轉(zhuǎn)換開關(guān) KM1 開電動閥接觸器 SA1-2 人工除雜排污控制轉(zhuǎn)換開關(guān) KM2 關(guān)電動閥接觸器 SB1 手動開電動閥按鈕 KM3 濾水器、液壓泵運行接觸器 SB2 手動關(guān)電動閥按鈕 HL1 手動控制指示燈 SB3 手動開濾水器、液壓泵按鈕 HL2 人工除雜排污指示燈 SB4 手動關(guān)濾水器、液壓泵按鈕 HL3 定時自動除雜排污指示燈 KP 差壓變送器信號 HL4 差壓自動除雜排污指示燈 KM1 開電動閥信號 HL5 故障指示燈 KM2 關(guān)電動閥信號 HL6 開電動閥指示燈 KM3 濾水器、液壓泵運行信號 HL7 關(guān)電動閥指示燈 FR 電動機過載信號 HL8 濾水器、液壓泵運行指示燈 SQ1 電動閥打開限位開關(guān) HA 報警電鈴 SQ2 電動閥關(guān)閉限位開關(guān) H 除雜排污次數(shù)顯示（5位） 3．設(shè)計任務(wù) 1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)式濾水器電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。 2) 根據(jù)控制要求，編制旋轉(zhuǎn)式濾水器控制PLC應(yīng)用程序，有條件可以利用模擬開關(guān)板調(diào)試程序，模擬運行。 3) 編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括： ① 設(shè)計過程和有關(guān)說明。 ② 基于PLC的旋轉(zhuǎn)式濾水器電氣控制系統(tǒng)電路圖。 ③ PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 ④ 電器元器件的選擇和有關(guān)計算。 ⑤ 電氣設(shè)備明細(xì)表。 ⑥ 參考資料、參考書及參考手冊。 ⑦ 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設(shè)計的認(rèn)識和建議等。 六、搶答器PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 1．設(shè)備概況 實用搶答器的這一產(chǎn)品是各種競賽活動中不可缺少的設(shè)備，無論是學(xué)校、工廠、軍隊還是益智性電視節(jié)目，都會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有的各種各樣的智力競賽搶答器絕大多數(shù)是早期設(shè)計的，只具有搶答鎖定功能的一個電路，以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品，這部分搶答器已相當(dāng)成熟?，F(xiàn)在的搶答器具有倒計時、定時、自動（或手動）復(fù)位、報警（即聲響提示，有的以音樂的方式來體現(xiàn)）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種功能。但功能越多的電路相對來說就越復(fù)雜，且成本偏高，故障高，顯示方式簡單(有的甚至沒有顯示電路)，無法判斷提前搶按按鈕的行為，不便于電路升級換代。本設(shè)計要求就是利用PLC作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號的產(chǎn)生，用PLC本身的優(yōu)勢使競賽真正達(dá)到公正、公平、公開。 2．控制要求 1）搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。 2）設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。 3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 4）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后，定時器進(jìn)行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。 5）參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 6）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。 3．設(shè)計任務(wù) 1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行搶答器PLC控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。 2) 根據(jù)控制要求，編制搶答器PLC控制應(yīng)用程序。 3) 編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括： ① 設(shè)計過程和有關(guān)說明。 ② 基于PLC的搶答器電氣控制系統(tǒng)電路圖。 ③ PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 ④ 電器元器件的選擇和有關(guān)計算。 ⑤ 電氣設(shè)備明細(xì)表。 ⑥ 參考資料、參考書及參考手冊。 ⑦ 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設(shè)計的認(rèn)識和建議等。 七、臥式車床電氣控制系統(tǒng) 1．設(shè)備概況 車床是機床中應(yīng)用最廣