电气控制系统设计的要求和步骤

电气控制系统设计的要求和步骤电气控制系统设计的要求和步骤 要完成好电气控制系统的设计任务，除掌握必要的电气设计基础知识外，还必须经过 反复实践，深入生产现场，将不断积累的经验应用到设计中来。课程设计正是为这一目的 而安排的实践性教学环节，它是一项初步的工程训练。通过课程设计的工作，了解一般电 气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。 本章主要讨论课程设计应达到的目的、要求、内容、深度及工作量。并通过实例介绍， 进一步说明课程设计的设计步骤。 电气设计包含原理设计和工艺设计两个方面，不能忽视任何一面，对于应用型人才更 应重视工艺设计。电气控制系统课程设计属于练习性质，不强调设计结果直接用于生产。 设计的目的、要求、任务及方法 一、设计目的 电气设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气 控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复 习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺 的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中 培养从事设计工作的整体观念。 电气设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能 力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际 工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力； 书写技术报告和编制技术资料的能力。 二、设计要求 为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点： (1)在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容，拟定设计任务书和工作 进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。 (2)在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导教师的帮助，同时要广泛讨论意见， 依据充分。在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。 (3)所有电气图纸的绘制必须符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、项目代 号、回路标号、技术要求、标题栏、元件明细表以及图纸的折叠和装订。 (4)说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。 (5)应在规定的时间内完成所有的设计任务。 (6)如果条件允许，应对自已的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能性。 三、设计任务 课程设计要求是以设计任务书的形式表达，设计任务书应包括以下内容： (1)设备的名称、用途、基本结构、动作原理以及工艺过程的简要介绍。 (2)拖动方式、运动部件的动作顺序、各动作要求和控制要求。 (3)联锁、保护要求。 (4)照明、指示、报警等辅助要求。 (5)应绘制的图样。 (6)说明书要求。 原理设计的中心任务原理设计的中心任务是绘制电气原理图和选用电器元件。工艺设计的目的是为了得到 电气设备制造过程中需要的施工图样。图样的类型、数量较多，设计中主要以电气设备总 体配置图、电器板元件布置图、接线图、控制面板布置图、接线图、电气箱以及主要加工 零件(电器安装底板、控制面板等)为练习对象。对于每位设计者只需完成其中一部分。原 理圈及工艺图样均应按要求绘制，元件布置图应标注总体尺寸、安装尺寸和相对位置尺寸。 接线图的编号应与原理图一致，要标注组件所有进出线编号、配线规格、进出线的连接方 式(采用端子板或接插板)。 四、设计方法及步骤 在接到设计任务书后，按原理设计和工艺设计两方面进行。 1原理图设计的步骤 (1)根据要求拟定设计任务。 (2)根据拖动要求设计主电路。在绘制主电路时，可考虑以下几个方面： 每台电动机的控制方式，应根据其容量及拖动负载性质考虑其启动要求，选择适当 的启动线路。对于容量小(7.5kw 以下)、启动负载不大的电动机，可采用直接启动对于大 容量电动机应采用降压启动。 根据运动要求决定转向控制。 根据每台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过电流控制措施。 根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种控制方式。 设置短路保护及其他必要的电气保护。 考虑其他特殊要求：调速要求、主电路参数测量、信号检测等。 (3)根据主电路的控制要求设计控制回路，其设计方法是： 正确选择控制电路电压种类及大小。 根据每台电动机的启动、运行、调速、制动及保护要求，依次绘制各控制环节(基本 单元控制线路)。 设置必要的联锁(包括同一台电动机各动作之间以及各台电动机之间的动作联锁)。 设置短路保护以及设计任务书中要求的位置保护(如极限位、越位、相对位置保护)、 电压保护、电流保护和各种物理量保护(温度、压力、流量等)。 根据拖动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环、工艺参数 测量等控制。 按需要设置应急操作。 (4)根据照明、指示、报警等要求设计辅助电路。 (5)总体检查、修改、补充及完善。主要内容包括： 校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。 检查接触器、继电器、主令电器的触点使用是否合理，是否超过电器元件允许的数 量。 检查联锁要求能否实现。 检查各种保护能否实现。 检查发生误操作所引起的后果与防范措施。 (6)进行必要的参数计算。 (7)正确、合理地选择各电器元件，按规定格式编制元件目录表。 (8)根据完善后的设计草图，按 GB/T 6988 电气制图标准绘制电气原理线路图，并按 GB/T 5094-1985电气技术中的项目代号要求标注器件的项目代号，按 GB 4884- 1985绝缘导线的标记的要求对线路进行统一编号。 2工艺设计步骤 (1)根据电气设备的总体配置及电器元件的分布状况和操作要求划分电器组件，绘制电 气控制系统的总装配图和接线图。 (2)根据电器元件的型号、外形尺寸、安装尺寸绘制每一组件的元件布置图(如电器安装 板、控制面板、电源、放大器等)。 (3)根据元件布置图及电气原理编号绘制组件接线图，统计组件进出线的数量、编号以 及各组件之间的连接方式。 (4)绘制并修改工艺设计草图后，便可按机械、电气制图要求绘制工程图。最后按设计 过程和设计结果编写设计说明书及使用说明书。 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 专业：专业：机电工程 题目：题目： 单单 片片 机机 应应 用用 系系 统统 设设 计计 （一）（一） 机械手自动分拣工件机械手自动分拣工件 要求：要求：1。机械手将传送带 A 上的大号物品传送到传送带 B 上，其他小号的物品让其流走.机 械手的结构和各部分动作过程的示意如图 1 所示。 机械手所有的动作均由液压驱动，上升，下降，左移，右移均由(双线圈)三位四 通电磁阀控制，夹紧，放松用一个(单线圈)二位四通电磁阀控制，通电夹紧，断 电放松。 所有电磁线圈驱动电源：直流， 电压 24V，电流 1A,位置检测用：行 程开关，光电开关，压力继电器。 2系统操作可实现单循环，自动循环功能。 3设计单片机的控制系统和输入/输出信号调理电路及功率驱动电路原理图。 4设计控制系统程序流程图并用汇编语言编写其中的某一段程序。 5设计操作台面板布置示意图。 6编写设计说明书和使用说明书。 7在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单，经济。 进程安排进程安排: (共 周) 动员,查找 资料 分析控制对 象,拟定设计 方案 设计 I/O 信 号调理电路 功放电路图 设计控制系 统电路图及 操作面板 设计控制程 序 编写设计说 明书和使用 说明书 答 辩 天天天天天天天 学生班级:_ 姓名:_ 指导教师:_ 日期:_ 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 专业：专业：机电工程 题目：题目： 单片机应用系统设计（二）单片机应用系统设计（二） 机械手自动搬运工件机械手自动搬运工件 要求：要求：1工件在左工作台上加工完第一道工序后机械手将其搬到右工作台上进行第二道 工序加工.请设计机械手将左工作台上的工件搬到右工作台上的控制系统。机械 手的结构和各部分动作过程如示意图 1 所示。 机械手所有的动作均由液压驱动，上升，下降，左移，右移均由(双线圈)三位四 通电磁阀控制，夹紧，放松用一个(单线圈)二位四通电磁阀控制，通电夹紧，断 电放松。 所有电磁线圈驱动电源：直流， 电压 24V，电流 1A,位置检测用：行 程开关，光电开关，压力继电器。 2系统操作可实现单循环，自动循环功能。 3设计单片机的控制系统和输入/输出信号调理电路及功率驱动电路原理图。 4设计控制系统程序流程图并用汇编语言编写其中的某一段程序。 5设计操作台面板布置示意图。 6编写设计说明书和使用说明书。 7在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单，经济。 进程安排进程安排: (共 周) ,查找资料 分析控制对 象,拟定设计 方案 设计 I/O 信 号调理电路 功放电路图 设计控制系 统电路图及 操作面板 设计控制程 序 编写设计说 明书和使用 说明书 答 辩 天天天天天天天 学生班级:_ 姓名:_ 指导教师:_ 日期:_ 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 专业：专业：机电工程 题目：题目： 单片机应用系统设计（三）单片机应用系统设计（三） 上料小车自动往返定位加料上料小车自动往返定位加料 要求要求: 1. 小车结构及工作示意图如图 1 所示: 小车左右行驶及车门开关操作均由三相交流异步电动机驱动，功率为 3KW.电动 机的主控制电器为接触器， 其接触器的电磁线圈驱动电压：交流 220V，电流 0.5A 加料呼叫由按钮发出,加料定位由行程开关检测。 2工作要求：（1）按下停止按钮后小车行驶到 LS1 原位停止. （2）当呼叫的按钮 PB 按下时，小车运行至呼叫的 PB 位置后停止， 打开车门，下料 10S 后关车门,难后返回到 LS1 原位停止,并关门 上料 8S. 3系统操作可实现单步，自动行驶功能。 4设计单片机的控制系统和输入/输出信号调理电路及功率驱动电路原理图。 5设计控制系统程序流程图并用汇编语言编写其中的某一段程序。 6设计操作台面板布置示意图。 7编写设计说明书和使用说明书。 8在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单，经济。 进程安排进程安排: (共 周) 查找资 料 分析控制对 象,拟定设计 方案 设计 I/O 信 号调理电路 功放电路图 设计控制系 统电路图及 操作面板 设计控制程 序 编写设计说 明书和使用 说明书 答 辩 天天天天天天天 学生班级:_ 姓名:_ 指导教师:_ 日期:_ 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 专业：专业：机电工程 题目：题目： 单片机应用系统设计（四）单片机应用系统设计（四） 金属板自动剪切设备金属板自动剪切设备 要求：要求：1。按照设定的长度自动剪切金属板。其设备的结构及工作过程见示意图 1。 （1）金属板前端通过光电开关时，开始记录接近开关发出的脉冲信号，多齿凸 轮与电机同轴转动，由接近开关检测凸齿产生的脉冲信号。 （2）电机转至脉冲数为 4900 时减速，5000 时停止。 （3）当脉冲信号达 5000 个时，切刀下降将金属板切断，切刀下到位后切刀返 回，当切刀返回到位后再启动电动机（高速） ，传送金属板。 （4）传送带, 切刀均由三相交流异步电动机驱动，功率为 5.5KW.电动机的主 控电器为接触器，其接触器的电磁线圈驱动电压：交流 220V，电流 0.5A， （5）位置检测由接近开关检测，信号输出形式：集电极开路。 2系统操作可实现单循环，自动循环功能。 3设计单片机的控制系统和输入/输出信号调理电路及功率驱动电路原理图。 4设计控制系统程序流程图并用汇编语言编写其中的某一段程序。 5设计操作台面板布置示意图。 6编写设计说明书和使用说明书。 7在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单，经济。 进程安排进程安排: (共 周) 查找资 料 分析控制对 象,拟定设计 方案 设计 I/O 信 号调理电路 功放电路图 设计控制系 统电路图及 操作面板 设计控制程 序 编写设计说 明书和使用 说明书 答 辩 天天天天天天天 学生班级:_ 姓名:_ 指导教师:_ 日期:_ 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 专业：专业：机电工程 题目：题目： 单单 片片 机机 应应 用用 系系 统统 设设 计计 （五）（五） 传送带电机控制示 要求：要求：1.下图为一传送带电机控制示意图，控制要求如下： （1）按动启动按钮后，电动机 3 启动，金属板在传送带上向图中所示方向输送，其位置 由接近开关检测； （2）当金属板到达两传送带邻接处时传感器 3 接受到信号，启动电动机 2； （3）当传感器 2 接受到信号时，启动电动机 1； （4）当金属板离开电动机 2 拖动的传送带进入电动机 1 拖动的传送带时，传感器 2 的信 号消失，此时启动定时器 T1，定时 2s 后控制电动机 2 停止； （5）传感器 1 接受到信号，指挥下一级的 机构动作（可不考虑） ； (6) 当金属板离开电动机 1 拖动的传送带后，传感器 1 的信号消失，此时启动定时器 T2，定时 2s 后控制电动机 1 停止。 2系统操作可实现单循环，自动循环功能。 3设计单片机的控制系统和输入/输出信号调理电路及功率驱动电路原理图。 4设计控制系统程序流程图并用汇编语言编写程序。 5设计操作台面板布置示意图。 6编写设计说明书和使用说明书。 7在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单，经济。 进程安排进程安排: (共 周) 动员,查找 资料 分析控制对 象,拟定设计 方案 设计 I/O 信 号调理电路 功放电路图 设计控制系 统电路图及 操作面板 设计控制程 序 编写设计说 明书和使用 说明书 答 辩 天天天天天天天 学生班级:_ 姓名:_ 指导教师:_ 日期:_ 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 专业：专业：机电工程 题目题目： 小型废水处理系统中的单片机控制系统设计（小型废水处理系统中的单片机控制系统设计（6） 1SBR 废水处理工艺的技术要求废水处理工艺的技术要求 SBR 废水处理技术是一种高效废水回用的处理技术。本设计采用优势菌技术对校园生 活污水进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花术、冲洗厕所及车辆等，从而 达到节约水资源的目的。 在设计 SBR 废水处理系统方案时，充分考虑到现实生活中校园生活区较为狭小的特点， 设计中力求达到设备体积小，性能稳定、工程投资少的目的。由于在废水处理过程中环境 温度对菌群代谢产生的作用直接影响了废水处理效果，故设计中采用地埋式砖混结构处理 池以降低温度对处理效果的影响。同时由于 SBR 废水处理技术具有工艺参数变化大、硬件 设计选型与设备调试比较复杂的特点，因此在处理系统中采用了先进的 PLC 控制技术作为 系统控制核心，以提高 SBR 废水处理的效率，方便操作和使用。 SBR 废水处理系统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电气控制箱以及水泵、罗 茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成。在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置了 液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。 在污水处理的第一阶段，当污水池中的水位处于低水位或无水状态(叉称待纳水状态) 时，电动阁会自动开启纳入污水。当污水池纳入的污水至正常水位(高水位)时，电动阀自 动关闭，污水池中污水呈微氧和厌氧状态。 在污水处理的第二阶段，采用了能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、 平衡菌群的 pH 值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。整个好氧时间一般需要 68h(曝气时间)。在曝气管路上设计安装了排空电磁阀，当电动阀阀门自动关闭后，排空 电磁阀开启，罗茨风机延时启动(空载)，排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当曝气处理 结束后，排空电磁阀再次开启，罗茨风机停机(空载)，排空电磁阀延时关闭。曝气风机须 在无负荷条件下的启动和停止，能起到保护电机和风机的作用。一般经过 0.5h 的水质沉淀， PLC 下达启动清水泵(1#泵)指令，将沉淀后的水泵人到清水池。当清水池中的水位升至正 常液面(高水位)时，1#清水泵自动停止运行。这时 2#清水泵自行启动向中水箱泵水，当水 箱内达到高水位时(正常液面)，2#清水泵自动停止运行，这时中水箱内的水全部完成处理 过程。 如上所述，当中水箱内水位降至低水位时(正常液面)，2#清水泵又自动启动向中水精 泵水。当污水池中的水位降至低水位时(正常液面)，电动阀门会自动打开继续向污水池纳 入污水。如此循环往复。SBR 废水处理系统示意图见图 11-1。 由于 SBR 废水处理技术针对污水的水质不同而选用的生物菌群不同，工艺要求也有所 不同，因此要求电气控制系统应具有参数可修正功能，以满足废水处理的要求。 2选用动力设备的要求选用动力设备的要求 在 SBR 废水处理系统中所使用的动力设备(水泵、罗菠风机、电动阀)，均采用三相交流 异步电动机。电动机应选配 Y 系列防水防潮型，电磁阀(220VAC)的选配也应符合防水防潮 要求。