机械毕业设计（论文）-PLC控制柜的安装与设计理念【全套图纸】.doc

全日制高等职业天津滨海职业学院教育毕业实践环节毕业设计（典型性项目）说明书PLC控制柜的安装与设计理念全套图纸，加153893706 作者： 院系：天津滨海职业学院机电工程系 专业： 机电一体化 年级：2011级 学号：20110141339 指导教师： 时间：2014年3月 主要内容简介随着工业技术的发展，在低压供电系统中启用控制柜越来越多，特别是机加工车间线路里面采用集中控制线路的原则更加需要控制柜。控制柜的安装与设计是否合理关系到整个生产线设备安全可靠的运行。控制柜在机加工车间里起到分配电能，及控制设备电源的作用，控制柜的设计与制作首先考虑的是控制对象的负荷功率的大小，根据负荷的大小才能正确地选用低压电器。根据实际需要，这次毕业设计主要是围绕电气柜的合理安装与设计，我的思路是安全，可靠、经济、美观、操作方便等等。关键词：控制柜，合理安装，电路设计目 录第一章 PLC控制柜基本简介4第一节 PLC控制柜结构4第二节 PLC控制柜组件的划分5本章小结6第二章 安装PLC控制柜过程7第一节 PLC 控制柜的安装全过程7第二节 PLC 控制柜接线错误案例12本章小结14第三章 PLC电控柜的安装接线规范15第一节 PLC元气件的安装15第二节 PLC二次回路布线18第三节 PLC一次回路布线20第四节 PLC电控布局24第五节 对PLC电控柜的日常维护与修养27第六节 PLC控制柜接线规范27 本章小结 29第四章 PLC控制柜电机运行原理29第一节 常用控制柜电机控制运行原理29本章小结32附录33结束语35参考资料36第一章 PLC控制柜基本简介第一节 PLC控制柜结构一、PLC控制柜简述 PLC，programmable logic controller (PLC)，可编程控制柜，控制柜指成套的控制柜,可实现电机,开关的控制的电气柜。PLC综合控制柜具有过载、短路、保护等保护功能。它具有结构紧凑、工作稳定、功能齐全。可以根据实际控制规摸大小，进行组合，既可以实现单柜自动控制，也可以实现多柜通过工业以太网或工业现场总线网络组成集散（DSC）控制系统。 PLC控制柜能适应各种大小规模工业控制场合。广泛应用在电力、冶金、化工、造纸、环保污水处理等行业中。典型应用领域：恒压供水、空压机、风机水泵、中央空调、港口机械、机床、锅炉、造纸机械等等。 二、PLC控制柜结构（一）PLC控制柜一般包括以下五部分:1空气开关一个总的空气开关，这个是整个柜体的电源控制。每个柜子都必须要有的一个东西。2 PLC这个要根据工程需要选择。打个比方如果工程小可以直接就是一个一体化的PLC 但如果工程比较大 可能就需要模块、卡件式等等。3 电源一个24VDC的开关电源，大多数的PLC都是自带24VDC的电源，根据是否确实需要来定是否要这个开关电源。4继电器一般PLC是可以直接将指令发到控制回路里，但也可能先由继电器中转。打个比方，如果你PLC的输出口带电是24VDC的，但是你的控制回路里画的图需要PLC供的节点却是220VAC的，那么你就必须在PLC输出口加上一个继电器，即指令发出时继电器动作，但后让控制回路的节点接到继电器的常开或常闭点上。5接线端子第二节 PLC电气控制柜组件的划分一、元气件组件的划分 由于各种电器元件安装位置不同，在构成一个完整的电气控制系统时，就必须划分组件，划分组件的原则是：1.把功能类似的元件组合在一起；2尽可能减少组件之间的连线数量，同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中；3.让强弱电控制器分离，以减少干扰；4.为力求整齐美观，可把外形尺寸、重量相近的电器组合在一起； 5.为了电气控制系统便于检查与调试，把需经常调节、维护和易损元件组合在一起;6.在划分电气控制柜组件的同时要解决组件之间、电气箱之间以及电气箱与被控制装置之间的连线方式，电气控制柜各部分及组件之间的接线方式一般应遵循以下原则：(1)开关电器、控制板的进出线一般采用接线端头或接线鼻子连接，这可按电流大小及进出线数选用不同规格的接线端头或接线鼻子；(2)电气柜、控制柜、柜(台)之间以及它们与被控制设备之间，采用接线端子排或工业联接器连接；(3)弱电控制组件、印制电路板组件之间应采用各种类型的标准接插件连接 (4)电气柜、控制柜、柜(台)内的元件之间的连接，可以借用元件本身的接线端子直接连接，过渡连接线应采用端子排过渡连接，端头应采用相应规格的接线端子处理 本章小结 本章主要介绍了电气柜设计的一些基本理念与一些注意事项。第二章 安装PLC控制柜的全过程第一节 控制柜的安装全过程一、PLC控制柜面板的安装表一 面板安装作业表产品PLC控制柜工序1面板的安装人数1人作业步骤：1.面板元气件布局，一般先安装体积较大的用电器，如电力调整器。首先，按着图要求，（直尺作为辅助工具）找到它的定位尺寸，用铅笔或黑笔点出一个小点2.选择对应的钻头（常用5钻头），用手电钻开始在相应的位置开始钻孔 3.布局完毕，开始面板上各元气件的安装并用螺丝进行紧固4.将已布完元气件面板安装于控制柜内工艺要求：1.元气件布局应做到按图布局，尽量让其看起来美观并且拆装方便、方便布线2.面板和门之间的相互结合处要紧固整齐，开孔和边缘处无毛刺所用工具手电钻、直尺、十字螺丝刀图示二、PLC控制柜柜内布线表二 PLC控制柜布线作业表产品PLC控制柜工序2柜内 布线人数1人作业步骤：1线号管准备：将已打的线号管备好，并用双面胶粘于一块硬纸板上，方便使用。2. 开始拨线：截取适量长度的电线，线头部分剥线，拨线长度在0.8cm左右。3. 紧压端子：在拨线部位压上红色绝缘端子。4. 接线：将电线头套上已打印好的线号管（线号管上的符号必须与之接线的地方互相对应上）穿入布线槽内 ，接着开始按照图纸指示布线，做到线尽量都放入线槽内部，最后用十字螺丝刀拧紧已接入端子端，注意：DC回路与AC回路应尽可能分开布线。5. 线检：接线完毕开始进行接线校正，可用到万用表，此处应严格按照图纸进行。工艺要求：1.PLC控制柜内的元气件的连接必须保证牢固、可靠、符合规范。2.接线时首要条件是确保不配错、接错线。3.每根导线的两端必须套号码管，号码管长度应一致，号码管的方向应以导线到接头端走向读数方向为依据，号码必须与电路中的线号相同。4.剥线时不能伤到金属线。5.剥线时线头、绝缘皮等杂物要注意不能掉入电器元件中，防止造成元器件接触不良、短路等故障。6.所有端子必须使用规定端子，且必须用专用的工具来压紧。7.导线与端子联接处不能有毛刺，即不能压到绝缘层，又不能使用导体裸露部分大于2mm。8.各元器件的紧固螺钉都必须使用适合的工具紧固，避免因工具选择不当而导致线路接触不良及损坏元件。9.各元器件的紧固螺钉都必须使用适合的工具紧固，避免因工具选择不当而导致线路接触不良及损坏元件。10.连接导线在走线槽内不能散乱。应尽量靠槽边走线，以达到行线路径有序。所用工具剥线钳、压线钳、万用表、十字螺丝刀图示附：主电路布线图三、 PLC控制柜线槽的安装表三 PLC控制柜线槽安装作业表产品PLC控制柜工序3线槽安装人数1人作业步骤：1. 此过程比较简单，首先应选好尺寸对应的槽盖。2. 量好各个线槽所对应需要的槽盖尺寸，进行截取。3. 截取完毕，即可安装。所用工具直尺、壁纸刀（剪刀）图示第二节 PLC 控制柜接线错误案例一、 PLC控制柜错图示例表一 PLC控制柜错图示例序列故障实列图示1在PLC接线中，输出线Q0.1绿与Q1.0红线在输出端压一起2线漏于线槽外面31）空气开关QF4上，输入端N、L线与输出端N、L线反接2）QF3上输出输入L端线号相同，无法区分输出与输入4变压器输入端接入2根零线5继电器线号管没打线号本章小结 这一章主要将PLC控制柜安装过程及其常见的接线错误示例。第三章 PLC电控柜的安装接线规范第一节 PLC元气件的安装规范一元气件安装规范为了保证元气件安装的统一性，下面为元气件安装时的安装规范：1.组装前首先看明图纸及技术要求，检查产品型号、元器件型号、规格、数量等与图纸是否相符。2.严格按照图纸安装，元器件组装顺序应从板前视，由左至右，由上至下， 同一型号产品应保证组装一致性。4. 面板、门板上的元件中心线的高度应符合规定，下表是一些基本元气件的规定高度表一 元气件安装高度规定表元件名称安装高度（m）指示仪表、指示灯0.6-2.0电能计量仪表0.6-1.8控制开关、按钮0.6-2.0紧急操作件0.8-1.6 二、元气件的安装元气件的安装完成后应符合以下条件：1操作方便，元器件在操作时，不应受到空间的防碍，不应有触及带电体的可能。 2维修容易。能够较方便地更换元器件及维修连线。3各种电气元件和装置的电气间隙应符合规定。4组装所用紧固件及金属零部件均应有防护层，对螺钉过孔、边缘及表面的毛刺、尖锋应打磨平整后再涂敷导电膏。5对于螺栓的紧固应选择适当的工具，不得破坏紧固件的防护层，并注意相应的扭距。6对于发热元件(例如管形电阻、散热片等)的安装应考虑其散热情况，安装距离应符合元件规定。7所有电器元件及附件，均应固定安装在支架或底板上，不得悬吊在电器及连线上。8接线面每个元件的附近有标牌，标注应与图纸相符。 9端子的标识: 标号应完整、清晰、牢固。标号粘贴位置应明确、醒目。如图1所示：图1端子标识图10安装于面板、门板上的元件、其标号应粘贴于面板及门板背面元件下方，如下方无位置时可贴于左方，但粘贴位置尽可能一致，如图2所示。 图2标号粘贴图11柜内任意两个金属部件通过螺钉连接时如有绝缘层均应采用相应规格的接地垫圈并注意将垫圈齿面接触零部件表面（红圈处），或者破坏绝缘层。如图3所示： 图3垫片安放图12. 门上的接地处（红圈处）要加“抓垫”，防止因为油漆的问题而接触不好，而且尽量短。如图4所示：图4加抓垫图 第二节 PLC二次回路布线 PLC二次回路布线的基本要求：按图施工、连线正确。 二次线的连接（包括螺栓连接、插接、焊接等）均应牢固可靠， 线束应横平竖直，配置坚牢，层次分明，整齐美观，见图5。 图5 PLC布线图一、PLC二次回路布线工艺要求：1. 二次线截面积要求：单股导线 不小于1.5mm2多股导线 不小于1.0mm2弱电回路 不小于0.5mm2电流回路 不小于2.5mm2保护接地线 不小于2.5mm22.所有连接导线中间不应有接头。3. 每个电器元件的接点最多允许接2 根线。4.每个端子的接线点一般不宜接二根导线，特殊情况时如果必须接两根导线，则连接必须可靠。5. 电流表与分流器的连线之间不得经过端子，其线长不得超过3 米。二、常用电气元气件的连接1.弹簧端子的联接导线的剥线长度：10 mm导线插入端子口中，直到感觉到导线已插到底部，如图6所示：图6 弹簧端子的连接2.屏蔽电缆的连接，见下图7： 1）拧紧屏蔽线至约15 mm 长为上； 2）用线鼻子把导线与屏蔽压在一起； 3）压过的线回折在绝缘导线外层上； 图7电缆连接3.用热缩管固定导线连接的部分，见图8：图8热缩管穿线第三节 PLC一次回路布线一、一次配线操作选择 1.一次配线应尽量选用矩形铜母线，当用矩形母线难以加工时或电流小100A时， 可选用绝缘导线。接地铜母排的截面面积电柜进线母排单相截面面积1/2 下图为接地母排与接地端子示意图图9接地母排2.汇流母线应按设计要求选取，主进线柜和联络柜母线按汇流选取，分支母线的选择应以自动空气开关的脱扣器额定工作电流为准，如自动空气开关不带脱扣器，则以其开关的额定电流值为准。对自动空气开关以下有数个分支回路的，如分支回路也装有自动空气开关，仍按上述原则选择分支母线截面。如没有自动空气开关，比如只有刀开关、熔断器、低压电流互感器等则以低压电流互感器的一侧额定电流值选取分支母线截面。如果这些都没有，还可按接触器额定电流选取，如接触器也没有，最后才是按熔断器熔芯额定电流值选取。3.铜母线载流量选择需查询有关文档，聚氯乙烯绝缘导线在线槽中，或导线成束状走行时，或防护等级较高时应适当考虑裕量。 4.母线应避开飞弧区域。5.电缆与柜体金属有摩擦时，需加橡胶垫圈以保护电缆，见图10： 图10多加橡胶垫圈6.电缆连接在面板和门板上时，需要加塑料管和安装线槽，柜体出线部分为防止锋利的边缘割伤绝缘层，必须加塑料护套。如图11，图12所示： 图11加塑料护套 图12错误接法7.柜体内任意两个金属零部件通过螺钉连接时如有绝缘层均应采用相应规格的接地垫圈, 并注意将垫圈齿面接触零件表面，以保证保护电路的连续性。8.当需要外部接线时，其接线端子及元件接点距结构底部距离不得小于200mm，且应为 连接电缆提供必要的空间。9.提高柜体屏蔽功能，如需要外部接线，出线时，需加电磁屏蔽衬垫，柜体孔缝要求为求缝长或孔径小于 / (10100）。如果需要在电柜内开通风窗口，交错排列的孔或高频率分布的网格比狭缝好，因为狭缝会在电柜中传导高频信号。柜体与柜门之间的走线，必须加护套，否则容易损坏绝缘层。二、螺栓紧固标识 1.生产中紧固的螺栓应标识蓝色 2.检测后的紧固的螺栓应标识红色三、附注栏： 1.铜排冲孔应注意去毛刺，尤其是方孔时。 2.绝缘支撑厚度应不大于10mm，要注意检查。 3.装元器件之前要看看说明书，否则装完后不易查出。 4.大截面积铜排联接后要用塞尺复检，注意平垫的使用。 5.不同电压等级的端子要分开。 6.门内线槽不能用双面胶粘贴，可以502，注意别留缝隙。 7.用于外部接线端子的线槽应加大。 8.线槽不要与主回路输出端太近。 9.成柜要做出厂检验。 10.导线经过隔板时要加护套。 11.导线中间不要有接头。 12.电缆支架要合理。 第四节 电柜布局电柜布局工艺要求1.为确保传动柜中的所有设备接地良好，使用短和粗的接地线连接到公共接地点或接地母排上。连接到变频器的任何控制设备(比如一台PLC)要与其共地，同样也要使用短和粗的导线接地。 2.如果设备运行在一个对噪声敏感的环境中，可以采用EMC 滤波器减小辐射干扰。同时为达到最优的效果，确保滤波器与安装板之间应有良好的接触。如图13所示： 图13EMC滤波器 3.信号线最好只从一侧进入电柜，信号电缆的屏蔽层双端接地。如果非必要，避免使用长电缆。控制电缆最好使用屏蔽电缆。模拟信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线。低压数字信号线最好使用双屏蔽的双绞线，也可以使用单屏蔽的双绞线。模拟信号和数字信号的传输电缆应该分别屏蔽和走线。不要将24VDC 和115/230VAC 信号共用同一条电缆槽！4.电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90度角交叉。同时必须用合适的夹子将电机电缆和控制电缆的屏蔽层固定到安装板上。5.为有效的抑制电磁波的辐射和传导，变频器的电机电缆必须采用屏蔽电缆，屏蔽层的电导必须至少为每相导线芯的电导的1/10。6.不能将装有显示器的操作面板安装在靠近电缆和带有线圈的设备旁边，例如电源电缆，接触器，继电器，螺线管阀，变压器等等，因为它们可以产生很强的磁场。 7.功率部件 (变压器，驱动部件，负载功率电源等等) 与控制部件 (继电器控制部分，可编程控制器) 必须要分开安装。但是并不适用于功率部件与控制部件设计为一体的产品，变频器和相关的滤波器的金属外壳，都应该用低电阻与电柜连接，以减少高频瞬间电流的冲击。理想的情况是将模块安装到一个导电良好，黑色的金属板上，并将金属板安装到一个大的金属台面上。 8.设计控制柜体时要注意EMC的区域原则，把不同的设备规划在不同的区域中。每个区域对噪声的发射和抗扰度有不同的要求。区域在空间上最好用金属壳或在柜体内用接地隔板隔离。并且考虑发热量，进风风扇与出风风扇的安装，一般发热量大的设备安装在靠近出风口处。进风风扇一般安装在下部，出风风扇安装在柜体的上部。如图14所示： 图14控制柜柜体示意图9.根据电柜内设备的防护等级，需要考虑电柜防尘以及防潮功能，一般使用的设备主要为： 空调，风扇，热交换器，抗冷凝加热器。同时根据柜体的大小合适的选择不同功率的设备。关于风扇的选择，主要考虑柜内正常工作温度，柜外最高环境温度，求得一个温差，风扇的换气速率，估算出柜内空气容量。已知三个数据：温差，换气速率，空气容量后，求得柜内空气更换一次的时间，然后通过温差计算求得，实际需要的换气速率。从而选择实际需要的风扇。第五节 电控柜的日常维护和检修电控柜的维护 1.检查电柜周围环境，利用温度计，湿度计，记录仪检查周围温度，气温一般都在-10C50C，周围湿度90%以下，查看有无冻结。 2.检查全部装置是否有异常振动，3.检查电源电压主回路电压是否正常4.拆下变频器接线，将端子R, S, T, U, V, W一齐短路，用DC500V级兆欧表测量它们与接地端子间的绝缘电阻。应在5M欧以上，加强紧固件，利用观察观察元件是否有发热的迹象。5.检查端子排是否损伤，导体是否歪斜，导线外层是否破损。6.检查变频器运行时，各相间输出电压是否平衡；进行顺序保护动作试验、显示、保护回路是否异常。 7.检查冷却系统是否有异常振动、异常声音，连接部件是否有松脱。第六节 PLC控制柜接线规范PLC控制柜安装规范为保证PLC控制柜性能的优良与外形的美观，每个控制柜在其接线时，必须按照PLC控制柜标准接线规定来连接，以下内容为它的标准操作规范：1.号码管必须正面向外，方便查看。最好选用有光泽的号码管。2.号码管必须与被接器件垂直，不得歪斜，方向一般为逆时针90。在线与线鼻子间套号码管必须保持套管位置的统一性，同一排号码管近乎水平。3.号码管两个重叠时，从正面看只能看见一个号码。此时线鼻子一正一反拼接，二者接触面为平整面。4.号码管的选择必须与线径一致，这样下端子接线号码管就不会脱落。5.压线端子的孔径与接线用的螺丝必须一致。6.压线端子必须使用规定的型号，必须与导线一致，压线时必须压紧，不可虚压。7.针管线鼻子的型号必须与导线线径一致，长短必须与被接物接线端相匹配，压线时也必须压紧，不能依靠螺钉固定时带紧。8.剥落的铜丝，绝缘皮，电线，扎带等不得落在柜内。9.所有接线端子螺丝，器件螺丝，安装螺丝、短接片螺丝必须拧紧。10.准确使用线径，导线的安全载流量必须大于器件的额定电流。11.柜门、侧板、底板等必须接地。12.柜内所有的接地必须与接地母排连成一体。13.铜排上的螺丝视铜排厚度，以方便，牢固为目的尽量攻丝。14.铜排A、B、C、PE（保护接地）、FE（屏蔽接地）必须贴上标记。15.粘块、扎带固定座在同一直线上的高度必须一致。16.柜子内部需要增加器件打孔时，必须做好保护工作，以免铁屑落入器件而烧毁。17.断线槽、导轨要平整其切割面，并不得有快口。18.所有电器元器件的说明书必须整理并保管好。19.连续器件：贴纸长度尽量与器件一致。20.完工后仔细检查端子排是否有漏接的线，标记条是否正确，并盖好盖板。本章小结 本章主要介绍了PLC电控柜的安装接线规范以及其注意点。第四章 PLC控制柜电机运行原理 常用控制柜电机控制运行原理 一、单向连续运转控制电路图15单向连续运转控制电路控制过程：1.按下按钮SB2线圈KM通电KM主触点闭合，辅助常开闭合自锁电动机连续运转。 2.按下停止按钮SB1线圈KM断电KM主触点辅助触点均断开电动机停止运转。 二、电动机正反转控制电路图 图16异步电动机正反转控制电路图图17接线图 图18梯形图控制过程：上图是三相异步电动机正反转控制的主电路和继电器控制电路图，其中，KM1和KM2分别是控制正转运行和反转运行的交流接触器。在梯形图中，将Y0和Y1的常闭触点分别与对方的线圈串联，可以保证它们不会同时为ON，因此KM1和KM2的线圈不会同时通电，这种安全措施在继电器电路中称为“互锁”。除此之外，为了方便操作和保证Y0和Y1不会同时为ON，在梯形图中还设置了“按钮联锁”，即将反转起动按钮X1的常闭触点与控制正转的Y0的线圈串联，将正转起动按钮X0的常闭触点与控制反转的Y1的线圈串联。设Y0为ON，电动机正转，这时如果想改为反转运行，可以不按停止按钮SB1，直接按反转起动按钮SB3，X1变为ON，它的常闭触点断开，使Y0线圈“失电”，同时X1的常开触点接通，使Y1的线圈“得电”，电机由正转变为反转。梯形图中的互锁和按钮联锁电路只能保证输出模块中与Y0和Y1对应的硬件继电器的常开触点心不会同时接通。由于切换过程中电感的延时作用，可能会出现一个接触器还未断弧，另一个却已合上的现象，从而造成瞬间短路故障。可以用正反转切换时的延时来解决这一问题，但是这一方案会增加编程的工作量，也不能解决不述的接触器触点故障引起的电源短路事故。如果因主电路电流过大或接触器质量不好，某一接触器的主触点被断电时产生的电弧熔焊而被粘结，其线圈断电后主触点仍然是接通的，这时如果另一接触器的线图通电，仍将造成三相电源短路事故。为了防止出现这种情况，应在PLC外部设置由KM1和KM2的辅助常闭触点组成的硬件互锁电路，假设KM1的主触点被电弧熔焊，这时它与KM2线圈串联的辅助常闭触点处于断开状态，因此KM2的线圈不可能得电。上图中的FR是作过载保护用的热继电器，异步电动机长期严重过载时，经过一定延时，热继电器的常闭触点断开，常开触点闭合。其常闭触点与接触器的线圈串联，过载时接触器线圈断电，电机停止运行，起到保护作用。有的热继电器需要手动复位，即热继电器动作后要按一下它自带的复位按钮，其触点才会恢复原状，即常用