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电气控制技术课程设计任务书 一、设计课目：花式喷水池PLC控制系统设计二、系统组成花式喷水池的喷头组成四圈同心圆环，见图1a。每个圆环上的喷头分别由一个电磁阀控制其出水。喷水泵（3kw）起动后，控制不同的电磁阀即可改变对应圆环上喷头的出水状态，以达到不同的观赏效果。为便于操作，设置了如图1b所示的控制面板。具体说明如下： 图1a.花式喷水池喷嘴布局示意图 图1b.花式喷水池控制开关面板图 图1a中，4为中间喷水管，3为内环喷水管，2为中环喷水管，1为外环喷水管。图1b中，选择开关用以来选择4种喷水花样（可选用组合开关，也可分别选用4个单独开关或按钮）；单步/连续开关为用来选择单步和连续两种工作方式，其他为单一功能开关或按钮。三、控制要求（1）电源开关接通后，按下启动按钮，喷水泵即开始工作。按下停止按钮，则停止喷水。工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。（2）“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水池反复循环运行。（3）方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，14号喷水管的工作方式选择如下：选择开关在位置“1”按下启动按钮后，4号喷水，延时2s，3号喷水，再延时2s，2号喷水，再延时2s，1号喷水，接着一起喷水15s，为一个循环。选择开关在位置“2”按下启动按钮后，1号喷水，延时2s，2号喷水，再延时2s，3号喷水，再延时2s，4号喷水，接着一起喷水30s，为一个循环。选择开关在位置“3”按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号同时喷水，1、3号停止喷；交替运行5次后，再14号全部喷水30s，为一个循环。选择开关在位置“4”按下启动按钮后，喷水池14号水管的工作顺序为：1234按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s后，1、2、3和4号水管分别延时2s停水，再等待1s，由4321反序分别延时2s喷水，然后再一起喷水30s，为一个循环。（4）不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。四、设计任务1、画出喷水管的管路图，选定所需泵和阀规格和型号；， 2、确定控制面板上主令电气的工作方式，及其规格、型号和生产商；3、列出所需器材的明细表（应包括：序号、文字符号、器材名称、规格、型号、生产商、安装位置）；4、完成电气控制原理图（主电路和PLC的控制电路）；5、完成控制箱内和面板的元器件布置与安装接线图；6、整理PLC的I/O地址表；7、编制PLC的控制流程及程序清单（应给出注视说明）；8、编制设计说明书（说明书格式见范例）。五、思考题如要求由外向内喷水高度逐级升高，你能设想出哪几种可供选择的方案？并作出自己的比较选择。电气控制技术课程设计任务书一、设计题目：自动饮料灌装机二、灌装生产流水线与灌装机灌装机用于液体或膏体装入预定的包装容器内，是自动化包装生产线上必要的设备。下图是饮用水自动化生产线的示意图。图1. 灌装生产线示意图1、精滤机：TLJ-1.5 过滤量3t/h，配套电机1.5KW2、超滤机：过滤量 1t/h3、搅拌罐：10001500mm4、硅藻土过滤机：GLL250-20，过滤量3t/h，电机1.5KW5、高位罐：1m36、冲瓶机：2800瓶/h，电机1100W7、紫外线消毒器：灯管 30W220V8、灌装机：1800瓶/h，电机370W9、检验灯箱：30W2220V10、封口机：1000瓶/h，电机370W11、输瓶机：输送线6m（工作台），动力头1个，电机1100W其中灌装机的实物照片如下:图2. 直线8头灌装机图3 灌装机工艺图待灌装的液体存储在上部的贮存箱内，灌装时打开贮存箱下部的阀门，液体靠自重经过管道流入包装瓶中，灌装时间采有定时方式。传送带（驱动电机功率0.3kw）依次输送包装瓶进行流水灌装，依靠光电传感器控制灌装定位。三、控制要求1、设置手动和自动两种工作方式；2、手动方式下，可分别单独控制传送带和放液阀，便于维护检修；3、自动方式：一旦启动，传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或光电传感器检测到瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到检测到下一个瓶子或停止开关动作。4、当瓶子输送到定位位置时，停顿1s，开始灌装，灌装过程为5s钟，灌装过程应有提示显示，5s后停止提示显示。提示方式为红灯以0.5s间隔闪烁； 5、以每24瓶为一箱，记录产品箱数；6、每隔8小时将记录产品箱数的计数器当前值转存至另一寄存器，作为一个工班的总箱数。然后对计数器自动清零，重新开始下个工班的计数。7、 可以手动对计数器清零（复位）四、设计任务1、控制箱的面板上除必要的控制按钮和指示灯外，还需设置产品箱数显示器；2、选定放液阀、光电传感器、控制电器和显示器的规格和型号和生产商；3、列出所需器材的明细表（应包括：序号、文字符号、器材名称、规格、型号、生产商、安装位置）；4、绘制工艺图，完成电气控制原理图（主电路和PLC的控制电路）；5、完成控制箱内和面板的元器件布置与安装接线图；6、整理PLC的I/O地址表；7、编制PLC的控制流程及程序清单（应给出内部寄存器的分配说明和程序注释）；8、编制设计说明书（说明书格式见范例）。五、思考题1、由于靠液体自重定时灌装，可能不能保证灌装的定量要求。为此增加称重检测的后续工段，请构思该工段需增添那些控制设备和器材，并描述该工段的控制流程。2、如能保持灌装机上部贮存箱的液位在一定的范围内变动（即不大起大落），将保证灌装的定量精度。请构思控制方案并描述控制过程。简单背景知识液体灌装机按灌装原理可分为常压灌装机、压力灌装机和真空灌装机。常压灌装机是在大气压力下靠液体自重进行灌装。这类灌装机又分为定时灌装和定容灌装两种，只适用于灌装低粘度不含气体的液体如牛奶、葡萄酒等。压力灌装机是在高于大气压力下进行灌装，也可分为两种：一种是贮液缸内的压力与瓶中的压力相等，靠液体自重流入瓶中而灌装，称为等压灌装；另一种是贮液缸内的压力高于瓶中的压力，液体靠压差流入瓶内，高速生产线多采用这种方法。压力灌装机适用于含气体的液体灌装，如啤酒、汽水、香槟酒等此机可配旋盖机、贴标机、喷码机、封箱装置，组成现代化企业的全自动生产线电气控制技术课程设计任务书一、设计题目： 热处理炉的PLC控制二、热处理及热处理炉热处理通常是将金属材料放在窑炉内经过加热、保温、冷却等处理过程，改变金属材料表面或内部的金相组织结构,达到改善其性能的一种热加工工艺，热处理炉是其中重要的设备。图1.热处理炉实物照片下图是某热处理炉的工艺图。图2.热处理炉工艺图该热处理炉分高温和低温两个烘区，由电阻加热器进行加热。工件从A位经1号电动门进入炉内低温区B位预热，再送入高温区C位继续加热。然后经2号电动门送至D位由轴流风机吹冷。A、B、C、D之间是等距离的，物料传送系统采用气缸推进，每从A位推进一块工件，则炉内工件依次被推至下个工位。气缸由电磁阀YV控制，工件推进到位，行程开关SQ5、SQ6被压下。两个电动门各由一台电动机驱动，电动机正转，门打开；电动机反转，门关闭。两个电动门开闭到位分别由行程开关SQ1SQ4发出信号。三、热处理工艺流程热处理的工艺流程见图3所示。图3.热处理的工艺流程图工件从1号电动门推入炉内的低温区预热15min，再进入高温区继续加热15min， 然后推出2号电动门，在D位风冷15min后，由电笛通知工人。上述预热、加热、风冷各工序均需15min。工件进出烘房及在烘房内的推进均由物料传送系统自动控制，每完成一个工序均由物料传送系统移动工件，以便操作下一步工序。工件连续不断地送入烘房，当第一个工件由低温区送入高温区的同时，第二个工件被送入低温区。炉内温度由电阻加热器加热，电阻加热器总功率为300kW，分为四组，分布在烘房壁上，以便进行温度调节。这四组电阻加热器的功率分别为100 kW、100 kW、50 kW、50 kW。开启烘房时，为缩短空烘房升温时间，提高烘房升温速率，让四组电阻加热器全部投入加热。当烘房高温区的温度超过200时，切除两组50 kW电阻加热器；当烘房温度超过250时，切除两组100 kW电阻加热器，同时接通两组50 kW电阻加热器；当烘房温度达到300时，使两组50 kW电阻丝投入PID自动运行方式，控制电阻丝的输出功率，以确保烘房高温区保持300恒温。要求用温度传感器测量烘房的温度。工件的热处理过程应在恒温条件下进行。风机将冷空气从风道送入烘房低温区预热后，再送入高温区继续加热。开启烘房时，应先接通风机，后接通电阻加热器；反之，关断烘房时，应先切断电阻加热器，然后停止风机运转。要求两个电动门有手动和自动两种控制方式。两个电动门既可以同时开闭，也可以单独开闭。电动门的上、下均装有行程开关，以检测电动门的开闭是否到位。1号电动门开到位时，安装在该门上方的行程开关SQ1被压，1号电动门关闭到位时，安装在该门下方的行程开关SQ2被压；2号电动门开到位时，安装在该门上方的行程开关SQ3被压，2号电动门关闭到位时，安装在该门下方的行程开关SQ4被压。物料传送系统采用气压传动控制，其推进气缸由电磁阀YV控制。自动工作时，只有当电动门开到位才允许推进工件；且只有当工件推进到位才能关闭电动门。为节约电能，提高热效率，应保证工件加热时电动门关到位。电动门关闭到位应有信号指示。处理炉的控制有手动和自动两种工作方式，可用钮子开关选择工作方式，其余用按钮控制，并应备有必要的短路、过载、失电压保护。该路共用四台电动机，有关技术参数如表1所示。表1.热处理炉所用电机参数电器代号电机名称型号功率/kW电压/V额定电流/A转速/ (r/min)M1风机电动机Y132M-47.538015.41440M21#电动门电动机Y112M-443808.81440M32#电动门电动机Y112M-443808.81440M4轴流风机电动机Y90S-41.1Y3802.71440四、设计任务1、根据控制要求,选定所需的控制电器.列出明细表（应包括：序号、文字符号、器材名称、规格、型号、安装位置、生产商）；2、选定PLC的CPU模块和扩展,列出明细表；3、绘制工艺图，完成电气控制原理图（主电路和PLC的控制电路）； 4、整理PLC的I/O地址表；5、完成控制柜内和面板上的元器件布置与安装接线图；6、编制PLC的控制流程图7、提供控制程序清单（应给出内部寄存器的分配说明和程序注释）；8、编制设计说明书（说明书格式见范例）。五、思考题1、PID控制阶段，升温过程与降温过程有何不同？如升温过程出现较大超调，会出现什么效果？产生的原因是什么？因此PID的参数整定中要注意什么？（请结合控制的原理说明。电气控制技术课程设计任务书一、设计题目：叠压供水机组的控制系统设计二、背景知识我国城镇化建设日异月新，住宅楼层在不断提高，城市面积在不断扩大，城镇原有的管网供水能力日显不足，传统的二次加压设备如通过蓄水池或高位水箱采用水泵加压供水存在投资和日常维修费用大，水质易受二次污染，浪费能源等缺点。随着供水技术与设备的发展，及城镇供水能力的提高，具有卫生、节能、占地面积小等优点的管网叠压供水方式日益成熟，逐步成为现代建筑的理性的供水方式。国家建设部从2003年开始将管网叠压供水设备列为科技成果推广项目，并于2007年将管网叠压供水设备(CJ/T254-2007)和无负压给水设备(CJT265-2007)批准为城镇建设行业产品标准。1、叠压供水系统的组成下图是叠压供水系统工作现场的实物图。系统的核心是叠压供水机组。图1. 叠压供水机组实物图叠压供水成套机组如下图所示图2.叠压供水成套机组实物图叠压供水机组由稳流罐、水泵机组（水泵的台数可选）、自动负压消除器、压力传感器及控制柜组成。稳流罐是个密封容器, 市政来水压入罐中，在市政管网能满足供水要求时，通过旁通管直接向用户供水；在市政管网供水压力不足时，水泵从稳流罐中取水接力增压向用户供水，缓解用户管网用水高峰时的流量不足。因此稳流罐作为市政管网与用户管网之间的缓冲装置，避免水泵机组直接从市政管网取水所带来的脉动影响，亦称流量调节装置。稳流罐的容积V按下述公式选择V容积=（Q出-Q进）tQ进= 一天最高用水高峰期自来水进水量（m3/h）Q出= 一天最高用水高峰期用户用水量（m3/h）t =最大用水高峰期持续时间(h)自动负压消除器是稳流罐上的保护装置，防止罐内水位下降形成真空对市政管网产生虹吸。当用水流量大于供水流量时，该装置自动开启，使稳流罐与大气相通，以消除负压。为便于控制，在罐上和管道上还加装了压力传感器和液位开关等。2、叠压供水的工作原理出水总管图3.叠压供水工艺流程图稳流罐5(亦称流量调节罐)的上部设有进水口，罐的下部接有出水总管。出水总管通过多根支管与用户管网相连。这些支管中有一根没有加装水泵，可直接连通用户管网，称为旁通管。其余几根支管加装了水泵，它们与用户管网的连通状态受水泵的控制。系统的初始态 关闭旁通管上的截止阀（手动操作），市政来水通过管道构件从进水口7压入稳流罐5，空气从负压消除器8排出，待水充满后，负压消除器8自动关闭。打开旁通管上的截止阀（手动操作），转入系统工作状态。根据用户管网的设定压力，用户管网的工作压力，市政管网最低工作压力、 市政管网的工作压力几者之间的关系，系统有以下几种工作状态。系统旁通工作状态 当市政管网的工作压力大于用户管网的设定压力时，通过旁通止回阀向用水管网直接供水；系统接力增压工作状态 当市政管网的工作压力小于用户管网的设定压力或用户管网的工作压力小于用户管网的设定压力时，系统通过电接点压力表给出起泵信号起动水泵运行。运行水泵的台数随用户用水量多少来控制。用水量增大用户管网的工作压力下降也大，起动水泵的台数随之增加，补偿用户供水不足。接力增压供水过程中，若市政管网的来水量大于水泵的供水量，系统能保持正常供水。用水高峰期时，若市政管网的来水量小于水泵的供水量，稳流罐内的储水作为补充水源仍能维持一段时间的正常供水。此时，空气由负压消除器进入稳流罐，以消除市政管网的负压影响。系统保护状态 若市政管网的工作压力低于市政管网最低工作压力（自来水供水不足）或管网停水而导致稳流罐内的水位不断下降，液位探测器给出水泵停机信号以保护水泵机组。此时由旁路管道直接维持低层用户供水。3、叠压供水的优点卫生无污染，供水系统为全密封结构，防止了水源二次污染。节能效果显着，可以充分利用市政管网原有压力，无需从零加压，差多少补多少，能耗小，节省日常的用电开支。运行可靠，设备利用无负压自动调节，增压供水时不会对市政管网产生负压，不影响市政管网其它用户的正常用水。投资节约，无需修建蓄水池或水箱，节省了土建投资。而且水质无污染，不需要净化设备，也节省了定期清洗消毒的费用。三、控制任务及要求某物业管网叠压供水机组有水泵4台。供水设备技术参数如下：1、流量范围2000 m/h2、压力范围2.0 Mpa3、控制水泵单台电机功率185 KW4、环境温度0 - +405、相对湿度90%以下 (电控部分)6、电源380 V10% 50HZ2HZ7、防护等级控制柜(IP30)、水泵及其他(IP44)8、执行标准Q/OAJU3-2007为便于控制，机组上应安装如下的检测装置，进水管上安装电接点压力表P0。P0断开，表示市政管网的工作压力低于用户管网的设定压力。出水管道上安装远传压力表P1和流量开关F1，P1用于监测用户管网的工作压力。F1监测用户的用水量。在稳流罐内装有液位开关L1，用于缺水或断水保护。机组控制要求如下：1、设置“自动/手动”切换开关，在自动控制模式下，应设自动运行控制开关（自动运行启动和自动运行停止）。2、手动工作时，要求4台水泵可分别独立操作（分设起动和停止开关），3、自动工作时，P0高于用户管网的设定压力时，全部水泵停止工作。在用水高峰期间，P0或P1低于用户管网的设定压力时，延时30s后，前述状态仍然存在，增设1台水泵工作。如P0或P1继续低于用户管网的设定压力，按前述的步骤再增投一台水泵，这个过程直至用户管网的工作压力提升到设定压力区间为止。在用水低谷期间，P1高于设定压力，延时30s后，P1仍然高于设定压力，撤除1台水泵工作，要求先工作的水泵先切断。如P1继续高于设定压力，按前述的步骤再撤消一台水泵，这个过程直至用户管网的工作压力回落到设定压力区间为止。4、安全保护要求如下：当市政管网工作压力降至限定压力时，30S后，叠压机组应自动停止运行；当稳流罐的液位降至限定液位时，20秒后，叠压机组应自动停止运行；当稳流罐的液位升至限定液位以上，自动恢复供水；停电时，水泵机组不工作，自来水直接通过旁通管保证楼层较低部分用户的用水；来电时水泵机组自动开机，恢复所有用户的正常；水泵电机应有短路、过载、失电压保护，不同工作方式下应有互锁等措施；夜间及小流量供水时可通过旁通管供水，防止水泵的频繁启动；流量开关L1发出用水流量为零时，机组停止运行；设置应急停车按钮，遇紧急情况可对系统进行断电控制；5、各水泵工作时，均应有工作状态显示四、设计任务1、根据控制要求，选定所需控制电器，列出明细表（应包括：序号、文字符号、器材名称、规格、型号、安装位置、生产商）；2、选定PLC的CPU模块和扩展,列出明细表；3、根据控制任务绘制系统工艺流程图，完成电气控制原理图（主电路和PLC的控制电路）； 4、整理PLC的I/O地址表；5、完成控制柜内和面板上的元器件布置与安装接线图；6、编制PLC的控制流程图；7、提供控制程序清单（应给出内部寄存器的分配说明和程序注释）；8、编制设计说明书（说明书格式见范例）。电接点压力表和远传压力表（测量范围0-10MPa的选型参见以下网址：/Index.html液位开关和流量开关的选型参见以下网址：/GEMS/Flow_Switch.html五、思考题1、请叙述电接点压力表、远传压力表、液位开关和流量开关的工作原理，如何正确使用？2、采用增减加水泵的工作方式，能否精细地调节用水量？请利用自动控制的原理说明这种控制的效果？如要更精准地控制，你有那些改进的措施？补充知识负压消除器工作原理：负压消除器也称真空抑制器，它主要是由一个浮球来工作的，根据稳流罐内水位的升降带动浮球的垂直上下移动控制阀门的开和关，从而达到调节罐吸气和排气，打破了在罐内水未满时可能形成的真空环境，实现了罐内真空的抑制消除。系统工艺流程图参见下图。参考文献:1.吴晓君 同志学编著电气控制课程设计指导中国建材工业出版社2.吕厚余 邓力主编 工业电气控制技术科学出版社3.吴明亮 蔡文忠主编 可编程控制器实训教程化学工业出版社4.贾德胜编 PLC编程及应用机械工业出版社5.苏保明编低压电器选用手册机械工业出版社6.西门子公司s7-200系统手册7.施耐德公司低压电器手册8.西门子公司低压电器手册液气压补充知识气缸：常见的气动元件实现的动作方式有叁种:直线往返运动连续转动摆动,对应的气动元件为:气缸气马达摆动式气缸和齿轮齿条驱动摆动。直线运动气缸气缸是一种将压缩空气的能量转化为机械能的元件,是常用的气动执行元件。图2.1a为带有簧片开关作为反馈的双作用气缸的结构。气缸是一种将压缩空气的能量转化为机械能的元件,是常用的气动执行元件。直线运动气缸主要由前后端盖,活塞,活塞杆,缸体,密封件等装配而成,活塞沿着缸体滑动,并靠活塞密封圈保持密封,活塞杆与驱动机构连接,传递压力。气缸按实使用条件不同,其结构形式和种类狠多。按压缩气体对气缸活塞端面作用力的方向分可以分为:单作用气缸和双作用气缸。单作用气缸活塞只有一侧有压缩空气进入,即气缸上只有一个压缩空气的入口,故只有一侧有气压推力作用,气缸的工作行程仅限在一个方向。气缸的活塞可在弹簧重力或其他外力的作用下回復到原来的位置。图3.1a为弹簧復位的单作用气缸工作原理,深蓝色表示有压缩气体进入,淡蓝色表示排气。当近气口有压缩气体进入时,活塞在气体压力的作用下压缩弹簧向右移动,当没有压缩气体进入时,活塞在弹簧力作用下退回到原来的位置。图3.1b为靠重力復位的单作用气缸工作原理,深蓝色表示有压缩气体进入,淡蓝色表排气。图3.1b靠重力復位的单作用气缸工作原理双作用气缸图3.1c为双作用气缸工作原理，当活塞两侧交替地有压缩空气进入和排出时,其伸出和压回方向均有气压推力作用,使活塞向两个方向运动,两个方向的运动速度均可以通过调整气压而控制。活塞的两侧各有一个进气口,当一侧进气时,另一侧作为排气口,反之亦然。图3.1c双作用气缸工作原理图深蓝色表示有压缩气体进入,淡蓝色表示排气。气马达与上述气缸的不同主要它输出扭矩驱动机构作连续的旋转运动其功能相当於电机。气马达根据压缩气体的进气口不同可以顺时针或逆时针旋转。气马达适用於无级调速经常改变旋转方向啟动频繁的场合。图3.2a為气马达的剖面图。图3.2a 气马达的剖面图摆动式气缸或称摆动式马达它由缸体定子转子和叶片组成。定子和缸体固定在一起叶片与转子(即输出轴) 连接一起。缸体上有两个气口A口进气时B口排气压缩气体推动叶片带动转子逆时针转动反之则作顺时针转动因此也是双作用气缸。转子可以是单叶片也可以是双叶片。摆动角度一般有90180270。摆动式气缸一般用於安装位置受限制的场合如夹具的迴转工作台转位等。图3.3a为单叶片摆动式气缸工作原理。图3.3a 单叶片摆动式气缸工作原理 电-气转换元件电-气转化元件将电讯号转化为气动讯号，电气讯号输入控制了气动输出。最常用的电-气转换元件是电磁阀(Solenoid actuated valves) 。电磁阀既是电器控制部分和气动执行部分的接口，也是和气源系统的接口。电磁阀接受命令去释放，停止或改变压缩空气的流向，在电-气动控制中，电磁阀可以实现的功能有：气动执行元件动作的方向控制，ON/OFF开关量控制，OR/NOT/AND