锅炉上煤机电气控制设计.docx

电气控制课程设计说明书设计题目 锅炉上煤机控制设计 学生姓名 XXX 学 号 03 专业班级 电气 1231 指导教师 XX XX 2014年12月1日12月12日目录前言 1第一章 课程设计的目的和要求21.1课程设计的目的21.2课程设计的要求2第二章 设计任务书22.1设计课题22.2控制设计要求3第三章 设计过程 33.1设计方案的确定33.2单元电路设计3 3.2.1 主电路设计 3 3.2.2控制电路设计63.3电路原理说明7第四章 控制板安装 84.1元器件选择84.1.1 空气开关的选择 84.1.2 接触器的选择 8 4.1.3 热继电器的选择 8 4.1.1 时间继电器的选择 9 4.1.5 行程开关的选择 94.1.6 按钮的选择 94.2 元器件清单 104.3 控制板安装原则 114.4 电路板实物连接图 114.4 安装调试过程中出现的问题及解决方法 12第五章 PLC系统设计125.1 PLC的选择125.1.1 对输入输出点数的选择 125.1.2 对存储容量的选择 125.1.3 对I/O响应时间的选择 135.1.4 PLC的型号135.2 I/O分配135.3 PLC程序指令145.4 PLC运行过程图（梯形图）14设计小结 17【参考文献】18 前言当今社会，科学技术的飞速发展，人民生活水平的提高，使人们越来越注重生活质量和工作环境。为了适应这种发展的需要，减轻操作人员的劳动强度和保持工作环境的清洁成为工程设计人员在设计开发时需要考虑的重要因素。锅炉上煤机就是这样一种减轻劳动强度、改善工作环境的设备。小型锅炉上煤设备在大型工业生产中的应用并不广泛，但在人们的生活作业中却有重要的作用，例如小型供暖系统、食堂的生产过程等都跟人们的生活有着千丝万缕的联系。工业生产中用的锅炉上煤机要比这种小型上煤机先进的多，然而却不能替代它。工业用上煤机系统较庞大，功能多、效率高。但是设备的选用也要因地制宜，小型的锅炉上煤机是一种能适宜人们生活需要、结构简单、降低劳动强度、改善工作环境、提高生产效率的设备，在生活作业中已足以满足要求。本设计主要在需求分析的基础上设计一种能手动上煤和下煤，到达预定位置自动该停止运行，上煤故障能手动降下煤斗检修的小型锅炉上煤机。第一章 课程设计的目的和要求1.1 课程设计的目的通过电气控制技术的课程设计实践，掌握电气控制的设计方法、电器元件的选用、电气控制线路的安装与调试，掌握可编程控制器硬件电路的设计方法，熟练使用小型可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法，掌握可编程控制器程序的应用及调试、监控、运行方法，掌握设计资料整理和绘图软件的使用方法。在设计过程中，通过较为完整的工程实践基本训练，为综合素质全面提高及增强工作适应能力打下坚实的基础。1.2 课程设计的要求（1）在接受设计任务并选课题后根据设计要求和内容，拟定工作进度计划，合理安排时间。（2）在方案确定过程中主动提问，以取得指导老师的帮助，广泛讨论，做到思路开阔，依据充分，在设计过程中多思考，主要参数的确定要经过计算论证。（3）根据要求设计电气控制线路，计算并选择电器元件。（4）按指导老师制定内容部置并安装电器元件与控制线路。（5）进行电气控制线路的通电调试，排除故障。（6）设计相应的PLC控制程序实现传输、调试和运行。 (7)制作电气控制设计过程中的成套图纸与设计说明书。第二章 设计任务书2.1 设计课题：锅炉上煤机控制设计工业锅炉一般燃烧煤加热，锅炉上煤机是专门将煤运送到锅炉加热器中的设备，其工作过程如下：下煤时，空煤斗下降，达到下煤预定位置时，煤斗压迫行程开关而停止运行。由人工或装煤机械往煤斗中装煤，装煤完成后等待上煤。上煤时，煤斗上升，到预定位置时自动停止运行。煤斗通过机械作用自动翻斗，将煤卸入锅炉加热器中。2.2 控制设计要求1.电机为三相异步电机，功率4KW；2.手动上煤和下煤，到达预定位置自动停止运行；3.下煤停车时要求制动停车，减轻对下煤行程开关的冲击力；4.上煤途中煤斗始终压迫下煤行程开关，一旦煤斗中途翻到时，行程开关弹起，煤斗立即自动停车能手动降下煤斗检修；5.有电源指示灯和上煤下煤指示灯，有电源电压和电流指示，控制及指示电压为380V；6有总停车控制和必要的短路、过载保护。第三章 设计过程3.1 设计方案的确定根据课题要求实现上煤下煤过程需用电机正反转控制；整个上煤和下煤过程是连续运行的，需加自锁实现点常动控制；到预定位置自动停止运行需加行程开关；要使在上煤过程一旦煤斗中途翻到，能手动降下煤斗检修，则需上煤途中煤斗始终压迫下煤行程开关；为了减轻对下煤行程开关的冲击力，保护下煤行程开关，下煤停车需制动停车。3.2 单元电路设计 3.2.1 主电路设计主电路要求正反转和能耗制动，电源电压、电流指示和必要的短路过载保护，电路图如图（1）：图（1）电路说明：断路器QF1用于接通和分断线路正常工作电流 ，也能在电 路中流过故障电流时（短路、过载、欠电压等）在一定时间内断开故障电路。电压表V和电流表A分别指示电源电压和电流。热继电器FR作过载保护。当接触器KM1的线圈得电时，KM1的主触点闭合，电动机正转，当接触器KM2的线圈得电时，KM2的主触点闭合，电动机反转，当接触器KM得电时，KM3敞开触电闭合，启动能耗制动。3.2.2 控制电路设计（1）上煤过程设计，电路图如图（2）：图（2）电路说明：按下按钮SB2，线圈KM1得电，KM1常开辅助触点闭合，KM1自锁，（主电路）电动机正转，开始上煤，当到达指定位置时，压迫上煤行程开关SQ1，电路断开，上煤过程结束。（2）下煤过程设计，电路图如图（3）：图（3）电路说明：按下按钮SB3，线圈KM2得电，KM2常开辅助触点闭合，KM2自锁，（主电路）电动机反转，开始下煤，当到达指定位置时，压迫上煤行程开关SQ2，电路断开，下煤过程结束。（3）能耗制动环节设计，电路如图（4）：图（4）电路说明： 下煤到达预定位置时，触碰制动行程开关SQ3，线圈KM3得电，KM3常开辅助触点闭合，KM3自锁，与此同时，时间继电器KT得电，启动能耗制动，过了一定时间后，KT延时断开常闭触点断开，实现制动。（4）指示灯设计，要求上煤、下煤和电源指示灯，电路如图（5）:图（5）电路说明：当电源接通时，电源指示灯L1亮。当KM1线圈得电上煤时，KM1常开辅助触点吸合，上煤指示灯L2亮，上煤结束时，KM1常开辅助触点断开，L2灯灭。当KM2线圈得电下煤时，KM2常开辅助触点吸合，下煤指示灯L3亮，上煤结束时，KM2常开辅助触点断开，L3灯灭。3.3 电路原理说明电路原理图如图(6)如原理图所示：SB1为总停按钮，SB2为上煤按钮，SB3为下煤按钮，SQ1为上煤行程开关，SQ2为下煤行程开关，SQ3启动能耗制动，HL1为电源指示灯，HL2、 HL3分别为上煤、下煤指示灯。接通电源，电源指示灯HL1亮。按下SB2，由于上煤过程始终压迫下煤行程开关SQ2，开始上煤，指示灯HL2亮，到达指定位置，压迫上煤行程开关SQ1，上煤结束，HL2灭。按下SB3，启动下煤过程，下煤指示灯HL3亮，到达指定位置，触碰下煤行程开关SQ2和SQ3启动能耗制动，实现制动停车，HL3灭。图（6）第四章 控制板安装4.1 元器件选择4.11 空气开关的选择低压断路器俗称为自动开关、空气开关，是一种既有手动开关作用，又能自动进行短路、过载、欠压保护的电器。作用：用于不频繁地接通和分断线路正常工作电流，也能在电路中流过故障电流时（短路、过载、欠电压等）在一定时间内断开故障电路。 空气开关的额定电压和额定电流应不小于电路的正常工作电压和电流。4.1.2 接触器的选择 接触器是一种能频繁地接通和断开远距离用电设备主回路及其它大容量用电回路的自动控制电器。主要的控制对象是电动机。（1）选择接触器的类型：接触器的类型应根据负载电流的类型和负载的轻重来选择,即是交流负载还是直流负载,是轻负载、一般负载还是重负载. （2）额定电压的选择：接触器的额定电压应大于或等于负载回路的电压。（3）额定电流的选择：接触器的额定电流应大于或等于被控回路的电流。对于电动机负载可按下列经验公式计算：I=PKU(I为接触器主触点电流，P为电动机额定功率，U为电动机额定电压，K为经验系数，一般取11.4)。（4）吸引线圈的额定电压选择：吸引线圈的额定电压应与所接控制电路所接控制电路的电压一致。（5）接触器的触点数量、种类的选择：触点数量和种类应满足主电路和控制线路的要求。4.1.3 热继电器的选择热继电器是一种保护电器，专门用来对电动机进行过载保护和断相保护,以防止电动机过热损坏。 热继电器的选择应按电动机的工作环境、启动情况、负载性质等因素来考虑。 热元件选好后，还需根据电动机的额定电流来调整它的整定值。4.1.4 时间继电器的选择时间继电器是当吸引线圈通电或断电后其触点经过一定延时再动作的继电器。用于将定时信号转换为开关信号，能够按设定时间开闭控制电路。时间继电器的选择应考虑以下几点：（1）根据控制电路的要求来选择延时方式，即通电延时型和断电延时型。（2）根据延时准确度要求和延时长短要求来选择。（3）根据使用场合、工作环境选择4.1.5 行程开关的选择 行程开关是一种依靠生产机械的行程发出控制命令来控制生产机械的运动方向或行程长短的主令电器。 行程开关可按下列要求选择：（1）根据应用场合及控制对象选择，有一般用途的行程开关和起重设备用行程开关。（2）根据安装环境选择防护形式，如开启式或保护式。（3）根据控制回路的电压和电流选择行程开关系列。（4）根据机械与行程开关的传动与位移关系选择合适的头部形式。4.1.6 按钮的选择（1）根据使用场合选择种类，如开启式、保护式、防水式等。（2）根据用途选择型式，如手把旋钮式、钥匙式、紧急式等。（3）按控制回路的需要，确定不同的按钮数。4.2 元器件清单元器件型号数量空气开关三极DZ47-601单极DZ47-601接触器CJX2-123热继电器JR36-201时间继电器JS14P1行程开关YBLX-19/0013按钮LAY37(PBC)3指示灯AD16-22DS/-SAC380 18MA343控制板安装原则1.设计电气控制线路，选择元器件。2.制定材料明细表3.按照现有电气控制板的尺寸，布置和安装电器元件，连接控制线路。发现问题是及时改正，做好更改记录。4.控制电路接线时，要做好线号，等位点用相同的线号，以便检查线路。5.安全检查无误后通电调试控制线路，排除故障。44 电路板实物连接图：说明：电路板左上角的两器件为两空气开关（一个三极QF1，一个单极QF2），其右边的电器为时间继电器KT，中间的三个接触器从左到右依次为上煤、下煤、制动接触器KM1、KM2、KM3，置于KM2和KM3中间的电器为热继电器FR，下边三个电器从左到右依次为上煤、下煤、制动行程开关SQ1、SQ2、SQ3，红色按钮为总停按钮SB1，黄色按钮为上煤按钮SB2，绿色为下煤按钮SB3，红色指示灯为电源指示灯HL1，黄色为上煤指示灯HL2，绿色为下煤指示灯HL3。接通电源，电源指示灯HL1亮。按下SB2，由于上煤过程始终压迫下煤行程开关SQ2，开始上煤，指示灯HL2亮，到达指定位置，压迫上煤行程开关SQ1，上煤结束，HL2灭。按下SB3，启动下煤过程，下煤指示灯HL3亮，到达指定位置，触碰下煤行程开关SQ2和SQ3启动能耗制动，实现制动停车，HL3灭。4.5 安装调试过程中出现的问题及解决方法1.领实验器材时，根据实验室器材情况，需用空气开关代替刀开关，因空气开关可作短路保护，可省去熔断器。2.接线时，发现所领时间继电器没有瞬动触点，更改了电路，把能耗制动的自锁由时间继电器KT的瞬动常开触点改为接触器KM3的常开辅助触点。3.线路连接完成时，反复检查纠正线路，确认线路无误后，通电测试。通电后，发现接触器KM3不自锁，再次检查线路找原因，发现线路连接无误，用万用表测所接KM3常开触点，发现触点故障，换接在KM3的另一个常开触点上，再测试，电路可以按要求运转。第五章 PLC系统的设计51 PLC的选择5.1.1对输入输出点数的选择要先弄清控制系统的I/O点数，再按实际点数的15%20%留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需PLC的点数。一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的60。选型时要考虑PLC每个输出点的驱动能力（A点）也是有限的，有的PLC每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般PLC的允许输出电流随环境温度为升高而有所降低等。PLC的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以用不同的电压种类和电压等级，但这种PLC平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需隔离，则应选择前两种输出方式的PLC。5.1.2 对存储容量的选择对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘10字点输出总点数乘5字点来估算；计数器定时器按（35）字个估算；有运算处理时按（510）字量估算；在有模拟量输入输出的系统中，可以按每输入（或输出）一路模拟量约需（80100）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口200字以上的数量粗略估算。一般按估算容量的50100%留有裕量。对缺乏经验的设计者，要留有更大的裕量。5.1.3 对I/O响应时间的选择 PLC的 I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 23个扫描周期）等。对开关量控制的系统，PLC的I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑I/O响应问题。对模拟量控制的系统、特别是闭环控制系统要考虑I/O响应问题。5.1.4 PLC的型号PLC的型号：CPM1A 20CDR-DPLC的规格：20点、DC电源 DC输入 继电器输出5.2 I/O分配输入：SB1、SB2、SB3、SQ1、SQ2、SQ3输出：KM1、KM2、KM3、HL1进行I/O分配：输入输出电器元件地址功能电器元件地址功能SB100000总停KM101001上煤（正传）SB200001上煤KM201002下煤（反转）SB300002下煤KM301003能耗制动SQ100003上煤行程开关HL101004电源指示灯SQ200004下煤行程开关SQ300005能耗制动5.3 PLC程序指令LDNOT 00000IL(02)LD 00001OR 01000ANDNOT 00003AND 00004ANDNOT 01001OUT 01000LD 00002OR 01001ANDNOT 00004ANDNOT 01000OUT 01001LD 00005OR 01002ANDNOT TIM000ANDNOT 01001OUT 01002LD 01002TIM 000#50ILC(03)LD P_OnOUT 010035.4 PLC运行过程图（梯形图）：1.接通电源，电源指示灯亮2.上煤运行说明：按下SB2，00001闭合，10000（KM1）得电，自锁，开始上煤。3.上煤停止 说明： 到达指定位置，压迫行程开关SQ1，00003断开，上煤停止。4.下煤运行说明：按下SB3，00002闭合，01001（KM2）得电，自锁，开始下煤。5下煤制动说明： 下煤到达指定位置，相继触碰行程开关SQ2(00004)、SQ3（00005），01002（KM3）得电，自锁，启动能耗制动，开始计时。6.下煤停车说明： 计时结束后，能耗制动结束，制动停车，下煤结束。 设计小结通过锅炉上煤机电气控制课程设计，掌握了什么是设计程序，设计程序工作的基本过程及各阶段的基本任务，熟悉了设计程序总流程图，加深了对PLC的理解，课本上的知识是机械的，表面的。通过努力把课本上的知识运用到实践中，对实验原理也有了更深的理解。通过这次课程设计，使我更为全面系统的了解PLC的构造原理和基本实现方法。把课本的知识变得生动有趣，激发了我们的学习积极性，把学过的原理加以强化，把课堂学过的知识通过自己的设计程序表示出来，加深了对理论知识的理解。现在通过自己的动对手做实验，理论联系实际，对PLC的原理认识更加