电气控制课程设计

淮安信息职业技术学院 电气控制课程设计 电气工程系 第一讲课程设计基本要求及设计方法第二讲电路元器件原理及使用 安装工艺第三讲常用设计电路 调试及排除故障方法 电气控制课程设计内容 第一讲一 课程设计的目的二 课程设计的要求三 课程设计的目标四 课程设计任务五 时间安排六 电气原理设计 一 课程设计的目的 通过电气控制系统的设计实践 掌握电气控制系统的设计方法 电器元件和电气控制线路的安装过程 设计资料整理和电气绘图软件的使用方法 在此过程中培养从事设计工作的整体观念 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 二 课程设计的要求 根据设计任务书中设备的工艺要求设计电气控制线路 计算并选择电器元件 布置并安装电器元件与控制线路 进行电气控制线路的通电调试 排除故障 达到工艺要求 完成设计任务 同时要求尽可能有创新设计 选用较为先进的电气元件 严格按照国家电气制图标准绘制相关图纸 选用合适的电气CAD制图软件 制作电气设备的成套图纸与文件 以满足现代化电气工程的需要 三 课程设计的目标 1 理解电气线路的工作原理 2 掌握常用电器元件的选用 3 掌握根据工艺要求设计电气控制线路 4 掌握电气控制线路的安装与调试 5 掌握电气控制设备的图纸资料整理 6 掌握计算机电气绘图软件使用 四 课程设计任务 1 接受设计任务书 选定课程设计课题 2 制订工作进度计划 进行人员分工 明确各阶段各人应完成的工作 3 根据设计任务书分析电气设备的工艺要求 讨论最佳设计方案 4 设计电气控制线路 选择电器元件 5 绘制相关图纸 制订材料明细表 6 按照现有电控柜的尺寸 布置和安装电器元件 连接控制线路 发现问题及时整改 作好更改记录 7 安全检查无误后通电调试控制线路 排除故障 8 用电气CAD软件制作电气设备的成套图纸与文件 9 整理设计文件 图纸 资料 写出课程设计报告 10 总结设计过程中出现的问题 分析思考题 参加答辩 回答指导老师提出的问题 五 时间安排 六 电气原理设计 电气设计分为原理设计和工艺设计两部分 首先进行原理设计 画出电气控制原理图 满足设备的控制要求 然后再从安装工艺角度加以说明 即工艺设计 满足设备的制造和使用要求 电气原理设计又分为分析设计法和逻辑设计法 1 分析设计法 分析设计法是根据生产工艺要求 选择适当的基本环节 典型控制电路 或经过考验的成熟电路 按各部分的连锁条件组合起来 加以补充和修改 综合成满足控制要求的完整电路 由于这种设计方法是以熟练掌握各种电气控制典型电路和具备一定的阅读分析各种电气控制电路的经验为基础 所以又称为经验设计法 这种方法为一般工程技术人员所常用 2 逻辑设计法 逻辑设计法是利用逻辑代数这个数学工具来进行电路设计 根据设备的工艺要求 将执行元件需要的工作信号以及主令电器的接通与断开看成逻辑变量 并根据控制要求将它们之间的关系用逻辑函数来表达 然后再运用逻辑函数基本公式和运算规律进行简化 使之成为需要的最简 与 或 关系式 根据最简关系式画出相应的电路结构图 最后再作进一步的检查和完善 获得需要的控制电路 3 原理设计中应注意以下几个问题 1 控制电压按控制要求选择 符合标准等级 2 尽可能减少电气元件品种 规格与数量 3 正常情况下 尽可能减少通电电气数量 4 合理使用电器触点 5 合理安排电器触点 6 设置必要的短路 过载保护 防止故障进一步扩大 7 设置必须的急停或总停按钮 以防万一出现故障时 切断整个控制回路 进而切断主电源 8 设置必要的手动控制线路 方便设备调试和维修 9 设置必要的指示灯 电压表 电流表 随时反映系统运行状态 及时发现故障 第二讲一 常用低压电器元件的原理及使用方法二 电气设计中的工艺设计 1 开关电器 HK系列瓷底胶盖刀开关图符号及外形图 组合开关图符号及外形图 组合开关内部解剖图 刀开关适用于不频繁接通和断开电路 组合开关适用于机床设备的电源引入开关 2 控制按钮 结构原理图及图符号 控制按钮产品外形图 控制按钮是一种结构简单 应用广泛的主令电器 控制按钮由按钮帽 复位弹簧桥式触点和外壳构成 动触点和上面的静触点组成常闭 和下面的静触点组成常开 按下按钮 常闭触点断开 常开触点闭合 松开按钮 在弹簧作用下各触点恢复原态 3 位置开关 行程开关 结构原理图及图符号 位置开关产品外形图 位置开关又称行程开关或限位开关 其作用是将机械位移转换成电信号 使电动机运行状态发生改变 即按一定行程自动停车 反转 变速或循环 工作原理 当运动机构的挡铁压到位置开关的滚轮上时 转动杠杆连同转轴一起转动 凸轮撞动撞块使得常闭触点断开 常开触点闭合 挡铁移开后 复位弹簧使其复位 触头系统 电磁系统 4 交流接触器 接触器结构组成及作用 交流接触器结构原理图 铁芯 衔铁 通电线圈 三对主触头 控制主电路的通 断 两对辅助常开触头 两对辅助常闭触头 自锁和互锁 交流接触器产品外形图 发热元件接入电机主电路 若长时间过载 双金属片被烤热 因双金属片的下层膨胀系数大 使其向上弯曲 扣板被弹簧拉回 常闭触头断开 5 热继电器 热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路以保护电器的设备 热继电器产品图 结构原理图和图符号 工作原理 发热元件串接在主电路中 常闭触点串接在控制电路中 线圈通电 衔铁吸合 向下 连杆动作 触头动作 6 时间继电器 结构原理图 时间继电器产品外形图 通电延时 当线圈通电时触头延时动作 线圈断电时使触头瞬时复位 断电延时 线圈断电时使触头延时复位 线圈通电时使触头瞬时动作 时间继电器是电路中控制动作时间的设备 它利用电磁原理来实现触头的延时接通和断开 7 熔断器 熔断器产品外形图 熔断器简称保险丝 是最简单有效的短路保护装置 熔断器中的熔丝和熔片是用易熔合金制成的 当流过熔体的电流大于它的整定值时 熔体立刻熔断 切断电源 起到保护作用 一般照明电路 熔体IN IL 熔断器熔体选用的原则 单台电动机 熔体IN 1 5 2 5 IL 多台电动机 熔体IN 1 5 2 5 倍最大电机IN加其余电机的额定电流 二 工艺设计 1 元器件选择要进行必要的计算 选择元件的型号 规格等参数 为了提高可靠性和减小体积 应尽可能选用新型器件 为了降低成本 应尽可能选用最通用的器件 当材料供应环节不能保证时 应提供备选器件 2 元器件安装位置 拖动 执行 检测器件等应安装在生产机械的相应工作部位 控制电器 保护电器等安装在电器箱 柜 内 控制按钮 操作开关 经常调节的电位器 指示灯 指示仪表等安装在控制台面板上 3 元器件布置 1 功能相似的元件组合在一起 外形尺寸或重量相近的元件组合在一起 经常调节的元件组合在一起 经常更换的易损元件组合在一起 2 强电与弱电要分开 有必要时 将弱电部分屏蔽起来 3 体积大 重量重的元件安装在下面 发热量较大的元件安装在上面 4 尽可能减少连线数量和长度 将接线关系密切的元件按顺序组合在一起 5 电器板 控制板的进出线一般采用接线端子 接线端子接线时 主电路与控制电路要分开 电源进线位于最边上 4 线路连接 1 导线截面必须根据负载核算 一般主电路导线截面不小于1 5mm2 控制电路导线截面不小于0 75mm2 2 导线种类根据需要选择 不同电器箱之间或电控柜与负载之间用软电线 信号线用屏蔽线 3 导线接线前要在两端套上标号相同的绝缘号码套管 套管标号应与原理图一致 使用时要注意方向 箭头方向指向剥去绝缘层的裸露端 从裸露端开始读数 号码管接法举例 4 导线安装接线按照电工基本技能操作 如 剥去绝缘层使用剥线钳 若用电工刀或尖嘴钳应注意不要损伤导电线芯 羊眼圈 应顺时针方向弯 接线后裸露长度不超过2mm 硬电线弯曲应成900 不得在接线处弯曲 软电线接线前要将多股线绞起来 接线后不得露出散线 第三讲一 常用电气控制线路设计二 设备调试过程三 故障处理四 电气CAD绘图简介五 参考课题 一 常用电气控制线路设计 1 电动机起停控制 SB2 启动按钮SB1 停止按钮 电路保护环节 1 短路保护 FU 2 过载保护 FR 3 欠压和失压保护 KM 2 电动机正反转控制 电气互锁的作用 防止接触器主触点熔焊或机械结构失灵使主触点不能断开 若另一接触器动作会造成事故 3 工作台自动往返控制 SQ3和SQ4为超程限位开关 除去SQ1是怎样一个工作过程 4 多地控制线路 5 星 三角降压启动 为反接制动作好准备 6 反接制动控制电路 7 能耗制动控制电路 二 设备调试 1 拟定调试步骤 这项工作在施工图纸确定后开始 电控柜安装工作完成前结束 根据工作原理写出调试步骤 包括通电前检查和通电后调试两部分 通电前检查部分建议设计一个通电之前检查项目表 检查一项 打勾确认一项 通电后调试部分要说明开关或按钮的名称 操作顺序 以及相应点亮的指示灯名称 最后预计几种可能的故障现象和对应的解决措施 提高调试时故障排除效率 2 通电前检查 按调试步骤进行通电前检查 重点检查是否短路 线路工作情况可以按下相应的按钮或接触器触点 在接线端子上测量各点通断情况 要求 短路检查项目不可缺少 其他检查项目要求合理 3 通电调试 按调试步骤进行通电调试 进行起动 停止操作 观察指示灯 电压表 电流表指示情况 要求 符合设计任务书规定的各项要求 若有不符之处 能说明原因 并及时整改 做好调试记录 尤其是记录故障现象和排除方法 三 故障处理 1 对出现的故障对照设计图及安装图查找检测故障 基本要求 2 针对工作故障的情况 从原理上分析可能的故障原因 列出可能故障点 逐步测试查找并排除故障 提高要求 四 电气CAD绘图简介 1 双击 PCschematic 图标进入绘图画面 2 打开 文件 新建 3 选择 DEMOSTART 4 添加 设计名称 用户名 设计者 等 5 单击界面左侧的 页面菜单 在设计图中插入新的一页 选择 DPSA4H 改页面标题 如 把页码改为2 6 再插入一个装配图 选择 DPSA3MECH 改页面标题 把页码改为3 7 点页面菜单 选择所需要改的页面 左击页面菜单的右下角的 页面数据 浏览 MISC A4VDPS SYM 8 点页面菜单 选择所需要改的页面 左击页面菜单的右下角的 页面数据 参考 把主电路的参考系统可见分区号激活然后再点击纵坐标 使其分区号放在上侧 同样有控制电路图的分区号放在下侧 9 选择 设置 数据库 eldemo 10 画线 选择画线图标 导线 铅笔 开始画线 画线终了时双击左键或单击左键再点一下绘图笔 或ESC 并确认即可 11 画线时请选择画面左下角的参考 page 12 添加符号 选择符号图标 铅笔 选定的符号 按快捷键 D 此时输入必须为英文输入法状态 选择数据库中的符号放到预定位置 点右键选择还可使用的符号 13 添加符号时如需查找就在类型中TYPE开始于的空格中输入那类型的 第一个字母 选择 确定 14 放入符号时 如需旋转可以在符号选中的情况下按 空格键 或按工作界面中的第四行的旋转按钮 15 此时要想放此元件的其他部件时可选择该元件再点右键选择 显示可用的 再选择所需要的部件并放入到相应的页面上 16 画主电路 控制电路和辅助电路 17 布线分两种 一是手动布线 在手动布线时请放大布线区域 选好精确捕捉尺寸再进行连线 因为这样才能准确地连接 两条线连上时 会出现绘图笔 字鼠标状态 这样以便进行连接下一条线 若没连上再显示的是随鼠标移动的连接线 二是自动布线 选择 布线器 激活的 这样就可以自动布线了 画好后可按ESC退出画线状态 18 选择 清单 更新所有清单 此时所有的其他图就自动生成了 五 参考课题 课题一全自动增压给水设备控制一 设备简介全自动增压给水设备通过水压罐压力表检测水箱压力 当水压不足时 自动向水箱加水 当水压足够时 自动停止加水 确保水压满足用户需要 当水泵启动加水一段时间后 水压仍不正常时 发出故障报警信号 该设备用于住宅小区楼房供水时 可以放在楼下隐蔽处 既安全由不影响美观 取代了传统的专用水塔给水设备和放在楼顶的水箱式给水设备 二 设备工艺要求 1 水泵电机为三相异步电动机 功率11kW 2 全压直接起动 单方向旋转 3 水压罐压力表为具有上限与下限的电接点压力表 4 水压不足时 自动加水 水压达到要求后 自动停止加水 5 加水15分钟后 水压仍未达标时 点亮故障报警指示灯 6 压上下限均有指示灯显示 加水时有水泵运行指示灯显示 有电源电压 电流指示 7 有全自动和首动两种控制方式 8 有总停控制和必要的短路 过载保护 课题二锅炉上煤机控制 一 设备简介工业锅炉一般通过燃烧煤加热 锅炉上煤机是专门将煤运送到锅炉加热器中的设备 也可以设计成为锅炉设备的一部分 工作过程如下 下煤时 空煤斗下降 到达下煤预定位置时 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 到达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 二 设备工艺要求 1 电机为三相异步电动机 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 一旦离开立即自动停车 当煤斗中途翻倒时 能及时降下煤斗检修 5 有电源指示灯和上煤 下煤指示灯 有电源电压 电流指示 6 有总停控制和必要的短路 过载保护 课题三C630普通车床控制的改进 一 设备简介普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床 它能车削外圆 内圆 端面 螺纹和定型表面 并可用钻头 铰刀 镗刀进行加工 普通车床一般有三种运动形式 主轴带动工件旋转的主运动 溜板带着刀架直线移动的进给运动 使刀架快速直线移动的辅助运动 C630普通车床主电机起动后 由操作手柄控制主轴的起动 停止 旋转方向 由变速箱控制主轴转速 主电机拖动主轴旋转 并通过进给机构实现进给运动 冷却泵电机拖动冷却泵供给冷却液 二 设备工艺要求 1 主电机为三相异步电动机 功率10kW 2 冷却泵电机型号为DB 25 0 12kW 3 两台电机均为全压起动 单方向旋转 4 冷却泵电机由转换开关控制 在主电机起动后才允许起动 可单独停止运行 5 有总停控制和必要的短路 过载保护 6 36V安全电压照明 三 设备改进要求 1 控制回路用控制变压器隔离 提高安全性 2 有电源指示灯 主电机指示灯 冷却泵指示灯 电源电压表 电流表 便于及时发现设备故障 3 当操作手柄回零位 主电机不转数分钟后 主电机自动停止运行 达到空载节能控制目的 三 设备改进要求 1 控制回路用控制变压器隔离 提高安全性 2 有电源指示灯 主电机指示灯 冷却泵指示灯 电源电压表 电流表 便于及时发现设备故障 3 当操作手柄回零位 主电机不转数分钟后 主电机自动停止运行 达到空载节能控制目的 课题四辗煤粉机控制的改进 一 设备简介辗煤粉机用于铸造行业冲天炉设备原料的配制 由电动机带动辗轮旋转 将原料辗碎 由于控制简单 一般用QX3 13型Y 降压起动器来控制 二 设备工艺要求1 电动机为三相异步电动机 功率30KW 2 要求