电气控制与PLC课程设计

1、电气控制与PLC课程设计指导书董广强 编江苏师范大学一、课程设计的目的与要求1、课程设计的目的电气控制与PLC课程设计是在学完电工学、单片机原理、电气控制与PLC等课程后，进行的下一个实践教学环节。它一方面要求学生通过设计能获得综合运用过去所学知识的能力，同时也培养学生自己独立查阅有关资料、独立思考、独立完成任务的能力。通过这次设计能够很好提高学生分析问题和解决实际问题的能力，对于提高学生的综合素质是大有好处的，对即将走上工作岗位的毕业生具有一定的实际意义。另一方面，通过本次设计也为以后作好毕业设计进行一次综合训练和准备。因此，要求学生通过电气控制与PLC课程设计在以下几方面得到锻炼。（1）

2、能熟练运用过去所学的理论知识和实践知识，按题目所提出的各项要求，正确完成电气控制设计。可以采用继电器控制设计或者采用PLC控制设计，保证满足题目所提出的各项要求，提高学生继电器控制线路设计及PLC控制线路设计的综合能力。（2）学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料名称、出处，并做到熟练运用，提高独立工作及分工协作能力。2、课程设计的要求设计要求包括以下几部分：（1）要求采用继电器控制设计，完成控制系统的主电路、控制电路及保护电路设计，完成相应电器元件的选择，给出电器元件明细表，绘制一张1号原理图。鼓励有能力的学生在完成继电器控制设计之后可以采用PLC控制设计，完成硬件电路设计和软件

3、设计。 （2）编写课程设计说明书一份。二、课程设计方式在教师指导下，要求学生自己独立查阅有关资料、独立思考、独立完成设计任务。三、课程设计内容1、设计的基本原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计控制系统时，应遵循以下基本原则： （1) 最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。 （2) 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，一次性投资小，使用后节约能源。（3）保证控制系统的

4、安全、可靠，使用与维修方便。（4）考虑到生产的发展和工艺的改进，对于PLC控制系统，在选择PLC容量时，应适当留有裕量。 2、设计的一般内容与步骤 （1）确定控制系统方案1）分析工艺要求。首先对被控制对象的工艺过程、工作特点、环境条件、用户要求及其它相关情况，进行仔细的全面的分析，并根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作(动作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等)、操作方式(手动、自动，连续、单周期、单步等)，然后绘制供设计时用的必要图表。 2）控制方案选定。在分析被控制对象及其控制要求的基础上，根据继电接触控制系统、PC控制系统及计算机控制系统的技术特点，然后进行综合比较，优选控制方

5、案。由于本次设计是课程设计，为了使学生得到充分的锻炼，以适应今后工作的需要，这次设计要求学生完成继电器控制系统。（2）控制系统的设计 继电器控制系统设计 1） 电气控制电路的设计 主回路设计。 控制电路设计。 信号指示与照明电路设计。 控制电路电源的设计。 绘制电气原理图等。2）选择电器元件包括整个系统设计所有的电器元件及导线的选择。3）制定电器元件明细表电器元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等。（3）编写课程设计说明书。电气控制与PLC课程设计说明书设 计 题 目： 姓 名： 系 别： 专 业： 年 级 、 学 号 ： 江苏师范大学机电工程学院四、 电气控制与PLC课程设计题目选编（

6、一） 皮带运输机电气控制系统设计在建材、化工、食品、机械、钢铁、冶金、煤矿等工业生产中广泛使用皮带运输机运送原料或物品。图41是某原料皮带运输机的示意图，原料从料斗经过PD-2、PD1两台皮带运输机送出。从料斗向PD-2供料由电磁阀YV控制，PD-1和PD-2分别由电动机M1和M2驱动。图4-1 某原料皮带运输机示意图 1 控制要求1） 起动：起动时为了避免在前段运输皮带上造成物料堆积，要求逆物料流动方向按一定时间间隔顺序起动。其起动顺序为： 2）停止：停止时为了使运输皮带上不残留物料，要求顺物料流动方向按一定时间间隔顺序停止。其停止顺序为： 3）紧急停止：紧急情况下无条件地把PD-1、PD-

7、2、YV全部同时停止。4）故障停止：运转中，当M1过载时，应使PD-1、PD-2、YV同时停止。当M2过载时，应使PD-2、YV同时停止；PD1在PD-2停止后延迟10s后停止。5）M1和M2电机功率都是5.5KW。（二） 某生产自动线小车电气控制系统设计某生产自动线，有一小车用电机拖动，电机正转，小车前进，电机反转，小车后退，小车工作循环过程如图42所示。要求在第一次信号来后小车前进，碰到限位开关A后退，退到原位O就停止，当第二次信号来后再前进，碰到限位开关B后退，退到原位O才停止，当第三次信号来后又前进，碰到限位开关C后退，退到原位O才停止，第四次信号来后，又前进，碰到限位开关D后退，直退

8、到原位O才停止。第五次信号来后，又和第一次信号来时情况一样，碰到限位开关A后就后退，如此循环反复。小车电机功率为3KW。图4-2 小车工作循环过程（三）液体混合装置电气控制系统设计 图4-3为两种液体混合装置，SLl、SL2、SL3为液面传感器，液面淹没时接通，液体A、B与混合液阀由电磁阀YVl、YV2、YV3控制，M为搅匀电机，控制要求如下： 1初始状态 装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开20s将容器放空后关闭 2起动操作 按下起动按钮SBl，装置就开始按下列给定规律操作： 1)液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。

9、2)当液面到达SLl时，关闭液体B阀门，搅匀电机开始搅匀。 3)搅匀电机工作lmin后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。 4)当液面下降到SL3时，SL3由接通变断开，再过20s后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。 3停止操作 按下停止按钮SB2后，在当前的混合操作处理完毕后，才停止操作(停在初始状态上)。4 电机M的功率为7.5KW。图4-3 液体混合装置示意图（四） 小车行车方向电气控制系统的设计 某车间有6个工作台，小车往返于工作台之间运料。如图44所示。每个工作台设有一个到位开关(SQ)和一个呼叫按钮(SB)。具体要求如下： 1小车初始时应停在6个工作台中任意一个到

10、位开关位置上。 2设小车现暂停于m号工作台，(此时SQm动作)，这时n号工作台呼叫(即SBn动作)。若： 1)m>n 小车左行，直至SQn动作，到位停车；即当小车所停位置SQ的编号大于呼叫的SB的编号时，小车往左运行至呼叫的SB位置后停止。 2)m<n 小车右行，直SQn动作，到位停车，即当小车所停位置SQ的编号小于呼叫的 SB的编号时，小车往右运行至呼叫的SB位置后停止。3)m=n 小车原地不动；即当小车位置SQ与呼叫SB编号相同时，小车不动作。4）小车电机M的功率为15KW。图4-4 小车行车方向控制示意图（五）气流除尘机电气控制系统设计 1.气流除尘机概况介绍 (1)用途及工

11、作原理 气流除尘机是制革业中一种专用于皮革除尘的先进设备。皮革经 过磨革工序后，要清除附着在皮革表面的皮屑微粒，除尘原理如图45所示，当皮革通过 该机时，利用高速气流和吸尘装置即可清除附着在皮革两面的皮屑微粒，以满足下道喷浆工序的工艺要求。这种先进的除尘工艺，取代了老式毛刷辊除尘的弊病，即由于静电附着效应，灰尘除不干净，使下道工序涂层质量难以保证。本机适用于牛、猪、羊等皮革加工，输送速度为30m/min，46m/min两种，每小时能通过500张皮革，生产效率很高。本机还配有布袋滤尘器，体积小，除尘效率高，并有电动抖灰尘机构，能确保操作工人身体健康和防止环境污染。 气流除尘机设有三组气室2(见图

12、4-5)，两组气室喷气口向下，一组向上。由鼓风机产生的低压清洁空气，以15m3min的排气量，经三根直径为51cm的管道3，通过机内空气过滤器，进入气室，再从狭窄的喷气口(长1850mm，宽0.1mm)喷出，形成高压气幕，将附在皮革表面的灰屑吹扬起来，然后通过吸尘系统(三根直径为150mm的吸尘管1)经离心风机，进入布袋滤尘器，滤尘后排出清洁气流。 (2)气流除尘电力拖动方式介绍 皮革传送带传动方式是采用双速异步电 动机JD023264(1/1.3kW、2.843.4A)拖动，以便根据不同类型皮革(例如猪皮、牛皮、羊皮等)，选择不同的进料速度；拖动方式均采用单向起停控制。 高压气流由LGl50

13、2081罗茨泵产生，其拖动电机为Y160L-4型(15kW、30.3A、 飞1450rmin)三相异步电动机单独起停控制。同时由4621/4离心风机吸尘，离心风机拖动电机为Y132S22(7.5kW、15A、2900rmin)。 布袋滤尘器抖尘电机，采用AO6324(250W、0.806A、1400r/min)拖动。按需要，每隔一定时间手动控制抖尘一次(短时工作)，大批量生产中也可以用自动定时抖尘控制。图4-5 2设计要求 （1）设备投入使用时，必须先起动罗茨泵产生高压气流，然后起动送料、吸尘抖尘电动机。由于罗茨泵拖动电动机容量较大，要求采用Y减压起动。 （2）能自由选择两种送料速度。 （3）

14、能根据需要起动抖尘电机或自动定时抖尘，抖尘电机每次起动工作lmin后即自动停止。 （4）根据需要设置电气保护。（六） 某动力滑台液压系统的电气控制系统设计某动力滑台的液压系统图46所示，由图可见，这个系统能够实现“快进 一工进 二工进 停留 快退 停止”的半自动工作循环，其工作情况如下： (1)快进 快速前进时，先按下起动按钮，电磁铁1YA通电，先导阀11左位接入系统，在控制油路驱动下，液动换向阀12亦左位接人系统。由于快进时滑台负载较小，系统工作压力不高，因而变量液压泵14输出最大流量，顺序阀2仍处于关闭状态，这时液压缸7作差动连接。系统中油液流动情况为： 进油路 变量液压泵14 单向阀13

15、 换向阀12(左位) 行程阀8(右位) 液压缸7左腔；回油路 液压缸7右腔 换向阀12（左位） 单向阀3 行程阀8(右位) 液压缸7左腔。 (2)一工进 当滑台快进到预定的位置，滑台上的挡块压下行程阀8时，第一次工作进始便开始。这时，其余液压元件所处状态不变，但由于调速阀4接入系统，使系统压力升高，顺序阀2打开；限压式变量液压泵14自动减小其输出流量，以与调速阀4的流量相适应。系统中油液流动情况为： 进油路 变量液压泵14 单向阀13 换向阀12(左位) 调速阀4 电磁阀9(右位) 液压缸7左腔； 回油路 液压缸7右腔 换向阀19（左位） 顺序阀2 背压阀1 油箱。 （3)二工进 当第一次工作

16、进给结束，挡块压下行程开关，使电磁铁3YA通电时；第二次工作进给开始。此时，顺序阀2仍打开；由于调速阀10的开口比凋速阀4小，系统工作压力进一步升高，限压式变量液压泵14的输出流量与调速阀10的流量相适应，滑台的进给速度降低。系统中油液流动情况为：进油路 变量液压泵14 单向阀13 换向阀12(左位) 调速阀4 调速阀10 液压缸7左腔；回油路 液压缸7右腔 换向阀12(左位) 顺序阀2 背压阀1 油箱。 (4）停留 当滑台以第二工进速度行进到碰上死挡块时，便不再前进，开始停留。此时，油路状态不变，变量液压泵14仍在继续运转，系统压力不断升高，液压泵的输出流量减小至与系统(含液压泵)的泄漏量相

17、适应。同时，液压缸左腔的压力亦随之升高，压力继电器5动作并发信号给时间继电器(图72中未画出)，经过时间继电器的延时，使滑台停留一段时间后再返回。滑台在死挡铁处的停留时间由时间继电器调节。 (5)快退 当滑台按调定时间在死挡块处停留后，时间继电器发出信号，使电磁铁1YA断电、2YA通电，先导阀11右位接人系统，控制油路换向，使液动阀12亦右位接人系统，因而主油路换向。由于此时滑台没有外负载，系统压力下降，限压式变量液压泵14的流量又自动增至最大，滑台便快速退回。系统中油液的流动情况为： 进油路 变量液压泵14 单向阀13 换向阀12(右位) 液压缸7右腔； 回油路 液压缸7左腔 单向阀6 换向

18、阀12(右位) 油箱。 (6)停止 当滑台快速退回到原位时，挡块压下终点开关，电磁铁2YA和3YA都断电， 此时先导阀11在对中弹篱作用下处于中位，液动阀12左右两边的控制油路都通油箱，因而液动阀12也在其对中弹簧作用下回到中位，液压缸7两腔封闭，滑台停止运动，变量液压泵14卸荷。系统中油液的流动情况为： 卸荷油路 变量液压泵14 单向阀13 换向阀12(中位) 油箱。液压泵电机功率为18.5KW。图46 某动力滑台液压系统图1背压阀 2顺序阀 3单向阀 4一工进调速阀5压力继电器 6单向阀 7液压缸 8行程阀9电磁阀 10二工进调速阀 11先导阀 12换向阀 13单向阀 14液压泵 15压力

19、表开关 p1、p2 、p3压力表接点（七） 某动力滑台液压系统的电气控制系统设计某动力滑台液压系统图如47所示，它适用于钻和精镗等的二次进给工作循环。这个系统能够实现“快进 一工进 二工进 停留 快退 停止”的半自动工作循环，其工作情况如下： 1快速前进 1YA、3YA通电，液压缸12差动连接，其油路为： 进油路 滤油器1 变量泵2 单向阀3 换向阀4（左位） 液压缸12左腔。 换向阀5（右位）打开液控单向阀6。回油路 液压缸12右腔 液控单向阀6换向阀4（左位） 液压缸12左腔，形成差动连接回路。 2第一次工作进给 1YA、4YA通电，3YA断电使阀6关闭，其油路为： 进油路 滤油器1 变量

20、泵2 单向阀3 换向阀4（左位） 液压缸12左腔。 换向阀10（右位）打开液控单向阀9。 回油路 液压缸12右腔 精滤油器 温度补偿调速阀7 液控单向阀9 油箱。 3第二次工作进给 1YA通电，44YA断电使阀9关闭，其油路为 进油路 与一工进相同。 回油路 液压缸12右腔 精滤油器 温度补偿调速阀7 温度补偿调速阀8 油箱。 4死挡铁停留 液压缸二次工进终了碰上死挡铁后，液压缸右腔的压力下降到压力继电器13的调整值时，发出信号，并通过时间继电器延时，以控制停留时间。 5快速退回 时间继电器延时完毕发出信号，使电磁铁2YA通电，1YA断电，则滑台快速退回，其油路为： 进油路 滤油器1 变量泵2

21、 单向阀3 换向阀4（右位） 液控单向阀6 液压缸12右腔。 回油路 液压缸12左腔 换向阀4（右位） 背压阀11 油箱。 6原位停止 2YA断电，至此全部电磁铁均断电，换向阀4中位接入系统工作，变量泵2输出的油液经背压阀11流回油箱，液压缸因失去动力而停止。液压泵电机功率为30KW。图47 动力滑台液压系统图（八） 某动力滑台液压系统的电气控制系统设计某动力滑台液压系统动作循环表和液压系统图分别如图48a和48b所示，这个系统能够实现“定位夹紧 快进 工进 快退 松开拔销 原位卸荷”的半自动工作循环。液压泵电机功率为11KW。循环动作1YA2YA3YA4YA5YA6YA定位夹紧快 进工 进快

22、 退松开拔销原位卸荷图48a 循环动作表图48b 动力滑台液压系统（九） 传送带电气控制系统的设计控制要求图49所示是用转台将传送带输送的物品转900，然后用气缸推到其它传送带上的过程。在这种控制过程中，首先用光穿透式传感器进行物品的检测，物品被检测后经过t1秒，停止传送带A工作。由于定时器T1的控制，转台上的物品处在正确的方位。另外，从传送带A停止经过t2秒后，电动机M2的电源处于接通(ON)状态，使转台转动。与位置检测传感器(LS1)处于ON的同时，使电动机M2的电源成断态(OFF)，转台旋转900，呈正确定位。LS2是确认气缸前进的传感器，LS3是确认气缸后退的传感器。 传送带A上的物品

23、在被推向转台的控制过程中要绝对准确无误，因此要有充分间隔，以便传送。M1电机功率为1.5KW，M2电机功率为1.5KW图49 转台的工作原理（十）锅炉车间输煤机组控制 1输煤机组控制系统 输煤机组控制系统示意图如图410所示，输煤机组控制信号说明如表41所示。图4-10表4-1 输煤机组的拖动系统由6台三相异步电动机M1M6和一台磁选料器YA组成。SAl为手动自动转换开关，SBl和SB2为自动开车停车按钮，SB3为事故紧急停车按钮，SB4SB9为6个控制按钮，手动时单机操作使用。HA为开车停车时讯响器，提示在输煤机组附近的工作人员物煤机准备起动请注意安全。HLlHL6为M1M6电动机运行指示，HL7为手动运行指示，HL8为紧急停车指示，HL9为系统运行正常指示，HLl0为系统故障指示。 2输煤机组控制要求 (1)手动开车停车功能 SAl手柄指向左450时，接点SAl1接通，通过SB4SB9控制按钮，对输煤机组单台设备独立调试与维护使用，任何一台单机开车停车时都有音响提示，保证检修和调试时人身和设备安全。 (2)自动开车停车功能 SAl手柄指向右450时，接点SAl2接通，输煤机组自动运行。 1)正常开车。按下自动开车按钮SBl，音响提示5s后，回收电动机M6起动运行并点 亮HL6指示灯；10s后，2#送煤电动机M5电动机起动运行并点亮HL5指示灯；10s后，提升电动机M