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1电气控制与PLC课程设计指导书课程设计的目的、要求、任务及方法要完成好电气控制系统的设计任务，除掌握必要的电气设计基础知识外，还必须经过反复实践，深入生产现场，将不断积累的经验应用到设计中来。课程设计正是为这一目的而安排的实践性教学环节，它是一项初步的工程训练。通过课程设计，了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。电气设计包含原理设计和工艺设计两个方面，不能忽视任何一面，对于应用型人才更应重视工艺设计。课程设计属于练习性质，不强调设计结果直接用于生产。一、设计目的课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。二、设计要求在课程设计中，学生是主体，应充分发挥他们的主动性和创造性。教师的主导作用是引导其掌握完成设计内容的方法。为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点：1)在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。2)在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。3)所有电气图样的绘制必须符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元器件明细表以及图样的折叠和装订。4)说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。5)应在规定的时间内完成所有的设计任务。6)如果条件允许，应对自己的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能性。2三、设计任务课程设计要求是以设计任务书的形式表达，设计任务书应包括以下内容：1)设备的名称、用途、基本结构、动作原理以及工艺过程的简要介绍。2)拖动方式、运动部件的动作顺序、各动作要求和控制要求。3)联锁、保护要求。4)照明、指示、报警等辅助要求。5)应绘制的图样。6)说明书要求。原理设计的中心任务是绘制电气原理图和选用电器元件。工艺设计的目的是为了得到电气设备制造过程中需要的施工图样。图样的类型、数量较多，设计中主要以电气设备总体配置图、电器板元器件布置图、控制面板布置图、接线图、电气箱以及主要加工零件（电器安装底板、控制面板等）为练习对象。对于每位设计者只需完成其中一部分。原理图及工艺图样均应按要求绘制，元器件布置图应标注总体尺寸、安装尺寸和相对位置尺寸。接线图的编号应与原理图一致，要标注组件所有进出线编号、配线规格、进出线的连接方式（采用端子板或接插板）。四、设计方法在接到设计任务书后，按原理设计和工艺设计两方面进行。1．原理图设计的步骤1)根据要求拟定设计任务。2)根据拖动要求设计主电路。在绘制主电路时，可考虑以下几个方面：①每台电动机的控制方式，应根据其容量及拖动负载性质考虑其起动要求，选择适当的起动线路。对于容量小（7.5kW以下）、起动负载不大的电动机，可采用直接起动；对于大容量电动机应采用降压起动。②根据运动要求决定转向控制。③根据每台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过电流控制措施。④根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种控制方式。⑤设置短路保护及其他必要的电气保护。⑥考虑其他特殊要求：调速要求、主电路参数测量、信号检测等。3)根据主电路的控制要求设计控制回路，其设计方法是：①正确选择控制电路电压种类及大小。②根据每台电动机的起动、运行、调速、制动及保护要求依次绘制各控制环节（基本单元控制3线路）。③设置必要的联锁（包括同一台电动机各动作之间以及各台电动机之间的动作联锁）。④设置短路保护以及设计任务书中要求的位置保护（如极限位、越位、相对位置保护）、电压保护、电流保护和各种物理量保护（温度、压力、流量等）。⑤根据拖动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环、工艺参数测量等控制。⑥按需要设置应急操作。4)根据照明、指示、报警等要求没计辅助电路。5)总体检查、修改、补充及完善。主要内容包括：①校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。②检查接触器、继电器、主令电器的触点使用是否合理，是否超过电器元器件允许的数量。③检查联锁要求能否实现。④检查各种保护能否实现。⑤检查发生误操作所引起的后果与防范措施。6)进行必要的参数计算。7)正确、合理地选择各电器元器件，按规定格式编制元件目录表。8)根据完善后的设计草图，按电气制图标准绘制电气原理线路图，按《电气技术中的项目代号》要求标注器件的项目代号，按《绝缘导线的标记》的要求对线路进行统一编号。2．工艺设计步骤1)根据电气设备的总体配置及电器元件的分布状况和操作要求划分电器组件，绘制电气控制系统的总装配图和接线图。2)根据电器元器件的型号、外形尺寸、安装尺寸绘制每一组件的元件布置图（如电器安装板、控制面板、电源、放大器等）。3)根据元器件布置图及电气原理编号绘制组件接线图，统计组件进出线的数量、编号以及各组件之间的连接方式。4)绘制并修改工艺设计草图后，使可按机械、电气制图要求绘制工程图。最后按设计过程和设计结果编写设计说明书及使用说明书。4设计实例：小型SBR废水处理PLC电气控制系统课程设计一、小型SBR废水处理电气控制系统设计任务书1．SBR废水处理工艺的技术要求SBR废水处理技术是一种高效废水回用的处理技术，采用优势菌技术对校园生活污水进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。SBR废水处理系统方案要充分考虑现实生活中校园生活区较为狭小的特点，力求达到设备体积小，性能稳定，工程投资少的目的。废水处理过程中环境温度对菌群代谢产生的作用直接影响废水处理效果，因此采用地埋式砖混结构处理池以降低温度对处理效果的影响。同时，SBR废水处理技术工艺参数变化大，硬件设计选型与设备调试比较复杂，采用先进的PLC控制技术可以提高SBR废水处理的效率，方便操作和使用。SBR废水处理系统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。SBR废水处理系统示意图如图11-1所示。纳入污水~排空电磁阀空气风机生物菌泥污水处理池水位电极1#清水泵清水池水位电极2#清水泵中水中水箱上水电磁阀水位电极电动阀图11-1SBR废水处理系统示意图污水处理的第一阶段：当污水池中的水位处于低水位或无水状态时，电动阀会自动开起纳入污水。当污水池纳入的污水至正常高水位时，电动阀自动关闭，污水池中污水呈微氧和厌氧状态。污水处理的第二阶段：采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、平衡菌群的pH值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。整个好氧（曝气）时间一般需要6～8h。在曝气管路上安装了排空电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开起，罗茨风机延时空载起动，然后排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当曝气处理结束后，排空电磁阀再次开起，罗茨风机空载停机，然后排空电磁阀延时关闭。曝气风机在无负荷条件下起动和停止，能起到保护电动机和风机的5作用。经过0.5h的水质沉淀，PLC下达起动1#清水泵指令，将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常高水位时，1#清水泵自动停止运行。这时2#清水泵自动起动向中水箱泵水，当水箱内达到正常高水位时，2#清水泵自动停止运行，这时中水箱内的水全部完成处理过程。如上所示，当中水箱内水位降至低水位时，2#清水泵又自动起动向中水箱泵水。当污水池中的水位降至低水位时，电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。如此循环往复。SBR废水处理技术针对污水水质不同选用生物菌群不同，工艺要求要求有所不同，电气控制系统应有参数可修正功能，以满足废水处理的要求。2．SBR废水处理系统动力设备SBR废水处理系统中所使用的动力设备（水泵、罗茨风机、电动阀），均采用三相交流异步电动机，电动机和电磁阀（AC220V选配）选配防水防潮型。1#清水泵：立式离心泵LS50-10-A，扬程10m，流量29m3/h，1kW。2#清水泵：立式离心泵LS40-32.1，扬程30m，流量16m3/h，3kW。曝气罗茨风机：TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。电动阀：阀体D97A1X5-10ZB-125mm，电动装置LQ20-1，AC380V，60W。3．SBR废水处理电气控制系统设计要求1)控制装置选用PLC作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配PLC机型和I/O接口。2)可执行手动/自动两种方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。3)电动阀上驱动电动机为正、反转双向运行，因此要在PLC控制回路加互锁功能。4)PLC的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。5)为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，入如电动机过热保护、控制系统短路保护等。6)绘制电气原理图：包括主电路、控制电路、PLC硬件电路，编制PLC的I/O接口功能表。7)选择电器元件、编制元器件目录表。8)绘制接线图、电控柜布置图和配线图、控制面板布置图和配线图等。9)采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。二、SBR废水处理电气控制系统总体设计过程1．总体方案说明1)SBR废水处理系统控制对象电动机均由交流接触器完成起、停控制，电动阀电动机要采用正、反转控制。2)污水池、清水池、中水水箱水位检测开关，在选型时考虑抗干扰性能，选用电极考虑耐腐蚀性。63)电动阀上驱动电动机，其内部设有过载保护开关，为常闭触点，作为电动阀过载保护信号，PLC控制电路考虑该信号逻辑关系。4)1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机电动机、电动阀电动机分别采用热继电器实现过载保护，其热继电器的常开触点通过中间继电器转换后，作为PLC的输入信号，用以完成各个电动机系统的过载保护。5)罗茨风机的控制要求在无负载条件下起动或停机，需要在曝气管路上设置排空电磁阀。6)主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔断器，实现短路保护。7)电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用BVR型铜导线连接，电控箱与执行装置之间采用端子板连接。8)PLC选用继电器输出型。9)PLC自身配有24V直流电源，外接负载时考虑其供电容量。PLC接地端采用第三种接地方式，提高抗干扰能力。2．SBR废水处理电气控制原理图设计(1)主电路设计SBR废水处理电气控制系统主电路如图11-2所示。M1M2SKM1KM2FU1M3TKM3RNNL5L6FR1FR2FR31#泵（污水）2＃泵（清水）风机M4FR4KM4KM5FU4FU3FU2~~~~阀门电动机FU5FU63333QF图11-2SBR废水处理电气控制系统主电路1)主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3分别控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3；交流接触器KM4、KM5控制电动阀电动机M4，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。2)电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。电动阀电动机M4控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机M4实现双重保护。73)QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。4)熔断器FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。FU5、FU6分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。(2)交流控制电路设计SBR废水处理系统交流控制电路如图11-3所示。1#泵提示(潜水)L5NHL1HL2HL3H