电气控制课程设计题目doc.docx

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实验指导书

《电气控制与仪表课程设计》

课程设计

学院：

学号：

专业（方向）年级：

学生姓名：

福建农林大学机电工程学院电气工程系

2007年9月1日

第一节概述

要能够胜任电气控制系统的设计工作，按要求完成好设计任务，仅仅掌握电气设计的基础知识是不够的，必须经过反复的实践，深入生产现场，不断积累经验。

课程设计正是为这一目的而安排的一个实践性教学环节，它是一项初步的工程训练。

通过集中1~2周时间的设计工作，了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。

课程设计题目不要太大，尽可能取自生产中实用的电气控制装置。

本指导书主要讨论课程设计应达到的目的、要求、设计内容、深度及完成的工作量。

并通过实例介绍，进一步说明课程设计的设计步骤。

本指导书还收集了较多的设计参考题，可作为课程设计练习题，直接供设计者自由选取。

命题结合生产需要，具有真实感。

设计中应严格要求，力求做到图纸资料规范化。

电气设计包含原理设计与工艺设计两个方面，不能忽视任何一面，在高等工科应用型人才培养中尤其要重视工艺设计。

由于初次从事设计工作，工艺要求不能过高，不能面面俱到。

设计工作量、说明书等要求与毕业设计应有较大的区别，电气控制课程设计属于练习性质，不强调设计结果直接用于生产，个人的工艺设计，只要求完成其中的一部份内容。

课程设计原则上应做到一人一题和自由选题。

在几个人共选一个课题的情况下，各人的设计要求及工艺设计内容，绘图种类，应有所区别。

要强调独立完成，以学生自身的独立工作为主，教师指导帮助为辅。

在设计工程中，适当组织针对性参观，并配以多种形式有助于开拓设计思路的讲座。

第二节课程设计的目的和要求

课程设计主要目的，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、巩固以往学习的内容，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。

课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计任务的同时要注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下几方面：

1）独立工作能力和创造力；

2）综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；

3）查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；

4）工程绘图能力；

5）写技术报告和编制技术资料的能力。

在课程设计教学中，应以学生为主，充分发挥自主性和创造精神。

教师的指导作用主要体现在工作方法、思维方法的引导。

为保证顺利完成设计任务，提出如下要求：

1）在接受设计任务并选定课题后，应根据设计要求和应完成的设计内容，拟定设计任务书和工作进度计划，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（是重要一环）应主动提出问题，以取得指导老师的帮助，在此阶段提倡广泛讨论，做到思路开阔，依据充分。

在具体设计过程中，要求多思考，主要参数的确定，要经过计算论证。

3）所有电气图纸的绘制必须符合国家有关标准的规定，包括线条、图形符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元件明细表以至图纸的折叠和装订。

4）说明书要求文字通顺、简练、字迹端正、整洁。

5）应在规定时间内完成所有的设计任务。

6）条件允许情况下，对自己的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能。

第三节课程设计任务与设计方法

一、设计任务书

课程设计要求是以设计任务书形式表达，按要求，其设计任务书应包含以下内容：

1）设备的名称、用途、基本构造、动作原理以及工艺过程的简单介绍。

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）连锁、保护要求。

4）照明、指示、报警等辅助要求。

5）应绘制的图纸。

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气元件。

工艺设计目的是为了得到电气设备制造过程中需要的施工图纸，其类型数量很多，设计中主要是以电气设备总体配制图‘电器板元件布置图、接线图、控制面板布置图、接线图、电气箱以及主要加工零件如电气安装底板、控制面板等为练习对象。

对于每位设计者来说只要求完成其中一部份。

原理图及工艺图纸均应按要求绘制，元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，要表明组件所有进出线编号、配线规格、进出线的接线方式（采用端子板或接插件）。

二、设计方法及步骤

在接到设计任务书后，一原理设计和工艺设计两部分，分别进行设计。

（一）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，可从以下及方面来考虑：

每台电动机的控制机方式，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。

对于一般小容量（7kw以下）起动负载不大时，可直接起动，对大容量电动机应考虑采用降压起动。

根据运动要求决定转向控制。

根据各台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过电流控制措施。

根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种制动方式。

设置短路保护及其他必要的电气保护。

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{选择适当的基本单元控制线路}。

③设置必要的连锁{包括同一台电动机各动作之间的动作连锁}。

④设置短路保护以及设计任务中要求的位置保护{如极限位、越位、相对位置等保护}、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按需要设计应急操作。

4）根据照明、指示、报警等要求设计辅助电路。

5）总体检查、修改、补充和完善。

主要包括以下内容

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、主令电路的触头使用是否合理，是否超过电器元件允许的数量。

③检查连锁要求能否实现。

④检查各种保护是否完善。

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、合理的选择个电器元件，按规定格式编制元件目录表。

8）根据完善后的设计草图，按GB6988《电器制图》标准绘制电器原理线路图并按GB5094《电器技术中的项目代号》要求标住器件的项目代号，按GB4884-85《绝缘导线的标记》的要求对线路进行统一标号

（二）工艺设计步骤

1）根据电器设计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，绘制电器控制系统的总装配图和总接线图：

2）根据电器元件的型号、外型尺寸、安装尺寸、绘制每一组件的元器件布置图（如电器安装板、控制面版、电源、放大器等0

3）根据元件布置图及电器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的方式。

4）绘制并修改工艺设计草图后，便可按机械、电气制图要求绘制工程图纸。

最后依设计过程和设计结果编写设计说明书及使用说明书。

以上简单介绍了原理设计与工艺设计的步骤，其中每一步的设计要求与具体内容可参阅第六章内容，各种图纸的设计过程和绘制要求也可以参考设计举例。

第四节课程设计参考题选

推荐以下设计课题供自选：

课题一专用镗孔机床的电气控制系统设计

1.机床概况改设备用于大批量生产某零件的镗孔与铰孔加工工序。

其加工效率的要求均较高，宜采用专用设备。

机床主运动采用动力头，由Y100L-6型（1.5KW.4A）三相异步电动机拖动，单向运转。

该设备能进行镗孔加工，当更换刀具和改变进给速度时，又能进行铰孔加工（有镗孔与铰孔加工选择），加工动作流程如图8-11所示。

图8-11加工动作流程图

进给系统采用液压控制，为提高功效进给速度分快进与工进两种且自动变换。

液压系统中的液压泵拖动电机为Y801-2型（750W、1.9A）,由电磁阀（YV1~YV4）控制进给速度，其动作要求如表8-2所示。

表8-2液压控制动作要求

为提高加工精度，主轴采用静压轴承，由Y801-2型电动机拖动高压液压泵产生静压油膜。

2.设计要求

1）主轴为单向运转，停车要求制动（采用能耗制动）。

2）主轴电动机与静压电动机的连锁要求是：

先开静压电动机，静压建立后（由油压继电器控制）才能起动主轴电动机，而停机时，要求先停主轴电动机，后停静压电动机。

3）主轴加工操作，采用两地控制。

加工结束制动停止，手动快退至原位。

4）根据加工动作流程要求，设置镗孔加工及铰孔加工选择。

5）应有照明及工作状态显示。

6）有必要的电气保护和连锁。

3.设计任务

1）设计与绘制电气控制原理图，选择电器元件，制订原件目录表。

2）根据原理线路进行组件划分，设计并绘制工艺图，在下列目录中任选一项：

电器板元件布置图；电器板零件加工图；控制面板元件布置图；接线图及面板加工图；电气箱图纸及总装接线图。

3）编制设计说明、使用说明书与设计小结。

4）列出设计参考资料目录。

课题二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8-12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，除尘除不干净，使下道工序涂层质量难于保证。

本机适用于牛、猪、羊等毛皮加工，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。

图8-12气流除尘机原理

气流除尘机设有三组气室2（见图8-12），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15m3/min的排气量，经三根直径为15cm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，将附着在皮革表面的灰屑吹扬起来，然后通过吸尘系统经离心风机，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有两种传送方式：

一种是采用双速异步电动机JD02-32-6/4（1/1.3kw\2.84/3.4A）拖动，以便根据不同类型皮革，选择不同的进料速度；令一种是根据需要才用直流电动机无级调速控制。

两种拖动方式均采用单向起停控制。

高压气流由LG15/02–08–1罗茨泵产生，其拖动电机为Y160L–4型（15kw、30.3A、1450r/m）三相异步电动机单独起停控制。

同时由4–62–1/4？

离心风机吸尘，离心风机拖动电机为Y132S2–2（7.5kw、15A、2900r/m）。

布袋滤尘器抖尘电机，采用AO6324（250kw、0.806A、1400r/m）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。

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、洗尘抖尘电动机。

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或无级变速并能自动记录皮件数。

3）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1min后即自动停止。

4）根据需要设置电气保护。

3.设计任务

1）设计并绘制电气原理图，选择电器元件，编制元件目录表。

2）设计并绘制工艺图，在下列项目中任选一项：

电气板元件布置图；接线图及电器板零件加工图；电气箱控制面板元件布置图；接线图及面板加工图；电子计数器印板元件布置图及印刷电路板；电气箱及总线接线图。

3）编制设计说明书、使用说明书与设计小结。

4）列出设计参考资料目录。

课题三千斤顶液压缸加工专用机床电气控制系统设计

1.专用机床概况介绍本机为专用千斤顶液压缸两端面的加工，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头同时进行切削。

动力头的快进、工进及快退由液压油缸驱动。

液压系统采用两位四通电磁阀控制，油泵电动机型号为Y801–4（0.55kw、1.6A）

机床的工作程序是：

1）零件定位。

人工将零件装入夹具后，定位油缸动作工件定位。

2）零件夹紧。

零件定位后，延时15s，夹紧油缸动作使零件固定在夹具内。

同时定位油缸退出以保证滑台入位。

3）滑台入位。

滑台带动动力头一起快速进入加工位置。

4）加工零件。

左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点，即停止工进，延时30s后动力头退回原位。

5）滑台复位。

左右动力头退回原位后，滑台复位。

6）夹具松压。

当滑台复位后夹具松开，取出零件。

以上液压缸各动作由电磁阀控制，电磁阀动作要求如表8-3所示。

2.设计要求

1）专用机床能半自动循环工作，又能对各个动作单独进行调整。

2）只有在油泵工作，油压达到一定压力（由压力继电器控制）后才能进行其他调整。

3）各程序应有显示并照明要求。

4）必要的电气联锁与保护。

表8-3电磁阀动作要求

3.设计任务

1）设计并绘制电气控制原理图，选择电器元件，制订元件目录表。

2）设计并绘制工艺图纸，在下列各项中任选一项：

电器板元件布置图及电器底版零件图；电器板接线图；控制面板元件排列图；接线图及面板加工零件图；电器箱图及总接线图。

3）编制设计、使用说明书及设计小结。

4）列出设计参考资料目录。

课题四机械手电气控制系统设计

1.机械手结构、动作与控制要求

机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。

本设计中的机械手采用关节式结构。

各动作由液压驱动，并右电磁阀控制。

动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则控制的电气控制系统。

机械手的结构如图8-13所示，主要由手指1、手腕2、小臂3、和大臂5等几部分组成。

料架6为旋转式，由料盘和棘轮机构组成。

每转动一定角度（由工件数决定）以保证待加工零件4对准机械手。

机械手各动作与相应电磁阀动作关系如表8-4所示。

以镗孔专用机床加工零件的上料、下料为例，机械手的动作顺序是：

由原始位置将以加工好的工件卸下，放回料架，等料架转过一定角后，再将未加工零件拿起，送到加工位置，等待镗孔加工结束，再将加工完毕工件放回料架，如此重复循环。

具体动作顺序是：

原始位置（装好工件等待加工位置，其状态是大手臂竖立，小手臂伸出并处于水平位置，手腕很横移向右，手指松开）——手指夹紧（抓住卡盘上的工件）——松卡盘——手腕左移（从卡盘上卸下已加工好的工件）——小手臂上摆——大手臂下摆——手指松开（工件放回料架）——小手臂收缩——料架转位——小手臂伸出——手指夹紧（抓住未加工零件）——大手臂上摆（取送零件）——小手臂下摆——手腕右移（将工件装到机床的主轴卡盘中）——卡盘收紧——手指松开，等待加工。

图8-13机械手的外形及其与料架的配置

1-手部2-手腕3-小臂4-工件5-大臂6料架

表8-4电磁阀状态表

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

YV6

YV7

YV8

YV9

YV10

YV11

手指的夹紧与放松

夹紧

+

放松

+

手腕横向移动（左右移动）

左移

+

右移

+

小臂的伸缩

伸

+

缩

+

小臂上下摆动

上摆

+

下摆

+

大臂上下摆动

上摆

+

下摆

+

+

根据表8-4及各动作中机械的状态，便可自行列出各动作中对YV1-YV11线圈的通电要求。

2．设计要求

1）加工中上料、下料各动作采用自动循环。

2）各动作之间应有一定的延（由时间继电器调定）。

3）机械手各部分应能单独动作，以便于调整及维修。

4）油泵电机（采用Y100L2-4.3KW）及各电磁阀运行状态应有指示。

5）应有必要的电气保护与联锁环节。

3．设计任务

1）绘制电气控制原理线路图，选用电器元件，制定元件目录表。

2）设计并绘制以下工艺图纸中的一种：

电器板元件布置图与底板加工零件图；电器板接线图；控制面板元件布置图、接线图及面板加工图；电器箱及系统总接线图。

3）编制设计、使用说明书、设计小结、列出设计参考资料目录。

课题五深孔钻电器控制系统设计

1．设备概况介绍深孔钻是加工深孔的专用设备。

在钻孔时，为保证零件加工质量，提高工效，加工中钻头冷却和定时排屑是需要解决的主要问题。

本设备通过液压、电气控制的密切配合，实现定时自动排屑。

为提高加工效率，液压系统通过电磁阀控制，使主抽有快进、慢进和工作等几种运动速度。

图8-14是它的工作循环图。

图8-14工作循环图

液压泵电动机选用Y100L2-4，容量为3KW，主轴电动机为Y100L-6，容量为1.5KW，电磁阀采用直流24V电源。

表8-5列出了电磁阀动作节拍表。

表8-5电磁阀状态表

快进

慢进

YV1

YV2

YV3

YV4

图是深孔钻的结构示意图。

其动作原理是：

1）原位。

原位时挡铁2压着原位行程开关SQ1，慢进给挡铁4支承在向前挡铁3上，终点复位挡铁8被拉杆9顶住。

2）快速前进。

当发出启动信号，电磁阀YV1通电，三位五通换向阀右移，主轴快速前进，带着拉杆1及拉杆1上可滑动的工作进给挡铁5一起前进

3）慢进给。

当快进到慢进给挡铁4压下SQ2，导致电磁阀YV2通电，与此同时，工作进给挡铁5也压下SQ3，使YV3通电，这样YV1、YV2、YV3均得电，于是主轴转给慢进给，并带着拉杆1及工作进给挡铁5同时慢进。

此时，主轴电动机自动启动。

4）工作进给。

当慢进到工作进给挡铁5顶在死挡铁10上，挡铁5不再前进。

但由于拉杆1被主轴带着继续前进，于是挡铁5在拉杆上滑动，同时向前挡铁3将离开慢进给挡铁4，使SQ2松开，YV2断电。

主轴转给正常工作进给速度加工（第一工进）

5）快退排屑。

由时间继电器KT控制工作进给时间，由它发出信号，使YV1、YV3断电，同时接通YV4，使主轴快退排屑，在主轴带动下，拉杆1及挡铁5一起后退。

6）再次快速前进。

当快退到挡铁3压下原位开关SQ1时，YV4断电，并使YV1再次得电，主轴快进，但由于第一次工进时，已使挡铁5在拉杆1上后移一段距离（正好等于钻孔深度），所以慢进挡铁4离开挡铁3，SQ2不受压，因而块进不会转为慢进，而是一直快进到挡铁5顶在死挡铁10上。

7）重复给进。

挡铁5再次压下SQ3，YV3又得电，转为工进，（从上次转孔深度处开始），由时间继电器控制进给时间，后又转为快退排屑，如此多次循环。

8）慢进给钻出。

每工进一次，挡铁5就在拉杆1上后移一段距离，经多次重复，使挡铁5逐渐向终点挡铁6靠拢，然后由终点挡铁6之凸块拨转挡铁4，使SQ2受压，主轴慢进给转出，到达终点，并推动杠杆9，放开高位当铁8，并压下SQ4，使YV1断电，YV4得电，主轴快退。

复位。

挡铁5后退一段距离，即被挡铁8钩住，使其沿拉杆1方向滑动，直到挡铁3通过SQ1（因SQ4受压，故压下SQ1不起作用），并顶开挡铁8，从而放开挡铁5和SQ4,挡铁8由杆顶住，原位挡铁2压下SQ1，YV4断电，主轴停止后，恢复原位。

在加工过程中，若出现故障，可按停止按钮，使主轴停止进给，然后再按动力头上的复位推杆11，拨动终点复位挡铁8，使SQ4受压发出快退复位指令，从而恢复到始状态。

2．设计要求

1）在工作夹紧及液压泵起动后，按下开工按钮，开始钻孔并能自动完成半自动循环。

2）主轴电动机在第一次快进时自动起动，加工完成，退回原位时自动停止。

3）具有可靠的联锁、保护环节和必要的动作显示。

4）具有点动调整环节，包括主轴电动机的起停、快退、慢进、工进等点动控制。

3．设计任务

1）绘制电气控制原理图，选择电器元件，制订元件目录数表。

2）设计并绘制工艺图纸（选择其中一项）：

电器板元件布置图、接线图与底板加工图；控制面板元件布置图、接线图及面板加工图；电器箱图及总接线图。

3）编制设计使用说明书及设计小结，列出参考资料目录。

课题六全自动栓面钻电气控制系统设计

1．设备概况介绍全自动双面钻是对棒料两面同时进行钻孔或扩孔加工的专用机床。

这种机床的自动程度高，能自动上、下料，自动进、退刀，并且有可靠的危险区保护装置。

其结构示意图如图8-16所示。

图8-16全自动双面钻结构

双面钻是由液压系统控制进给运动，动力头的主轴由Y100L1—4（2.2KW）电动即驱动各运动采用行程原则控制，动力头进退及上、下料采用液压传动，液压泵电动机为Y100L2—4（3KW）。

2．设计要求

1）料斗中有料时，按下开工按钮后，能自动工作下去，实现自动循环。

2）当只要求加工一只零件时，要求加工完毕能自动退回原位，并自动停车。

3）动力头主轴、滑台能点动操作，以便调整钻孔深度。

4）主轴只要求单向运动，离开原位能自动起动，回到原位则自动停止。

5）单机操作能进行一面加工，并且能实现自动循环。

6）具有紧急停止和危险区保护环节。

7）具有必要的显示、保护、联琐环节。

3．设计任务

1）设计并绘制电气控制原理图、选择各电器元件、列出元件目录数表。

2）设计并绘制工艺图，在下列中选一项：

电器板元件布置图、接线图与底板加工图；控制面板元件布置图、接线图及面板加工图；电器箱图及总接线图。

3）按要求编制设计、使用说明书及设计小结。

列出参考资料目录。

课题七成型磨床电气控制系统设计

1．设备概况介绍本机床用与各种特殊要求型面的磨削加工，机床由四台电动机拖动，即磨头电动机拖动砂轮高速旋转，采用JW11—4（0..6KW），单向连续工作。

液压泵电动机拖动油泵向液压系统供油，采用Y802—4（0.75KW）单向连续工作。

磨头升降电动机带动砂轮架上下移动，采用JW11—4正反向工作。

吸尘电动机供磨削加工中吸尘用，采用JW11—4驱动。

加工时，工件置于电磁吸盘（DC36V/1.2A）上，加工完毕退磁取下工件。

2．设计要求

1）为调整砂轮位置，磨头升降采用点动控制。

为了保证停位准确，应有制动控制（采用能耗制动）。

上下极限位置应有位置保护。

在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。

2）磨头砂轮运转与电磁吸盘之间，应有电其联锁环节，其