课程设计说明书格式及内容要求.docx
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课程设计说明书格式及内容要求
《电气控制与PLC》课程设计说明书
专业：
电气工程及其自动化
班级：
09级电气（3）班
姓名：
丁兰
学号：
20090417335
指导教师：
张立明
自动控制与机械工程学院
２０１２年６月
第一部分:
电气线路安装调试技能训练
技能训练题目一:
电气原理图:
电气安装接线图:
本人完成的安装线路实物图片一:
技能训练题目二:
电气原理图:
电气安装接线图:
本人完成的安装线路实物图片二:
技能训练小结:
1.电气原理图的绘制要求:
（1）为了区别主电路与控制电路，在绘线路图时主电路（电机、电器及连接线等），用粗线表示，而控制电路（电器及连接线等）用细线表示。
通常习惯将主电路放在线路图的左边（或上部），而将控制电路放在右边（或下部）。
复杂的系统则分图绘制。
（2）每一电气元件采用国家规定的统一的图形符号来表示，在图形符号附近用文字符号标注属于哪类电器。
需要测试和拆、接的外部引出线的端子，用图形符号“空心圆”表示。
电路的连接点用“实心圆“表示。
（3）同一电器的各个部件（如接触器的线圈和触点）在图中的位置，根据便于阅读和研究的原则来安排，可以不画在一起，但属于同一电器的部件均编以相同的文字符号。
若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号。
（4）对于接触器、继电器的触点按吸引线圈不通电状态画出，控制器手柄按趋于零位时的状态画出，按钮、行程开关触点按不受外力作用时的状态画出等。
（5）在原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般应按动作顺序和信号流从上到下，从左到右依次排列，可水平布置或者垂直布置，并尽可能减少线条和避免线条交叉。
电路中各元器件触点图形符号，在图形垂直放置时，以“左开右闭”原则绘制，当图形水平放置时以“上闭下开”原则绘画。
（6）直流和单相电源电路用水平线画出，一般画在图样上方（直流电源的正极）和下方（直流电源的负极）。
多相电源电路，用水平线集中画在图样上方，相序自上而下排列。
中性线（N）和保护接地线（PE）放在相线之下。
主电路与电源电路垂直画出。
控制电路与信号电路垂直画在两条水平电源线之间。
耗电元件（如线圈、电磁铁、信号灯等）直接与下方水平线连接，控制触点连接在上方水平线与耗电元件之间。
（7）为了便于检索电气电路，方便阅读和分析，在原理图的上方或右方将图分成若干图区，并标明该区电路的用途与作用。
（8）在电气原理图中，接触器与继电器线圈与触点之间的从属关系要加以说明，即在原理图中相应线圈的下方，给出触点的文字符号，并在其下注明相应触点的索引代号。
2.电气接线图的绘制要求
（1）同一电气的各部件画在一起，其尺寸和比例没有严格的要求，各部件的位置尽量符合实际情况。
（2）各电气元件的图形符号、文字符号和回路标记，均应以原理图为准，并且要保持一致。
（3）不在同一控制箱内或不是同一块配电屏上的各电气元件之间的连接，必须通过接线端子板进行连接。
同一控制箱内的各控制元件之间可以直接连接。
安装接线图上所表示的电气连接，一般不表示实际走线的途径，施工时由操作者根据实际情况选择最佳走线方式。
（4）应详细地标明配线用的各种导线的型号、规格、截面积及连接导线的根数。
标明所穿管子的型号、规格等，并标明电源的引入点。
3.电器安装、接线的工艺要求:
（1）安装方式安装方法有两种：
底板安装和DIN导轨安装。
底板安装是利用PLC机体外壳四个角上的安装孔，用螺钉将其固定在底版上。
DIN导轨安装是利用模块上的DIN夹子，把模块固定在一个标准的DIN导轨上。
导轨安装既可以水平安装，也可以垂直安装。
（2）电气设备安装时，应注意与其他工种之间的协调。
如配电间或发电机房的通风、散热和事故后的排烟处理等问题，也应注意母线槽、桥架、基础槽钢的预埋铁及预流孔的设置及相关系统的安装等问题，如发现问题及时提出。
（3）PLC的工作电源有120/230V单相交流电源和24V直流电源。
系统的大多数干扰往往通过电源进入PLC，在干扰强或可靠性要求高的场合，动力部分、控制部分、PLC自身电源及I/O回路的电源应分开配线，用带屏蔽层的隔离变压器给PLC供电。
隔离变压器的一次侧最好接380V，这样可以避免接地电流的干扰。
输入用的外接直流电源最好采用稳压电源，因为整流滤波电源有较大的波纹，容易引起误动作。
（4）配电设备安装必须符合设计要求。
接地应可靠，电器联锁装置应动作正确可靠，断路器分闸后，隔离触头才能分开，离墙距离、带电部位安全距离必须符合规范要求，必须便于维修人员在安全位置操作和观察仪表。
（5）接线按原理图逐个检查全部电气元件是否相符，其额定电压和控制操作电源电压必须一致。
按钮之间的控制连接线，控制线校线后，将每根芯线连接在端子板上、一般一个端子压一根线，最多不能超过两根，多股线应涮锡，不得有断股。
导线在管内不得有接头和扭结，其接头应设在接线盒内。
导线绝缘层不得损坏，导线不得扭曲。
（6）如单根管内导线较多，为防止导线端头路途受阻，要剥出端部线芯，并排好，与引线一端缠绕接好，再穿管。
导线的连接必须保证质量，割开绝缘层时，不得损伤线芯，芯线连接，外缠绝缘带应均匀严密，不得低于原绝缘层的绝缘强度。
导线连接牢固，包扎严密，绝缘良好，在盒箱内导线有适当余量。
４.实训线路发生的故障及排除办法：
（1）通电后电动机不转然后熔丝烧断
故障排除①检查刀闸是否有一相未合好可电源回路有一相断线消除反接故障②查出短路点予以修复③消除接地④查出误接予以更正⑤更换熔丝③消除接地点。
（2）通电后电动机不转有嗡嗡声
故障排除①查明断点予以修复②检查绕组极性判断绕组末端是否正确③紧固松动的接线螺丝用万用表判断各接头是否假接予以修复④减载或查出并消除机械故障⑤检查是还把规定的面接法误接为Y是否由于电源导线过细使压降过大予以纠正⑥重新装配使之灵活更换合格油脂⑦修复轴承。
（3）电动机起动困难额定负载时电动机转速低于额定转速较多
故障排除①测量电源电压设法改善②纠正接法③检查开焊和断点并修复④查出误接处予以改正⑤恢复正确匝数⑥减载。
（4）电动机空载电流不平衡三相相差大
故障排除①重新绕制定子绕组②检查并纠正③测量电源电压设法消除不平衡④峭除绕组故障。
（5）电动机空载过负载时电流表指针不稳摆动
故障排除①查出断条予以修复或更换转子②检查绕转子回路并加以修复。
（6）电动机空载电流平衡但数值大
故障排除①重绕定子绕组恢复正确匝数②设法恢复额定电压③改接为Y④重新配③更换新转子或调整气隙⑤检修铁芯或重新计算绕组适当增加匝数。
第二部分:
多种液体自动混合装置的PLC控制
一、多种液体自动混合装置的电气控制系统设计任务书
1．多种液体自动混合装置控制的概述
如图所示为三种液体混合装置，SQ1、SQ2、SQ3和SQ4为液面传感器，液面淹没时接通，液体A。
B、C与混合由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4控制，M为搅匀电动机，其控制要求如下：
1．初始状态
装置投入运行时，液体A、B、C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
按下启动按钮SB1，装置开始按下列给定规律运转。
（1）液体A阀门打开，液体A流入容器。
当液面到达SQ3时，SQ接通，关闭液体A阀门，打开液面B阀门。
（2）当液面到达SQ2时，关闭液面B阀门，打开液面C阀门。
（3）当液面到达SQ1时关闭阀门C，搅匀电动机开始搅匀。
（4）搅匀电动机工作1min后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。
（5当液面下降到SQ4时，SQ4由接通变端开，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，要将当前的混合操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态）。
2．多种液体自动混合装置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运行，要在PLC控制回路中设置自保持。
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、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、多种液体自动混合装置控制系统总体设计过程
1．总体方案说明
总体设计思路经过对上述设计要求的深入思考后，对系统的设计过程有了一定的构架。
具体的想法有一下几点：
我做的系统为多种液体自动混合，需要对各种液体的液面的高度监控，因此，需要运用到传感器进行液面高度的监控。
各种液体入池的比例需要应用电磁阀控制，入池后的搅拌，则需要电机控制。
对各个控件的控制，需要一个完整的控制流程，运用PLC技术进行编程，可以实现对各个控件的控制。
具体控制方法根据题目要求，按下启动按钮时，A种液体进入容器，当达到一定值时，停止进入，B种液体开始进入，当达到一定值时，停止进入C种液体开始进入，当达到一定深度停止所有液体进入。
搅拌机进行搅拌，一分钟后搅拌均匀，停止搅拌，放出液体。
经20s后停止放出，按停止键停止操作。
液体的进入和放出，需要电磁阀的控制，液面的深度需要传感器的控制。
2．多种液体自动混合装置电气控制原理图设计
（1）主电路设计
图1多种液体自动混合控制的主电路图
1）主回路中交流接触器KM搅匀电动机M。
2）电动机M由热继电器FR实现过载保护。
3）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FU实现各负载回路的短路保护。
（2）PLC接口控制电路设计
PLC选型及I/O分配图根据设计要求、控制要求，选定PLC的型号为：
FX1N系列它是日本三菱公司生产的三菱FX1N系列，拥有28路输入、18路继电器输出，而本例实际只需要6路输入、5路输出，输出留有约1/3的余量，输出所留余量超出1/3，完全满足要求；拥有8K步的内存容量，而本例用户程序的容量估计在50步左右.
控制电路设计包括PLC硬件结构配置及PLC控制原理电路设计。
1）硬件结构设计。
了解各个控制对象的驱动要求，如：
驱动电压的等级、负载的性质等；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数的精度及类型，如：
对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等，选择适合的PLC机型及外设，完成PLC硬件结构配置。
2）根据上述硬件选型及工艺要求，绘制PLC控制电路原理图，绘制PLC控制电路，编制I/O接口功能表。
图多种液体自动混合装置系统PLC控制电路原理图，L作为PLC输出回路的电源，分别向输出回路的负载供电，输出回路所有COM端短接后接入电源N端。
图2为多种液体自动混合装置的PLC控制电路原理图
3）PLC输入回路中，信号电源由PLC本身的24V直流电源提供，所有输入COM端短接后接入PLC电源DC24V的（＋）端。
输入口如果有有源信号装置，需要考虑信号装置的电源等级和容量，最好不要使用PLC自身的24V直流电源，以防止电源过载损坏或影响其他输入口的信号质量。
4）PLC采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为AC250V，2A。
6）根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路、PLC控制回路、各种保护联锁电路、PLC控制程序等，全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。
3）PLC采用继电器输出。
表1和表2分别为多种液体自动混合装置的PLC输入和输出接口功能表。
表1多种液体自动混合装置的PLC输入接口功能表
序号
工位名称
文字符号
输入口
1
启动开关
SB1
X000
2
停止按钮
SB2
X001
3
液面传感器
SQ1
X002
4
液面传感器
SQ2
X003
5
液面传感器
SQ3
X004
6
液面传感器
SQ4
X005
表2多种液体自动混合装置PLC输出接口功能表
序号
工位名称
文字符号
输入口
1
PLC工作指示灯
Y000
2
控制搅匀电动机
KM1
Y001
3
液体阀门A
YV1
Y002
4
液体阀门B
YV2
Y003
5
液体阀门C
YV3
Y004
6
混合液体阀门
YV4
Y005
4）根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路、PLC控制回路、各种保护联锁电路、PLC控制程序等，全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。
5）根据设计方案选择的电气元件，编制原理图的元器件目录表，如表3所示。
表3多种液体自动混合装置控制的元器件目录表
序号
文字符号
名称
数量
规格型号
备注
1
M
电动机
1
Y系列
三相交流异步电动机
2
FR
热继电器
1
JR16B-20/3
参照电动机整定电流
3
FU1
熔断器
3
RL1-15
熔体2～10A
4
FU2
熔断器
1
RT16-32X
熔体2A
5
QF
断路器
1
C45AD
脱扣电流10A
6
SB1
起动按钮
1
LAY37
绿色
7
SB2
停止按钮
1
LAY37
红色
8
KM1
交流接触器
1
DJX-9
线圈电压：
AC220V
9
HL1
工作指示灯
1
AD16-22
AC220V
10
YV1
电动阀门装置
1
LQA20-1
AC380，60W
11
YV2
电动阀门装置
1
LQA20-1
AC380，60W
12
YV3
电动阀门装置
1
LQA20-1
AC380，60W
13
YV4
电动阀门装置
1
LQA20-1
AC380，60W
14
PLC
可编程序控制器
1
FX2N-48MR
继电器输出
（3）PLC控制程序设计
1）程序设计。
根据控制要求，建立多种液体自动混合装置控制流程图，如图3所示，表达出各控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。
在明确PLC寄存器空间分配，确定专用寄存器的基础上，进行控制系统的程序设计，包括主程序编制、各功能子程序编制、其他辅助程序的编制等。
2）系统静态调试。
空载静态调试时，针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关系是否正确，然后先调试子程序或功能模块程序，然后调试初始化程序，最后调试主程序。
调试过程中尽量接近实际系统，并考虑到各种可能发生的情况，作反复调试，出现问题及时分析、调整程序或参数。
3）系统动态调试及运行。
在动态带负载状态下调试，密切观察系统的运行状态，采用先手动再自动的调试方法，逐步进行。
遇到问题及时停机，分析产生问题的原因，提出解决问题的方法，同时做好详尽记录，以备分析和改进。
图11-5多种液体混合自动装置系统控制流程图
（4）多种液体自动混合装置PLC控制梯形图与程序如下图所示。
指令表程序：
三.心得体会
通过本次PLC的课程设计，让我了解到PLC的重要性。
电气控制与可编程控制器是一门极其重要的课程，他综合了计算机技术和自动控制技术和通讯技术。
在当今由机械化向自动化，信息化飞速发展的社会，PLC技术越来越受人们广泛应用。
通过这次PLC课程设计实践。
我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
这次课程设计是非常难得的一次理论与实践相结合的机会，通过这次对“多种液体自动混合装置的PLC控制”的设计使我学会了怎样解决问题的方法，了解了科技的进步与社会的发展。
让我充分的知道了自己本身的不足与存在的问题。
为以后的工作学习找到了方向和前进的动力。
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