《电气控制与PLC》毕业论文说明书.docx
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《电气控制与PLC》毕业论文说明书
《电气控制与PLC》课程设计说明书
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
自动控制与机械工程学院
２０１3年7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:
等规定的标准绘制。
如果采用上述标准中未规定的图形符号时，必须加以说明。
当标准中给出几种形式时，选择符号应遵循以下原则：
①应尽可能采用优选形式；
②在满足需要的前提下，应尽量采用最简单形式；
③在同一图号的图中使用同一种形式。
控制电路绘制的原则：
①原理图一般分主电路、控制电路、信号电路、照明电路及保护电路等。
控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等，应垂直地绘于两条水平电源线之间
②控制触头连接在上方水平线与耗能元件之间
耗能元件（如线圈、电磁铁、信号灯等）的一端应直接连接在接地的水平电源线上
受电动力设备（电动机）及其保护电器支路，应垂直于电源电路画出
其中电源电路用水平线绘制
③原理图中各电气元件和部件在控制电路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。
同一电气元件的各个部件可以不画在一起，但必须采用同一文字符号标明。
⑤无论主电路还是辅助电路，各元件应按动作顺序从上到下、从左到右依次排列。
对于继电器、接触器的触头，按吸引线圈不通电状态画
⑥原理图中有直接电联系的交叉导线连接点，用实心圆点表示；可拆卸或测试点用空心圆点表示；无直接电联系的交叉点则不画圆点。
.电气接线图的绘制要求:
1、电源开关、熔断器、交流接触器、热继电器、时间继电器等画在配电板内部，电动机、按钮画在配电板外部。
2、安装在配电板上的元件布置应根据配线合理，操作方便，确保电气间隙不能太小，重的元件放在下部，发热元件放在上部等原则进行，元件所占面积安实际尺寸以统一比例绘制。
3、安装接线图中各电气元件的图形符号和文字符号，应和原理图完全一致，并符合国家标准。
4、各电气元件上凡是需要接线的部件端子都应绘出并予以编号，各接线端子的编号必须与原理图中的导线编号一致。
5、电气配电板内电气元件之间的连线可以互相对接，配电板内接至板外的连线通过接线端子进行，配电板上有几个接至外电路的引线，端子板上就因有几个线的接点。
6、因配电线路连线太多，因而规定走向相同的乡邻导线可以绘成一股线。
3.电器安装、接线的工艺要求:
安装电器元件的工艺要求：
（1）组合开关、熔断器的受电端子应安装在控制板的外侧，并使熔断器的受电端为底座的中心端。
（2）各元件的安装位置应齐整，匀称，间距合理，便于元件的更换。
（3）紧固各元件时要用力匀称，紧固程度适当。
在紧固熔断器、接触器等易碎元件时，应用手按住元件一边轻轻摇动，一边用旋具轮换旋紧对角线上的螺钉，直到手摇不动后再适当旋紧些即可。
板前明线布线的工艺要求：
（1）布线通道尽可能少，同时并行导线按主、控电路分类集中，单层密排，紧贴安装面布线。
（2）同一平面的导线应高低一致，不能交叉。
非交叉不可时，，该根导线应在接线端子引出时，就水平架空跨越，但必须走线合理。
（3）布线应横平竖直，分布均匀。
变换走向时应垂直。
（4）布线时严禁损伤线芯和导线绝缘。
（5）布线顺序一般以接触器为中心，由里向外，由高至低，先控制电路，后主电路，以不妨碍后续布线为原则。
（6）在每根剥去绝缘层的导线两端要套上编码套管。
所有从一个接线端子（或接线桩）到另一个接线端子（或接线桩）的导线必须连接，中间无接头。
（7）导线与接线端子或接线桩连接时，不得压绝缘层、不反圈及不露铜过长。
（8）同一元件、同一回路的不同接点的导线间距离应保持一致。
（9）一个电器元件的接线端子上的导线连接不得多于两根，每节接线端子板上的连接导线一般只允许连接一根。
４.实训线路发生的故障及排除办法：
由于电气控制系统发生故障的原因常常是复杂的，因此必须经过细心的观察研究甚至要经过各方面的实验及依靠丰富的实践经验，才能判断出故障的真正原因。
电气控制系统常见故障及排除方法
序号
故障现象
故障原因
排除方法
1
电机不能起动
A、电气系统接线错误
核对接线图，加以校正
B、熔丝烧断
检查电气系统线路及保护装置工作
情况
C、电压过低
检查电网电压，如过低应适当提高
D、定子绕组相间短路、接地或接线错误或定、转子绕子组断路
检查找出断路，短路的部位进行修复，
如果接线错误，经过检查后进行校正。
E、负载过大
检查压缩机、消除负载过大原因
2
电机有异常噪声或振动过大
A、机械摩擦（包括定、转子相擦）
检查转动部分与静止部分间隙，找出相擦
原因，进行校正。
B、二相运行、停机
断电、再合闸，如不能起动，则可能有一相断
电，检查电源或电机并加以修复
C、滚动轴承缺油或损坏
清洗轴承，加新油。
若轴承损坏则予以更新。
D、电机接线错误
查明原因，加以更正
E、轴伸弯曲
校直或更换轴
F、润滑剂太脏或混有杂质
更换润滑剂
G、转子不平衡
校平衡
H、联轴器松动
查清松动处，并加以修复
I、安装基础不平或有缺陷
检查基础和底板的固定情况，加以纠正。
3
电机温升过高或冒烟
A、过载
用钳形电流表测量电流，若发现过载，
应查明原因排除之。
B、单相运行
检查熔丝，控制装置接触点，排除故障
C、电网电压过低或电机接法错误
检查电网电压或检查电机绕阻接法是否错误。
D、定子绕组接地或匝间或相间短路
检查找出短路和通地的部分进行修复
E、电机转子线圈接线头松脱
查出松脱处加以修复
F、定、转子相擦
检查轴承有无松动，定子和转子装配有无
不良情况，加以修复
G、车棚内通风不畅
找出原因、解决之
4
电机轴承过热
A、轴承损坏
更换轴承
B、轴承润滑剂过多、过少或有杂质
调整或更换润滑剂
C、联轴器装配不良
对联轴器进行校正
5
电机外壳带电
A、接地不良
找出原因，采取相应措施进行纠正
B、绕组受潮，绝缘损坏或接线处有污垢
找出原因，采取相应措施进行纠正
C、引出线绝缘磨破
进行修复
6
电机能启动，但Y-△切换时，跳开关
A、Y-△自动切换时间继电器失灵
进行修复，必要时更换
B、电网电压过低
检查电网电压并加以改善
C、导线细而长造成电压过低
加大导线截面或更换接线位置，以缩短
导线长度
D、机组调节系统中电磁阀Y1失灵
拆下检查，必要时更换
E、接触器触头接触不良
检查触头，加以修复
7
机组运行时突然停车
A、热继电器动作
若热继电器整定值不合适则作适当调整，
但不宜过大。
若为电机过载则找出过载
原因并排除之。
B、电网电压过低
改善电网电压
C、压缩机超温
找出超温原因，排除故障后，按复位一
停车按钮后再开车
D、时间继电器2SJ整定值不合适
整定值按规定值调整
8
电机空载，转速正常负载时转速下降
电动机失效
与制造厂联系协商后，检查电机，必要时
更换电机
9
按下启动按钮QA，电机不启动
A、由于运输原因导线接线头松动
重新紧固接线头
B、控制回路熔丝烧断
查明原因并排除之
C、控制回路中未接零线，不能构成控制回路
重新接零线
D、继电器IJ损坏
检查继电器1J确认损坏后更换
E、启动按钮QA失效
检查按钮，确认损坏后更换
10
按启动按钮，机组运转，但放开启动按钮，机组停车
A、中间继电器或接触点不能自锁闭合
查明原因后排除之
B、接线头接触不良或导线断裂
查明原因后排除之
11
电机Y形起动10秒后，不切换△形运行，指示灯亮
A、时间继电器1J损坏
检查继电器1J确认损坏后更换
B、接线头松动或触点接触不良
查明原因后排除之
12
排气温度无显示，超温后不停车
A、压力式温度计测量部分损坏
更换温度计
B、温度计接线断或中间继电器损坏，触点接触不良
查明原因后排除之
13
计时器不计时
A、计时器导线断裂，接线头松动
查明原因后排除之
B、计时器失效
拆下检查，必要时更换
14
电源接通后，指示灯H1不亮
A、灯泡烧坏
更换灯泡
B、RD熔丝烧断
检查确认后，更换熔丝
C、导线断或导线接线头松动，接触不良
查明原因后排除之
15
电源接通后，控制回路熔断器烧断
D、灯泡与灯座接触不良
查明原因后排除之
控制回路短路如相导线绝缘对地短路，线圈烧毁短路，电磁阀线圈短路，线接错短路等
查明原因后排除之
17
按启动按钮，继电器、接触器不动作
A、按钮接触不良或失效
查明原因后接触之
B、控制回路熔丝烧断
检查确认后，更换熔丝
C、导线、接线头松动，接触不良
查明原因后排除之
D、继电器或接触器接线头松动或线圈失效
查明原因后排除之
E、控制回路中零线未接，构不成回路
重新接好零线
18
电机启动后，转速不能上升
A、电网电压过低
检查电网电压
B、导线细而长，造成电压过低
加大导线截面或换接线位置，以缩短
接线长度
19
电机一起动或在运行中跳开关
A、电机失效
拆下检查，必要时更换
B、压缩机失效
与制造厂联系协商后检查，必要时更换
20
电机三相电流严重不平衡
A、三相绕组有部分匝间短路
重新绕制三相绕组或更换电机
B、三相电压不平衡
查明原因后排除之
C、电机接线头松动氧化
查明原因后排除之
D、接触器触头闭合时接触不良
查明原因后排除之
交流接触器一般故障分析和排除方法
序号
故障现象
故障原因
排除方法
1
电源接通后，触头未完全闭合
触头弹簧太软
调整弹簧弹力
2
断电时，接触器衔铁不落下
A、触头弹簧太软
调整弹簧弹力
B、底板不平凸出
消除凸出部分
C、衔铁或机械部分被卡死
整修使其灵活
D、出头被熔焊在一起
更换触头
3
接触器主触头发热
A、负载超过额定容量
查明超载原因后排除之
B、触头行程过大
更换触头
C、触头烧损严重
拆下触头
D、触头压力不足
检查压力后，必要时更换弹簧
E、触头油灰尘、污垢
拆下触头，清洁接触表面
4
接触器触头接触不良
A、触头积有灰尘、污垢或烧坏
查明原因后排除之
B、触头弹簧太软
检查弹簧力，必要时更换
5
接触器合上后触头有火花
A、触头不符合要求
更换触头
B、触头弹簧太软
更换弹簧
C、触头烧损，接触不良
拆下触头，清洁触头表面，必要时更换之
6
接触器有异常响声
A、电枢与铁芯结合不良，有污垢或生锈
清洁接合面
B、短路环损坏
更换短路环
C、接触压力过大
调换触头弹簧
D、电枢和铁芯的夹紧螺栓松动
紧固螺栓
E、电压过低
检查电网电压并加以改善
F、接触器配合部分不合适
查出不合适处并加以修正
课题八双头钻床PLC控制系统
图8.1双头钻床的工作示意图
一、实训目的
1．熟悉步进顺控指令的编程和用法；
2．掌握并行性流程程序的编制；
3．掌握双头钻床的程序设计及其外部接线。
二、实训器材
1．可编程控制器1台（FX2N-48MR）；
2．双头钻床模拟显示模块1块（带指示灯、接线端口及按钮等）；
3．实训控制台1个；
4．电工常用工具1套；
5．手持式编程器或计算机1台；
6．连接导线若干。
三、实训要求
设计一个用PLC控制的双头钻床的控制系统。
其控制要求如下：
1．双头钻床用来加工圆盘状零件上均匀分布的6个孔如图8.1所示。
操作人员将工件放好后，按下起动按钮，工件被夹紧，夹紧后压力继电器为ON，此时两个钻头同时开始向下进给。
大钻头钻到设定的深度（SQ1）时，钻头上升，升到设定的起始位置（SQ2）时，停止上升；小钻头钻到设定的深度（SQ3）时，钻头上升，升到设定的起始位置（SQ4）时，停止上升。
两个都到位后，工件旋转120°，旋转到位时SQ5为ON，然后又开始钻第二对孔。
3对孔都钻完后，工件松开，松开到位时，限位开关SQ6为ON，系统返回初始位置。
2．具有手动和自动运行功能。
3．具有上电和急停断电功能。
4.大钻头、小钻头由两台三相异步电动机带动。
电机的正反转完成上升、下降的功能；旋转由第三台电机带动。
上升、下降及旋转限位开关均为霍尔接近开关；夹紧、放松均由电磁阀带动。
四、软件程序
1．I0分配
X0：
工件夹紧；大钻头到下限位开关Xl：
SQ1；大钻头到上限位开关X2：
SQ2；小钻头到下限位开关X3：
SQ3；小钻头到上限位开关X4：
SQ4；旋转120°限位开关X5：
SQ5；工件松开限位开关X6：
SQ6；X7：
自动位起动；Xl0：
手动自动转换；X11：
大钻头手动下降；X12：
大钻头手动上升；X13：
小钻头手动下降；X14：
小钻头手动上升；X15：
工件手动夹紧；X16：
工件手动放松；X17：
工件手动旋转；X20：
停止按钮：
Y0：
原位指示；Y1：
大钻头下降；Y2：
大钻头上升；Y3：
小钻头下降；Y4：
小钻头上升；Y5：
工件夹紧；Y6：
工件放松；Y7：
工件旋转。
2．程序设计方案
根据系统控制要求及PLC的IO分配，设计双头钻床的程序如图8.2所示。
五、系统接线
根据双头钻床的控制要求，其系统接线图如图8.3所示。
六、系统调试
1．输入程序，按前面介绍的程序输入方法，用手持式编程器（或计算机）正确输程序。
2．静态调试，按图8.3所示的系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟态调试，并通过手持式编程器（或计算机）监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检并修改、调试程序，直至指示正确。
3．动态调试，按图8.3所示的系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态试，先调试手动程序，后调试自动程序，观察指示灯能否按控制要求动作，并通过手持式程器（或计算机）监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查线路或修改程序，直至示灯能按控制要求动作。
图8.2双头钻床的PLC控制系统顺控流程图
七、实训报告
1．实训总结
（1）画工艺流程图，分析IO性质，计算IO点数、存储容量，PLC选型；
（2）编写程序（在PC机上编程并下载到PLC中）；
（3）运行并调试程序，运行调试记录；
（4）画PLC控制系统外部接线图（含主电路及供电图）；
（5）撰写课程设计论文。
2．实训思考
（1）用顺序功能图编制双头钻床的程序；
（2）现要用该双头钻床来加工一批只需钻一个孔的工件，如何解决这个问题?
哪种方案最优?
图8.3双头钻床的PLC控制系统外部接线图
1.2课程设计要求分析
1.2.1系统单元电路组成
一、选择性分支与汇合及其编程
1．选择性分支状态转移图
①从2个流程中选择执行哪一个流程由转移条件X1、X4决定。
②分支转移条件X1、X4不能同时接通，哪个接通，就执行哪条分支。
③当S21已动作时，一旦X0接通，程序就向S22转移，则S21复位。
因此，即使以后X4接通，S24也不会动作。
④汇合状态S26可由S23，S25中任意一个驱动。
2．选择性分支的编程
选择性分支的编程与一般状态的编程一样，先进行驱动处理，然后进行转移处理，所有的转移处理按顺序执行，简称先驱动后转移。
因此，首先对S21进行驱动处理（OUTY1），然后按S22、S24的顺序进行转移处理。
选择性分支的梯形图和指令表程序图2-3-2如下：
3．选择性汇合的编程
选择性汇合的编程是先进行汇合前状态的驱动处理，然后按顺序向汇合状态进行转移处理。
因此，首先对第一分支（S22和S23）、第二分支（S24和S25）进行驱动处理，然后按S23、S25的顺序向S26转移。
选择性汇合的梯形图和指令表程序如图2-3-3所示：
二、并行性分支与汇合及其编程
1．并行性分支状态转移图的特点
由两个及以上的分支流程组成的，但必须同时执行各分支程序，称为并行性流程程序。
图2-3-4所示是具有2个支路的并行性状态转移图，其特点如下。
图2-3-4并行性流程程序的结构形式
（1）若S21已动作，则只要分支转移条件X1成立，2个流程（S22、S23；S24、S25）同时并列执行，没有先后之分。
（2）当各流程的动作全部结束时（先执行完的流程要等待全部流程动作完成），一旦X4为ON，则汇合状态S26动作，S23、S25全部复位。
若其中一个流程没执行完，则S26就不可能动作。
另外，并行性流程程序在同一时间可能有两个及两个以上的状态处于“激活”状态。
2．并行性分支的编程
并行性分支的编程与选择性分支的编程一样，先进行驱动处理，然后
行转移处理，所有的转移处理按顺序执行。
根据并行性分支的编程方法，首先对S21进行驱动处理（OUTY1），然后按第一分支（S22、S23），第二分支（S24、S25）的顺序进行转移处理。
并行性分支的程序如图2-3-5下：
3．并行性汇合的编程
并行性汇合的编程与选择性汇合的编程一样，也是先进行汇合前状态的驱动处理，然后按顺序向汇合状态进行转移处理。
根据并行性汇合的编程方法，首先对S22、S23；S24、S25进行驱动处理，然后按S23、S25的顺序向S26转移。
并行性汇合的程序如图2-3-6下：
三．控制流程
根据控制要求，可绘出状态流程图如入9-7所示。
按下起动按钮SB时，工件被夹紧，夹紧后压力继电器为ON，此时两个钻头同时开始向下进给。
大钻头钻到设定的深度（SQ1）时，钻头上升，升到设定的起始位置（SQ2）时，停止上升；小钻头钻到设定的深度（SQ3）时，钻头上升，升到设定的起始位置（SQ4）时，停止上升。
两个都到位后，工件旋转120°，旋转到位时SQ5为ON，然后又开始钻第二对孔。
3对孔都钻完后，工件松开，松开到位时，限位开关SQ6为ON，系统返回初始位置。
图2-3-7控制系统状态流程图
五．IO地址编号
将输入信号按各自的功能类型分好，并将状态流程图中的14个步序用辅助继电器一一对应，编排好地址。
列出外部信号与PLC的IO口地址编号对照表，如下表2-3-8所示：
表2-3-8外部信号与PLC的IO口地址编号对照表
输入信号
输出信号
名称
功能
编号
名称
功能
编号
SB1
启动
X000
KM0
压力继电器
Y0
SQ1
大钻上限
X001
KM1
计数器
C0
SQ2
大钻下限
X002
KM2
大钻上升
Y3
SQ3
小钻上限
X003
KM3
大钻下降
Y2
SQ4
小钻下限
X004
KM4
小钻上升
Y5
SQ5
霍尔接近开关
X005
KM5
小钻下降
Y4
SQ6
松开到位限
X006
KM6
工件旋转
Y6
SB2
停止
X007
SB3
上升
X010
SB4
下降
X011
SB5
旋转
X012
SA1
手动
X013
SA2
自动
X014
六．硬件连接图
由上面的I0输入输出关系可画出其硬件连接图如下图2-3-9所示：
图2-3-9双头钻床IO电气接口图
七．性能测试与分析
根据以上说明，连接好线路并向PLC中下载相应程序，初始化状态下所有灯不亮，按下启动按钮X0后，工件被夹紧，夹紧后压力继电器为ON，对应的灯L1亮，此时两个钻头同时开始向下进给，灯L2、L3亮。
大钻头钻到设定的深度（SQ1）时，钻头上升，对应灯L4亮，升到设定的起始位置（SQ2）时，停止上升；小钻头钻到设定的深度（SQ3）时，钻头上升，对应灯L5亮，升到设定的起始位置（SQ4）时，停止上升。
两个都到位后，工件旋转120°，对应灯L6亮，旋转到位时SQ5为ON，然后又开始钻第二对孔。
3对孔都钻完后，工件松开，松开到位时，限位开关SQ6为ON，系统返回初始位置。
PLC程序设计
双头钻床的PLC控制程序包括手动操作和自动操作两部分，整个PLC控制程序如下图所示：
1.手动操作
手动操作有大小钻头的上升、下降，工件的旋转及夹紧与放松。
手动操作如图所示：
2.自动操作
由图2-3-7双头钻床的工作状态流程图可看出，其工作过程是典型的顺序控制，采用步进顺控指令的编程方式，其自动控制程序如下图所示：
图2-3-10双头钻床梯形图
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