大學(xué)電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師目錄第一部分電氣線路安裝調(diào)試技能訓(xùn)練3技能訓(xùn)練題目一三相異步電機(jī)的可逆控制實(shí)驗(yàn)3技能訓(xùn)練題目二三相異步電機(jī)Y降壓?jiǎn)?dòng)控制5技能訓(xùn)練小結(jié)7第二部分加熱反應(yīng)爐PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)10一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟101、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則102、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟103、PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟11二、加熱反應(yīng)爐電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)111、加熱反應(yīng)爐原理圖122、加熱反應(yīng)爐加熱工藝過(guò)程123、加熱反應(yīng)爐PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求13三、設(shè)計(jì)過(guò)程131、加熱反應(yīng)爐的輸入輸出設(shè)備表I/O地址132、I/O接線圖143、控制流程圖144、PLC控制程序155、實(shí)驗(yàn)室連接圖17四、設(shè)計(jì)總結(jié)17第一部分電氣線路安裝調(diào)試技能訓(xùn)練技能訓(xùn)練題目一三相異步電機(jī)的可逆控制實(shí)驗(yàn)在籠型電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路中，只要改變電動(dòng)機(jī)的三相電源進(jìn)線的任意兩相的相序，電動(dòng)機(jī)即可反轉(zhuǎn)。本實(shí)驗(yàn)給出電動(dòng)機(jī)的“正反停”控制線路如圖1所示，具有如下特點(diǎn)1、電氣互鎖實(shí)驗(yàn)電路中采用了兩個(gè)接觸器KM1和KM2，分別進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的控制。為了避免接觸器KM1、KM2同時(shí)得電吸合造成三相電源短路，在KM1（KM2）線圈支路中串接有KM2（KM1）輔助常閉觸頭，保證了線路工作時(shí)KM1、KM2不會(huì)同時(shí)得電，電路能夠可靠工作。2、機(jī)械互鎖實(shí)驗(yàn)電路中采用了復(fù)合按鈕SB1為正轉(zhuǎn)按鈕，復(fù)合按鈕SB2為反轉(zhuǎn)按鈕，停止按鈕SB3。采用按鈕SB1與SB2組成機(jī)械互鎖環(huán)節(jié)，以求線路能夠方便操作。電氣原理圖電氣安裝接線圖本人完成的安裝線路實(shí)物圖片一技能訓(xùn)練題目二三相異步電機(jī)Y降壓?jiǎn)?dòng)控制從主回路看，當(dāng)接觸器KM1、KM2主觸頭閉合，KM3主觸頭斷開(kāi)時(shí)，電動(dòng)機(jī)三相定子繞組作Y連接；而當(dāng)接觸器KM1和KM3主觸頭閉合，KM2主觸頭斷開(kāi)時(shí)，電動(dòng)機(jī)三相定子繞組作連接。因此，所設(shè)計(jì)的控制線路若能先使KM1和KM2得電閉合，后經(jīng)一定時(shí)間的延時(shí)，使KM2失電斷開(kāi)，而后使KM3得電閉合，則電動(dòng)機(jī)就能實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)后自動(dòng)轉(zhuǎn)換到正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)。該線路具有以下特點(diǎn)1接觸器KM2與KM3通過(guò)輔助常閉觸點(diǎn)KM2與KM3實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，保證接觸器KM2與KM3不會(huì)同時(shí)得電，以防止三相電源的短路事故發(fā)生。2依靠時(shí)間繼電器KT進(jìn)行控制，保證在按下起動(dòng)按鈕SB2后，使接觸器KM1、KM2和時(shí)間繼電器KT線圈先得電。時(shí)間繼電器KT的整定時(shí)間到后，依靠時(shí)間繼電器KT的通電延時(shí)斷開(kāi)常閉觸點(diǎn)先斷，KT的通電延時(shí)閉合常開(kāi)觸點(diǎn)后閉合的動(dòng)作次序，保證KM2先斷，而后再自動(dòng)接通KM3，也避免了換接時(shí)電源可能發(fā)生的短路事故。3本線路正常運(yùn)行（形連接）時(shí)，接觸器KM2及時(shí)間繼電器KT均處斷電狀態(tài)。電氣原理圖電氣安裝接線圖本人完成的安裝線路實(shí)物圖片二技能訓(xùn)練小結(jié)1、電氣原理圖的繪制要求繪制電氣原理圖時(shí)一般要遵循以下基本規(guī)則1為了區(qū)別主電路與控制電路，在繪線路圖時(shí)主電路電機(jī)、電器及連接線等，用粗線表示，而控制電路電器及連接線等用細(xì)線表示。通常習(xí)慣將主電路放在線路圖的左邊或上部，而將控制電路放在右邊或下部。2動(dòng)力電路、控制電路和信號(hào)電路應(yīng)分別繪出動(dòng)力電路電源電路繪水平線；受電的動(dòng)力設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)等）及其它保護(hù)電器支路，應(yīng)垂直電源電路畫(huà)出。控制和信號(hào)電路應(yīng)垂直地繪于兩條水平電源線之間，耗能元件（如線圈、電磁鐵，信號(hào)燈等）應(yīng)直接連接在接地或下方的水平電源線上，控制觸頭連接在上方水平線與耗能元件之間。3在原理圖中各個(gè)電器并不按照它實(shí)際的布置情況繪在線路上，而是采用同一電器的各部件分別繪在它們完成作用的地方。4為區(qū)別控制線路中各電器的類型和作用，每個(gè)電器及它們的部件用一定的圖形符號(hào)表示，且給每個(gè)電器有一個(gè)文字符號(hào)，屬于同一個(gè)電器的各個(gè)部件如接觸器的線圈和觸頭都用同一個(gè)文字符號(hào)表示。而作用相同的電器都用一定的數(shù)字序號(hào)表示。5因?yàn)楦鱾€(gè)電器在不同的工作階段分別作不同的動(dòng)作，觸點(diǎn)時(shí)閉時(shí)開(kāi)，而在原理圖內(nèi)只能表示一種情況，因此，規(guī)定所有電器的觸點(diǎn)均表示正常位置，即各種電器在線圈沒(méi)有通電或機(jī)械尚未動(dòng)作時(shí)的位置。如對(duì)于接觸器和電磁式繼電器為電磁鐵未吸上的位置，對(duì)于行程開(kāi)關(guān)、按鈕等則為未壓合的位置。6為了查線方便。在原理圖中兩條以上導(dǎo)線的電氣連接處要打一圓點(diǎn)，且每個(gè)接點(diǎn)要標(biāo)一個(gè)編號(hào)，編號(hào)的原則是靠近左邊電源線的用單數(shù)標(biāo)注，靠近右邊電源線的用雙數(shù)標(biāo)注，通常都是以電器的線圈或電阻作為單、雙數(shù)的分界線，故電器的線圈或電阻應(yīng)盡量放在各行的邊（左邊或右邊）。7對(duì)具有循環(huán)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)給出工作循環(huán)圖，萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和行程開(kāi)關(guān)應(yīng)繪出動(dòng)作程序和動(dòng)作位置。8原理圖應(yīng)標(biāo)出下列數(shù)據(jù)或說(shuō)明1）各電源電路的電壓值，極性或頻率及相數(shù)。2）某些元器件的特性（如電阻，電容器的參數(shù)值等）；3）不常用的電器（如位置傳感器，手動(dòng)觸頭，電磁閥門(mén)或氣動(dòng)閥，定時(shí)器等）的操作方法和功能2、電氣接線圖的繪制要求1電源開(kāi)關(guān)，熔斷器，交流接觸器，熱繼電器，時(shí)間續(xù)電器等畫(huà)在配電板內(nèi)部，電動(dòng)機(jī)和按鈕畫(huà)在配電板外部。（2）安裝在配電板上的元件布置應(yīng)根據(jù)配線合理，操作方便，確保電氣間隙不能太小，重的元件放在下部，發(fā)熱元件放在上部等原則進(jìn)行，元件所占面積按安裝實(shí)際比例繪制。（3）電氣接線圖中各元件的文字符號(hào)和圖形符號(hào)要和原理圖一致，并符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。（4）各電氣元件上凡是需要接線的那個(gè)端子都應(yīng)繪出并編號(hào)，各接線端子的編號(hào)必須與原理圖中的導(dǎo)線編號(hào)一致。3、電器安裝、接線的工藝要求1必須遵循相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪制電氣安裝接線圖。2各電器元器件的位置、文字符號(hào)必須和電氣原理圖中的標(biāo)注一致，同一個(gè)電器元件的各部件（如同一個(gè)接觸器的觸點(diǎn)、線圈等）必須畫(huà)在一起，各電器元件的位置應(yīng)與實(shí)際安裝位置一致。3不在同一安裝板或電氣柜上的電器元件或信號(hào)的電氣連接一般應(yīng)通過(guò)端子排連接，并按照電氣原理圖中的接線編號(hào)連接。4走向相同、功能相同的多根導(dǎo)線可用單線或線束表示。畫(huà)連接線時(shí)，應(yīng)標(biāo)明導(dǎo)線的規(guī)格、型號(hào)、顏色、根數(shù)和穿線管的尺寸。、實(shí)訓(xùn)線路發(fā)生的故障及排除辦法1三相異步電機(jī)的可逆控制實(shí)驗(yàn)中未出現(xiàn)故障2三相異步電機(jī)Y降壓?jiǎn)?dòng)控制實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的故障是熔斷器接觸不良,所以經(jīng)過(guò)檢查更換了熔斷器還有我們使用的電源插頭有問(wèn)題,不能進(jìn)行供電,也更換了插頭3雖然未出現(xiàn)嚴(yán)重的故障,但是我們還是需要學(xué)習(xí)更好的實(shí)物布線安裝,讓線路板看上去更美觀,我們還需要加快安裝速度第二部分加熱反應(yīng)爐PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟1、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則（1）充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。（2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)安全可靠。（4）應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC的型號(hào)、IO點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚岳谙到y(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。2、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，首先是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對(duì)象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的功能分析，即通過(guò)分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號(hào)的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行（1）熟悉被控對(duì)象，制定控制方案分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求。（2）確定IO設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)等和輸出設(shè)備如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等由此確定PLC的IO點(diǎn)數(shù)。（3）選擇PLC選擇時(shí)主要包括PLC機(jī)型、容量、IO模塊、電源的選擇。（4）分配PLC的IO地址根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要，確定控制按鈕，選擇開(kāi)關(guān)、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等各輸入輸出設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號(hào)列出輸入輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對(duì)照表，以便繪制PLC外部IO接線圖和編制程序。（5）聯(lián)機(jī)調(diào)試聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過(guò)的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。3、PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟（1）繪制系統(tǒng)的功能圖。（2）設(shè)計(jì)梯形圖程序。（3）根據(jù)梯形圖編寫(xiě)指令表程序。（4）對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試及修改，直到滿足控制要求為止。調(diào)試過(guò)程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。二、加熱反應(yīng)爐電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)加熱反應(yīng)爐作為一種熱能動(dòng)力設(shè)備，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。以繼電接觸器為主的老一代控制系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)代鍋爐越來(lái)越高，越來(lái)越復(fù)雜的要求，這一領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)化已勢(shì)在必行，而應(yīng)用在當(dāng)前工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域中引人注目的PLC又是使其計(jì)算機(jī)化的簡(jiǎn)便和可靠途徑。在系統(tǒng)中，硬件上采用技術(shù)比較的成熟的可編程邏輯控制器，開(kāi)發(fā)了采用PLC的開(kāi)關(guān)量和模擬量輸入模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量采集；方法上運(yùn)用到的是過(guò)程控制中常用的前饋與串級(jí)控制方法，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。系統(tǒng)所運(yùn)用到的界面是由MCGS軟件做的。溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的諸多領(lǐng)域中,溫度控制占有著極為重要的地位,特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。溫度控制系統(tǒng)的工藝過(guò)程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對(duì)系統(tǒng)要求更為先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論。故以PLC為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制，使的企業(yè)總的自動(dòng)化水平大大提高。1、加熱反應(yīng)爐原理圖加熱反應(yīng)爐整體由四個(gè)閥排氣閥、進(jìn)料閥、氮?dú)忾y、泄放閥，四個(gè)傳感器壓力傳感器、溫度傳感器、上液面?zhèn)鞲衅鳌⑾乱好鎮(zhèn)鞲衅鳎仩t，加熱器及加熱接觸器等組成。圖1加熱反應(yīng)爐結(jié)構(gòu)示意圖2、加熱反應(yīng)爐加熱工藝過(guò)程第一階段進(jìn)料控制（1）首先檢測(cè)下液面SQ2，爐內(nèi)溫度ST，爐內(nèi)壓力SP是否都小于給定值（整定值均為邏輯量）；（2）若小于給定值，則開(kāi)啟排氣閥YV1和進(jìn)料閥YV2；（3）當(dāng)液面上升到SQ1時(shí)，應(yīng)該關(guān)閉排氣閥和進(jìn)料閥；（4）延時(shí)20S后，開(kāi)啟氮?dú)忾yYV3，氮?dú)膺M(jìn)入爐內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)壓力上升（5）當(dāng)壓力上升到給定值時(shí)，即SP“1”，關(guān)閉氮?dú)忾y。第二階段加熱反應(yīng)控制（1）交流接觸器KM帶電，接通加熱爐加熱器EH的電源；（2）當(dāng)溫度升高到給定值是（ST“1”），切斷加熱器電源，交流接觸器KM失電；（3）延時(shí)10MIN加熱過(guò)程結(jié)束。第三階段泄放控制（1）打開(kāi)排氣閥，使?fàn)t內(nèi)壓力將為預(yù)定的最低值（SP“0”）；（2）打開(kāi)泄放閥，當(dāng)爐內(nèi)液面下降到下液面（SQ“0”），關(guān)閉泄放閥和排氣閥。系統(tǒng)恢復(fù)到處是狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)入下一循環(huán)。3、加熱反應(yīng)爐PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1按設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，列出所需PLC的外部輸入輸出設(shè)備清單。2畫(huà)出PLCIO接線圖。3按設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，繪制控制流程圖，設(shè)計(jì)控制程序，畫(huà)出梯形圖并加以說(shuō)明，并給出指令助記符程序。4調(diào)試程序,模擬運(yùn)行三、設(shè)計(jì)過(guò)程1、加熱反應(yīng)爐的輸入輸出設(shè)備表I/O地址輸入設(shè)備輸出設(shè)備X0啟動(dòng)開(kāi)關(guān)Y0PLC運(yùn)行指示X1停止開(kāi)關(guān)Y1排氣閥YV1X2上液面感應(yīng)器SQ1Y2進(jìn)料閥YV2X3下液面感應(yīng)器SQ2Y3氮?dú)忾yYV3X4壓力感應(yīng)器SPY4泄放閥YV4X5溫度感應(yīng)器STY5控制加熱裝置EH的接觸器KM2、I/O接線圖PLC控制電路設(shè)計(jì)包括PLC硬件結(jié)構(gòu)配置及PLC控制原理電路設(shè)計(jì)。1硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；分析對(duì)象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類型，如對(duì)開(kāi)關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等，選擇適合的PLC機(jī)型及外設(shè)，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。2根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制PLC控制電路原理圖，繪制PLC控制電路，編制I/O接口功能表。圖為加熱反應(yīng)爐系統(tǒng)PLC控制電路原理圖，L作為PLC輸出回路的電源，分別向輸出回路的負(fù)載供電，輸出回路所有COM端短接后接入電源N端。3、控制流程圖根據(jù)控制要求，建立加熱反應(yīng)爐系統(tǒng)控制流程圖，如圖所示，表達(dá)出各控制對(duì)象的動(dòng)作順序，相互間的制約關(guān)系。加熱反應(yīng)爐系統(tǒng)控制流程圖4、PLC控制程序1程序設(shè)計(jì)。根據(jù)控制流程圖,在明確PLC寄存器空間分配，確定專用寄存器的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，包括主程序編制、各功能子程序編制、其他輔助程序的編制等。2系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試。空載靜態(tài)調(diào)試時(shí)，針對(duì)運(yùn)行的程序檢查硬件接口電路中各種邏輯關(guān)系是否正確，然后先調(diào)試子程序或功能模塊程序，然后調(diào)試初始化程序，最后調(diào)試主程序。調(diào)試過(guò)程中盡量接近實(shí)際系統(tǒng)，并考慮到各種可能發(fā)生的情況，作反復(fù)調(diào)試，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)分析、調(diào)整程序或參數(shù)。3系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試及運(yùn)行。在動(dòng)態(tài)帶負(fù)載狀態(tài)下調(diào)試，密切觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，采用先手動(dòng)再自動(dòng)的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行