1、電氣控制與PLC課程設計指導書董廣強 編江蘇師范大學一、課程設計的目的與要求1、課程設計的目的電氣控制與PLC課程設計是在學完電工學、單片機原理、電氣控制與PLC等課程后，進行的下一個實踐教學環節。它一方面要求學生通過設計能獲得綜合運用過去所學知識的能力，同時也培養學生自己獨立查閱有關資料、獨立思考、獨立完成任務的能力。通過這次設計能夠很好提高學生分析問題和解決實際問題的能力，對于提高學生的綜合素質是大有好處的，對即將走上工作崗位的畢業生具有一定的實際意義。另一方面，通過本次設計也為以后作好畢業設計進行一次綜合訓練和準備。因此，要求學生通過電氣控制與PLC課程設計在以下幾方面得到鍛煉。（1）

2、能熟練運用過去所學的理論知識和實踐知識，按題目所提出的各項要求，正確完成電氣控制設計。可以采用繼電器控制設計或者采用PLC控制設計，保證滿足題目所提出的各項要求，提高學生繼電器控制線路設計及PLC控制線路設計的綜合能力。（2）學會使用手冊及圖表資料。掌握與本設計有關的各種資料名稱、出處，并做到熟練運用，提高獨立工作及分工協作能力。2、課程設計的要求設計要求包括以下幾部分：（1）要求采用繼電器控制設計，完成控制系統的主電路、控制電路及保護電路設計，完成相應電器元件的選擇，給出電器元件明細表，繪制一張1號原理圖。鼓勵有能力的學生在完成繼電器控制設計之后可以采用PLC控制設計，完成硬件電路設計和軟件

3、設計。 （2）編寫課程設計說明書一份。二、課程設計方式在教師指導下，要求學生自己獨立查閱有關資料、獨立思考、獨立完成設計任務。三、課程設計內容1、設計的基本原則 任何一種電氣控制系統都是為了實現被控對象(生產設備或生產過程)的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計控制系統時，應遵循以下基本原則： （1) 最大限度地滿足被控對象的控制要求。設計前，應深入現場進行調查研究，搜集資料，并與機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協同解決設計中出現的各種問題。 （2) 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟，一次性投資小，使用后節約能源。（3）保證控制系統的

4、安全、可靠，使用與維修方便。（4）考慮到生產的發展和工藝的改進，對于PLC控制系統，在選擇PLC容量時，應適當留有裕量。 2、設計的一般內容與步驟 （1）確定控制系統方案1）分析工藝要求。首先對被控制對象的工藝過程、工作特點、環境條件、用戶要求及其它相關情況，進行仔細的全面的分析，并根據生產的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動作(動作順序、動作條件、必須的保護和聯鎖等)、操作方式(手動、自動，連續、單周期、單步等)，然后繪制供設計時用的必要圖表。 2）控制方案選定。在分析被控制對象及其控制要求的基礎上，根據繼電接觸控制系統、PC控制系統及計算機控制系統的技術特點，然后進行綜合比較，優選控制方

5、案。由于本次設計是課程設計，為了使學生得到充分的鍛煉，以適應今后工作的需要，這次設計要求學生完成繼電器控制系統。（2）控制系統的設計 繼電器控制系統設計 1） 電氣控制電路的設計 主回路設計。 控制電路設計。 信號指示與照明電路設計。 控制電路電源的設計。 繪制電氣原理圖等。2）選擇電器元件包括整個系統設計所有的電器元件及導線的選擇。3）制定電器元件明細表電器元件明細表要注明各元器件的型號、規格及數量等。（3）編寫課程設計說明書。電氣控制與PLC課程設計說明書設 計 題 目： 姓 名： 系 別： 專 業： 年 級 、 學 號 ： 江蘇師范大學機電工程學院四、 電氣控制與PLC課程設計題目選編（

6、一） 皮帶運輸機電氣控制系統設計在建材、化工、食品、機械、鋼鐵、冶金、煤礦等工業生產中廣泛使用皮帶運輸機運送原料或物品。圖41是某原料皮帶運輸機的示意圖，原料從料斗經過PD-2、PD1兩臺皮帶運輸機送出。從料斗向PD-2供料由電磁閥YV控制，PD-1和PD-2分別由電動機M1和M2驅動。圖4-1 某原料皮帶運輸機示意圖 1 控制要求1） 起動：起動時為了避免在前段運輸皮帶上造成物料堆積，要求逆物料流動方向按一定時間間隔順序起動。其起動順序為： 2）停止：停止時為了使運輸皮帶上不殘留物料，要求順物料流動方向按一定時間間隔順序停止。其停止順序為： 3）緊急停止：緊急情況下無條件地把PD-1、PD-

7、2、YV全部同時停止。4）故障停止：運轉中，當M1過載時，應使PD-1、PD-2、YV同時停止。當M2過載時，應使PD-2、YV同時停止；PD1在PD-2停止后延遲10s后停止。5）M1和M2電機功率都是5.5KW。（二） 某生產自動線小車電氣控制系統設計某生產自動線，有一小車用電機拖動，電機正轉，小車前進，電機反轉，小車后退，小車工作循環過程如圖42所示。要求在第一次信號來后小車前進，碰到限位開關A后退，退到原位O就停止，當第二次信號來后再前進，碰到限位開關B后退，退到原位O才停止，當第三次信號來后又前進，碰到限位開關C后退，退到原位O才停止，第四次信號來后，又前進，碰到限位開關D后退，直退

8、到原位O才停止。第五次信號來后，又和第一次信號來時情況一樣，碰到限位開關A后就后退，如此循環反復。小車電機功率為3KW。圖4-2 小車工作循環過程（三）液體混合裝置電氣控制系統設計 圖4-3為兩種液體混合裝置，SLl、SL2、SL3為液面傳感器，液面淹沒時接通，液體A、B與混合液閥由電磁閥YVl、YV2、YV3控制，M為攪勻電機，控制要求如下： 1初始狀態 裝置投入運行時，液體A、B閥門關閉，混合液閥門打開20s將容器放空后關閉 2起動操作 按下起動按鈕SBl，裝置就開始按下列給定規律操作： 1)液體A閥門打開，液體A流入容器。當液面到達SL2時，SL2接通，關閉液體A閥門，打開液體B閥門。

9、2)當液面到達SLl時，關閉液體B閥門，攪勻電機開始攪勻。 3)攪勻電機工作lmin后停止攪動，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。 4)當液面下降到SL3時，SL3由接通變斷開，再過20s后，容器放空，混合液閥門關閉，開始下一周期。 3停止操作 按下停止按鈕SB2后，在當前的混合操作處理完畢后，才停止操作(停在初始狀態上)。4 電機M的功率為7.5KW。圖4-3 液體混合裝置示意圖（四） 小車行車方向電氣控制系統的設計 某車間有6個工作臺，小車往返于工作臺之間運料。如圖44所示。每個工作臺設有一個到位開關(SQ)和一個呼叫按鈕(SB)。具體要求如下： 1小車初始時應停在6個工作臺中任意一個到

10、位開關位置上。 2設小車現暫停于m號工作臺，(此時SQm動作)，這時n號工作臺呼叫(即SBn動作)。若： 1)m>n 小車左行，直至SQn動作，到位停車；即當小車所停位置SQ的編號大于呼叫的SB的編號時，小車往左運行至呼叫的SB位置后停止。 2)m<n 小車右行，直SQn動作，到位停車，即當小車所停位置SQ的編號小于呼叫的 SB的編號時，小車往右運行至呼叫的SB位置后停止。3)m=n 小車原地不動；即當小車位置SQ與呼叫SB編號相同時，小車不動作。4）小車電機M的功率為15KW。圖4-4 小車行車方向控制示意圖（五）氣流除塵機電氣控制系統設計 1.氣流除塵機概況介紹 (1)用途及工

11、作原理 氣流除塵機是制革業中一種專用于皮革除塵的先進設備。皮革經 過磨革工序后，要清除附著在皮革表面的皮屑微粒，除塵原理如圖45所示，當皮革通過 該機時，利用高速氣流和吸塵裝置即可清除附著在皮革兩面的皮屑微粒，以滿足下道噴漿工序的工藝要求。這種先進的除塵工藝，取代了老式毛刷輥除塵的弊病，即由于靜電附著效應，灰塵除不干凈，使下道工序涂層質量難以保證。本機適用于牛、豬、羊等皮革加工，輸送速度為30m/min，46m/min兩種，每小時能通過500張皮革，生產效率很高。本機還配有布袋濾塵器，體積小，除塵效率高，并有電動抖灰塵機構，能確保操作工人身體健康和防止環境污染。 氣流除塵機設有三組氣室2(見圖

12、4-5)，兩組氣室噴氣口向下，一組向上。由鼓風機產生的低壓清潔空氣，以15m3min的排氣量，經三根直徑為51cm的管道3，通過機內空氣過濾器，進入氣室，再從狹窄的噴氣口(長1850mm，寬0.1mm)噴出，形成高壓氣幕，將附在皮革表面的灰屑吹揚起來，然后通過吸塵系統(三根直徑為150mm的吸塵管1)經離心風機，進入布袋濾塵器，濾塵后排出清潔氣流。 (2)氣流除塵電力拖動方式介紹 皮革傳送帶傳動方式是采用雙速異步電 動機JD023264(1/1.3kW、2.843.4A)拖動，以便根據不同類型皮革(例如豬皮、牛皮、羊皮等)，選擇不同的進料速度；拖動方式均采用單向起停控制。 高壓氣流由LGl50

13、2081羅茨泵產生，其拖動電機為Y160L-4型(15kW、30.3A、 飛1450rmin)三相異步電動機單獨起停控制。同時由4621/4離心風機吸塵，離心風機拖動電機為Y132S22(7.5kW、15A、2900rmin)。 布袋濾塵器抖塵電機，采用AO6324(250W、0.806A、1400r/min)拖動。按需要，每隔一定時間手動控制抖塵一次(短時工作)，大批量生產中也可以用自動定時抖塵控制。圖4-5 2設計要求 （1）設備投入使用時，必須先起動羅茨泵產生高壓氣流，然后起動送料、吸塵抖塵電動機。由于羅茨泵拖動電動機容量較大，要求采用Y減壓起動。 （2）能自由選擇兩種送料速度。 （3）

14、能根據需要起動抖塵電機或自動定時抖塵，抖塵電機每次起動工作lmin后即自動停止。 （4）根據需要設置電氣保護。（六） 某動力滑臺液壓系統的電氣控制系統設計某動力滑臺的液壓系統圖46所示，由圖可見，這個系統能夠實現“快進 一工進 二工進 停留 快退 停止”的半自動工作循環，其工作情況如下： (1)快進 快速前進時，先按下起動按鈕，電磁鐵1YA通電，先導閥11左位接入系統，在控制油路驅動下，液動換向閥12亦左位接人系統。由于快進時滑臺負載較小，系統工作壓力不高，因而變量液壓泵14輸出最大流量，順序閥2仍處于關閉狀態，這時液壓缸7作差動連接。系統中油液流動情況為： 進油路 變量液壓泵14 單向閥13

15、 換向閥12(左位) 行程閥8(右位) 液壓缸7左腔；回油路 液壓缸7右腔 換向閥12（左位） 單向閥3 行程閥8(右位) 液壓缸7左腔。 (2)一工進 當滑臺快進到預定的位置，滑臺上的擋塊壓下行程閥8時，第一次工作進始便開始。這時，其余液壓元件所處狀態不變，但由于調速閥4接入系統，使系統壓力升高，順序閥2打開；限壓式變量液壓泵14自動減小其輸出流量，以與調速閥4的流量相適應。系統中油液流動情況為： 進油路 變量液壓泵14 單向閥13 換向閥12(左位) 調速閥4 電磁閥9(右位) 液壓缸7左腔； 回油路 液壓缸7右腔 換向閥19（左位） 順序閥2 背壓閥1 油箱。 （3)二工進 當第一次工作

16、進給結束，擋塊壓下行程開關，使電磁鐵3YA通電時；第二次工作進給開始。此時，順序閥2仍打開；由于調速閥10的開口比凋速閥4小，系統工作壓力進一步升高，限壓式變量液壓泵14的輸出流量與調速閥10的流量相適應，滑臺的進給速度降低。系統中油液流動情況為：進油路 變量液壓泵14 單向閥13 換向閥12(左位) 調速閥4 調速閥10 液壓缸7左腔；回油路 液壓缸7右腔 換向閥12(左位) 順序閥2 背壓閥1 油箱。 (4）停留 當滑臺以第二工進速度行進到碰上死擋塊時，便不再前進，開始停留。此時，油路狀態不變，變量液壓泵14仍在繼續運轉，系統壓力不斷升高，液壓泵的輸出流量減小至與系統(含液壓泵)的泄漏量相

17、適應。同時，液壓缸左腔的壓力亦隨之升高，壓力繼電器5動作并發信號給時間繼電器(圖72中未畫出)，經過時間繼電器的延時，使滑臺停留一段時間后再返回。滑臺在死擋鐵處的停留時間由時間繼電器調節。 (5)快退 當滑臺按調定時間在死擋塊處停留后，時間繼電器發出信號，使電磁鐵1YA斷電、2YA通電，先導閥11右位接人系統，控制油路換向，使液動閥12亦右位接人系統，因而主油路換向。由于此時滑臺沒有外負載，系統壓力下降，限壓式變量液壓泵14的流量又自動增至最大，滑臺便快速退回。系統中油液的流動情況為： 進油路 變量液壓泵14 單向閥13 換向閥12(右位) 液壓缸7右腔； 回油路 液壓缸7左腔 單向閥6 換向

18、閥12(右位) 油箱。 (6)停止 當滑臺快速退回到原位時，擋塊壓下終點開關，電磁鐵2YA和3YA都斷電， 此時先導閥11在對中彈籬作用下處于中位，液動閥12左右兩邊的控制油路都通油箱，因而液動閥12也在其對中彈簧作用下回到中位，液壓缸7兩腔封閉，滑臺停止運動，變量液壓泵14卸荷。系統中油液的流動情況為： 卸荷油路 變量液壓泵14 單向閥13 換向閥12(中位) 油箱。液壓泵電機功率為18.5KW。圖46 某動力滑臺液壓系統圖1背壓閥 2順序閥 3單向閥 4一工進調速閥5壓力繼電器 6單向閥 7液壓缸 8行程閥9電磁閥 10二工進調速閥 11先導閥 12換向閥 13單向閥 14液壓泵 15壓力

19、表開關 p1、p2 、p3壓力表接點（七） 某動力滑臺液壓系統的電氣控制系統設計某動力滑臺液壓系統圖如47所示，它適用于鉆和精鏜等的二次進給工作循環。這個系統能夠實現“快進 一工進 二工進 停留 快退 停止”的半自動工作循環，其工作情況如下： 1快速前進 1YA、3YA通電，液壓缸12差動連接，其油路為： 進油路 濾油器1 變量泵2 單向閥3 換向閥4（左位） 液壓缸12左腔。 換向閥5（右位）打開液控單向閥6。回油路 液壓缸12右腔 液控單向閥6換向閥4（左位） 液壓缸12左腔，形成差動連接回路。 2第一次工作進給 1YA、4YA通電，3YA斷電使閥6關閉，其油路為： 進油路 濾油器1 變量

20、泵2 單向閥3 換向閥4（左位） 液壓缸12左腔。 換向閥10（右位）打開液控單向閥9。 回油路 液壓缸12右腔 精濾油器 溫度補償調速閥7 液控單向閥9 油箱。 3第二次工作進給 1YA通電，44YA斷電使閥9關閉，其油路為 進油路 與一工進相同。 回油路 液壓缸12右腔 精濾油器 溫度補償調速閥7 溫度補償調速閥8 油箱。 4死擋鐵停留 液壓缸二次工進終了碰上死擋鐵后，液壓缸右腔的壓力下降到壓力繼電器13的調整值時，發出信號，并通過時間繼電器延時，以控制停留時間。 5快速退回 時間繼電器延時完畢發出信號，使電磁鐵2YA通電，1YA斷電，則滑臺快速退回，其油路為： 進油路 濾油器1 變量泵2

21、 單向閥3 換向閥4（右位） 液控單向閥6 液壓缸12右腔。 回油路 液壓缸12左腔 換向閥4（右位） 背壓閥11 油箱。 6原位停止 2YA斷電，至此全部電磁鐵均斷電，換向閥4中位接入系統工作，變量泵2輸出的油液經背壓閥11流回油箱，液壓缸因失去動力而停止。液壓泵電機功率為30KW。圖47 動力滑臺液壓系統圖（八） 某動力滑臺液壓系統的電氣控制系統設計某動力滑臺液壓系統動作循環表和液壓系統圖分別如圖48a和48b所示，這個系統能夠實現“定位夾緊 快進 工進 快退 松開拔銷 原位卸荷”的半自動工作循環。液壓泵電機功率為11KW。循環動作1YA2YA3YA4YA5YA6YA定位夾緊快 進工 進快

22、 退松開拔銷原位卸荷圖48a 循環動作表圖48b 動力滑臺液壓系統（九） 傳送帶電氣控制系統的設計控制要求圖49所示是用轉臺將傳送帶輸送的物品轉900，然后用氣缸推到其它傳送帶上的過程。在這種控制過程中，首先用光穿透式傳感器進行物品的檢測，物品被檢測后經過t1秒，停止傳送帶A工作。由于定時器T1的控制，轉臺上的物品處在正確的方位。另外，從傳送帶A停止經過t2秒后，電動機M2的電源處于接通(ON)狀態，使轉臺轉動。與位置檢測傳感器(LS1)處于ON的同時，使電動機M2的電源成斷態(OFF)，轉臺旋轉900，呈正確定位。LS2是確認氣缸前進的傳感器，LS3是確認氣缸后退的傳感器。 傳送帶A上的物品

23、在被推向轉臺的控制過程中要絕對準確無誤，因此要有充分間隔，以便傳送。M1電機功率為1.5KW，M2電機功率為1.5KW圖49 轉臺的工作原理（十）鍋爐車間輸煤機組控制 1輸煤機組控制系統 輸煤機組控制系統示意圖如圖410所示，輸煤機組控制信號說明如表41所示。圖4-10表4-1 輸煤機組的拖動系統由6臺三相異步電動機M1M6和一臺磁選料器YA組成。SAl為手動自動轉換開關，SBl和SB2為自動開車停車按鈕，SB3為事故緊急停車按鈕，SB4SB9為6個控制按鈕，手動時單機操作使用。HA為開車停車時訊響器，提示在輸煤機組附近的工作人員物煤機準備起動請注意安全。HLlHL6為M1M6電動機運行指示，HL7為手動運行指示，HL8為緊急停車指示，HL9為系統運行正常指示，HLl0為系統故障指示。 2輸煤機組控制要求 (1)手動開車停車功能 SAl手柄指向左450時，接點SAl1接通，通過SB4SB9控制按鈕，對輸煤機組單臺設備獨立調試與維護使用，任何一臺單機開車停車時都有音響提示，保證檢修和調試時人身和設備安全。 (2)自動開車停車功能 SAl手柄指向右450時，接點SAl2接通，輸煤機組自動運行。 1)正常開車。按下自動開車按鈕SBl，音響提示5s后，回收電動機M6起動運行并點 亮HL6指示燈；10s后，2#送煤電動機M5電動機起動運行并點亮HL5指示燈；10s后，提升電動機M