1、河南科技大學農業電氣化與自動化專業電氣控制課程設計指 導 書農業電氣化與自動化專業教研室2021年6月1日目錄1. 大綱2. 內容和要求3. 題目舉例4. 參考題目5. 參考資料PLC指令集，Step7指南，國家標準等電氣控制技術課程設計大綱Course Design Outline for Electric Control Technique 周數/學分：2/2適用對象: 農業電氣化及其自動化本科一、目的要求通過可編程控制器課程設計，加深對電氣控制技術課程的理解，掌握PLC程序設計的步驟和梯形圖編制和調試的方法，會用編程器輸入程序，會用仿真工具進行軟件仿真。重點提高運用PLC設計實際控制系統

2、的能力，通過仿真器對自已編好程序進行的仿真和修改，用實驗室提供的設備和器件實現所設計的內容并調試通過。全面提高學生分析、解決實際問題的能力，為未來從事科研和實際工作打下堅實的根底。二、設計內容 按照任務書要求，畫出電氣原理圖、接線圖，進行繼電器控制系統設計、PLC程序設計、上機調試，進行軟件仿真，搭建電路并調試等。三、課程設計安排 在條件允許的情況下，建議設計開始之前到學校周邊的工、礦、企事業單位，深入基層進行頂崗實際操作和管理，在第7學期用2周時間按要求完成實習任務。四、提交資料要求 1. 電氣原理圖，電氣接線圖等技術資料。2. 設計說明書1份1不少于4000字，要求書寫整齊，條理清楚、表達

3、正確、語言簡潔。2扼要說明內容、方案論證過程，計算過程和調試記錄，并附必要圖表。3. 必要的圖紙和實物五、成績評定由指導教師根據設計質量、學習態度、出勤情況等進行綜合考核，按優秀、良好、中等、及格、不及格五級評定成績，成績不及格者應進行重修。六、說明 1. 指導教師應在設計開始前給學生下達設計任務書。2. 如果教材變更，可根據授課內容調整局部設計題目和要求。3. 未盡事宜按照學校和學院相關規定執行。執筆：賀智濤 第一章 緒論一、課程設計概述電氣控制技術課程是“農業電氣化與自動化本科生的專業必修課，是一門理論與實際緊密結合并對學生進行工程訓練的專業課。課程內容包括常用低壓電器，及其控制線路根本環

4、節及設計方法，典型電氣控制線路，及可編程控制器的根本結構，工作原理，指令系統，編程方法，PLC控制系統的設計，PLC網絡控制及其應用實例。課堂講授、實驗等教學環節完成以后，學生應初步掌握電氣控制及PLC系統的根底知識和根本應用。通過2周課程設計，使學生在分析和解決工程實際問題的能力得到訓練，為以后從事有關設計、運行、科研等方面的工作，奠定必要的理論根底。二、電氣控制系統設計的根本原那么在進行電氣控制系統設計時，應遵循以下根本原那么：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，搜索資料，并與機械局部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

5、種問題。在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、使用及維修方便。保證控制系統的平安、可靠。考慮到生產開展和工藝的改良，在選擇PLC容量時，應適當留有余量。第二章 課程設計內容電氣控制控制技術課程設計，由指導教師提供設計題目，提供設計任務書，學生通過查閱資料理解設計任務，分析工序及控制要求、設計要求，并完成設計。具體過程包括電氣設計、柜屏設計、安裝接線、程序設計及調試、聯合測試、后期工作等。下面簡述各局部的工作要點，僅學生在設計過程中參考。一、電氣設計設計任務：完成電氣線路原理圖、元件布置圖、接線圖、元件明細表等設計；技術內容：電氣線路原理圖、元件布置圖、接線圖、電氣元件明細表等；要點

6、點撥：1.電氣主回路設計在電氣控制系統中，習慣上將高壓、大電流的回路稱為主回路。在常見的PLC控制系統中，主回路通常包括如下局部：電機主回路，包括用于電機通斷控制的接觸器、電機保護的斷路器等；各種動力驅動裝置的電源回路與動力回路，如驅動器電源輸入回路及其通斷控制的接觸器、保護斷路器、伺服電機的電樞回路、直流電機的勵磁回路等：各種控制變壓器的原邊輸入回路，包括通斷控制的接觸器、保護斷路器等；用于供應控制系統各局部主電源的電源輸入與控制回路，包括用于電源變壓器、整流器件、穩壓器件以及用于電源回路控制的接觸器、保護斷路器等。PLC控制系統的主回路設計與其他電氣控制系統無原那么性區別。但必須符合有關標

7、準的規定，并結合PLC控制系統的自身特點，充分考慮系統的可靠性與平安性。2.電源總開關總開關的設計要求是：開關必須具有足夠的分斷能力，必須能夠分斷處于“堵轉狀態的最大電動機的電流與其他所有用電設備和電動機的電流總和。通過總開關，原那么上應能斷開設備中的所有用電設備電源，例外的是，當設備安裝有需要在總電源切斷情況下使用的平安保護裝置如維修用電源、維修用照明、設備平安防護的解鎖裝置等部件時，允許這局部的電源直接連接在設備進線上，不通過總開關分斷。但是，即便如此，以上電路仍然需要安裝獨立的短路保護器件如斷路器等。3.保護裝置為了對設備主回路進行可靠、有效的保護，設備中每一個獨立的部件都必須安裝用于短

8、路、過電流保護的保護器件如斷路器等，保護器件必須具有足夠的分斷能力，必須能夠可靠分斷被保護的用電設備或電動機。出于調試、維修的需要與系統的可靠性與平安性的考慮，原那么上對于不同類型的主回路，如電機主回路、驅動主回路等，在每一部件獨立安裝保護器件的根底上，還應對每一大類分類安裝總保護斷路器。對于輸入輸出點數、種類較多、構成復雜、控制要求較高的控制系統，當外部輸入輸出信號共用電源時，應采用分組的形式進行供電，每組通過獨立的保護斷路器進行保護與通斷控制。4.接地與抗干擾從平安角度考慮，控制系統應安裝總接地母線，用于電位平衡與接地。與主回路連接的各種獨立電氣控制裝置，應有專門的、符合要求的接地連接線與

9、設備接地母線進行連接，以防止干擾，提高可靠性。系統中容易產生干擾或是容易受到外部干擾的電氣控制裝置，如PLC、數控裝置(CNC)、伺服驅動器、變頻器等，應通過隔離變壓器、濾波電抗器等與電源進行連接，以抑制線路干擾。系統中的需要通斷的大功率負載，應在線路上安裝浪涌電壓吸收器，以抑制負載通斷產生的過電壓與干擾。5.輔助控制電源的設計用于系統平安保護、緊急停機控制的裝置如制動器、平安門保護等的輔助電源，應確保不會因“急停等操作而分斷。系統中可靠性要求較高的控制部件，如PLC的電源輸入、CNC的電源輸入等，當它們為直流DC24V供電時，應盡可能采用獨立的穩壓電源進行供電；當采用交流供電時，應安裝獨立的

10、隔離變壓器，原那么上不要與系統的其他控制電路與執行元件如電磁閥、220V/24V控制回路等共用電源。PLC輸入輸出所需要的傳感器、開關、執行元件電源，應盡可能采用外部電源供電的形式，以防止由于外部線路故障引起的PLC損壞。二、PLC選型電源問題PLC的供電電源、PLC輸入回路的電源、PLC輸出回路的電源，要明確其來源、電流類型(AC/DC)、電壓等級(12V、24V、36V、110V、220V、380V等)、電流容量等，要配置短路保護功能，必要時要配置“電源凈化元件(隔離變壓器、濾波元件等)；PLC選型I/O點數應留1/3左右的余量；可以根據理論授課內容選擇西門子PLC，也可以根據實際條件選擇

11、其他品牌PLC，比方三菱FX系列，或國產科威E系列PLC，其232、485、CAN bus通信功能全部內置，其串行電梯專用PLC性能卓越。輸入開關應選用接觸性能好、密封防塵的小型開關；輸出容量PLC的繼電器輸出觸點，其容量一般很小；如果電磁閥等執行器的功率過大，應在PLC的輸出端與執行器之間，加接微型繼電器進行功率放大；通信功能根據任務書要求，假設有聯網通信要求，應選用易于實現聯網通信的PLC。三、繪制電氣線路原理圖常用的電氣圖包括：電氣原理圖、電氣設備安裝圖、電氣接線圖。各種圖紙的圖紙尺寸一般選用297×210、297×420、297×630、297×

12、840mm、四種幅面，特殊需要可按GB12674?機械制圖?國家標準選用其他尺寸。電氣原理圖是作為電氣設備原理的介紹，他對設備的認知、以及以后設備維修的指導有作用。電氣設備安裝圖是設計電氣設備在所在工藝連接中應安裝在那個位置，是指導安裝這個電氣設備用的。電氣接線圖是指導安裝時連接線用的。電氣系統圖中電氣原理圖應用最多，為便于閱讀與分析控制線路，根據簡單、清晰的原那么，采用電氣元件展開的形式繪制而成。它包括所有電氣元件的導電部件和接線端點，但并不按電氣元件的實際位置來畫，也不反響電氣元件的形狀、大小和安裝方式。電器原理圖是根據工作原理而繪制的，具有結構簡單、層次清楚、便于研究和分析電路工作原理等

13、特點。適于研究、分析電路的工作原理等優點，所以無論在設計部門還是生產現場都得到了廣泛應用。繪制電器原理圖應遵循以下原那么：1.主電路和控制電路分開畫。主電路包括從電源到電動機的電路，大電流通過的局部，用粗線條畫在原理圖左邊。控制電路通過小電流，由按鈕、觸頭、線圈等組成，用細線條畫在原理圖的右邊。2.原理圖中，各電器元件不畫實際的外形圖，而采用國家規定的統一標準，文字符號也要符合國家規定。3.在電氣原理圖中，同一電器的不同部件常常不畫在一起，而是畫在電路的不同地方，同一電器的不同部件都用相同的文字符號標明，例如接觸器的主觸頭通常畫在主電路中，而吸引線圈和輔助觸頭那么畫在控制電路中，但它們都用KM

14、表示。同一種電器一般用相同的字母表示，但在字母的后邊加上數碼或其他字母下標以示區別，例如兩個接觸器分別用KM1、KM2表示，或用KMF、KMR表示。4.全部觸頭都按常態給出。對接觸器和各種繼電器，常態是指未通電時的狀態；對按鈕、行程開關等，那么是指未受外力作用時的狀態。原理圖中，無論是主電路還是輔助電路，各電氣元件一般按動作順序從上到下，從左到右依次排列，可水平布置或者垂直布置。5.原理圖中，有直接電聯系的交叉導線連接點，要用黑圓點表示。無直接聯系的交叉導線連接點不畫黑圓點。圖1 電機正反轉控制電氣原理圖繪制電氣原理圖時，應依據工序要求、控制要求及設計要求，按照國家標準進行繪制；并按照“等電位

15、原那么標上“接線端子號但凡“用導線直接相連的端子，認為其“電位相同，因此其端子號必需相同；但凡“由元件隔開的端子，認為其“電位不相同，因此其端子號不允許相同；具體可參考相關國標：GB/T 4728-2021?電氣圖用圖形符號?；GB/T 6988-1997?電氣制圖?；GB/T 7159-1987?電氣技術的文字符號制訂通那么?。（7） 電氣接線圖是按照電器元件的實際位置和實際接線繪制的，根據電器元件布置最合理、連接導線最經濟等原那么來安排。它為安裝電器設備、電器元件之間進行配線及檢修電氣故障等提供了必要的依據。（8） 電氣元件明細表依據數據及電氣原理圖，運用理論公式及經驗口訣等，確定各電氣元

16、件的額定值、整定值，選定其型號規格等，供采購使用。四、柜屏設計工作任務：完成電氣元件安裝圖、控制箱(柜)、操作屏的設計；技術內容：略。五、安裝接線工作任務：完成元件的安裝、接線，并對程序與線路進行聯合測試；工作步驟：按照元件安裝圖安裝元件；參考原理圖，按照接線圖完成“板內接線 ；參考原理圖，按照互連圖，完成板間、柜間接線；最后，對程序系統與電氣系統進行聯合測試；如不滿足要求，再回去修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止；六、程序設計及調試工作任務：采用基于工序的編程方法或經驗編程方法，完成程序的設計，并在實驗室環境中進行模擬調試；技術內容：包括I/O分配圖、初始程序、切換程序(含SFC圖、梯形圖

17、)、動作程序、信號程序、編程元件明細表等；關鍵因素：I/O分配圖、初始程序、切換程序的SFC圖(含定時、計數、比擬等形成切換條件的程序)；必需通過的關口：控制程序的硬模擬調試。要點點撥：(1)基于工序的編程方法，包括切換編程法、移位編程法、步進編程法等，特別是切換編程法，應優先采用。用基于工序的方法編寫程序時，應以“工序為主線、工作步狀態記憶元件為中心、切換信號為關鍵點，可先編寫初始程序、切換程序，再編輸出程序，初始程序、切換程序、輸出程序可分開編寫，“大而化小，分而治之、順序進行，從而可簡化程序的編寫難度，特別是切換編程法，其每個編程元件的狀態，完全在編程員的掌控之中，不存在“幕后操縱等不明朗因素，應優先采用。(2)初步擬定出“I/O分配圖、初始程序梯形圖、切換程序SFC圖