小型SBR废水处理PLC电气控制系统课程设计

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1、机电专业课程设计指导书课程设计的目的、要求、任务及方法要完成好机电控制系统的设计任务，除掌握必要的机电设计基础知识外，还必须经过反复实践，深入生产现场，将不断积累的经验应用到设计中来。课程设计正是为这一目的而安排的实践性教学环节，它是一项初步的工程训练。通过课程设计，了解一般机电控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。机电设计包含原理设计和工艺设计两个方面，不能忽视任何一面，对于应用型人才更应重视工艺设计。课程设计属于练习性质，不强调设计结果直接用于生产。一、设计目的课程设计的主要目的是通过某一生产设备的机电控制装置的设计实践，了解一般机电控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计

2、方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。机电设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。二、设计要求在课程设计中，学生是主体，应充分发挥他们的主动性和创造性。教师的主导作用是引导其掌握完成设计内容的方法。为保证顺利完

3、成设计任务还应做到以下几点：1) 在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。2) 在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。3) 所有电气图样的绘制必须符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元器件明细表以及图样的折叠和装订。4) 说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。5) 应在规定的时间内完成所有的设计任务。6) 如果条件允许，应对自己的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能性。三、设计任务

4、课程设计要求是以设计任务书的形式表达，设计任务书应包括以下内容：1) 设备的名称、用途、基本结构、动作原理以及工艺过程的简要介绍。2) 拖动方式、运动部件的动作顺序、各动作要求和控制要求。3) 联锁、保护要求。4) 照明、指示、报警等辅助要求。5) 应绘制的图样。6) 说明书要求。 原理设计的中心任务是绘制电气原理图和选用电器元件。工艺设计的目的是为了得到电气设备制造过程中需要的施工图样。图样的类型、数量较多，设计中主要以电气设备总体配置图、电器板元器件布置图、控制面板布置图、接线图、电气箱以及主要加工零件（电器安装底板、控制面板等）为练习对象。对于每位设计者只需完成其中一部分。原理图及工艺图

5、样均应按要求绘制，元器件布置图应标注总体尺寸、安装尺寸和相对位置尺寸。接线图的编号应与原理图一致，要标注组件所有进出线编号、配线规格、进出线的连接方式（采用端子板或接插板）。四、设计方法 在接到设计任务书后，按原理设计和工艺设计两方面进行。1原理图设计的步骤1) 根据要求拟定设计任务。2) 根据拖动要求设计主电路。在绘制主电路时，可考虑以下几个方面： 每台电动机的控制方式，应根据其容量及拖动负载性质考虑其起动要求，选择适当的起动线路。对于容量小（7.5kW以下）、起动负载不大的电动机，可采用直接起动；对于大容量电动机应采用降压起动。 根据运动要求决定转向控制。 根据每台电动机的工作制，决定是否

6、需要设置过载保护或过电流控制措施。 根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种控制方式。 设置短路保护及其他必要的电气保护。 考虑其他特殊要求：调速要求、主电路参数测量、信号检测等。3) 根据主电路的控制要求设计控制回路，其设计方法是： 正确选择控制电路电压种类及大小。 根据每台电动机的起动、运行、调速、制动及保护要求依次绘制各控制环节（基本单元控制线路）。 设置必要的联锁（包括同一台电动机各动作之间以及各台电动机之间的动作联锁）。 设置短路保护以及设计任务书中要求的位置保护（如极限位、越位、相对位置保护）、电压保护、电流保护和各种物理量保护（温度、压力、流量等）。 根据

7、拖动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环、工艺参数测量等控制。 按需要设置应急操作。4) 根据照明、指示、报警等要求没计辅助电路。5) 总体检查、修改、补充及完善。主要内容包括： 校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。 检查接触器、继电器、主令电器的触点使用是否合理，是否超过电器元器件允许的数量。 检查联锁要求能否实现。 检查各种保护能否实现。 检查发生误操作所引起的后果与防范措施。6) 进行必要的参数计算。7) 正确、合理地选择各电器元器件，按规定格式编制元件目录表。8) 根据完善后的设计草图，按电气制图标准绘制电气原理线路图，按电气技术中的项目代号要求标注器件的

8、项目代号，按绝缘导线的标记的要求对线路进行统一编号。2工艺设计步骤1) 根据电气设备的总体配置及电器元件的分布状况和操作要求划分电器组件，绘制电气控制系统的总装配图和接线图。2) 根据电器元器件的型号、外形尺寸、安装尺寸绘制每一组件的元件布置图（如电器安装板、控制面板、电源、放大器等）。3) 根据元器件布置图及电气原理编号绘制组件接线图，统计组件进出线的数量、编号以及各组件之间的连接方式。4) 绘制并修改工艺设计草图后，使可按机械、电气制图要求绘制工程图。最后按设计过程和设计结果编写设计说明书及使用说明书。范例：小型SBR废水处理PLC电气控制系统课程设计一、小型SBR废水处理电气控制系统设计

9、任务书1SBR废水处理工艺的技术要求SBR废水处理技术是一种高效废水回用的处理技术，采用优势菌技术对校园生活污水进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。SBR废水处理系统方案要充分考虑现实生活中校园生活区较为狭小的特点，力求达到设备体积小，性能稳定，工程投资少的目的。废水处理过程中环境温度对菌群代谢产生的作用直接影响废水处理效果，因此采用地埋式砖混结构处理池以降低温度对处理效果的影响。同时，SBR废水处理技术工艺参数变化大，硬件设计选型与设备调试比较复杂，采用先进的PLC控制技术可以提高SBR废水处理的效率，方便操作和使用。SBR废水处理系

10、统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。SBR废水处理系统示意图如图11-1所示。图11-1 SBR废水处理系统示意图污水处理的第一阶段：当污水池中的水位处于低水位或无水状态时，电动阀会自动开起纳入污水。当污水池纳入的污水至正常高水位时，电动阀自动关闭，污水池中污水呈微氧和厌氧状态。污水处理的第二阶段：采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、平衡菌群的pH值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。整个好氧（曝气）时间一般需要68h。在曝气管路上安装了排空

11、电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开起，罗茨风机延时空载起动，然后排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当曝气处理结束后，排空电磁阀再次开起，罗茨风机空载停机，然后排空电磁阀延时关闭。曝气风机在无负荷条件下起动和停止，能起到保护电动机和风机的作用。经过0.5h的水质沉淀，PLC下达起动1#清水泵指令，将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常高水位时，1#清水泵自动停止运行。这时2#清水泵自动起动向中水箱泵水，当水箱内达到正常高水位时，2#清水泵自动停止运行，这时中水箱内的水全部完成处理过程。如上所示，当中水箱内水位降至低水位时，2#清水泵又自动起动向中水箱泵水。当污水池中的水位降至低

12、水位时，电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。如此循环往复。SBR废水处理技术针对污水水质不同选用生物菌群不同，工艺要求要求有所不同，电气控制系统应有参数可修正功能，以满足废水处理的要求。2SBR废水处理系统动力设备SBR废水处理系统中所使用的动力设备（水泵、罗茨风机、电动阀），均采用三相交流异步电动机，电动机和电磁阀（AC220V选配）选配防水防潮型。1#清水泵：立式离心泵LS50-10-A，扬程10m，流量29m3/h，1kW。2#清水泵：立式离心泵LS40-32.1，扬程30m，流量16m3/h，3kW。曝气罗茨风机：TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。电动阀：阀体D97A1

13、X5-10ZB-125mm，电动装置LQ20-1，AC380V，60W。3SBR废水处理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为正、反转双向运行，因此要在PLC控制回路加互锁功能。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

14、、编制元器件目录表。8) 绘制接线图、电控柜布置图和配线图、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、SBR废水处理电气控制系统总体设计过程1总体方案说明1) SBR废水处理系统控制对象电动机均由交流接触器完成起、停控制，电动阀电动机要采用正、反转控制。2) 污水池、清水池、中水水箱水位检测开关，在选型时考虑抗干扰性能，选用电极考虑耐腐蚀性。3) 电动阀上驱动电动机，其内部设有过载保护开关，为常闭触点，作为电动阀过载保护信号，PLC控制电路考虑该信号逻辑关系。4) 1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机电动机、电动阀电动机分别采用热继电器实现过载保护，其热继电器的常开

15、触点通过中间继电器转换后，作为PLC的输入信号，用以完成各个电动机系统的过载保护。5) 罗茨风机的控制要求在无负载条件下起动或停机，需要在曝气管路上设置排空电磁阀。6) 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔断器，实现短路保护。7) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用BVR型铜导线连接，电控箱与执行装置之间采用端子板连接。8) PLC选用继电器输出型。9) PLC自身配有24V直流电源，外接负载时考虑其供电容量。PLC接地端采用第三种接地方式，提高抗干扰能力。2SBR废水处理电气控制原理图设计(1) 主电路设计 SBR废水处理电气控制系统主电路如图11-2

16、所示。图11-2 SBR废水处理电气控制系统主电路1) 主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3分别控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3；交流接触器KM4、KM5控制电动阀电动机M4，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。2) 电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。电动阀电动机M4控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机M4实现双重保护。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FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。FU5、FU6分别完成交流控制

17、回路和PLC控制回路的短路保护。(2) 交流控制电路设计 SBR废水处理系统交流控制电路如图11-3所示。图11-3 SBR废水处理系统交流控制电路1) 控制电路有电源指示HL。PLC供电回路采用隔离变压器TC，以防止电源干扰。2) 隔离变压器TC的选用根据PLC耗电量配置，可以配置标准型、变比1：1、容量100VA隔离变压器。3) 1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3分别有运行指示灯HL1、HL2、HL3，由KM1、KM2、KM3接触器常开辅助触点控制。4) 4台电动机M1、M2、M3、M4的过载保护，分别由4个热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现，将其常闭触点并联后与中间继电

18、器KA1连接构成过载保护信号，KA1还起到电压转换的作用，将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护控制功能。5) 上水电磁阀YA1和指示灯HL1、排空电磁阀YA2，分别由中间继电器KA2和KA3触点控制。(3) 主要参数计算1) 断路器QF脱扣电流。断路器为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。SBR废水处理系统有3kW负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为1.1kW以下，起动电流较小，而且工艺要求4台电动机单独起动运行，因此可根据3kW电动机选择自动开关QF脱扣电流IQF：IQF1.7IN=1.76A

19、10.2A10A，选用IQF10A的断路器。2) 熔断器FU熔体额定电流IFU。以曝气风机为例，IFU2IN22.5A5A，选用5A的熔体。其余熔体额定电流的选择，按上述方法选配。控制回路熔体额定电流选用2A。3) 热继电器的选择请参考有关技术手册，自行计算参数。(4) PLC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

20、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11-4为SBR废水处理系统PLC控制电路原理图，L6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11-4 SBR废水处理系统PLC控制电路原理图3) KM4和KM5接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。4) 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

21、源，以防止电源过载损坏或影响其他输入口的信号质量。5) PLC采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为AC250V，2A。表11-1和表11-2分别为SBR废水处理系统PLC输入和输出接口功能表。表11-1 SBR废水处理系统PLC输入接口功能表序号工位名称文字符号输入口1污水池高水位开关信号H1X0002污水池低水位开关信号L1X0013清水池高水位开关信号H2X0024清水池低水位开关信号L2X0035中水箱高水位开关信号H3X0046中水箱低水位开关信号L3X0057起动按钮（绿色）SB1X0068停止按钮（红色）SB2X0079旋钮开关（自动）SB3-1X01010旋钮开关（手动）SB

22、3-2X01111手动开电动阀旋钮开关SB4X01212手动关电动阀旋钮开关SB5X013131#清水泵手动旋钮开关SB6X014142#清水泵手动旋钮开关SB7X01515电动阀门开起限位开关SQ1X01616电动阀门关闭限位开关SQ2X01717电动阀电动机故障报警FR0X02018电动机热保护器报警KA1X02119曝气风机手动旋钮开关SB8X02220输入点备用X023X027表11-2 SBR废水处理系统PLC输出接口功能表序号工位名称文字符号输入口11#清水泵接触器KM1Y00022#清水泵接触器KM2Y0013污水池高水位红色指示灯HL7Y0024污水池低水位绿色指示灯HL8Y0

23、035清水池高水位红色指示灯HL9Y0046清水池低水位绿色指示灯HL10Y0057中水箱高水位红色指示灯HL11Y0068中水箱低水位绿色指示灯HL12Y007 （续）序号工位名称文字符号输入口9电动阀门开起绿色指示灯HL13Y01010电动阀门关闭黄色指示灯HL14Y01111开电动阀门接触器KM4Y01212关电动阀门接触器KM5Y01313电动机热保护器报警红色指示灯HL6Y01414罗茨风机（曝气风机）接触器KM3Y01515排空电磁阀继电器KA3Y01616上水电磁阀继电器KA2Y01717输出口备用Y020Y0276) 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

24、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。7) 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11-3所示。表11-3 SBR废水处理系统元器件目录表序号文字符号名 称数量规格型号备 注1M1M4电动机4Y系列三相交流异步电动机2FR1FR4热继电器4JR16B-20/3参照电动机整定电流3FU1FU4熔断器12RL1-15熔体210A4FU5、FU6熔断器2RT16-32X熔体2A5QF断路器1C45AD脱扣电流10A6TC隔离变压器1BK-100变比1：1，AC220V7SB1起动按钮1LAY37绿色8SB2停止按钮1LAY37红色9SB3转

25、换开关1LAY37-D2手动/自动转换10SB4SB8手动开关5LAY37-D2黑色11KM1KM4交流接触器4DJX-9线圈电压：AC220V12KA1KA3中间继电器3HH52P线圈电压：AC220V13HL1HL15指示灯15AD16-22LED显示，AC220V14YA1电磁阀1ZCT-50A线圈电压：AC220V15YA2电磁阀1ZCT-15A线圈电压：AC220V16YA3电动阀门装置1LQA20-1AC380，60W17PLC可编程序控制器1FX2N-48MR继电器输出(5) PLC控制程序设计1) 程序设计。根据控制要求，建立SBR废水处理系统控制流程图，如图11-5所示，表达

26、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

27、法，同时做好详尽记录，以备分析和改进。图11-5 SBR废水处理系统控制流程图SBR废水处理系统PLC控制程序如图11-6所示。图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序（续1）图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序（续2）图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序（续3）图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序（续4）图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序（续5）3SBR废水处理系统电气工艺设计按设计要求设计绘制电气装置总体配置图、电器板电器元器件平面图、控制面板电器平面图及相关电气接线图。1

28、) 先根据控制系统要求和电气设备的结构，确定电器元器件的总体布局以及电控箱内装配板与控制面板上应安装的电器元件。本系统除电控箱外，在污水处理设备现场设计安装的电器元件和动力设备有：电磁阀、水位开关、电动机、电动阀（含阀位控制器）等。电控箱内电器板上安装的电器元件有：断路器、熔断器、隔离变压器、PLC、接触器、中间继电器、热继电器和端子板等。在控制面板上设计安装的电器元件有：控制按钮、旋钮开关、各色指示灯等。2) 依据用户要求满足操作方便、美观大方、布局均匀对称等设计原则，绘制电控箱电器板元件布置图、电器面板元件布置图、电气接线图等，如图11-7图11-8所示。进出引线采用接线端子板连接，接线图

29、略。3) 依据电器元件布置图及电器元器件的外形尺寸、安装尺寸，绘制电器板（绝缘板、镀锌铁板或架）、控制面板（有机玻璃板、铝板或铁板等）、垫板（有机械强度的绝缘板或镀锌板）等零部件加工图。图中应注明外形尺寸、安装孔径、定位尺寸与公差、板材厚度以及加工要求等。本设计所涉及的钣金加工技术图从略。4) 依据电器安装板、控制面板尺寸设计电控箱，绘制电控箱安装图。本设计从略。至此，基本完成了SBR废水处理系统要求的电气控制原理设计和工艺设计任务。图11-7 电控箱电器板元件布置图 图11-8 电控箱电器面板元件布置图4编写设计说明书、使用说明书和项目设计小结1) 依据原理设计的过程，编写设计说明书，说明书

30、包括如下主要内容： 总体设计方案的选择说明。 原理电路的设计说明，各控制要求如何实现。 电气系统中主要参数的计算，主要元件的选择及说明，编制元件明细表。 附上原理图及规定完成的工艺图。2) 依据原理设计图及控制要求编写使用说明书，说明书包括如下主要内容： 本设备的实际用途、功能特点。 系统工作原理简介。 使用与维护注意事项。5设计用参考资料 工厂电气控制设备 电气控制与可编程序控制器 电气工程手册 三菱微型可编程序控制器手册 工厂常用电气设备手册 其他有关产品使用手册设计任务书课题一、四层电梯自动控制1控制要求1) 采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机

31、正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮SB11和指示灯H11，二层有上升呼叫按钮SB21和指示灯H21以及下降呼叫按钮SB22和指示灯H22，三层有上升呼叫按钮SB31和指示灯H31以及下降呼叫按钮SB32和指示灯H32，四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。一至四层有到位行程开关ST1ST4。电梯内有一至四层呼叫按钮SB1SB4和指示灯H1H4；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁YA1和YA2控制，关门到位由行程开关ST5检测。此外还有电梯载重超限检测压力继电器KP以及故障报警电铃HA。控制信号说明如表11-4所示。表11-4 四层电梯控制信号说明输

32、入输 出文字符号说 明文字符号说 明SB1电梯内一层按钮H1电梯内一层按钮指示灯SB2电梯内二层按钮H2电梯内二层按钮指示灯SB3电梯内三层按钮H3电梯内三层按钮指示灯SB4电梯内四层按钮H4电梯内四层按钮指示灯SB11一层上升呼叫按钮H11一层上升呼叫按钮指示灯SB21二层上升呼叫按钮H21二层上升呼叫按钮指示灯SB22二层下降呼叫按钮H22二层下降呼叫按钮指示灯SB31三层上升呼叫按钮H31三层上升呼叫按钮指示灯SB32三层下降呼叫按钮H32三层下降呼叫按钮指示灯SB41四层下降呼叫按钮H41四层下降呼叫按钮指示灯SB5电梯开门按钮KM1电动机正转接触器SB6电梯关门按钮KM2电动机反转接

33、触器SB7检修开关YA1电梯开门电磁铁ST1电梯一层到位限位开关YA2电梯关门电磁铁ST2电梯二层到位限位开关HA电梯故障报警电铃ST3电梯三层到位限位开关ST4电梯四层到位限位开关ST5电梯关门到位限位开关SP电梯载重超限检测FR电动机过载保护热继电器2) 楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下，电梯未达到相应楼层或未得到相应的响应时，相应指示灯一直接通指示。3) 电梯运行时，电梯开门与关门按钮不起作用，电梯到达停在各楼层时，电梯开门与关门动作可由电梯开门与关门按钮控制，也可延时控制，但检测到电梯超重时，电梯门不能关闭，并由报警电铃发出报警信号。4) 电梯最大运行区间为三层距离，若一次运行时间超过30

34、s，则电动机停转，并由HA报警。5) 检修开关SB7接通时，电梯下行停在一层位置，进行检修，其他所有动作均不相应。6) 电梯拖动电动机控制电路有各种常规电气保护，如短路保护、过载保护、正反转互锁等。7) 相关参数： 拖动电动机M：5.5kW，AC380V，11.6A，1440r/min。 指示灯H：0.25W，DC24V。 电铃HA：8W，AC220V。 电磁铁YA：100mA，AC220V。2设计任务1) 根据控制要求进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。2) 分析电梯所有可能运行的方式，并依此编制电梯运行PLC控制程序，有条件可以利用电梯模型或模拟开关板调

35、试程序，模拟运行。3) 编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于PLC的电梯电气控制系统电路图。 PLC控制程序（梯形图和指令表）。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。设计任务书课题二、锅炉车间输煤机组控制1输煤机组控制系统输煤机组控制系统示意图如图11-10所示，输煤机组控制信号说明见表11-6。图11-10 输煤机组控制系统示意图表11-6 输煤机组控制信号说明输 入输 出文字符号说 明文字符号说 明SA1-1输煤机组手动控制开关KM

36、1给料器和磁选料器接触器SA1-2输煤机组自动控制开关KM21#送煤机接触器SB1输煤机组自动开车按钮KM3破碎机接触器SB2输煤机组自动停车按钮KM4提升机接触器SB3输煤机组紧急停车按钮KM52#送煤机接触器SB4给料器和磁选料器手动按钮KM6回收机接触器SB51#送煤机手动按钮HL7手动运行指示灯SB6破碎机手动按钮HL8紧急停车指示灯SB7提升机手动按钮HL9系统正常运行指示灯SB82#送煤机手动按钮HL10系统故障指示灯SB9回收机手动按钮HA报警电铃KMM1M6，YA运行正常信号HL16输煤机组单机运行指示FRM1M6，YA过载保护信号输煤机组的拖动系统由6台三相异步电动机M1M6

37、和一台磁选料器YA组成。SA1为手动/自动转换开关，SB1和SB2为自动开车/停车按钮，SB3为事故紧急停车按钮，SB4SB9为6个控制按钮，手动时单机操作使用。HA为开车/停车时讯响器，提示在输煤机组附近的工作人员物煤机准备起动请注意安全。HL1HL6为MlM6电动机运行指示，HL7为手动运行指示，HL8为紧急停车指示，HL9为系统运行正常指示，HL10为系统故障指示。2输煤机组控制要求(1) 手动开车/停车功能 SA1手柄指向左45时，接点SA1-1接通，通过SB4SB9控制按钮，对输煤机组单台设备独立调试与维护使用，任何一台单机开车/停车时都有音响提示，保证检修和调试时人身和设备安全。(

38、2) 自动开车/停车功能 SA1手柄指向右45时，接点SA1-2接通，输煤机组自动运行。1) 正常开车 按下自动开车按钮SB1，音响提示5s后，回收电动机M6起动运行并点亮HL6指示灯；10s后，2#送煤电动机M5电动机起动运行并点亮HL5指示灯；10s后，提升电动机M4起动运行并点亮HL4指示灯；10s后，破碎电动机M3起动运行并点亮HL3指示灯；10s后，1#送煤电动机M2起动运行并点亮HL2指示灯；10s后，给料器电动机M1和磁选料器YA起动运行并点亮HL1指示灯；10s后，点亮HL9系统正常运行指示灯，输煤机组正常运行。2) 正常停车 按下自动开车按钮SB2，音响提示5s后，给料器电动

39、机M1和磁选料器YA停车并熄灭HL1指示灯，同时，熄灭HL9系统正常运行指示灯；10s后，1#送煤电动机M2停车并熄灭HL2指示灯；10s后，破碎电动机M3停车并熄灭HL3指示灯；10s后，提升电动机M4停车并熄灭HL4指示灯；10s后，2#送煤电动机M5电动机停车并熄灭HL5指示灯；10s后，回收电动机M6停车并熄灭HL6指示灯；输煤机组全部正常停车。3) 过载保护 输煤机组有三相异步电动机M1M6和磁选料器YA的过载保护装置热继电器，如果电动机、磁选料器在输煤生产中，发生过载故障需立即全线停车并发出报警指示。系统故障指示灯HL10点亮，HA电铃断续报警20s，HL10一直点亮直到事故处理完

40、毕，继续正常开车，恢复生产。4) 紧急停车 输煤机组正常生产过程中，可能会突发各种事件，因此需要设置紧急停车按钮，实现紧急停车防止事故扩大。紧急停车与正常停车不同，当按下红色蘑菇形紧急停车按钮SB3时，输煤机组立即全线停车，HA警报声持续10s停止，紧急停车指示灯HL8连续闪亮直到事故处理完毕，回复正常生产。5) 系统正常运行指示 输煤机组中，拖动电动机M1M6和磁选料器YA按照程序全部正常起动运行后，HL9指示灯点亮。如果有一台电动机或选料器未能正常起动运行，则视为故障，系统故障指示灯HL10点亮，输煤机组停车。(3) 相关参数1) M1M6及磁选料器YA功率如图11-11中所示。2) 指示

41、灯HL：0.25W，DC24V。3) 电铃HA：8W，AC220V。3设计任务1) 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制输煤机组PLC控制程序，有条件可以利用模拟开关板调试程序，模拟运行。3) 编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于PLC的输煤机组电气控制系统电路图。 PLC控制程序（梯形图和指令表）。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。设计任务书课题三、旋转式滤

42、水器电气控制系统1设备概况旋转式滤水器主要用于水力发电厂的生产用水过程中，对进入水厂原水中2cm3以上的漂浮杂物进行过滤除杂。该设备安装在水处理车间的进水管道入口处，根据生产用水量的实际需要，既可单台使用，也可多台并联运行。旋转式滤水器的基本工作原理是根据旋转式滤水器进水口、出水口之间的水位压力差来控制旋转式滤水器的除杂排污。正常滤水过程：由于旋转式滤水器进水与出水口的水流正常，产生的压力差低于差压控制器设定值，因此，差压控制器内微动开关无动作输出，原水正常过滤。除杂排污过程：由于旋转式过滤器长时间过滤原水，势必在滤水器内的过滤孔中阻塞大量的水中漂浮物，使得进水口的水压大于出水口的水压，出水量

43、减少，进、出水口产生的压力差高于差压控制器设定值，这时差压控制器内微动开关动作输出，常开触点闭合，接通控制系统进行除杂排污。除杂排污后旋转式滤水器又恢复正常滤水状态，生产供水系统安全运行。旋转式滤水器控制框图如图11-11所示。图11-11 旋转式滤水器控制框图2控制要求(1) 手动调试和检修 SA1手柄指向左45时，接点SA1-1接通，通过SB1、SB2控制按钮，手动开/关电动阀，通过SB3、SB4控制按钮，手动开/关滤水器电动机，以便于系统调试和检修。(2) 人工除杂排污 SA1手柄指向右45时，接点SA1-2接通，人工起动、停止旋转式滤水器进行除杂排污。(3) 定时自动除杂排污：SA1手

44、柄回零位时，若原水中杂物较少，固体漂浮物也较少，因此，水处理车间的旋转式滤水器长时间正常滤水，不能进行差压自动除杂排污。由于旋转式滤水器长时间置于水中，各个机械传动机构会锈蚀，影响过滤和除杂排污或导致旋转式滤水器损坏，因此，需要具有定时自动除杂排污功能。(4) 差压自动除杂排污 SA1手柄回零位时，若滤水器进、出水口产生的压力差高于差压控制器设定值时，旋转式滤水器自动进行除杂排污，直到滤水器进、出水口产生的压力小于差压控制器设定值时，旋转式滤水器自动停止除杂排污，恢复正常滤水状态。(5) 超压停机 旋转式滤水器内部的过滤孔被小颗粒杂物堵死无法排出，进、出水口的压力差较高，虽然进行了除杂排污，但

45、是进、出水口的压力差仍然未能降到正常值，差压控制器内微动开关长时间动作（810min），需要立即停车，并发出声光报警。(6) 计数功能 该设备不管进行了哪种形式的除杂排污，每次进行除杂排污后都要有记录，因此需要记录除杂排污次数（5位）。(7) 减速机润滑 在旋转式滤水器上装有行星摆线针轮减速机，由输油泵将油室中的润滑油源源地送入减速机，液压泵拖动电动机与滤水器电动机同步运行。(8) 除杂排污阀门的电动装置 内设三相交流异步电动机380V/60W、阀门限位开关和电动机过热保护，通过正、反相运行实现开阀、关阀功能。(9) 其他 必要的电气联锁与保护，受控对象运行状态显示等。10) 相关参数1) 滤

46、水器电动机M1：Y系列，AC380V，1.5 kW，6极；液压泵电动机M2：Y系列，AC380V，70W，4极；减速机4极减速；电动阀电动机M3：AC380V，60W，电动阀自带。2) 差压变送器测量范围：0.30.8MPa可调，电感性电接点输出：AC220V，1A。3) 指示灯HL：10mA，DC24V。4) 电铃HA：8W，AC220V。11) 控制信号说明见表11-9。表11-9 控制信号说明输 入输 出文字符号说 明文字符号说 明SA1-1手动控制转换开关KM1开电动阀接触器SA1-2人工除杂排污控制转换开关KM2关电动阀接触器SB1手动开电动阀按钮KM3滤水器、液压泵运行接触器SB2

47、手动关电动阀按钮HL1手动控制指示灯SB3手动开滤水器、液压泵按钮HL2人工除杂排污指示灯SB4手动关滤水器、液压泵按钮HL3定时自动除杂排污指示灯KP差压变送器信号HL4差压自动除杂排污指示灯KM1开电动阀信号HL5故障指示灯KM2关电动阀信号HL6开电动阀指示灯KM3滤水器、液压泵运行信号HL7关电动阀指示灯FR电动机过载信号HL8滤水器、液压泵运行指示灯SQ1电动阀打开限位开关HA报警电铃SQ2电动阀关闭限位开关H除杂排污次数显示（5位）3设计任务1) 根据控制要求，进行旋转式滤水器电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制旋转式滤水器控

48、制PLC应用程序，有条件可以利用模拟开关板调试程序，模拟运行。3) 编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于PLC的旋转式滤水器电气控制系统电路图。 PLC控制程序（梯形图和指令表）。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。设计任务书课题四、卧式车床电气控制系统1设备概况车床是机床中应用最广泛的一种，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹。车床在加工工件时，随着工件材料和材质的不同，应选择合适的主轴转速及进给速度。但目前中小型车床多采

49、用不变速的异步电动机拖动，它的变速是靠齿轮箱的有级调速来实现的，所以它的控制电路比较简单。为满足加工的需要，主轴的旋转运动有时需要正转或反转，这个要求一般是通过改变主轴电动机的转向或采用离合器来实现的。进给运动多半是把主轴运动分出一部分动力，通过挂轮箱传给进给箱来实现刀具的进给。有的为了提高效率，刀架的快速运动由一台进给电动机单独拖动。车床一般都设有交流电动机拖动的冷却泵，来实现刀具切削时冷却。有的还专设一台润滑泵对系统进行润滑。2控制要求(1) 主要控制电器为三台电机：主电动机、冷却泵电机、快速移动电机。三台电机都要有短路保护措施。主电动机和冷却泵电机采用热继电器进行过载保护主电动机要采用降

50、压起动方式起动主电动机要求能够正反转控制，并且有点动调整控制和长动控制，采用反接制动主回路负载的电流大小能够监控，但要防止启动电流对电流表产生冲击。机床要有照明设施表3-1 车床控制系统信号说明 符 号 名 称 及 用 途 符 号 名 称 及 用 途 QF 断路器作电源引入及短路保护用 FR1 热继电器，主电动机过载保护用 FU1FU2 熔断器作短路保护 FR2 热继电器，冷却泵电动机过载保护用 Ml 主电动机 KM1 接触器，主电动机正向起动、停止用 M2 冷却泵电动机 KM2 接触器，主电动机反向起动、停止用 M3 快速电动机 KM3接触器，主电动机起动、制动切入电阻 SBlSB4 主电动

51、机起、停、点动按钮 KM4 接触器，冷却泵电动机起动、停止用SB5SB6 冷却泵电动机起停按钮 KM5接触器，快速电动机起动、停止用SQ限位开关，快速移动电动机控制 TC 控制与照明变压器 HLl 主电动机起停指示灯SA 机床照明灯开关 HL2 电源接通指示灯EL 机床照明灯3设计任务1) 根据控制要求，进行卧式车床电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制卧式车床控制PLC应用程序。3) 编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于PLC的卧式车床电气控制系统电路图。 PLC控制程序（梯形图和指令表）。 电器元器件的选择和有关计算。

52、 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。设计任务书课题五、摇臂钻床电气控制系统1设备概况钻床可以进行多种形式的加工，如；钻孔、镗孔、铰孔及攻螺纹。因此要求钻床的主轴运动和进给运动有较宽的调速范围。Z3040型摇臂钻床的主轴的调速范围为50:1，正转最低转速为40 r/min，最高为2000 r/min，进给范围为0.051.60 r/min。它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。 钻床的种类很多，有台钻、立钻、卧钻、专门

53、化钻床和摇臂钻床。台钻和立钻的电气电路比较简单，其他型式的钻床在控制系统上也大同小异。 摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下还可以进行镗孔。摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。故主电动机只有一个旋转方向。摇臂钻床除了主轴的旋转和进给运动外，还有摇臂的上升、下降及立柱的夹紧和放松。摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机拖动，主轴箱、立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动。通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。此外还有一台冷却

54、泵电动机对加工的刀具进行冷却。2控制要求(1) 主要控制电器为四台电机：主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电机。(2)主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵电机均为短时工作，不设过载保护。(3)摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。(4)摇臂的升降控制：按下摇臂上升起动按钮，液压泵电动机起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时摇臂升降电动机旋转使摇臂上升。如果摇臂没有松开，摇臂升降电动机不能转动，必须保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降，可使用限位开关控制。当摇臂上升

55、到所需要的位置时，松开摇臂上升起动按钮，升降电动机断电，摇臂停止上升。当持续13s后，液压泵电动机反转，使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔，摇臂夹紧，同时液压泵电动机停止，完成了摇臂的松开上升夹紧动作。(5)摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。(6)因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作，所以应采用点动方式。(7)摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。(8)立柱和主轴箱的松开与夹紧控制：主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行。由开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。SA2有三个位置：在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制同时进行，扳到左边位置时为

56、立柱的夹紧或放松，扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的松开按钮，SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。(9)主轴箱的松开和夹紧为的动作过程：首先将组合开关SA2扳向右侧。当要主轴箱松开时，按下按钮SB5，经13s后，液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮。当要主轴箱夹紧时，按下按钮SB6，经13s后，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时指示灯HL3亮， HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。(10)当将SA2扳到左侧时，立柱松开或夹紧。SA2在中间位置按下SB5或SB6时，主轴箱和

57、主柱同时进行夹紧或放松。其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同，不再重复。(11)机床要有照明设施摇臂钻床电器元件列表 符 号 名 称 及 用 途 符 号 名 称 及 用 途M1主电动机YA1 主轴箱放松、夹紧用电磁铁M2摇臂升降电动机YA2 立柱松开、夹紧用电磁铁M3液压泵电动机K1 工作准备用中间继电器M4冷却泵电动机SA1 机床工作灯开关KM1主轴旋转接触器SA2 主轴箱、立柱松开、夹紧用转换开关KM2摇臂上升接触器FR1 M1电动机过载保护用热继电器KM3摇臂下降接触器FR2 M3电动机过载保护用热继电器KM4主轴箱、立柱、摇臂放松接触器TC 控制变压器KM5主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触

58、器SB1 总起动按钮KT1摇臂上升、下降用时间继电器SB2 主电动机起动按钮KT2主轴箱、立柱和摇臂放松、夹紧用时间继电器SB3 摇臂上升起动按钮KT3主轴箱、立柱和摇臂放松、夹紧用时间继电器SB4 摇臂下降起动按钮SQ1摇臂升降极限保护限位开关SB5 主轴箱、立柱、摇臂松开按钮SQ2摇臂放松用限位开关SB6 主轴箱、立柱、播臂夹紧按钮SQ3摇臂夹紧用限位开关SB7 总停止按钮SQ4立柱夹紧、放松指示用限位开关SB8 主电动机停止按钮QF1QF4电源引入兼做短路保护用断路器HL1HL4 工作状态指示信号灯QF5工作灯用断路器EL 机床工作灯QF6冷却泵电动机电源断路器3设计任务1) 根据控制要求，进行摇臂钻床电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制摇臂钻床控制PLC应用程序。3) 编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于PLC的摇臂钻床电气控制系统电路图。 PLC控制程序（梯形图和指令表）。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。设计任务书课题六、PLC在三面铣组合机床控制系统中的应用1. 三面铣组合机床概述 三面铣组合机床是用来对Z5