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1、 电气控制设计说明书通风机监控系统学 院：机电工程学院 专 业：电气工程及其自动化姓 名：指导教师： 设计完成日期：二一三年六月二十四日目 录一、设计任务的要求2二、设计方案的确定3三、主电路设计51.主电路的设计及控制52.主电路器件选择及明细表6四、辅助电路设计101.辅助电路指示灯的设计及控制102.辅助电气控制原理图133.辅助电路器件的选择及明细表13五、控制板安装及调试151.安装工艺需求及流程152.元器件选型163.制作电气控制板实物图17六、PLC控制系统的设计181.I/O分析182 . PLC选择183.I/O分配184.程序编制与调试195.调试22七、设计总结23参考
2、文献24一、 设计任务与要求1、设计任务1、绘制电气控制原理图（图1），PLC外围接线图（图5），编写PLC控制程序。2、制作电气控制板：按照设计指导书要求的控制功能，制作安装三台电动机主回路，控制回路及指示回路。3、完成设计说明书。2、设计要求： 某一生产设备（如油漆涂装生产线），在进行运行时要求有送风系统，通过风力把沫喷到零件表面上的漆雾从空中带走或压入循环流动的水中而带走。此送风系统有三台电动机控制，每台电动机可单独工作也可同时工作。1、每台电机均为10KW，要求全压启动，单方向旋转;2、每台电机都有各自相应的保护措施及总停控制；3、电动机工作时要求有运行指示灯，若只有一台电机在运行，则
3、绿灯亮；若有两台电机在运行，则黄灯亮；若三台同时运行，则白灯亮；若三台电机均不工作，则红灯以亮一秒停一秒的方式不停的闪烁；4、系统要求有电源指示，电流指示及电压指示。二、设计方案的确定1、设计思路根据设计任务及要求，设计分为绘制电气控制原理图和制作电气控制板。电气控制原理图又分为主电路，控制电路和指示电路(根据真值表设计)。主回路设计需要一个空气开关,三台电动机，三个接触器，三个热继电器（过载保护），一个电压表，一个电流表，一个指示灯。控制回路需要七个按钮（四个常闭，三个常开），一个个熔断器。指示回路需要三个指示灯（红.绿.黄），两个时间继电器（220V）。因触电过多，还需要三个中间继电器（2
4、20V）。2、设计方案的确定在电气控制系统的设计过程中，通常应遵循以下几个原则：1、最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求。生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图、执行元件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供。对于有调速要求的场合，还应给出调速技术指标。其他如起动、转向、制动、照明、保护等要求，应根据生产需要充分考虑。2、在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济合理，不要盲目追求高指标，造成不必要的高投资。3、妥善处理机械与电气关系。很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用和维护等方面
5、协调处理好二者关系。4、正确合理地选用电器元件，以实用为原则。选用新型号电器可以提高可靠性，减小体积，尽可能不要选用旧型号电器。5、确保电气设备安全性、可靠性高，兼顾设备使用和维护方便。三、 主电路设计1、主电路的设计及控制每台电动机可单独工作也可同时工作，要求全压启动，单方向旋转，每台电机应有相应的保护措施和总停控制。主电路采用电压380V，控制电路电压220V.使用空气开关或刀开关加熔断器做电源开关，用接触器来控制电机接通电源，热继电器做过载保护，按钮SB1为总停，SB3、SB5、SB7分别作三台电动机的停止按钮，SB2、SB4、SB6分别作三台电动机的启动按钮，且用接触器的辅助常开触点并
6、联启动按钮起自锁作用。总电路图如下：图1总电路图3.2、主电路器件选择及明细 1、电动机选择电动机应两个方面的问题：一是电动机的性能，例如机械特性，起动性能和调速性能等；二是要知道生产工艺的特点，要使所选电动机的性能满足生产机械的工艺要求。2、电源开关低压断路器：又称自动空气开关，除了断开电路的作用外，还具有电流过载、欠压、短路保护的作用。选择依据是：极数、额定电流、电压类型、电压等级、分断能力、动作频繁程度等。DZ47-60塑料外壳式断路器，其额定绝缘电压为交流400V，频率为50Hz，额定工作电压为交流220V，其额定电流至60A。其相关参数如下表所示：表3-1断路器相关参数型号DZ47-
7、60额定功率50Hz额定绝缘电压400V动作保护电流60A灭弧介质空气式操作方式手动3、熔断器熔断器（Fuse）主要用于短路保护。熔断器结构上主要由熔断器座、熔断体（熔体）组成熔断器分 插入式、螺旋式、填料封闭管式等等。选择依据是：形式、熔体额定电流（I FU）。对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），熔体额定电流就取线路的额定电流。对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流计取：单台电机： I FU = 1.5 2.5 I e多台电机： I FU = 1.5 2.5 I Nmax + I e 式中I Nmax功率最大电机的额定电流I e 除去功率最大电机之外，其余电机额定电流之
8、和。本次实验实用的熔断器型号D247-60.4、热继电器热继电器（Thermal over-load Relay）主要用于电机过载保护。热继电器分两相式、三相式、三相带缺相保护式 三种形式选择依据是：形式、额定电流（I FR）。热继电器热元件的整定电流可调， 范围约为 0.8 1.2 I FR（热继电器的额定电流）热继电器热元件的整定电流一般按0.95 1.05 I e（电动机的额定电流）选用，对过载能力较差的电机可选得更小些。本次选取热继电器型号为JRS1-0925。5、接触器接触器（Contactor）分直流接触器、交流接触器两大类选择依据是：主触头数、额定电流（I KM）、线圈控制电压的
9、类型、等级等。对于电动机负载，可按下面的经验公式计算接触器的额定电流：I KM = Pe / （K Ue） 式中：Pe 电机的额定功率 Ue 电机的额定线电压 K 经验系数 ，取1 1.4对于动作频繁的工作情况，为了防止主触点的烧坏/过早损坏，应将I KM降低12等级使用。考虑到接触器与热继电器的配套使用，上述热继电器可插接的接触器为CJX2-12，选择型号为CJX2-12的接触器KM1、KM2，其额定电压为220V，相关参数如下所示：表3-2接触器相关参数额定电压UN（V）额定绝缘电压（V）接通最大额定电流（A）断开最大额定电流（A）22066010倍8倍额定电流四、辅助电路设计 1、辅助电
10、路指示灯的设计 逻辑设计法：设：三台通风机为A.B.C,绿灯为F1，黄灯为F2，红灯为F3，令运行为“1”，停止为“0”。 灯亮为“1”，不亮为“0”。(1)绿灯常亮的程序设计1真值表：ABCF10011010110012逻辑式：F1=3控制线路： (2)黄灯常亮的程序设计1真值表：ABCF20111110110112逻辑式：F2=3控制线路： (3)白灯亮的程序设计1真值表：ABCF311112逻辑式：F3=ABC3控制线路： (4)红灯闪烁的程序设计1真值表：ABCF300012逻辑式：F3=3红灯亮一秒，停一秒可由时间继电器完成，如下图：图2 红灯亮一秒，停一秒线路通电后，常闭触点KT1
11、和线圈KT2同时得电，常开触点KT2延时1S闭合，常开触点KT2闭合后，指示灯和线圈KT1同时得电，指示灯亮，常闭触点KT1延时1S断开，线圈KT2失电，闭合后的常开触点KT2瞬间断开，指示灯和线圈KT1同时失电，指示灯灭，断开的常闭触点KT1瞬间闭合，常闭触点KT1和线圈KT2再次得电，常开触点KT2延时1S闭合，常开触点KT2闭合后，指示灯和线圈KT1同时得电，指示灯亮,如此循环实现红灯亮一秒，停一秒。2、辅助电气控制原理图4.3辅助电路器件选择及明细1、中间继电器中间继电器（Auxiliary Relay）：在结构上是一个电压继电器，是用来转换控制信号的中间元件。它输入的是线圈的通电断电
12、信号，输入信号为触点的动作。其触点数量较多，各触点的额定电流相同。中间继电器通常用来放大信号，增加控制电路中控制信号的数量，以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。KA1、KA2，KA3功能为将信号传递给有关控制元件（中间转换作用），本次选用型号JZX-22F142。相关参数如下：表3-3中间继电器相关参数2、控制按钮 控制按钮（Push-button）：是一种结构简单，应用广泛的主令电器，是一种用来短时接通/断开小电流控制电路的主令电器选择依据是：触点对数、动作要求、结构形式、颜色、是否自带指示灯等；电压等级、通流能力（1 8 A）。.一般 启动按钮 绿色 停止按钮 红色 总停按钮 蘑菇式按
13、钮五、控制板安装与调试5.1、安装工艺要求及流程1 工艺要求：由于器件短缺等原因，最后我们领取了一个空气开关，一个熔断器（短路保护），三个接触器（四个主触点，四组辅助触点，两ON,两NC.），由于线路对触点的要求，我们还需要三个中间继电器(至少四组触点)，三个热继电器（过载保护），七个按钮（四个常闭，三个常开），四个指示灯，两个时间继电器。2 安装流程：首先，用红线连接主电路，将空气开关，接触器，热继电器按要求连接起来,然后，连接控制电路，在连接过程中，我们用接触器的辅助触点控制黄灯，主触点控制红灯常亮，中间继电器的触点控制绿灯, 中间继电器的触点和时间继电器控制红灯闪烁。5.2元器件的选型主
14、电路及控制电路所需的主要器件名称符号型号与要求所需数量说明空气开关QSDZ47-60 C321隔断电源与电路熔断器FUDZ47-60 C201过载和短路保护热继电器FR1TRS1-09-253保护第一台电机FR2保护第二台电机FR3保护第三台电机交流接触器KM1CJX2-093220VKM2220VKM3220V中间继电器KA1JZX-22F/4Z3增加KM1的触点KA2增加KM2的触点KA3增加KM3的触点时间继电器KT1JS14P2KT2按钮开关SB1Y090 LAY T7总停开关SB2启动第一台电机SB4启动第二台电机SB6启动第三台电机SB3停止第一台电机SB5停止第二台电机SB7停止
15、第三台电机指示灯HG绿灯4有一台工作绿灯亮HW白灯三台均工作白灯亮HY黄灯有两台工作黄灯亮HR红灯没有电机工作灯亮5.3制作电气控制版实物图如下： 工作原理：通电后，（电源指示灯亮，电压表指示220V，电流表指示）红灯亮一秒，停一秒。按下SB2后，KM1自锁，电动机M1启动，绿灯亮。按下SB4，KM2自锁，电动机M2启动，绿灯灭，黄灯亮。按下SB6，KM3自锁，电动机M3启动，黄灯灭，白灯亮。按下总停SB1后，红灯亮一秒，停一秒。六、 PLC控制的设计6.1、I/0分析与PLC选择1 、PLC中的中间继电器可代替控制线路中的中间继电器和接触器。故：PLC控制程序中有八个输入，七个输出。故选 C
16、PM1A-30CDR-D型号的PLC。6.2 I/O分配I0分配表输入输出按钮地址功能接触器地址功能SB100000总停KM320004控制M3SB200001M1启动KA120001控制KA1SB400002M2启动KA220003控制KA2SB600003M3启动KA320005控制KA3SB300004M1停止绿灯01000一台电机运行SB500005M2停车黄灯01002二台电机运行SB700006M3停车红灯01004三台电机运行KM120000控制M1白灯01003三台都不运行KM220002控制M26.3程序编制与调试1、红灯亮一秒，停一秒可由以下电路完成，梯形图如下： 图6红灯
17、亮一秒，停一秒00000为ON时定时器TIM000开始计时，1S后常开触点TIM001闭合，定时器TIM000得电，1003得电，灯亮。1S后，常闭触点TIM000断开，定时器TIM001复位，常开触点TIM001断开，定时器TIM000复位，常闭触点TIM000闭合，1003失电，灯灭，时定时器TIM001又开始计时。如此循环实现闪烁。3、PLC运行过程1、通电之后红灯亮一秒停一秒:图8 红灯亮一秒停一秒2、一台运行时绿灯亮:图9 一台运行时绿灯亮3、两台运行时黄灯亮:图10 两台运行时黄灯亮4、三台运行时白灯亮:图11 三台运行时白灯亮2、PLC的调试通电后，红灯亮一秒，停一秒;按下SB2
18、后，绿灯亮（有一台电机运行时，绿灯亮）;按下SB4，绿灯灭，黄灯亮（两台电机同时运行时，黄灯亮）;按下SB6，黄灯灭，白灯亮（三台电机同时运行）;按下SB1后（总停开关），灯全部灭。3、PLC原理图4、PLC程序设计5 、PLC外围接线图 图12 PLC外围接线图6、故障分析在接线过程中，由于将交流接触器的辅助常开触点接到了交流接触器的线圈接口上，导致在测试过程中，发生短路故障。由于选型时没有考虑到触点不够，故影响到后续接线问题，所以新增加三个中间继电器。在PLC连接中，将绿灯和黄灯接反，后及时的改正。七、设计总结 此次课程设计在老师的耐心指导下,经过我们的努力设计完成了，在此我对老师给予帮助
19、表示衷心的感谢。 通过电气控制技术的课程设计实践，使我们掌握了电气控制系统的设计方法、电气器件的选用、电气控制线路的安装与调试，了解并应用了可编程控制器硬件电路的设计方法，使用小型可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制软件的设计思路和梯形图的设计方法。在课程设计过程中，李海军、刘宇老师在百忙之中对我们组的设计给予了细致的指导和建议,，甚至在休息日和下班时间来实验室对 我们耐心认真的进行指导，使我们的这次设计能顺利完成。通过这次课程设计使我们对以前学习的知识得到了更深的了解,并使知识得到了进一步的巩固。希望学校及学院能够大力支持培养学生的实践能力，为我们提供更多锻炼的平台，使我们能够理论与实际相结合。参考文献1、张凤池 曹荣敏 主编现代工厂电气控制机械工业出版社2、李海军 刘宇 主编电气控制技术课程设计指导书 20113、程周 主编电气控制与PLC原理及应用（欧姆龙机型） 电子工业出版社 2012.1
