《机床电气控制技术》课程设计指导书-卓越班

《机床电气控制技术》课程设计指导书专业：机械工程及自动化专业方向：机械制造及自动化机电工程学院20 年月目录一、课程设计的目的、要求 (2)1、课程设计的目的 (2)2、设计要求 (2)二、设计任务 (3)三、设计内容与步骤 (3)四、设计方法 (4)1、原理图设计的步骤 (4)2、工艺设计步骤 (5)五、课程设计时间安排 (5)六、课程设计的设备及耗材 (6)七、课程设计考核与评价 (6)八、设计实例 (6)九、参考选题 (21)（一）TVT－99C立体仓库控制系统 (21)（二）十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制 (22)（三）四节传送带的模拟控制 (24)（四）物料混合的模拟控制 (25)（五）机械手的模拟控制 (26)（六）音乐喷泉的模拟控制 (27)（七）天塔之光 (28)（八）材料分拣 (29)一、课程设计的目的、要求《机床电气控制技术》课程是机械工程及自动化专业一门专业必修课，其课程设计在整个教学过程中，是一个非常重要的实践性教学环节。

通过机床电气控制技术课程的学习，在掌握了机床电气控制技术的基本工作原理和方法后，为使学生更进一步加深对机床电气控制技术应用特点理解和提高应用技术水平，结合某些生产工艺和机械设备的要求，使学生理论和实践相结合，拉近抽象理论符号和真实元器件、真实控制过程之间的距离，获得对工厂机床电气控制接近的真实感受。

本课程设计主要以本院的欧姆龙、西门子S7-200PLC、三菱系统为背景，对某些实际的自动化系统及设备进行模拟设计，以巩固机械工程及自动化专业学生的相关专业知识及综合运用能力，并培养良好的工程实践和基本的工程设计能力。

要完成好PLC控制系统的设计任务，除掌握必要的电气设计基础知识外，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PLC控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。

该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。

课程设计以培养工程应用能力为主，在独立完成设计任务的同时，进行多方面能力的培养和提高，为毕业设计以及毕业后的工作能力打下良好的基础。

1、课程设计的目的课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、设计内容和具体设计方法。

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。

PLC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；撰写技术说明书和编制技术资料的能力。

2、设计要求1）了解PLC在实际的自动化控制系统及装置中的具体应用及重要地位。

2）以本院的、欧姆龙、西门子S7-200及三菱 PLC为背景，进一步熟悉PLC的硬件系统与软件系统。

3）能根据具体的设计要求，对PLC软、硬件以及外围I/O设备进行正确合理的选择。

4）能够较为熟练的运用各种基本指令进行梯形图编程。

5）能根据控制要求设计主要的PLC程序，并能在实验设备上模拟运行显示。

6）撰写课程设计说明书7）严格执行课程设计的时间安排及管理要求，并能独立的通过课程设计答辩。

在课程设计中，以学生为本，应充分发挥主动性和创造性。

掌握完成课程设计内容的方法。

为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点：1) 课程设计选题后，应根据设计要求和设计内容、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、语言简练，排版格式符合学院要求。

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。

二、设计任务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) 图纸要求。

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）。

三、设计内容与步骤1、针对设计题目及具体的生产设备及工艺，拟订设计方案。

2、根据具体的生产设备及工艺绘制系统工艺图，并加以详细的工艺说明。

3、根据具体的生产设备及工艺的电气设备及其动作绘制系统电气原理图，并加以详细的说明。

4、根据系统的要求，对PLC软、硬件以及外围I/O设备进行选择。

5、拟定系统PLC软件设计的思想，绘制主要的程序流程图，并加以详细的说明。

6、进行具体的程序设计并进行模拟调试。

7、对PLC系统的安装、调试、运行及维护进行必要的说明。

8、按照课程设计论文的具体要求进行内容补充和排版。

四、设计方法课程设计选题之后，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：①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。

②根据运动要求决定是否需要转向控制。

③根据每台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过电流控制措施。

④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。

⑤设置短路保护及其他必要的电气保护。

⑥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：①正确选择控制电路电压种类及大小。

②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）。

③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）。

④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）。

⑤根据拖动要求，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。

⑥按需要设置应急操作。

4) 根据照明、指示、报警等要求设计辅助电路。

5) 总体检查、修改、补充及完善。

主要内容包括：①校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。

②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。

③检查联锁要求能否实现。

④检查各种保护能否实现。

⑤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。

五、课程设计时间安排课程设计时间共计2周，具体时间安排如表1：六、课程设计的设备及耗材1、PLC实训实验装置。

2、计算机3、电动机4、PLC外围电路耗材。

七、课程设计考核与评价1.成绩分配独立完成设计任务（含出勤） 30分设计方案、说明书、程序的质量 30分创新与发挥 10分课程设计答辩的情况，包括自述情况及回答问题情况。

30分2.成绩以100分计，折算成优、良、中、及格、不及格五档。

八、设计实例小型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任务书1．SBR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1所示。

图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6～8h。

在曝气管路上安装了排空电磁阀，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。