自动控制综合实训课程设计 精品.docx
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自动控制综合实训课程设计精品
自动控制综合实训课程设计说明书
专业：
电气工程及其自动化
班级：
2009级电气
（2）班
姓名
学号：
20090417110
指导教师：
张立明蒲翠萍黄钺
自动控制与机械工程学院
２０１3年1月
目录
第一部分电气线路安装调试技能训练3
技能训练题目一:
三相异步电动机的可逆双重连锁控制3
一.课题分析3
二.设计电气原理图4
三.设计电气安装接线图5
图1-1-2电气安装接线图5
四.设备清单6
五.故障现象及故障分析6
技能训练题目二:
星-----三角降压启动控制8
一.课题分析8
二.设计电气原理图8
三.设计电气安装接线图9
图1-2-2电气安装接线图10
四.设备清单11
五.故障现象及故障分析11
电气线路安装调试技能训练小结13
一．电气原理图的绘制要求13
二.电气接线图的绘制要求13
三.电器安装、接线的工艺要求14
四.实训线路发生的故障及排除办法14
第二部分PLC电气控制系统设计16
一.课题分析.................................................................16
二、设计主电路..............................................................17
三、设计PLC的I/O分配表....................................................18
四、设计PLC的I/O接线图....................................................19
五、设计功能图20
六、设计梯形图22
七、小结26
第三部分基础知识培训29
一、电工基础知识29
二、钳工基础知识29
三、电气安全技术与文明生声及环境保护知识29
四、质量管理知识及相关法律与法规知识29
参考文献30
第一部分电气线路安装调试技能训练
技能训练题目一:
三相异步电动机的可逆双重连锁控制
一、课题分析
（一）课题要求
设计三相异步电机可逆双重联锁控制电气原理图、电气安装接线图；按设计图纸工艺接线，即按横平竖直原则走线，每元件出线需做直角（出线距离6~8厘米），不得背线、跳线、反圈及露铜过多，接线不得松动，保持排线美观；能排查自己或老师设置的故障，并列写故障分析。
（二）课题分析
由接触器控制的三相异步电动机可逆双重连锁控制电路的实质上是两个方向相反的单向运行电路的组合。
为了避免正反向同时工作引起电源相间短路，必须在这两个运行电路中加设互锁装置，保证同时只能有一个电路工作。
按照电动机正反转操作顺序的不同，分“正—停—反”和“正—反—停”两种控制电路。
正—停—反电路做正反向控制时，必须先按下停止按钮SB1，待工作接触器先试点后，再按反向起动按钮实现反转，故它具有正—停—反控制功能。
但在实际应用中，为了提高工作效率，减少辅助工作时间，要求直接实现从正转到反转转换的控制，即“正—反—停”控制电路。
在该控制电路中，采用复合按钮来控制电动机的正、反转。
正转启动按钮SB2的常开触点串接于正转接触器KM1的线圈回路，用于接通KM1的线圈，而SB2的常闭触点则串接于反转接触器KM2线圈回路中，工作时首先断开KM2的线圈，以保证KM2不得电，同时KM1得电。
反转启动按钮SB3的接法与SB2类似，常开触点串接于KM2的线圈回路，常闭触点串接于KM1的线圈回路中，从而保证按下SB3使KM1不得电，KM2能可靠得电，实现电动机的反转。
为防止两个接触器同时得电而导致电源短路，利用两个接触器的常闭触点KM1、KM2分别串接在对方的工作线圈电路中，构成相互制约的关系，称为联锁，又称互锁，实现互锁的常闭辅助触点称为互锁触点。
由复合按钮SB2、SB3常闭触点实现的互锁称为机械互锁或按钮互锁。
复合按钮SB2为正转按钮，复合按钮SB3为反转按钮，停止按钮SB1。
二、设计电气原理图
该控制电路中采用了两个接触器KM1和KM2，分别进行正转和反转的控制。
为了避免接触器KM1、KM2同时得电吸合造成三相电源短路，在KM1（KM2）线圈支路中串接有KM2（KM1）辅助常闭触头，保证了线路工作时KM1、KM2不会同时得电，电路能够可靠工作。
工作原理：
先合上电源开关QS，然后进行正、反转控制。
（1）正转控制按下SB2→SB2常闭触点先分断对KM2联锁（切断反转控制电路），SB2常开触点后闭合→KM1线圈得电→KM1主触点闭合→电动机M启动连续正转，KM1联锁触点分断对KM2联锁（切断反转控制电路）
（2）反转控制按下SB3→SB3常闭触点先分断→KM1线圈失电→KM1主触点分断→电动机M失电，SB3常开触点后闭合KM2线圈得电→KM2主触点闭合→电动机M启动连续反转，KM2联锁触点分断对KM1联锁（切断正转控制电路）。
（3）若要停止，按下SB1，整个控制电路失电，主触点分断，电动机M失电停转。
电气原理图如图1-1-1所示：
图1-1-1电气原理图
三、设计电气安装接线图
按照电气安装接线图的绘制要求绘制电气安装接线图。
三相交流电源通过L1、L2、L3三个点接入，经过主电路及控制电路，由U、V、W分别接入电动机的三相。
按钮盒SB2为电动机正转按钮，SB3为反转按钮，SB1时电动机停止按钮。
三相异步电动机可逆双重连锁控制电路电气安装接线图如图1-1-2所示：
图1-1-2电气安装接线图
四、设备清单
设备清单如表1.1.1所示：
表1.1.1设备清单表
序号
文字符号
名称
数量
备注
1
M1
电动机
1
三相交流异步电动机
2
FR1
热继电器
1
用于对电路进行过载保护
3
FU1～FU5
熔断器
5
用于对电路进行过流保护
4
QF
低压断路器
1
用于控制电路的接通与断开
5
KM2～KM3
交流接触器
3
控制电路通断
6
SB1～SB3
按钮盒
1
电机起动、停止的开关信号
7
导线
若干
连接电路
8
其它
尖嘴钳、电笔、万用表
五、故障现象及故障分析
（一）故障现象
1、通电后电动机不转，但保险丝烧断
2、通电后电动机不能转动，也无异响
3、通电后电动机有嗡嗡声但不转动
（二）故障原因
1、通电后电动机不转，但保险丝烧断的原因：
（1）缺一相电源；
（2）定子绕组相间短路；（3）定子绕组接地；（4）保险丝截面过小；（5）电源线短路或接地。
2、通电后电动机不能转动，也无异响的原因：
（1）电源未通（至少两相未通）；
（2）保险丝熔断（至少两相熔断）；（3）过流继电器调得过小；（4）控制设备接线错误。
3、通电后电动机有嗡嗡声但不转动的原因：
（1）定、转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电；
（2）绕组引出线始末端接错或绕组内部接反；（3）电源回路接点松动，接触电阻大；（4）电动机负载过大或转子卡住；（5）电源电压过低。
（三）故障排除
1、通电后电动机不转，但保险丝烧断的排除：
（1）检查刀闸是否有一相未合好，电源回路有一相断线；
（2）查出短路点，予以修复；（3）消除接地；（4）查出误接，予以更正；（5）更换保险丝。
2、通电后电动机不能转动，也无异响的排除：
（1）检查电源回路开关，保险丝、接线盒处是否有断点，修复；
（2）检查保险丝型号、熔断原因，换新保险丝；（3）调节继电器整定值与电动机配合；（4）改正接线。
3、通电后电动机有嗡嗡声但不转动的排除：
（1）查明断点予以修复；
（2）检查绕组极，判断绕组末端是否正确；（3）紧固松动的接线螺丝，用万用表判断各接头是否假接，予以修复；（4）减载或查出并消除机械故障；（5）检查是还把规定的面接法误接为Y，是否由于电源导线过细使压降过大，予以纠正。
技能训练题目二:
星----三角降压启动控制
一、课题分析
（一）课题要求
设计星---三角降压走线，每元件出线需做直角（出线距离6~8厘米），不得背线、跳线、反圈及露铜过多，接启动控制电气原理图、电气安装接线图；按设计图纸工艺接线，即按横平竖直原则线不得松动，保持排线美观；能排查自己或老师设置的故障，并列写故障分析。
（二）课题分析
星—三角降压起动是常用的方法之一。
凡是正常运行时三相定子绕组为三角形联结13KW星—三角降压起动的电路有多种，本次的设计电路适用于交流50HZ、电压380V、容量13KW以上的三相异步电动机的减压起动。
在该电路中，电动机起动过程的星---三角转换是靠时间继电器自动完成的。
合上三相电源开关QA，按下起动按钮SB2，KM1、KT、KM3线圈同时通电并自锁，KM1主触点闭合，接通电动机三相电源，KM3的主触点闭合，将电动机的尾端连接，电动机接成星形连接，开始减压起动。
时间继电器KT延时时间设定为电动机起动过程时间（一般为6～8s），当电动机转速接近额定转速时，时间继电器整定时间到，KT动作，其对应的常闭触点断开，常开触点闭合，前者使KM3线圈断电释放，KM3的辅助常闭触点闭合，为KM2的线圈通电做好准备，后者使KM2线圈通电吸合，电动机由星形联结改成三角形联结，进入正常运行。
而KM2常闭触点断开，使时间继电器KT在电动机星形联结/三角形联结起动完成后断电，电路中实现了KM2与KM3的电气互锁。
二、设计电气原理图
按图所示线路接线，经检查确认无误后，方可合上QS接通电源。
操作SB2和SB1，观察电动机起动的情况。
调节KT的延时，观察延时时间对电动机起动过程的影响。
电气原理图如图1-2-1所示：
图1-2-1电气原理图
三、设计电气安装接线图
三相交流电源通过L1、L2、L3三个点接入，经过主电路及控制电路，由U、V、W分别接入电动机的三相绕组的一端，电动机三相绕组的另一端需接入星—三角切换开关。
按钮盒中SB2为启动按钮，SB1常闭用作停止按钮。
三相笼型异步电动机星—三角降压启动电路电气安装接线图如下图1-2-2所示：
图1-2-2电气安装接线图
四、设备清单
设备清单如表1.2.1所示：
表1.2.1设备清单表
序号
文字符号
名称
数量
备注
1
M1
电动机
1
三相交流异步电动机
2
FR1
热继电器
1
用于对电路进行过载保护
3
FU1～FU5
熔断器
5
用于对电路进行过流保护
4
QF
低压断路器
1
用于控制电路的接通与断开
5
KM2～KM3
交流接触器
3
控制电路通断
6
SB1～SB3
按钮盒
1
电机起动、停止的开关信号
7
导线
若干
连接电路
8
其它
尖嘴钳、电笔、万用表、起子
五、故障现象及故障分析
（一）故障现象
1、出现按下启动按钮，电机实现星——三角启动，但启动后电机噪声较大，运行不稳定现象。
2、出现按下正转按钮后，电动机正转，松开按钮后电动机停转，无法自保持现象。
3、出现按下启动按钮电机无法启动，交流接触器无动作的故障。
（二）故障原因
1、出现按下启动按钮，电机实现星——三角启动，但启动后电机噪声较大，运行不稳定现象的原因：
接线出现接错相，无法构成三角形连接。
2、出现按下正转按钮后，电动机正转，松开按钮后电动机停转，无法自保持现象的原因：
可能是漏接线导致KM1线圈未接通，无法得电，触点无法自保持。
3、通电后电动机有嗡嗡声但不转动的原因：
（1）定、转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电；
（2）绕组引出线始末端接错或绕组内部接反；（3）电源回路接点松动，接触电阻大；（4）电动机负载过大或转子卡住；（5）电源电压过低。
（三）故障排除
1、出现按下启动按钮，电机实现星——三角启动，但启动后电机噪声较大，运行不稳定现象的排除：
修正接线，确保接线正确
2、出现按下正转按钮后，电动机正转，松开按钮后电动机停转，无法自保持现象的。
排除：
补充接线后，用万用表检查确保接通。
3、通电后电动机有嗡嗡声但不转动的排除：
（1）查明断点予以修复；
（2）检查绕组极，判断绕组末端是否正确；（3）紧固松动的接线螺丝，用万用表判断各接头是否假接，予以修复；（4）减载或查出并消除机械故障。
电气线路安装调试技能训练小结
一、电气原理图的绘制要求
（一）绘制电气原理图应按GB4728-85、GBTl59-87、GB6988-86等规定的标准绘制。
控制电路绘制的原则：
（二）为了区别主电路与控制电路，在绘线路图时主电路（电机、电器及连接线等），用粗线表示，而控制电路（电器及连接线等）用细线表示。
通常习惯将主电路放在线路图的左边（或上部），而将控制电路放在右边（或下部）。
（三）动力电路、控制电路和信号电路应分别绘出：
动力电路——电源电路绘水平线；受电的动力设备（如电动机等）及其它保护电器支路，应垂直电源电路画出。
控制和信号电路——应垂直地绘于两条水平电源线之间，耗能元件（如线圈、电磁铁，信号灯等）应直接连接在接地或下方的水平电源线上，控制触头连接在上方水平线与耗能元件之间。
（四）在原理图中各个电器并不按照它实际的布置情况绘在线路上，而是采用同一电器的各部件分别绘在它们完成作用的地方。
（五）为区别控制线路中各电器的类型和作用，每个电器及它们的部件用一定的图形符号表示，且给每个电器有一个文字符号，属于同一个电器的各个部件（如接触器的线圈和触头）都用同一个文字符号表示。
而作用相同的电器都用一定的数字序号表示。
二、电气接线图的绘制要求
（一）电源开关、熔断器、交流接触器、热继电器、时间继电器等画在配电板内部，电动机、按钮画在配电板外部。
（二）安装在配电板上的元件布置应根据配线合理，操作方便，确保电气间隙不能太小，重的元件放在下部，发热元件放在上部等原则进行，元件所占面积安实际尺寸以统一比例绘制。
（三）安装接线图中各电气元件的图形符号和文字符号，应和原理图完全一致，并符合国家标准。
（四）各电气元件上凡是需要接线的部件端子都应绘出并予以编号，各接线端子的编号必须与原理图中的导线编号一致。
（五）电气配电板内电气元件之间的连线可以互相对接，配电板内接至板外的连线通过接线端子进行，配电板上有几个接至外电路的引线，端子板上就因有几个线的接点。
（六）因配电线路连线太多，因而规定走向相同的乡邻导线可以绘成一股线。
三、电器安装、接线的工艺要求
（一）按图正确接线。
电气接线颜色必须按标准接线颜色执行。
电气连接接线牢固、良好，配线应成排成束地垂直或水平有规律地敷设，要求整齐、美观、清晰。
横平竖直，层次分明。
导线的长度合适，端头压接牢固，端子压紧。
（二）线槽内走线应符合：
电源线和控制线尽量分开，线槽内导线均匀分布，理顺以避免交叉。
线号对应，方向一致。
横向每隔300mm装一个线束固定点，竖向每隔400mm装一个线束固定点。
不得任意歪斜交叉连接。
接线要求左进右出，上进下出，进线时应该使线的连接部分外露20mm左右，且要求每个角应弯成90°，每个接线柱允许连接的接头一般不超过三个。
（三）当导线两端分别连接可动与固定部份时，必须采用多股铜导线，并且要留有足够长度的余量，以免因弯曲产生过度张力使导线受到机械损伤，并在附近端子处要用线夹卡紧固定线束。
（四）设备中辅助电路的连接线，均应在两端套装标号头。
所有标号头应根据接线图所注明的数字或英文字母，将其输入电脑印字机，打印在专用套管上，套管直径应与套装的导线粗细配合。
（五）一般一个接线端子（含端子排和元器件接线端），只连接一根导线，必要时允许连接二根导线。
当需要连接二根以上导线时，应采取相应措施，以保证导线的可靠连接。
两个端子间的连线不得有中间接头，导线芯线应无损伤。
四、实训线路发生的故障及排除办法
1、通电后电动机不转，但保险丝烧断的排除：
（1）检查刀闸是否有一相未合好，电源回路有一相断线；
（2）查出短路点，予以修复；（3）消除接地；（4）查出误接，予以更正；（5）更换保险丝。
2、通电后电动机不能转动，也无异响的排除：
（1）检查电源回路开关，保险丝、接线盒处是否有断点，修复；
（2）检查保险丝型号、熔断原因，换新保险丝；（3）调节继电器整定值与电动机配合；（4）改正接线。
3、通电后电动机有嗡嗡声但不转动的排除：
（1）查明断点予以修复；
（2）检查绕组极，判断绕组末端是否正确；（3）紧固松动的接线螺丝，用万用表判断各接头是否假接，予以修复；（4）减载或查出并消除机械故障；（5）检查是还把规定的面接法误接为Y，是否由于电源导线过细使压降过大，予以纠正。
4、出现按下启动按钮，电机实现星——三角启动，但启动后电机噪声较大，运行不稳定现象的排除：
修正接线，确保接线正确
5、出现按下正转按钮后，电动机正转，松开按钮后电动机停转，无法自保持现象的排除：
补充接线后，用万用表检查确保接通。
第二部分PLC电气控制系统设计
一、课题分析
（一）课题要求
电镀生产线的PLC控制，电镀生产线采用专用行车，行年架装有可升降的吊钩；行车和吊钩各有一台电动机拖动；行车进退和吊钩升降由限位开关位控制；生产线定为三槽位；工作循环为：
工件放入镀槽－电镀5min后提起停放30s一放入回收液槽浸32min提起后停16s一放入清水槽清洗32s提起后停16s一行车返回原点。
如图所示。
设置自动循环、点动、单周循环和步进四种作方式；有必要的电气保护和联锁；设计主电路电气原理图、PLC的I/O分配表、PLC的I/O接线图、编出梯形图、写出指令语句表，并要求调试成功、会排查故障。
图2-1电镀生产线工作示意图
（二）课题分析
⑴电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。
本文介绍在一条电镀自动生产线上用PLC控制行车及挂钩的自动控制系统。
本文使用三菱公司的FX系列PLC进行系统控制，具有灵活多变的特点。
软件使用起、保、停的编程方法，使程序简单易懂，便于仿真及运行。
⑵电镀生产线PLC电气控制设计程序总体结构
将系统的程序按工作方式分成公用程序、自动程序和手动程序三个部分。
手动程序和自动程序不同时执行，用跳转指令将它们分开，用工作方式选择信号作为跳转的条件。
1）公用程序
利用X10来选择手动或自动，利用X13来选择连续还是非连续。
选择手动工作方式时，X10为状态“1”，将跳过自动程序，执行手动程序；选择自动工作方式时，X10为状态“0”，将跳过手动程序，执行公用程序和自动程序。
选择连续工作方式时，X13为状态“1”，M20得电，执行连续程序；选择非连续工作方式时，X13为状态“0”，M20不得电，执行单周期程序或步进程序。
2）自动程序
自动程序采用起、保、停电路的编程方法来设计，在电路中采用M110来实现自动和步进之间的转换
3）手动程序
手动程序采用4个按钮开关来实现点动式的动作指令，同时利用行程开关的常闭触点来控制吊钩和行车的限位，当按住X14时，吊钩电机正转，吊钩上升，到达上限时，上限位开关X5（SQ5）常闭触点断开，吊钩停止；按下X15时吊钩电机反转，吊钩下降，到达下限时，下限位开关X6（SQ6）常闭触点断开，吊钩停止；按下X16时，行车电机正转，实现右行，到达右限时，右限位开关X1（SQ1）常闭触点断开，行车停止；按下X17时行车左行，到达左限时，左限位开关X4（SQ4）常闭触点断开，行车停止。
吊钩电机和行车电机的正反转，即KM1和KM2、KM3和KM4接触器线圈支路，设计了互锁电路，分别用Y0、Y1和Y2、Y3两对输出的常闭触点互锁以防止误操作故障
二、设计主电路
电气原理图是根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式，利用图形符号和项目符号表示电路各电器元件中导电部件和接线端子连接关系的电路图。
电气原理图并不按电器元件实际布置来绘制，而是根据它在电路中所起的作用画在不同的部位上。
电气原理图具有结构简单、层次分明的特点，适合研究和分析电路工作原理，在设计研发和生产现场等方面得到广泛应用。
电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分，在本次设计中我们着重分析了主电路图。
在本设计中，根据电镀生产线的工艺要求，只需用两台电机分别控制吊钩的上升、下降和行车的左行、右行。
主电路如图所示：
KMI、KM2为两台控制吊钩上升、下降电动机的正、反转实现行车的上升和下降接触器KM3、KM4通过控制“前/后”电动机。
实现行车的前进与后退。
从而进行对工件的电镀和清洗等工作。
FR1、FR2为起过载保护作用的热继电器，对电路起到过载时主动断开主电路。
FU1为熔断器，起过电流保护作用。
主电路如图2-3所示：
图2-3PLC电气控制设计主电路图
三、设计PLC的I/O分配表
控制过程中要求有相应的起动按钮和停止按钮，行车进退和吊钩升降由限位开关位控制，自动循环、点动、单周循环和步进四种作方式有自动的切换开关按钮控制。
PLC电气控制设计输入、输出信号的I/O分配表如表2.1、表2.2所示：
表2.1PLC电气控制设计输入信号的I/O分配表
功能
编号
PLC符号
功能
编号
PLC符号
起动
X0
SB1
手动
X10
停止
X7
SB2
步进
X11
右限
X1
SQ1
单周期
X12
镀槽左限
X2
SQ2
连续
X13
回收液槽左限
X3
SO3
吊钩上升
X14
SB3
清水槽左限
X4
SQ4
吊钩下降
X15
SB4
上升限位
X5
SQ5
行车前进
X16
SB5
下降限位
X6
SQ6
行车后退
X17
SB6
表2.2输出信号的I/O分配表
功能
编号
PLC符号
吊钩上升
Y0
KM1
吊钩下降
Y1
KM2
行车前进
Y2
KM3
行车后退
Y3
KM4
四、设计PLC的I/O接线图
PLC控制系统的输入信号有16个。
其中单操作按钮开关6个，行程开关6个，选择工作方式开关4个。
PLC控制系统的输出信号有4个，其中2个用于驱动吊钩的上升下降，接触器KM1、KM2,2个用于驱动行车前进后退接触器KM3、KM4。
KM1和KM2、KM3和KM4接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。
PLC的I/O接线图如图所示：
图2-4PLC电气控制设计的I/O接线图
五、设计功能图
PLC电气控制设计的顺序功能图如图2-5所示：
图2-5PLC电气控制设计的顺序功能图
六、设计梯形图
PLC电气控制设计的梯形图如图2-6所示：
图2-6PLC电气控制设计的梯形图
七、小结
（一）设计思路总结
本系统采用顺序控制法设计PLC的梯形图程序，可以有效的解决所存在的问题。
所谓顺序控制设计法就是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。
顺序控制设计法的设计步骤：
1、步的划分
在功能流程图中，步通常表示某个执行元件的状态变化，用矩形框表示，框中的数字是该步的编号，编号可以是该步对应的的公歩序号，也可是与该歩对应的编程元件。
步的这种划分方法使代表各歩的的编程元件与PLC各输出状态之间有着极为简单的逻辑关系。
2、转换条件的确定
使系统由当前歩转入下一步的信号称为转换条件，转换条件可能是外部输入
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