燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书燕山大学课程设计（论文）任务书项目名称鼓风炉钟罩式加料装置气动系统程序控制指导教师姓名小组成员分工成员1：气动回路的设计，元件选择；成员2：气动回路的搭建，实验； 成员3：PLC编程；成员4：技术图纸的绘制。项目考察知识点通过气动回路设计及调试，可以提高学生对气动元件的应用能力；通过从基础气动元件扩展到与电气控制及传感器相结合的电-气综合回路的训练，提高学生对电-气技术的运用能力；PLC气动基本回路的设计和实现；复杂多缸无障碍信号电气动回路的设计及实现；PLC气动回路故障诊断及分析。项目设计参数1）工作要求：应具有自动与手动加料两种方式。自动加料时吊车把物料运来，发出信号使顶钟开启，卸料于两钟之间，然后延时发信号，使顶钟关闭，底钟打开，卸料到炉内，在延时。卸完料，关闭底钟，循环结束。顶、底料钟开闭动作必须连锁，可全部关闭，但不许同时打开2）运动要求:料钟开或闭一次的时间不大于6S，两缸行程均为600mm，一个循环不少于50s，气缸行程末端要平缓。3）动力要求：顶料钟的操作力（即打开料钟的气缸推力）不小于5100N，底料钟的开启力不小于24000N。4）工作环境温度为30-40度，灰尘较多。项目实施内容设计气动系统回路图（包括纯气动控制，电磁控制，PLC控制）选择气动元件和设计气源；绘制气压系统原理图1张（A2）气压传动系统设计计算说明书1（含电气任务书，不少于15页）绘制气缸装配图1张（A1），活塞零件图1张（A2）；PLC控制程序项目试验内容完成纯气动控制系统的模拟实现；完成电磁控制系统气动回路的模拟实现；完成PLC控制程序和PLC控制气动系统的模拟实现。项目结题提交材料气压控制系统原理图1张(A2)；气压传动系统设计计算说明书1本（含电气任务书，不少于15页）；气缸装配图1张（A1）；活塞零件图1张（A2）；PLC控制程序；实验报告；心得体会。项目实施时间节点 要求第一周末：设计计算，系统草图，元件选择第二周末：绘图，编写PLC程序第三周末：完成说明书，完成实验和全部技术文件第四周末：准备PPT，答辩小组分工及贡献姓 名课题组分工气动回路的搭建，实验PPT的制作技术图纸的绘制实验报告的撰写PLC编程,电气系统的设计PPT的制作气动回路的设计，元件选择实验报告的撰写备注：为实现课程设计学习最优效果，本组实行主要负责、共同进行的工作方式。每个人主要负责一部分内容，但每一项任务都由4人共同完成。从而，更好的发挥团队力量，使每个人对项目有整体的了解，各方面得到锻炼。 共 27页 第 7 页摘 要本项目名称为鼓风炉钟罩式加料装置气动系统程序控制，主要目的实现鼓风炉钟罩式加料装置的自动和手动控制。从基础气压传动系统的设计开始，到电器控制和PLC控制的电-气控制的综合设计与实验。通过对复杂多缸无障碍信号的设计与实现，最终完成了纯气动控制、电气控制和PLC程序控制的三种控制方法。对实际工况下的执行元件进行计算选型，绘制了气动系统原理图和气缸装配图。关键词加料装置、自动与手动、气压传动、电气控制、PLC控制 目 录小组分工及贡献3摘 要4第1章 绪论61.1 课题背景61.2 课题内容6第2章 气动系统的设计72.1 明确工作要求72.2 设计气控回路72.3 选择、设计执行元件92.4 选择控制元件112.5 选择气控辅件112.6 确定管道直径、计算压力损失112.7 选择空压机13第3章 实验方案、结果及分析143.1 实验方案143.2电气及PLC控制143.2.1电气控制143.2.2 PLC控制163.3综合比较21结论2心得3参考文献5第1章 绪论1.1 课题背景鼓风炉是冶金设备中的竖炉。鼓风炉是将含金属组分的炉料（矿石、烧结块或团矿）在鼓人空气或富氧空气的情况下进行熔炼，以获得锍或粗金属的竖式炉。鼓风炉具有热效率高，单位生产率（床能力）大，金属回收率高，成本低，占地面积小等特点，是火法冶金的重要熔炼设备之一。鼓风炉由炉基、炉底、炉缸、炉身、炉顶（包括加料装置）、支架、鼓风系统、水冷或汽化冷却系统、放出熔体装置和前床等部分组成。1.2 课题内容设计某厂鼓风炉钟罩式气动加料装置如图1所示，ZA、ZB分别为加料装置上、下部分两个料钟（顶料钟、底料钟），WA、WB分别为顶、底料钟的配重。在配种的作用下，料钟平时均处于关闭状态。在装置外部的适当部位（图1b）安装两只气缸，它和配种配合分别用以操纵顶、底料钟的开和闭。二台鼓风炉加料装置共用一个气源。图1 鼓风炉加热装置示意图 第2章 气动系统的设计2.1 明确工作要求 1）工作要求具有自动与手动加料两种方式。自动加料：加料时，吊车把物料运来，顶钟ZA开启卸料于两钟之间；然后延时发信号，使顶钟关闭；底钟打开，卸料到炉内，再延时（卸完料）关闭底钟，循环结束。顶、底料钟开闭动作必须联锁，可全部关闭但不许同时打开。 2）运动要求料钟开或闭一次的时间t6s，缸行程s均为600mm。所以气缸活塞杆平均速度 V=s/t=600/6mm/s=100mm/s=0.1m/s (2-1)要求行程末端平缓些。 3）动作时，顶部料钟和底部料钟被打开时所需克服的阻力（包括配种的阻力在内）分别为FZA5.10103N和FZB2.10104N；两料钟的关闭和气缸的复位靠配种实现。 4）工作环境环境温度3040，灰尘较多。2.2 设计气控回路 2.2.1 列出气动执行元件的动作程序及程序循环图：自动：加料吊车放罐压启动发信器x0手动：按手动信号发生器S顶钟开顶钟闭底钟开底钟闭延时闭延时闭A1A0B0B0x0a1a0b02.2.2 画X-D状态线图（图2） 为消除由a0信号线长于其所控制的B0动作线引起的障碍，采用单记忆逻辑元件K，使实际执行信号变为a0*（B0）=K。图2 X-D状态线图2.2.3 画逻辑原理图（图3） 为实现手动、自动两种控制方式，图中增设了手动信号发生器S。图3 气控逻辑原理图2.2.4 画气动系统原理图（图4） 回路中YA1和YA2为延时换向阀（常断延时接通型），由其延时推动主控阀QFA和QFB动作。两缸的动作由QFA和QFB控制，配种在汽缸返程中起作用。图4 加料装置气动系统原理图2.3 选择、设计执行元件 （1） 系统压力和执行元件类型 本系统为一般的气动系统，故选系统压力为0.4Mpa。执行元件用气缸，但由于炉体结构所限，料钟中心线上下不便安装；料钟开闭行程较小及安全性要求，拟采用尾部单耳环支撑单杆双作用气缸，并用配种和摆动机构传动和封闭料钟。为实现料钟的平稳开闭，宜采用缓冲式气缸。（2） 执行元件主要规格的确定内径D 顶钟气缸DA，取F=0.7，则 DA=0.152 m (2-2)底钟气缸DB，因结构布置限制，采用内缩为工作行程（图1b），进气腔为有杆腔。此时 DB= (2-3) = (2-4)取值一般为1.011.09，今因缸径较大，取较小=1.03，则 DB =1.03=0.318m (2-5)行程S：据动作要求并考虑两端余量取标准S=600mm。查气动执行元件样本，取用JB系列缓冲气缸，其中顶钟气缸为JB160600-S；底钟气缸为JB320600-S（活塞杆直径为90）。（3）系统耗气量计算 在设备的一个工作周期内，由压缩空气推动活塞并打开料钟的单行程次数缸A和缸B各为一次（回程靠配种不消耗压缩空气），故两缸的压缩空气耗量为 qVA=D2=(3.140.1620.6)/460.9=2.2310-3m3/s (2-6)qVB=(D2-d2) = =(3.14(0.322-0.092)0.6)/460.9=2.2310-3m3/s (2-7)式中：qVA 、qVB为A缸、B缸工作行程中的压缩空气耗量（m3/s）；tA、tB为气缸A、B单行程时间（s）；V为气缸的容积效率，取V=0.9。两缸的自由空气耗量qZA、qZB为 qZA=（2.2310-3（0.4-0.1013）/0.1013=11.0410-3m3/s (2-8) qZB=（8.2310-3（0.4+0.1013）/0.1013=40.7310-3m3/s (2-9)整个系统（一台设备）在一个工作周期内的平均自由空气耗气量qZ=12.9410-3m3/s (2-10)2.4 选择控制元件 主控换向阀：QFA采用23JQb-L15，该阀通径15mm，其额定流量为10 m3/h2.2310-3m3/s；QFB采用23JQb-L25，该阀通径25mm，其额定流量为30 m3/h8.2310-3m3/s。以上两阀均为截止式、双气控、管接式换向阀。其他用于对主换向阀控制的各类阀，采用36mm通径的相应类型的气阀，详述如下：行程发讯器x0：选用可通过式行程阀23JC4-L3；行程发讯器a0、a1、b0：均选用杠杆滚轮式行程阀23JC3-L3；单记忆逻辑阀QF1：因无两位三通双气控阀，故以二位五通双气控阀25Q2-L6代用；梭阀QF2：选用S-L3；手动发讯器S：选用二位三通手动推拉式气阀23JR5-L3；手动气开关a：选用二位三通手动按式气阀23JR1-L3。2.5 选择气控辅件 减压阀和其他辅件考虑两套系统用两套气源处理（减压阀）辅助元件，同时因每套系统中A、B两缸具有连锁动作的特点，系统流量消耗的最大值等于B缸的平均流量qvB=8.2310-3m3/s=29.6 m3/h，故选用QTY-25减压阀（通径25mm）和QSL-25型分水滤气器、QIU-25型油雾器。在两只主控阀和气缸排气口，分别配以KXY-15和KXY-25型消声器。如孔口螺纹尺寸和消声器不相配，应考虑制造过度接头。2.6 确定管道直径、计算压力损失（1）确定管径 按管道直径与气动元件通径相一致的原则，确定d3=15mm，d4=25mm，考虑到A、B两缸因连锁动作而不同时工作的特点，确定d1= d2=25mm。总气源管直径dt应按两台炉子同时供气考虑，按流量连续性原理有=+ (v-允许流速) (2-11)