电气与 PLC控制系统设计指导及任务书设计课题 : 专业学 生 姓 名班级学号指 导 教 师胡国文设 计 地 点起 至 时 间2018.12.10-2018.12.21 发 放 日 期2018 年 12 月 10 日电 气 工 程 学 院一、设计指导及要求1、根据设计题目要求正确选择控制方案，查阅参考资料；2、绘制电气控制原理图，正确选择电器元件；3、设计部分工艺图纸 电气柜、控制面板、电器元件布置图、安装接线图等，取其中之一）；4、正确设计 PLC梯形图和编制程序，进行接口分配；5、编制完整的设计说明书、使用说明书、设计小结。注：具体设计题目精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页- 1 - / 10 及要求见以下六、设计课题及要求。6、根据人数，按 5-6人为一组，分成多个设计小组。7、以设计小组为单位，就设计课题进行深入分析，明确工作的内容，并收集、准备相关的技术资料。8、各小组根据自己的工作内容，在教师指导下，按方案设计、初步设计、工程图设计的顺序完成课程设计的任务。二、设计任务1. 选择 或根据指导老师）所给定的几个课题中的一个课题进行设计，并绘制电气控制原理图，选择电器元件，制定元件目录表。2. 设计并绘制工艺图，完成上述2 中图纸要求，并完成上述3 中一项图纸要求。3. 编制设计说明书、使用说明书、设计小结。三、设计说明书要求1、设计目的；2、设计任务；3、设计内容与要求 包括工作原理介绍）；4、设计计算说明，元器件选择计算及参考说明；5、元器表；6、参考文献。四、使用说明书要求1、概述；2、工作原理；3、主要技术指标及特点；4、使用要求；5、注意事项。五、其它要求1、有关图形符号应注意采用新国标进行设计。2、设计的图纸、绘图工具、绘图板等自备或集中向学校有关部门借用或购买要求用 2 号图纸）。3、要求先设计出继电接触控制系统，后设计出PLC控制系统，并设计出PLC梯形图和 I/O 口分配图及 PLC选型。六、设计课题及要求精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页- 2 - / 10 课题一：装卸料小车PLC控制设计一）设计原始资料和控制要求图 1 一小车运行在A、B 两轴之间，在A、B 两地各设一个限位开关如图所示，小车在A 点时后限位开关受压动作），操作控制按钮可使小车向前行至料斗下停止，装料再返回A 地将料卸下。小车的控制有4 种控制方式。（1） 手动控制方式；（2） 单周期运行控制方式；（3） 双周期运行控制方式；（4） 自动运行控制方式；1、手动控制方式在手动控制方式，可用4 个控制按钮控制小车的向前和向后运行，以及车门的打开和料斗门的打开。小车的运行由三组异步电动机控制，小车的车门和料斗的斗门由电磁铁控制，当电磁铁带电时，料门或斗门打开，失电时关门。（1） 手动控制要求如下：a、小车向前运行小车在漏斗下面时不能向前运行，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，按下向前运行按钮，小车向前进，当小车行至料斗下时，碰到前限位开关时应停下来。b、小车向后运行小车在 A 地点时不能后退，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，料斗门未关闭时不能运行，按下向后运行按钮时，小车向后运行至 A地点时，小车碰到后限位开关应停下来。c、料斗门打开控制小车必须在B 地点料斗门下时，才能打开料斗门，以避免将料卸在地上。按一下料斗门打开按钮，控制料斗门的电磁铁得电，斗门打开，延时 10 秒钟后电磁铁失电斗门关闭。d、车门打开控制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页- 3 - / 10 小车必须在A 地点时，才能打开车门，以保证将料卸在规定地点。按一下车门打开按钮，控制车门的电磁铁得电，车门打开，延时4秒钟后电磁铁失电，车门关闭。2、单周期运行控制方式要求小车在 A 地点，并且在车门关好的情况下，按一下向前运行按钮。小车就从A 地点运行到B 地点停下来，然后料斗门打开装料10 秒钟，之后小车自动向后行到A 地点停止，车门打开卸4 秒钟后，车门关闭。3、双周期运行控制方式要求小车在 A 地点时，按一下向前运行按钮，小车将循环两次单周期运行过程。4、自动运行控制方式要求小车在 A 地点时，按一下向前运行按钮，小车将自动重复单周期运行过程，断开运行开关时，小车将在完成一个循环之后，结束运行。在手动控制方式下不能进行，单周期、双周期和自动运行方式，反之，在单周期、双周期和自动运行方式下也不能进行手动控制。本控制采用 FX2系列等可编程控制器，其输入输出端子分配如下：X400 ：运行开关； X401：前限位开关；X402 ：后限位开关； X403: 手动方式；X404 ：自动方式； X405：单循环方式；X406 ：双循环方式； X407：向前运行按钮；X410 ：向后运行按钮； X411：车门打开按钮；X412 ：斗门打开按钮； Y430：向前运行；Y431 ：向后运行； Y432: 向前运行；Y433 ：车门电磁铁二）设计内容 1 、可编程控制器输入输出接线图设计； 2 、控制面板元件布置图设计；3、控制梯形图和程序设计；4、关键元器件参数设计与选择；5、编写控制原理说明书；6、绘制控制系统图、控制面板元件布置图和元器件布置图、元器件之间接线图、可编程控制器输入输出接线图等图纸。三）设计要求 1 、设计应根据原始材料，满足控制要求； 2 、列出所选设备型号、规格和数量等。 3 、设计说明书应书写工整、整齐，用规定统一纸张； 4 、图纸应清洁规范，电气图形符号和文字符号应符合标准；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页- 4 - / 10 5 、设计应独立完成，不得抄袭他人。四）主要参考资料 1 、可编程控制器教程； 2 、可编程控制器 PLC ）例题习题及实验指导； 3 、可编程控制器 PLC ）基础及应用； 4 、电气制图及图形符号、国家标准汇编； 5 、其它有关 FX2n型可编程控制器手册、资料等。课题二：电镀自动生产线PLC控制设计一）设计原始资料和控制要求1、电镀自动生产线基本情况介绍某电镀自动生产线如图2 所示。在电镀生产线一侧原位），将待加工零件装入吊蓝，并发出信号，专用行车便提升前进，到规定的槽位自动下降，并停留一段时间 各槽停留时间预先按工艺设定）后自动提升，行至下一个电镀槽，完成电镀工艺规定的每道工序后，自动返回原位，卸下电镀好的工件重新装料，进入下一个电镀循环。图 2对于不同零件，其镀层要求不同，为了节省场地，适应批号生产需要，提高设备利用率，设备还要求电气控制系统有槽位选择能力。由于每个槽位之间的跨度较小，行车在前后运行停车时要有能耗制动，以保证准确停位。2、拖动情况电镀行车采用两台三相异步电动机分别控制行车的升降和进退，采用机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页- 5 - / 10 械减速装置。电动机数据 型号JYZ-12-4，P=0.81kw，I=2A,n=1410r/min，V=380V）3、 拖动控制要求控制装置具有程序预选功能按电镀工艺确定需停留 2位），一旦程序选定，除装卸零件外，整个电镀工艺应能实现四种操作方式。（1） 自动循环； 2）单周期； 3）步进操作； 4）手动操作。前后运行和升降运行应能准确停位，前、后升降运行之间有互锁作用。该装置采用远距离操作台控制行车运动，要求有暂停控制功能。行车运行采用行程开关控制，并要求有过极限位置保护。主电路应有短路和过载保护。行车升降，进退采用能耗制动，升降电动机制动时间为2S，进退运动电动机制动时间为 1S，1#5#槽位的停留时间依次为 11S、12S、13S、14S、15S，原位装卸时间为 10S。二）设计内容1、 电镀自动生产线主电路设计；2、 可编程控制器输入输出接线图设计；3、 可编程控制器控制梯形图设计；4、 控制面板元件布置图的设计；5、 编写使用和操作说明及注意事项；6、 编写设计过程说明书，包括：a、总体方案的选择说明b、控制原理设计说明c、主要电器元件选择说明，编写元件明细表 7、 编写所设计图纸，包括：a、电镀行车主电路图 A2）b、PLC控制梯形图 A2）c、控制面板元件置图和 PC控制输入输出接线图 A2）三）设计要求1、写明设计的依据、要求。2、写明设计的计算步骤、电路的控制原理和梯形图的控制原理。3、列出所选设备型号、规格和数量等。4、设计说明书应书写工整、整齐，用规定统一纸张，设计内容应符合设计要求。5、图纸应清洁、规范，电气图形符号应符合标准。6、设计应独立完成，不得抄袭他人。7、设计期间应遵守作息时间，不得迟到、早退、无故旷课。四）主要设计参考资料 1、电气逻辑控制技术，熊葵容主编。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页- 6 - / 10 2、电气控制及可编程控制器，张凤珊主编。3、工厂电气控制技术，方承远主编。4、可编程控制器教程，王兆义主编。5、有关 FX2n型PLC的资料等。课题三：机械手电气控制系统设计（一）机械手结构、动作与控制要求机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。本设计中的机械手采用关节式结构。各动作由液压系统驱动，并由电磁阀控制，动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则控制的电气控制系统。机械手的机械结构如下图 3所示，主要由手指、手腕、小臂和大臂等几个部分组成，每次转动一定角度 小手臂伸出。(11 手指夹紧：抓住未加工零件。(12 大手臂上摆：取送零件。(13 小手臂下摆。(14 手腕右移：将工件装到机床的主轴卡盘中。(15 卡盘收紧。(16 手指松开：等待加工。表3-1 电磁阀状态表YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 YV6 YV7 YV8 YV9 YV10 YV11 手指的夹紧与放松夹紧+ 放松 + 手腕横向移动 左 右移动）左移+ 右移+ 小 臂的 伸缩伸+ 缩+ 小臂上下 摆动上摆+ 下摆+ 大臂下摆动上摆+ 下摆+ 料架转动+ 三）设计任务1、设计出继电器接触控制元件的电气控制原理图，选用元件，制定出元件目录表。 2、 在上述控制原理图的基础上，设计出PLC控制的梯形图和 PLC I/O口接线图，选用合适的 PLC控制器。3、设计并绘制以下工艺图纸的一种：电器元件布置图及底板加工零件图；电器元件安装接线；控制面板元件布置图与接线图；元面板加工图；电气箱及系统总接线图。4、 编制设计使用说明书、设计小结、列出设计参考资料目录。课题四：电镀专用行车电气控制系统设计（一）专用设备基本情况介绍精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页- 8 - / 10 该设备为某电镀厂的一台专用半自动起吊设备。采用远距离控制，起吊重量在500kg一下。起吊物品为待电镀的各种零件，根据工艺要求，专用行车的结构与动作流程如图2所示。在电镀生产线一侧，待加工零件装入吊篮，专用行车便提升并自动逐段前进。按工艺要求在需要停留的槽位停止，并自动下降，停留一定时间各槽停留时间预先按工艺调定）各自提升，如所完成电镀工艺规定的每一道工序，甚至生产线的末端自动返回原位，卸下处理好的零件，重新装料发出信号进入下一加工循环。根据工艺要求及不同零件要求，要求电气控制系统具有程序预选修改能力。并要求能准确停位，以便吊篮能准确进入电镀槽内。工作时，除具有自动控制的大车前、后移动与吊物上/下运动外，还有调整吊篮位置的小车左/右运行。生产线上镀槽的数量由工艺要求决定，本设计暂定5个电镀槽，停留时间由工艺要求进行整定，可依次设定10S、12S、14S、16S、18S。（二）拖动情况专用行车的小车、大车及升降运动均采用三轴交流电动机JY2-12-4型号0.8kw、1.99A、1410r/min、380V）分散拖动，并采用一级机械减速。（三）设计要求1、控制装置具有程序预选功能由工艺编定需要停留工位）一旦程序选定，除上、下装卸零件，整个电镀工艺应能自动进行。可实现自动循环、单周期运行、前进操作、手动操作四种方式。2、前 / 后运动，升 / 降运动要求准确停位，各运动之间应有必要的联锁作用。3、采用远距离控制，整机电源及各动作要有相应指示。4、应有极限位置保护和其他必要的电气保护措施。四）设计任务1、设计出继电接触控制或PLC 电气原理图、选择电器元件、编制元件目录表。 如选 PLC可编程进行设计，其要求可参考课题二有关内容）2、绘制总接线图、电器元件板布置图与安装接线图、控制面板布置图与接线图。3、编制设计使用说明书。七、设计进度时间安排时间设计内容及任务备注星期一布置设计课题内容、设计任务及要求星期二查找资料、进行控制系统方案设计可适当调整精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页- 9 - / 10 星期三设计继电接触控制系统原理电路星期四设计 PLC控制系统原理电路可适当调整星期五设计 PLC控制系统原理电路和器件选择可适当调整星期一绘制控制系统原理电路图星期二绘制控制器件平面布置图可适当调整星期三绘制控制系统接线图星期四编写设计说明书和使用说明书可适当调整星期五完成设计说明书和使用说明，完成全部设计资料可适当调整八、推荐参考书目1、工厂电气控制，赵明主编，机工出版社。2、工厂电气控制技术，方承远主编，机工出版社。3、电器控制，李仁主编，机工出版社。4、电气控制及可编程序控制器，张凤珊主编，轻工出版社。5、电器逻辑控制技术，熊葵容主编，科学出版社。6、可编程序控制器原理与应用，王卫兵等编，机工出版社。7、可编程控制器实用技术，王兆义主编，机工出版社。8、液压传动与气压传动，李慕法主编，机工出版社。9、电气图形符号国家标准应用指南，贺天枢主编，中国标准出版社。10、国家标准电气制图应用指南，贺天枢主编，中国标准出版社。11、有关 PC可编程使用手册。精选学习资料 - 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