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电气控制与PLC课程设计指导书

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电气控制与PLC课程设计指导书
课程设计的目的、 要求、 任务及方法
要完成好电气控制系统的设计任务, 除掌握必要的电气设计基础知识外, 还必须经过重复实践, 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。经过课程设计, 了解一般电气控制系统的设计要求、 设计内容和设计方法。电气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。
一、 设计目的
课程设计的主要目的是经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、 应完成的工作内容和具体设计方法。经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。电气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, 还要注意其它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; 书写技术报告和编制技术资料的能力。
二、 设计要求
在课程设计中, 学生是主体, 应充分发挥她们的主动性和创造性。教师的主导作用是引导其掌握完成设计内容的方法。
为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点:
1) 在接受设计任务后, 应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划, 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, 特别是主要参数, 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、 简练, 字迹端正、 整洁。
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。
三、 设计任务
课程设计要求是以设计任务书的形式表示, 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) 应绘制的图样。
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) 。
四、 设计方法
在接到设计任务书后, 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 每台电动机的控制方式, 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 设置短路保护及其它必要的电气保护。
⑥ 考虑其它特殊要求: 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、 报警等要求没计辅助电路。
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。

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, 经过处理后的中水能够用来浇灌绿地、 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控制技术能够提高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11-1所示。

图11-1 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。当曝气处理结束后, 排空电磁阀再次开起, 罗茨风机空载停机, 然后排空电磁阀延时关闭。曝气风机在无负荷条件下起动和停止, 能起到保护电动机和风机的作用。经过0.5h的水质沉淀, PLC下达起动1#清水泵指令, 将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常高水位时, 1#清水泵自动停止运行。这时2#清水泵自动起动向中水箱泵水, 当水箱内达到正常高水位时, 2#清水泵自动停止运行, 这时中水箱内的水全部完成处理过程。
如上所示, 当中水箱内水位降至低水位时, 2#清水泵又自动起动向中水箱泵水。当污水池中的水位降至低水位时, 电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。如此循环往复。
SBR废水处理技术针对污水水质不同选用生物菌群不同, 工艺要求要求有所不同, 电气控制系统应有参数可修正功能, 以满足废水处理的要求。
2．SBR废水处理系统动力设备
SBR废水处理系统中所使用的动力设备( 水泵、 罗茨风机、 电动阀) , 均采用三相交流异步电动机, 电动机和电磁阀( AC220V选配) 选配防水防潮型。
1#清水泵: 立式离心泵LS50-10-A, 扬程10m, 流量29m3/h, 1kW。
2#清水泵: 立式离心泵LS40-32.1, 扬程30m, 流量16m3/h, 3kW。
曝气罗茨风机: TSA-40, 0.7m3/min, 1.1kW。
电动阀: 阀体D97A1X5-10ZB-125mm, 电动装置LQ20-1, AC380V, 60W。
3．SBR废水处理电气控制系统设计要求
1) 控制装置选用PLC作为系统的控制核心, 根据工艺要求合理选配PLC机型和I/O接口。
2) 可执行手动/自动两种方式, 应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。
3) 电动阀上驱动电动机为正、 反转双向运行, 因此要在PLC控制回路加互锁功能。
4) PLC的接地应按手册中的要求设计, 并在图中表示或说明。
5) 为了设备安全运行, 考虑必要的保护措施, 入如电动机过热保护、 控制系统短路保护等。
6) 绘制电气原理图: 包括主电路、 控制电路、 PLC硬件电路, 编制PLC的I/O接口功能表。
7) 选择电器元件、 编制元器件目录表。
8) 绘制接线图、 电控柜布置图和配线图、 控制面板布置图和配线图等。
9) 采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。
二、 SBR废水处理电气控制系统总体设计过程
1．总体方案说明
1) SBR废水处理系统控制对象电动机均由交流接触器完成起、 停控制, 电动阀电动机要采用正、 反转控制。
2) 污水池、 清水池、 中水水箱水位检测开关, 在选型时考虑抗干扰性能, 选用电极考虑耐腐蚀性。
3) 电动阀上驱动电动机, 其内部设有过载保护开关, 为常闭触点, 作为电动阀过载保护信号, PLC控制电路考虑该信号逻辑关系。
4) 1#清水泵、 2#清水泵、 罗茨风机电动机、 电动阀电动机分别采用热继电器实现过载保护, 其热继电器的常开触点经过中间继电器转换后, 作为PLC的输入信号, 用以完成各个电动机系统的过载保护。
5) 罗茨风机的控制要求在无负载条件下起动或停机, 需要在曝气管路上设置排空电磁阀。
6) 主电路用断路器, 各负载回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔断器, 实现短路保护。
7) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用BVR型铜导线连接, 电控箱与执行装置之间采用端子板连接。
8) PLC选用继电器输出型。
9) PLC自身配有24V直流电源, 外接负载时考虑其供电容量。PLC接地端采用第三种接地方式, 提高抗干扰能力。
2．SBR废水处理电气控制原理图设计
(1) 主电路设计 SBR废水处理电气控制系统主电路如图11-2所示。

图11-2 SBR废水处理电气控制系统主电路
1) 主回路中交流接触器KM1、 KM2、 KM3分别控制1#清水泵M1、 2#清水泵M2、 曝气风机M3; 交流接触器KM4、 KM5控制电动阀电动机M4, 经过正、 反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。
2) 电动机M1、 M2、 M3、 M4由热继电器FR1、 FR2、 FR3、 FR4实现过载保护。电动阀电动机M4控制器内还装有常闭热保护开关, 对阀门电动机M4实现双重保护。
3) QF为电源总开关, 既可完成主电路的短路保护, 又起到分断三相交流电源的作用, 使用和维修方便。
4) 熔断器FU1、 FU2、 FU3、 FU4分别实现各负载回路的短路保护。FU5、 FU6分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。
(2) 交流控制电路设计 SBR废水处理系统交流控制电路如图11-3所示。

图11-3 SBR废水处理系统交流控制电路
1) 控制电路有电源指示HL。PLC供电回路采用隔离变压器TC, 以防止电源干扰。
2) 隔离变压器TC的选用根据PLC耗电量配置, 能够配置标准型、 变比1: 1、 容量100VA隔离变压器。
3) 1#清水泵M1、 2#清水泵M2、 曝气风机M3分别有运行指示灯HL1、 HL2、 HL3, 由KM1、 KM2、 KM3接触器常开辅助触点控制。
4) 4台电动机M1、 M2、 M3、 M4的过载保护, 分别由4个热继电器FR1、 FR2、 FR3、 FR4实现, 将其常闭触点并联后与中间继电器KA1连接构成过载保护信号, KA1还起到电压转换的作用, 将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护控制功能。
5) 上水电磁阀YA1和指示灯HL1、 排空电磁阀YA2, 分别由中间继电器KA2和KA3触点控制。
(3) 主要参数计算
1) 断路器QF脱扣电流。断路器为供电系统电源开关, 其主回路控制对象为电感性负载交流电动机, 断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。SBR废水处理系统有3kW负载电动机一台, 起动电流较大, 其余三台为1.1kW以下, 起动电流较小, 而且工艺要求4台电动机单独起动运行, 因此可根据3kW电动机选择自动开关QF脱扣电流IQF:
IQF＝1.7IN=1.7×6A＝10.2A≈10A, 选用IQF＝10A的断路器。
2) 熔断器FU熔体额定电流IFU。以曝气风机为例, IFU≥2IN＝2×2.5A＝5A, 选用5A的熔体。其余熔体额定电流的选择, 按上述方法选配。控制回路熔体额定电流选用2A。
3) 热继电器的选择请参考有关技术手册, 自行计算参数。
(4) PLC控制电路设计 包括PLC硬件结构配置及PLC控制原理电路设计。
1) 硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求, 如: 驱动电压的等级、 负载的性质等; 分析对象的控制要求, 确定输入/输出接口( I/O) 数量; 确定所控制参数的精度及类型, 如: 对开关量、 模拟量的控制、 用户程序存储器的存储容量等, 选择适合的PLC机型及外设, 完成PLC硬件结构配置。
2) 根据上述硬件选型及工艺要求, 绘制PLC控制电路原理图, 绘制PLC控制电路, 编制I/O接口功能表。图11-4为SBR废水处理系统PLC控制电路原理图, L6作为PLC输出回路的电源, 分别向输出回路的负载供电, 输出回路所有COM端短接后接入电源N端。

图11-4 SBR废水处理系统PLC控制电路原理图
3) KM4和KM5接触器线圈支路, 设计了互锁电路, 以防止误操作故障。
4) PLC输入回路中, 信号电源由PLC本身的24V直流电源提供, 所有输入COM端短接后接入PLC电源DC24V的( ＋) 端。输入口如果有有源信号装置, 需要考虑信号装置的电源等级和容量, 最好不要使用PLC自身的24V直流电源, 以防止电源过载损坏或影响其它输入口的信号质量。
5) PLC采用继电器输出, 每个输出点额定控制容量为AC250V, 2A。
表11-1和表11-2分别为SBR废水处理系统PLC输入和输出接口功能表。
表11-1 SBR废水处理系统PLC输入接口功能表
序号
工位名称
文字符号
输入口
1
污水池高水位开关信号
H1
X000
2
污水池低水位开关信号
L1
X001
3
清水池高水位开关信号
H2
X002
4
清水池低水位开关信号
L2
X003
5
中水箱高水位开关信号
H3
X004
6
中水箱低水位开关信号
L3
X005
7
起动按钮( 绿色)
SB1
X006
8
停止按钮( 红色)
SB2
X007
9
旋钮开关( 自动)
SB3-1
X010
10
旋钮开关( 手动)
SB3-2
X011
11
手动开电动阀旋钮开关
SB4
X012
12
手动关电动阀旋钮开关
SB5
X013
13
1#清水泵手动旋钮开关
SB6
X014
14
2#清水泵手动旋钮开关
SB7
X015
15
电动阀门开起限位开关
SQ1
X016
16
电动阀门关闭限位开关
SQ2
X017
17
电动阀电动机故障报警
FR0
X020
18
电动机热保护器报警
KA1
X021
19
曝气风机手动旋钮开关
SB8
X022
20
输入点备用

X023～X027

表11-2 SBR废水处理系统PLC输出接口功能表
序号
工位名称
文字符号
输入口
1
1#清水泵接触器
KM1
Y000
2
2#清水泵接触器
KM2
Y001
3
污水池高水位红色指示灯
HL7
Y002
4
污水池低水位绿色指示灯
HL8
Y003
5
清水池高水位红色指示灯
HL9
Y004
6
清水池低水位绿色指示灯
HL10
Y005
7
中水箱高水位红色指示灯
HL11
Y006
8
中水箱低水位绿色指示灯
HL12
Y007

( 续)
序号
工位名称
文字符号
输入口
9
电动阀门开起绿色指示灯
HL13
Y010
10
电动阀门关闭黄色指示灯
HL14
Y011
11
开电动阀门接触器
KM4
Y012
12
关电动阀门接触器
KM5
Y013
13
电动机热保护器报警红色指示灯
HL6
Y014
14
罗茨风机( 曝气风机) 接触器
KM3
Y015
15
排空电磁阀继电器
KA3
Y016
16
上水电磁阀继电器
KA2
Y017
17
输出口备用

Y020～Y027
6) 根据上述设计, 对照主回路检查交流控制回路、 PLC控制回路、 各种保护联锁电路、 PLC控制程序等, 全部符合设计要求后, 绘制出最终的电气原理图。
7) 根据设计方案选择的电气元件, 编制原理图的元器件目录表, 如表11-3所示。
表11-3 SBR废水处理系统元器件目录表
序号
文字符号
名 称
数量
规格型号
备 注
1
M1～M4
电动机
4
Y系列
三相交流异步电动机
2
FR1～FR4
热继电器
4
JR16B-20/3
参照电动机整定电流
3
FU1～FU4
熔断器
12
RL1-15
熔体2～10A
4
FU5、 FU6
熔断器
2
RT16-32X
熔体2A
5
QF
断路器
1
C45AD
脱扣电流10A
6
TC
隔离变压器
1
BK-100
变比1: 1, AC220V
7
SB1
起动按钮
1
LAY37
绿色
8
SB2
停止按钮
1
LAY37
红色
9
SB3
转换开关
1
LAY37-D2
手动/自动转换
10
SB4～SB8
手动开关
5
LAY37-D2
黑色
11
KM1～KM4
交流接触器
4
DJX-9
线圈电压: AC220V
12
KA1～KA3
中间继电器
3
HH52P
线圈电压: AC220V
13
HL1～HL15
指示灯
15
AD16-22
LED显示, AC220V
14
YA1
电磁阀
1
ZCT-50A
线圈电压: AC220V
15
YA2
电磁阀
1
ZCT-15A
线圈电压: AC220V
16
YA3
电动阀门装置
1
LQA20-1
AC380, 60W
17
PLC
可编程序控制器
1
FX2N-48MR
继电器输出

(5) PLC控制程序设计
1) 程序设计。根据控制要求, 建立SBR废水处理系统控制流程图, 如图11-5所示, 表示出各控制对象的动作顺序, 相互间的制约关系。在明确PLC寄存器空间分配, 确定专用寄存器的基础上, 进行控制系统的程序设计, 包括主程序编制、 各功能子程序编制、 其它辅助程序的编制等。
2) 系统静态调试。空载静态调试时, 针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关系是否正确, 然后先调试子程序或功能模块程序, 然后调试初始化程序, 最后调试主程序。调试过程中尽量接近实际系统, 并考虑到各种可能发生的情况, 作重复调试, 出现问题及时分析、 调整程序或参数。
3) 系统动态调试及运行。在动态带负载状态下调试, 密切观察系统的运行状态, 采用先手动再自动的调试方法, 逐步进行。遇到问题及时停机, 分析产生问题的原因, 提出解决问题的方法, 同时做好详尽记录, 以备分析和改进。

图11-5 SBR废水处理系统控制流程图
SBR废水处理系统PLC控制程序如图11-6所示。

图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序

图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序( 续1)

图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序( 续2)

图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序( 续3)

图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序( 续4)

图11-6 SBR废水处理系统PLC控制梯形图程序( 续5)
3．SBR废水处理系统电气工艺设计
按设计要求设计绘制电气装置总体配置图、 电器板电器元器件平面图、 控制面板电器平面图及相关电气接线图。
1) 先根据控制系统要求和电气设备的结构, 确定电器元器件的总体布局以及电控箱内装配板与控制面板上应安装的电器元件。本系统除电控箱外, 在污水处理设备现场设计安装的电器元件和动力设备有: 电磁阀、 水位开关、 电动机、 电动阀( 含阀位控制器) 等。电控箱内电器板上安装的电器元件有: 断路器、 熔断器、 隔离变压器、 PLC、 接触器、 中间继电器、 热继电器和端子板等。在控制面板上设计安装的电器元件有: 控制按钮、 旋钮开关、 各色指示灯等。
2) 依据用户要求满足操作方便、 美观大方、 布局均匀对称等设计原则, 绘制电控箱电器板元件布置图、 电器面板元件布置图、 电气接线图等, 如图11-7～图11-8所示。进出引线采用接线端子板连接, 接线图略。
3) 依据电器元件布置图及电器元器件的外形尺寸、 安装尺寸, 绘制电器板( 绝缘板、 镀锌铁板或架) 、 控制面板( 有机玻璃板、 铝板或铁板等) 、 垫板( 有机械强度的绝缘板或镀锌板) 等零部件加工图。图中应注明外形尺寸、 安装孔径、 定位尺寸与公差、 板材厚度以及加工要求等。本设计所涉及的钣金加工技术图从略。
4) 依据电器安装板、 控制面板尺寸设计电控箱, 绘制电控箱安装图。本设计从略。
至此, 基本完成了SBR废水处理系统要求的电气控制原理设计和工艺设计任务。

图11-7 电控箱电器板元件布置图 图11-8 电控箱电器面板元件布置图
4．编写设计说明书、 使用说明书和项目设计小结
1) 依据原理设计的过程, 编写设计说明书, 说明书包括如下主要内容:
① 总体设计方案的选择说明。
② 原理电路的设计说明, 各控制要求如何实现。
③ 电气系统中主要参数的计算, 主要元件的选择及说明, 编制元件明细表。
④ 附上原理图及规定完成的工艺图。
2) 依据原理设计图及控制要求编写使用说明书, 说明书包括如下主要内容:
① 本设备的实际用途、 功能特点。
② 系统工作原理简介。
③ 使用与维护注意事项。
5．设计用参考资料
① 工厂电气控制设备
② 电气控制与可编程序控制器
③ 电气工程手册
④ 三菱微型可编程序控制器手册
⑤ 工厂常见电气设备手册
⑥ 其它有关产品使用手册
参考选题
一、 四层电梯自动控制
1．控制要求
1) 采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、 下行由一台电动机拖动, 电动机正转为电梯上升, 反转为下降。一层有上升呼叫按钮SB11和指示灯H11, 二层有上升呼叫按钮SB21和指示灯H21以及下降呼叫按钮SB22和指示灯H22, 三层有上升呼叫按钮SB31和指示灯H31以及下降呼叫按钮SB32和指示灯H32, 四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。一至四层有到位行程开关ST1～ST4。电梯内有一至四层呼叫按钮SB1～SB4和指示灯H1～H4; 电梯开门和关门按钮SB5和SB6, 电梯开门和关门分别经过电磁铁YA1和YA2控制, 关门到位由行程开关ST5检测。另外还有电梯载重超限检测压力继电器KP以及故障报警电铃HA。控制信号说明如表11-4所示。
表11-4 四层电梯控制信号说明
输 入
输 出
文字符号
说 明
文字符号
说 明
SB1
电梯内一层按钮
H1
电梯内一层按钮指示灯
SB2
电梯内二层按钮
H2
电梯内二层按钮指示灯
SB3
电梯内三层按钮
H3
电梯内三层按钮指示灯
SB4
电梯内四层按钮
H4
电梯内四层按钮指示灯
SB11
一层上升呼叫按钮
H11
一层上升呼叫按钮指示灯
SB21
二层上升呼叫按钮
H21
二层上升呼叫按钮指示灯
SB22
二层下降呼叫按钮
H22
二层下降呼叫按钮指示灯
SB31
三层上升呼叫按钮
H31
三层上升呼叫按钮指示灯
SB32
三层下降呼叫按钮
H32
三层下降呼叫按钮指示灯
SB41
四层下降呼叫按钮
H41
四层下降呼叫按钮指示灯
SB5
电梯开门按钮
KM1
电动机正转接触器
SB6
电梯关门按钮
KM2
电动机反转接触器
SB7
检修开关
YA1
电梯开门电磁铁
ST1
电梯一层到位限位开关
YA2
电梯关门电磁铁
ST2
电梯二层到位限位开关
HA
电梯故障报警电铃
ST3
电梯三层到位限位开关

ST4
电梯四层到位限位开关

ST5
电梯关门到位限位开关

SP
电梯载重超限检测

FR
电动机过载保护热继电器

2) 楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下, 电梯未达到相应楼层或未得到相应的响应时, 相应指示灯一直接通指示。
3) 电梯运行时, 电梯开门与关门按钮不起作用, 电梯到达停在各楼层时, 电梯开门与关门动作可由电梯开门与关门按钮控制, 也可延时控制, 但检测到电梯超重时, 电梯门不能关闭, 并由报警电铃发出报警信号。
4) 电梯最大运行区间为三层距离, 若一次运行时间超过30s, 则电动机停转, 并由HA报警。
5) 检修开关SB7接通时, 电梯下行停在一层位置, 进行检修, 其它所有动作均不相应。
6) 电梯拖动电动机控制电路有各种常规电气保护, 如短路保护、 过载保护、 正反转互锁等。
7) 相关参数:
① 拖动电动机M: 5.5kW, AC380V, 11.6A, 1440r/min。
② 指示灯H: 0.25W, DC24V。
③ 电铃HA: 8W, AC220V。
④ 电磁铁YA: 100mA, AC220V。
2．设计任务
1) 根据控制要求进行电气控制系统硬件电路设计, 包括主电路、 控制电路及PLC硬件配置电路。
2) 分析电梯所有可能运行的方式, 并依此编制电梯运行PLC控制程序, 有条件能够利用电梯模型或模拟开关板调试程序, 模拟运行。
3) 编写设计说明书, 内容包括:
① 设计过程和有关说明。
② 基于PLC的电梯电气控制系统电路图。
③ PLC控制程序( 梯形图和指令表) 。
④ 电器元器件的选择和有关计算。
⑤ 电气设备明细表。
⑥ 参考资料、 参考书及参考手册。
⑦ 其它需要说明的问题, 例如操作说明书、 程序的调试过程、 遇到的问题及解决方法、 对课程设计的认识和建议等。

二、 十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制
1．控制要求
采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后, 交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45º时, 接点SA1-1接通, 交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作, 按照如图11-9所示工作时序周而复始, 循环往复工作。正常运行时, 南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯剩余时间值。SA1手柄指向中间0º时, 接点SA1-2接通, 交通指挥系统南北向绿灯常亮, 东西向红灯常亮, 数码管显示99不变。SA1手柄指向右45º时, 接点SA1-3接通, 交通指挥系统东西向绿灯常亮, 南北向红灯常亮, 数码管显示99不变。控制信号说明见表11-5。

图11-9 十字路口交通灯正常工作时序
表11-5 十字路口交通灯控制信号说明
输 入
输 出
文字符号
说 明
文字符号
说 明
SA1-1
交通灯正常工作控制开关
H1
南北向绿灯指示
SA1-2
南北向交通灯常绿控制开关
H2
南北向黄灯指示
SA1-3
东西向交通灯常绿控制开关
H3
南北向红灯指示

H4
东西向绿灯指示

H5
东西向黄灯指示

H6
东西向红灯指示

H11
南北向2位七段数码显示管

H12
东西向2位七段数码显示管
2．设计任务
1) 根据控制要求, 进行电气控制系统硬件电路设计, 包括PLC硬件配置电路。
2) 根据控制要求, 编制交通信号灯PLC控制程序, 有条件能够利用交通灯模型或模拟开关板调试程序, 模拟运行。
3) 编写设计说明书, 内容包括:
① 设计过程和有关说明。
② 基于PLC的十字路口交通灯电气控制电路图。
③ PLC控制程序( 梯形图和指令表) 。
④ 电器元器件的选择和有关计算。
⑤ 电气设备明细表。
⑥ 参考资料、 参考书及参考手册。
⑦ 其它需要说明的问题, 例如操作说明书、 程序的调试过程、 遇到的问题及解决方法、 对课程设计的认识和建议等。

三、 锅炉车间输煤机组控制
1．输煤机组控制系统
输煤机组控制系统示意图如图11-10所示, 输煤机组控制信号说明见表11-6。

图11-10 输煤机组控制系统示意图
表11-6 输煤机组控制信号说明
输 入
输 出
文字符号
说 明
文字符号
说 明
SA1-1
输煤机组手动控制开关
KM1
给料器和磁选料器接触器
SA1-2
输煤机组自动控制开关
KM2
1#送煤机接触器
SB1
输煤机组自动开车按钮
KM3
破碎机接触器
SB2
输煤机组自动停车按钮
KM4
提升机接触器
SB3
输煤机组紧急停车按钮
KM5
2#送煤机接触器
SB4
给料器和磁选料器手动按钮
KM6
回收机接触器
SB5
1#送煤机手动按钮
HL7
手动运行指示灯
SB6
破碎机手动按钮
HL8
紧急停车指示灯
SB7
提升机手动按钮
HL9
系统正常运行指示灯
SB8
2#送煤机手动按钮
HL10
系统故障指示灯
SB9
回收机手动按钮
HA
报警电铃
KM
M1～M6, YA运行正常信号
HL1～6
输煤机组单机运行指示
FR
M1～M6, YA过载保护信号

输煤机组的拖动系统由6台三相异步电动机M1～M6和一台磁选料器YA组成。SA1为手动/自动转换开关, SB1和SB2为自动开车/停车按钮, SB3为事故紧急停车按钮, SB4～SB9为6个控制按钮, 手动时单机操作使用。HA为开车/停车时讯响器, 提示在输煤机组附近的工作人员物煤机准备起动请注意安全。HL1～HL6为Ml～M6电动机运行指示, HL7为手动运行指示, HL8为紧急停车指示, HL9为系统运行正常指示, HL10为系统故障指示。
2．输煤机组控制要求
(1) 手动开车/停车功能 SA1手柄指向左45º时, 接点SA1-1接通, 经过SB4～SB9控制按钮, 对输煤机组单台设备独立调试与维护使用, 任何一台单机开车/停车时都有音响提示, 保证检修和调试时人身和设备安全。
(2) 自动开车/停车功能 SA1手柄指向右45º时, 接点SA1-2接通, 输煤机组自动运行。
1) 正常开车 按下自动开车按钮SB1, 音响提示5s后, 回收电动机M6起动运行并点亮HL6指示灯; 10s后, 2#送煤电动机M5电动机起动运行并点亮HL5指示灯; 10s后, 提升电动机M4起动运行并点亮HL4指示灯; 10s后, 破碎电动机M3起动运行并点亮HL3指示灯; 10s后, 1#送煤电动机M2起动运行并点亮HL2指示灯; 10s后, 给料器电动机M1和磁选料器YA起动运行并点亮HL1指示灯; 10s后, 点亮HL9系统正常运行指示灯, 输煤机组正常运行。
2) 正常停车 按下自动开车按钮SB2, 音响提示5s后, 给料器电动机M1和磁选料器YA停车并熄灭HL1指示灯, 同时, 熄灭HL9系统正常运行指示灯; 10s后, 1#送煤电动机M2停车并熄灭HL2指示灯; 10s后, 破碎电动机M3停车并熄灭HL3指示灯; 10s后, 提升电动机M4停车并熄灭HL4指示灯; 10s后, 2#送煤电动机M5电动机停车并熄灭HL5指示灯; 10s后, 回收电动机M6停车并熄灭HL6指示灯; 输煤机组全部正常停车。
3) 过载保护 输煤机组有三相异步电动机M1～M6和磁选料器YA的过载保护装置热继电器, 如果电动机、 磁选料器在输煤生产中, 发生过载故障需立即全线停车并发出报警指示。系统故障指示灯HL10点亮, HA电铃断续报警20s, HL10一直点亮直到事故处理完毕, 继续正常开车, 恢复生产。
4) 紧急停车 输煤机组正常生产过程中, 可能会突发各种事件, 因此需要设置紧急停车按钮, 实现紧急停车防止事故扩大。紧急停车与正常停车不同, 当按下红色蘑菇形紧急停车按钮SB3时, 输煤机组立即全线停车, HA警报声持续10s停止, 紧急停车指示灯HL8连续闪亮直到事故