《电气控制与PLC》课程设计说明书.doc

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1、电气控制与PLC课程设计说明书 自动控制与机械工程学院第一部分: 电气线路安装调试技能训练 技能训练题目一:电气原理图:电气安装接线图:本人完成的安装线路实物图片一:技能训练题目二:电气原理图:电气安装接线图:本人完成的安装线路实物图片二:技能训练小结:1.电气原理图的绘制要求:绘制电气原理图应按GB4728-85、GBTl59-87、GB6988-86等规定的标准绘制。如果采用上述标准中未规定的图形符号时，必须加以说明。当标准中给出几种形式时，选择符号应遵循以下原则： 应尽可能采用优选形式； 在满足需要的前提下，应尽量采用最简单形式； 在同一图号的图中使用同一种形式。 控制电路绘制的原则 ：

2、 原理图一般分主电路、控制电路、信号电路、照明电路及保护电路等。 控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等，应垂直地绘于两条水平电源线之间控制触头连接在上方水平线与耗能元件之间耗能元件（如线圈、电磁铁、信号灯等）的一端应直接连接在接地的水平电源线上受电动力设备（电动机）及其保护电器支路，应垂直于电源电路画出其中电源电路用水平线绘制 原理图中各电气元件和部件在控制电路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。同一电气元件的各个部件可以不画在一起，但必须采用同一文字符号标明。 无论主电路还是辅助电路，各元件应按动作顺序从上到下、从左到右依次排列。对于继电器、接触器的触头，按吸引线圈不通电状态画 原理图中

3、有直接电联系的交叉导线连接点，用实心圆点表示；可拆卸或测试点用空心圆点表示；无直接电联系的交叉点则不画圆点。.电气接线图的绘制要求:1、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。2、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。3、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。4、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。5、电气配电板内电气

4、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。6、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。3.电器安装、接线的工艺要求:安装电器元件的工艺要求：(1)组合开关、熔断器的受电端子应安装在控制板的外侧，并使熔断器的受电端为底座的中心端。(2)各元件的安装位置应齐整，匀称，间距合理，便于元件的更换。(3)紧固各元件时要用力匀称，紧固程度适当。在紧固熔断器、接触器等易碎元件时，应用手按住元件一边轻轻摇动，一边用旋具轮换旋紧对角线上的螺钉，直到手摇不动后再适当旋紧些即可。板前明线布线的工艺要求：(1)

5、布线通道尽可能少，同时并行导线按主、控电路分类集中，单层密排，紧贴安装面布线。(2)同一平面的导线应高低一致，不能交叉。非交叉不可时，该根导线应在接线端子引出时，就水平架空跨越，但必须走线合理。(3)布线应横平竖直，分布均匀。变换走向时应垂直。(4)布线时严禁损伤线芯和导线绝缘。(5)布线顺序一般以接触器为中心，由里向外，由高至低，先控制电路，后主电路，以不妨碍后续布线为原则。(6)在每根剥去绝缘层的导线两端要套上编码套管。所有从一个接线端子(或接线桩)到另一个接线端子(或接线桩)的导线必须连接，中间无接头。(7)导线与接线端子或接线桩连接时，不得压绝缘层、不反圈及不露铜过长。(8)同一元件、

6、同一回路的不同接点的导线间距离应保持一致。(9)一个电器元件的接线端子上的导线连接不得多于两根，每节接线端子板上的连接导线一般只允许连接一根。.实训线路发生的故障及排除办法：由于电气控制系统发生故障的原因常常是复杂的，因此必须经过细心的观察研究甚至要经过各方面的实验及依靠丰富的实践经验，才能判断出故障的真正原因。电气控制系统常见故障及排除方法 序号 故障现象故障原因排 除 方 法1 电机不能起动A、电气系统接线错误核对接线图，加以校正B、熔丝烧断检查电气系统线路及保护装置工作情况 C、电压过低检查电网电压，如过低应适当提高D、定子绕组相间短路、接地或接线错误或定、转子绕子组断路检查找出断路，短

7、路的部位进行修复，如果接线错误，经过检查后进行校正。E、负载过大检查压缩机、消除负载过大原因2 电机有异常噪声或振动过大A、机械摩擦（包括定、转子相擦）检查转动部分与静止部分间隙，找出相擦原因，进行校正。B、二相运行、停机断电、再合闸，如不能起动，则可能有一相断电，检查电源或电机并加以修复C、滚动轴承缺油或损坏清洗轴承，加新油。若轴承损坏则予以更新。D、电机接线错误 查明原因，加以更正 E、轴伸弯曲校直或更换轴F、润滑剂太脏或混有杂质更换润滑剂G、转子不平衡校平衡H、联轴器松动查清松动处，并加以修复 I、安装基础不平或有缺陷检查基础和底板的固定情况，加以纠正。3 电机温升过高或冒烟A、过载用钳

8、形电流表测量电流，若发现过载，应查明原因排除之。B、单相运行检查熔丝，控制装置接触点，排除故障 C、电网电压过低或电机接法错误检查电网电压或检查电机绕阻接法是否错误。D、定子绕组接地或匝间或相间短路检查找出短路和通地的部分进行修复E、电机转子线圈接线头松脱查出松脱处加以修复F、定、转子相擦检查轴承有无松动，定子和转子装配有无不良情况，加以修复G、车棚内通风不畅找出原因、解决之4 电机轴承过热A、轴承损坏更换轴承B、轴承润滑剂过多、过少或有杂质调整或更换润滑剂C、联轴器装配不良对联轴器进行校正 5 电机外壳带电A、接地不良找出原因，采取相应措施进行纠正B、绕组受潮，绝缘损坏或接线处有污垢找出原因

9、，采取相应措施进行纠正C、引出线绝缘磨破进行修复6 电机能启动，但Y-切换时，跳开关 A、Y-自动切换时间继电器失灵进行修复，必要时更换B、电网电压过低检查电网电压并加以改善C、导线细而长造成电压过低加大导线截面或更换接线位置，以缩短导线长度D、机组调节系统中电磁阀Y1失灵 拆下检查，必要时更换E、接触器触头接触不良检查触头，加以修复 7 机组运行时突然停车A、热继电器动作若热继电器整定值不合适则作适当调整，但不宜过大。若为电机过载则找出过载原因并排除之。B、电网电压过低改善电网电压C、压缩机超温找出超温原因，排除故障后，按复位一停车按钮后再开车D、时间继电器2SJ整定值不合适整定值按规定值调

10、整8 电机空载，转速正常负载时转速下降电动机失效与制造厂联系协商后，检查电机，必要时更换电机9 按下启动按钮QA，电机不启动A、由于运输原因导线接线头松动重新紧固接线头 B、控制回路熔丝烧断 查明原因并排除之C、控制回路中未接零线，不能构成控制回路重新接零线 D、继电器IJ损坏检查继电器1J确认损坏后更换E、启动按钮QA失效检查按钮，确认损坏后更换10 按启动按钮，机组运转，但放开启动按钮，机组停车 A、中间继电器或接触点不能自锁闭合查明原因后排除之 B、接线头接触不良或导线断裂查明原因后排除之11 电机Y形起动10秒后，不切换形运行，指示灯亮A、时间继电器1J损坏检查继电器1J确认损坏后更换

11、B、接线头松动或触点接触不良查明原因后排除之12 排气温度无显示，超温后不停车A、压力式温度计测量部分损坏更换温度计B、温度计接线断或中间继电器损坏，触点接触不良 查明原因后排除之 13 计时器不计时A、计时器导线断裂，接线头松动查明原因后排除之B、计时器失效拆下检查，必要时更换14 电源接通后，指示灯H1不亮 A、灯泡烧坏更换灯泡B、RD熔丝烧断检查确认后，更换熔丝C、导线断或导线接线头松动，接触不良查明原因后排除之15 电源接通后，控制回路熔断器烧断D、灯泡与灯座接触不良查明原因后排除之控制回路短路如相导线绝缘对地短路，线圈烧毁短路，电磁阀线圈短路，线接错短路等查明原因后排除之 17 按启

12、动按钮，继电器、接触器不动作A、按钮接触不良或失效查明原因后接触之B、控制回路熔丝烧断检查确认后，更换熔丝C、导线、接线头松动，接触不良查明原因后排除之 D、继电器或接触器接线头松动或线圈失效查明原因后排除之E、控制回路中零线未接，构不成回路重新接好零线18 电机启动后，转速不能上升A、电网电压过低检查电网电压B、导线细而长，造成电压过低加大导线截面或换接线位置，以缩短接线长度19 电机一起动或在运行中跳开关A、电机失效拆下检查，必要时更换B、压缩机失效与制造厂联系协商后检查，必要时更换20 电机三相电流严重不平衡A、三相绕组有部分匝间短路重新绕制三相绕组或更换电机B、三相电压不平衡查明原因后

13、排除之C、电机接线头松动氧化查明原因后排除之D、接触器触头闭合时接触不良查明原因后排除之交流接触器一般故障分析和排除方法序号 故障现象故障原因排 除 方 法1电源接通后，触头未完全闭合触头弹簧太软调整弹簧弹力2断电时，接触器衔铁不落下A、触头弹簧太软调整弹簧弹力B、底板不平凸出消除凸出部分C、衔铁或机械部分被卡死整修使其灵活D、出头被熔焊在一起更换触头3接触器主触头发热A、负载超过额定容量 查明超载原因后排除之 B、触头行程过大更换触头C、触头烧损严重拆下触头D、触头压力不足检查压力后，必要时更换弹簧E、触头油灰尘、污垢 拆下触头，清洁接触表面 4接触器触头接触不良A、触头积有灰尘、污垢或烧坏

14、 查明原因后排除之 B、触头弹簧太软 检查弹簧力，必要时更换 5接触器合上后触头有火花A、触头不符合要求更换触头 B、触头弹簧太软更换弹簧C、触头烧损，接触不良 拆下触头，清洁触头表面，必要时更换之6接触器有异常响声A、电枢与铁芯结合不良，有污垢或生锈 清洁接合面 B、短路环损坏 更换短路环 C、接触压力过大 调换触头弹簧 D、电枢和铁芯的夹紧螺栓松动 紧固螺栓 E、电压过低 检查电网电压并加以改善 F、接触器配合部分不合适查出不合适处并加以修正课题八 双头钻床PLC控制系统 图8.1 双头钻床的工作示意图一、实训目的1熟悉步进顺控指令的编程和用法；2掌握并行性流程程序的编制；3掌握双头钻床的

15、程序设计及其外部接线。二、实训器材1可编程控制器1台(FX2N-48MR)；2双头钻床模拟显示模块1块(带指示灯、接线端口及按钮等)；3实训控制台1个；4电工常用工具1套；5手持式编程器或计算机1台；6连接导线若干。三、实训要求设计一个用PLC控制的双头钻床的控制系统。其控制要求如下：1双头钻床用来加工圆盘状零件上均匀分布的6个孔如图8.1所示。操作人员将工件放好后，按下起动按钮，工件被夹紧，夹紧后压力继电器为ON，此时两个钻头同时开始向下进给。大钻头钻到设定的深度(SQ1)时，钻头上升，升到设定的起始位置(SQ2)时，停止上升；小钻头钻到设定的深度(SQ3)时，钻头上升，升到设定的起始位置(

16、SQ4)时，停止上升。两个都到位后，工件旋转120，旋转到位时SQ5为ON，然后又开始钻第二对孔。3对孔都钻完后，工件松开，松开到位时，限位开关SQ6为ON，系统返回初始位置。2具有手动和自动运行功能。3具有上电和急停断电功能。4.大钻头、小钻头由两台三相异步电动机带动。电机的正反转完成上升、下降的功能；旋转由第三台电机带动。上升、下降及旋转限位开关均为霍尔接近开关；夹紧、放松均由电磁阀带动。四、软件程序1I/0分配X0：工件夹紧；大钻头到下限位开关Xl：SQ1；大钻头到上限位开关X2：SQ2；小钻头到下限位开关X3：SQ3；小钻头到上限位开关X4：SQ4；旋转120限位开关X5：SQ5；工件

17、松开限位开关X6：SQ6；X7：自动位起动；Xl0：手动自动转换；X11：大钻头手动下降；X12：大钻头手动上升；X13：小钻头手动下降；X14：小钻头手动上升；X15：工件手动夹紧；X16：工件手动放松；X17：工件手动旋转；X20：停止按钮：Y0：原位指示；Y1：大钻头下降；Y2：大钻头上升；Y3：小钻头下降；Y4：小钻头上升；Y5：工件夹紧；Y6：工件放松；Y7：工件旋转。2程序设计方案根据系统控制要求及PLC的I/O分配，设计双头钻床的程序如图8.2所示。五、系统接线根据双头钻床的控制要求，其系统接线图如图8.3所示。六、系统调试1输入程序，按前面介绍的程序输入方法，用手持式编程器(或

18、计算机)正确输程序。2静态调试，按图8.3所示的系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟态调试，并通过手持式编程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检并修改、调试程序，直至指示正确。3动态调试，按图8.3所示的系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态试，先调试手动程序，后调试自动程序，观察指示灯能否按控制要求动作，并通过手持式程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查线路或修改程序，直至示灯能按控制要求动作。图8.2 双头钻床的PLC控制系统顺控流程图七、实训报告1实训总结（1）画工艺流程图，分析I/O性质，计算I/O点数、存储容量，PLC选型；（2）

19、编写程序（在PC机上编程并下载到PLC中）；（3）运行并调试程序，运行调试记录；（4）画PLC控制系统外部接线图（含主电路及供电图）；（5）撰写课程设计论文。2实训思考（1）用顺序功能图编制双头钻床的程序；（2）现要用该双头钻床来加工一批只需钻一个孔的工件，如何解决这个问题?哪种方案最优?图8.3 双头钻床的PLC控制系统外部接线图1.2课程设计要求分析1.2.1系统单元电路组成一、选择性分支与汇合及其编程1选择性分支状态转移图从2个流程中选择执行哪一个流程由转移条件X1、X4决定。分支转移条件X1、X4不能同时接通，哪个接通，就执行哪条分支。当S21已动作时，一旦X0接通，程序就向S22转移

20、，则S21复位。因此，即使以后X4接通，S24也不会动作。汇合状态S26可由S23，S25中任意一个驱动。2选择性分支的编程选择性分支的编程与一般状态的编程一样，先进行驱动处理，然后进行转移处理，所有的转移处理按顺序执行，简称先驱动后转移。因此，首先对S21进行驱动处理(OUT Y1)，然后按S22、S24的顺序进行转移处理。选择性分支的梯形图和指令表程序图2-3-2如下：3选择性汇合的编程选择性汇合的编程是先进行汇合前状态的驱动处理，然后按顺序向汇合状态进行转移处理。因此，首先对第一分支(S22和S23)、第二分支(S24和S25)进行驱动处理，然后按S23、S25的顺序向S26转移。选择性

21、汇合的梯形图和指令表程序如图2-3-3所示：二、并行性分支与汇合及其编程1并行性分支状态转移图的特点由两个及以上的分支流程组成的，但必须同时执行各分支程序，称为并行性流程程序。图2-3-4所示是具有2个支路的并行性状态转移图，其特点如下。 图2-3-4 并行性流程程序的结构形式（1）若S21已动作，则只要分支转移条件X1成立，2个流程(S22、S23；S24、 S25)同时并列执行，没有先后之分。（2）当各流程的动作全部结束时(先执行完的流程要等待全部流程动作完成)，一旦X4为ON，则汇合状态S26动作，S23、S25全部复位。若其中一个流程没执行完，则S26就不可能动作。另外，并行性流程程序

22、在同一时间可能有两个及两个以上的状态处于“激活”状态。2 并行性分支的编程并行性分支的编程与选择性分支的编程一样，先进行驱动处理，然后行转移处理，所有的转移处理按顺序执行。根据并行性分支的编程方法，首先对S21进行驱动处理(OUT Y1)，然后按第一分支(S22、S23)，第二分支(S24、S25)的顺序进行转移处理。并行性分支的程序如图2-3-5下：3并行性汇合的编程 并行性汇合的编程与选择性汇合的编程一样，也是先进行汇合前状态的驱动处理，然后按顺序向汇合状态进行转移处理。根据并行性汇合的编程方法，首先对S22、S23；S24、S25进行驱动处理，然后按S23、S25的顺序向S26转移。并行

23、性汇合的程序如图2-3-6下：三控制流程 根据控制要求，可绘出状态流程图如入9-7 所示。按下起动按钮SB时，工件被夹紧，夹紧后压力继电器为ON，此时两个钻头同时开始向下进给。大钻头钻到设定的深度(SQ1)时，钻头上升，升到设定的起始位置(SQ2)时，停止上升；小钻头钻到设定的深度(SQ3)时，钻头上升，升到设定的起始位置(SQ4)时，停止上升。两个都到位后，工件旋转120，旋转到位时SQ5为ON，然后又开始钻第二对孔。3对孔都钻完后，工件松开，松开到位时，限位开关SQ6为ON，系统返回初始位置。图2-3-7 控制系统状态流程图五I/O地址编号将输入信号按各自的功能类型分好，并将状态流程图中的

24、14个步序用辅助继电器一一对应，编排好地址。列出外部信号与PLC的I/O口地址编号对照表，如下表2-3-8所示：表2-3-8 外部信号与PLC的I/O口地址编号对照表输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1启动X000KM0压力继电器Y0SQ1大钻上限X001KM1计数器C0SQ2大钻下限X002KM2大钻上升Y3SQ3小钻上限X003KM3大钻下降Y2SQ4小钻下限X004KM4小钻上升Y5SQ5霍尔接近开关X005KM5小钻下降Y4SQ6松开到位限X006KM6工件旋转Y6SB2停止X007SB3上升X010SB4下降X011SB5旋转X012SA1手动X013SA2自动X014六硬

25、件连接图由上面的I/0输入输出关系可画出其硬件连接图如下图2-3-9所示：图 2-3-9 双头钻床I/O电气接口图七性能测试与分析根据以上说明，连接好线路并向PLC中下载相应程序，初始化状态下所有灯不亮，按下启动按钮X0后，工件被夹紧，夹紧后压力继电器为ON，对应的灯L1亮，此时两个钻头同时开始向下进给，灯L2、L3亮。大钻头钻到设定的深度(SQ1)时，钻头上升，对应灯L4亮，升到设定的起始位置(SQ2)时，停止上升；小钻头钻到设定的深度(SQ3)时，钻头上升，对应灯L5亮，升到设定的起始位置(SQ4)时，停止上升。两个都到位后，工件旋转120，对应灯L6亮，旋转到位时SQ5为ON，然后又开始钻第二对孔。3对孔都钻完后，工件松开，松开到位时，限位开关SQ6为ON，系统返回初始位置。28PLC程序设计双头钻床的PLC控制程序包括手动操作和自动操作两部分，整个PLC控制程序如下图所示：1. 手动操作手动操作有大小钻头的上升、下降，工件的旋转及夹紧与放松。手动操作如图所示：2. 自动操作由图2-3-7双头钻床的工作状态流程图可看出，其工作过程是典型的顺序控制，采用步进顺控指令的编程方式，其自动控制程序如下图所示：图 2-3-10双头钻床梯形图33