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1、电气控制与可编程序控制器课程设计指导书目 录第一部分 课程设计要求、设计方法及参考选题1一、课程设计的目的和要求1二、课程设计任务、工作量与设计方法2（一）设计任务书2（二）设计方法及步骤2三、课程设计举例3（一）设计任务书3（二）设计过程5第二部分 课程设计参考题选16课题一 专用镗孔机床的电气控制系统设计16课题二 千斤顶液压缸加工专用机床电气控制系统设计17课题三 机械手电气控制系统设计18课题四 全自动双面钻电气控制系统设计19课题五 机械手PC控制系统设计20课题六 专用榫齿铣电气控制系统设计20第一部分 课程设计要求、设计方法及参考选题要能胜任电气控制系统的设计工作，按要求完成好设
2、计任务，仅仅掌握电气设计的基础知识是不够的，必须经过反复实践，深入生产现场，不断积累经验课程设计正是为这一目的而安排的一个实践性教学环节，它是一项初步的工程训练。通过集中12周时间的设计工作，了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法课程设计题目不要太大，尽可能取自生产中实用的电气控制装置。本指导书主要讨论课程设计应达到的目的、要求、设计内容、深度及应完成的工作量。并通过实例介绍，进一步说明课程设计的设计步骤。本指导书还收集了较多的设计参考题，可作为课程设计练习题，直接供设计者自由选取。命题结合生产需要，具有真实感。设计中应严格要求，力求做到图纸资料规范化。电气设计包含原理设计与工艺设
3、计两个方面不能忽视任何一面，在高等院校教学中尤其要重视工艺设计。由于初次从事设计工作，工艺设计要求不能过高，不能面面俱到。设计工作量，说明书等要求与毕业设计应有较大的区别，电气控制课程设计属于练习性质，不强调设计结果直接用于生产，各人的工艺设计只要求完成其中一部分内容。课程设计原则上应做到一人一题和自由选题在几个人共选一个课题的情况下各人的设计要求及工艺设计内容，绘图种类，应有所区别。要强调独立完成，以学生自身的独立工作为主，教师指导帮助为辅。在设计过程中，适当组织针对性参观，并配以多种形式有助于开拓设计思路的讲座。一、课程设计的目的和要求课程设计主要目的，是通过某一生产设备的电气控制系统的设
4、计实践，了解一般电气控制设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往学习的内容，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现念。课程设计应强调以能力培养为主，月提高，主要包括以下几方面：独立工作能力和创造力。综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力查阅图书资科、产品手册和各种工具书的能力工程绘图能力写技术报告和编制技术资料的能力。在课程设计数学中，应以学生为主体，充分发挥自己的自主性和创造精神。作用主要是体现在工作方法、思维方法的引导。为
5、保证顺利完成设计任务，提出如下要求：在接受设计任务并选定课题后，应根据设计要求和应完成的设计内容，查阅图书和制定工作进度计划，确定各阶段应完成的工作，妥善安排时间。在方案确定过程中(是最重要一环)应主动提出问题，以取得指导教师的帮助，阶段提倡广泛讨论，做到思路开阔，依据充分。在具体设计过程小，要求多想、少问，参数的确定，要经过计算论证。所有电气图纸的绘制必须符合国家有关标准的规定，包括线条、图形符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、图例：明细表以至图纸的折叠和装订。说明书要求文字通顺、简练、字迹端正、整洁。应在规定时间内完成所有的设计任务。条件允许情况下，对自己的设计线路进行试验论证，考
6、虑进一步改进的可能二、课程设计任务、工作量与设计方法（一）设计任务书课程设计要求是以设计任务书形式表达，由设计者自己拟订。设计任务书应包含以下内容：设备的名称、用途、基本构造、动作原理以及工艺过程的简单介绍。拖动方式、运动部件的动作顺序、各动作要求和控制要求。联锁、保护要求。照明、指示、报警等辅助要求。应绘制的图纸。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。工艺设计目的是为了得到电气设备制造过程中需要的施工图纸，其类型数量很多，设计中主要以电气设备总体配置图、电器板元件布置图、接线图、控制面板布置因、接线固、电气箱以及主要加工零件如电器安装底板、控制表板等为练习对象。对于每
7、位设计者来说只要求完成其中一部分。原理图及工艺图纸均应按要求绘制，元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，要标明组件所有进出线编号、配线规格、进出线的接线方式(采用端子板或接插件)。（二）设计方法及步骤在接到设计任务书后，依原理设计和工艺设计两部分，1原理图设计的步骤（1）根据要求拟订设计任务。（2）根据拖动要求设计主电路。在绘制主电路时，可从以下几方面来考虑：每台电动机的控制方式应根据其容量及按动负载性质考虑其起动要求，的起动线路。对于一般小容量(7kw以下)起动负载不大时，可直接起动，对大容量电动机应考虑采用降压起动。根据运动要求决定转向控制。根据各台
8、电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护成过电流控制指施根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种制动方式。设置短路保护及其他必要的电气保护。考虑其他特殊要求；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，正确选择控制电路电压种类及大小。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(选择适当的基本单元控制线路)。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)。设置短路保护以及设计任务中要求助位置保护（如极限位、越位、相对位置等保护)、电压保护、电脑保护和各种物理量保护(温度、压力
9、、流量等)。根据施动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环量等控制。按需要设置应急操作。（4）根据照明、指示、报警等要求设计辅助电路。（5）总体检查、修改、补充与完善主要包括以下内釉校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾成遗漏。检查接触器、继电器、主令电器的触头使用是否合理，是否超过电器元件允许的数量。检查联锁要求能否实现。检查各种保护是否完善。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GB6988电气制图标准绘制电气原理线路图，并按GB5094电气技术中的项目代号
10、要求标注器件的项目代号，按GB488485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总接线图：根据电器元件的型号、外型尺寸、安装尺寸、绘制每一组件的元器件布置图(如电器安装扳、按制面板、电源、放大器等)。根据元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。绘制并修改工艺设计草图后，便可按机械、电气制图要求绘制工程图纸。最后依设计过程和设计结果编写设计说明书及使用说明书。以上简单介绍了原理设计与工艺设计的步骤，其中每一步的设计要求与具体内容可参阅方
11、承远主编的工厂电气控制技术一书中第八章的有关内容，各种图纸的设计过程和绘制要求也可以参考设计举例，这里不再重复。三、课程设计举例设计题目：电镀车间专用行车电气控制装置设计（一）设计任务书1专用设备基本情况介绍该设备是某厂电镀车间为提高工效、促进生产自动化和减轻劳动强度，而提出创造的一台专用伞自动起吊设备。采用远距离控制，起吊重且在500kg以下。起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种产品零件，根据工艺要求，专用行车的结构与动作流程如图1l所示。在电镀生产线一侧，工人将待加工零件装入吊篮，并发出信号，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
12、间预先按工艺调定)后自动提升，如此完成电镀工艺规定的每一道工序，直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。对于不同零件，其镀层要求和工艺过程是不相同的。为了节省场地，适应批量生产需要，提高设备利用率和发挥最大经济效益，该设备还要求电气控制系统能针对不同工艺流程(例如镀锌、镀铬、镀镍钮等)有程序预选和修改能力。设备机械结构与普通小型行车结构类似跨度较小，但要求准确停位，以便吊篮能准确进入电镀格内。工作时，除具有自动控制的大车移动(前/后)与吊物上/下运动外，还有调整吊篮位置的小车运动(左/右)。图1-1 电镀专用行车示意图生产线上镀槽的数量，由用户综合各种
13、电镀工艺的需要提出要求，电镀种类越多，则槽数也越多。为简化设计过程，本设计暂定5个电镀槽，停留时间由用户根据工艺要求进行整定。2拖动情况介绍专用行车的小车、大车及升降运动均采用三相交流异步电动机(JO2-12-4型0.8kw、1.99A、1410r/min、380V)分散拖动，并采用一级机械减速。3设计要求控制装置具有程序预选功能(按电镀工艺确定需要停留工位)，上、下装卸零件，整个电镀工艺应能自动进行。前后运动升降运动要求准确停位。前后、升降及左右运动之间有联锁作用。采用远距离控制，整机电源及各动作要有相应指示。应有极限位置保护和其他必要的电气保护措施。绘制电气原理图、选择电器元件、编制元件目
14、录表。绘制总接线图、电器板布置图与接线图、控制面板布置图与接线图等工艺图纸。编制设计使用说明书。（二）设计过程1总体方案选择说明行车的左右、前后及上下运动分别由电动机M1、M2、M3拖动，并通过正反转控制实现两个方向的移动。进退与升降运动停止时，采用能耗制动，以保证准确停位。平移中，升降电机M3采用电磁抱闸制动，以保证安全。位置控制指令信号，由固定于轨道一侧的限位开关发出，并用调节挡铁的方法，来保证吊篮与镀槽相对位置的准确性。制动时间与各槽停留时间，由延时继电器控制。采用串入或短接位置指令信号的方法，实现程序可调。M2、M3为自动控制连续运转，采用热继电器实现过载保护，左右移动为调整运动，短时
15、工作无过载保护。采用带指示灯控制按钮，以显示设备运动状态。主电路及控制电路采用熔断器实现短路保护。由限位开关实现三方向的位置保护。电气控制箱置于专门的操作室。电器板与控制板之间，以及电控箱与执行系统之间的连接，采用接线板进出线方式。2设计电气控制原理图（1）主电路设计由接触器KMl、KM2、KM3、KM4及KM5、KM6分别控制电动机M1、M2、M3的正反转。M2、M3由热继电器FR1、FR2实现过载保护。M2电动机为点动短时工作，故不设过载保护。由FU1实现短路保护，并由隔离开关QS作为电源控制。为保证准确定位，并考虑到进退与升降运动由同一型号电动机拖动，且不会同时工作（相互有联锁作用）。所以停车时，可采用同一个直流电源实现能耗制动。直流电源可采用低压交流电源经单相桥式整流得到。能耗制动回路中没有单独的短路保护，由FU2、FU4实现。考虑到升降运动吊有一定的重量，在行车平移中，需设置电磁铁抱闸制动控制。三相电磁铁YA与M3并联，当M3得电时，YA工作，松
