【正文】 1 機(jī)電專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書 課程設(shè)計的目的、要求、任務(wù)及方法 要完成好 機(jī)電 控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，除掌握必要的 機(jī)電 設(shè)計基礎(chǔ)知識外，還必須經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，深入生產(chǎn)現(xiàn)場，將不斷積累的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到設(shè)計中來。課程設(shè)計正是為這一目的而安排的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，它是一項(xiàng)初步的工程訓(xùn)練。通過課程設(shè)計，了解一般 機(jī)電 控制系統(tǒng)的設(shè)計要求、設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方法。 機(jī)電 設(shè)計包含原理設(shè)計和工藝設(shè)計兩個方面，不能忽視任何一面，對于應(yīng)用型人才更應(yīng)重視工藝設(shè)計。課程設(shè)計屬于練習(xí)性質(zhì)，不強(qiáng)調(diào)設(shè)計結(jié)果直接用于生產(chǎn)。 一、設(shè)計目的 課程設(shè)計的主要目的是通過某一生產(chǎn) 設(shè)備的 機(jī)電 控制裝置的設(shè)計實(shí)踐，了解一般 機(jī)電 控制系統(tǒng)設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計方法。通過設(shè)計也有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往所學(xué)的知識，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。 機(jī)電 設(shè)計必須滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設(shè)計之前必須了解設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工作的整體觀念。 課程設(shè)計應(yīng)強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨(dú)立完成設(shè)計任務(wù)的同時，還要注意其他幾方面能力的培養(yǎng)與提高，如獨(dú)立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運(yùn)用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力；查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書 的能力；工程繪圖的能力；書寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。 二、設(shè)計要求 在課程設(shè)計中，學(xué)生是主體，應(yīng)充分發(fā)揮他們的主動性和創(chuàng)造性。教師的主導(dǎo)作用是引導(dǎo)其掌握完成設(shè)計內(nèi)容的方法。 為保證順利完成設(shè)計任務(wù)還應(yīng)做到以下幾點(diǎn)： 1) 在接受設(shè)計任務(wù)后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求和應(yīng)完成的設(shè)計內(nèi)容進(jìn)度計劃，確定各階段應(yīng)完成的工作量，妥善安排時間。 2) 在方案確定過程中應(yīng)主動提出問題，以取得指導(dǎo)數(shù)師的幫助，同時要廣泛討論，依據(jù)充分。在具體設(shè)計過程中要多思考，尤其是主要參數(shù)，要經(jīng)過計算論證。 3) 所有電氣圖樣的繪制必須符合國家 有關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，包括線條、圖型符號、項(xiàng)目代號、回路標(biāo)號、技術(shù)要求、標(biāo)題欄、元器件明細(xì)表以及圖樣的折疊和裝訂。 4) 說明書要求文字通順、簡練，字跡端正、整潔。 5) 應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)完成所有的設(shè)計任務(wù)。 6) 如果條件允許，應(yīng)對自己的設(shè)計線路進(jìn)行試驗(yàn)論證，考慮進(jìn)一步改進(jìn)的可能性。 2 三、設(shè)計任務(wù) 課程設(shè)計要求是以設(shè)計任務(wù)書的形式表達(dá)，設(shè)計任務(wù)書應(yīng)包括以下內(nèi)容： 1) 設(shè)備的名稱、用途、基本結(jié)構(gòu)、動作原理以及工藝過程的簡要介紹。 2) 拖動方式、運(yùn)動部件的動作順序、各動作要求和控制要求。 3) 聯(lián)鎖、保護(hù)要求。 4) 照明、指示、報警等輔助要求。 5) 應(yīng)繪制的圖樣。 6) 說明書要求。 原理設(shè)計的中心任務(wù)是繪制電氣原理圖和選用電器元件。工藝設(shè)計的目的是為了得到電氣設(shè)備制造過程中需要的施工圖樣。圖樣的類型、數(shù)量較多，設(shè)計中主要以電氣設(shè)備總體配置圖、電器板元器件布置圖、控制面板布置圖、接線圖、電氣箱以及主要加工零件（電器安裝底板、控制面板等）為練習(xí)對象。對于每位設(shè)計者只需完成其中一部分。原理圖及工藝圖樣均應(yīng)按要求繪制，元器件布置圖應(yīng)標(biāo)注總體尺寸、安裝尺寸和相對位置尺寸。接線圖的編號應(yīng)與原理圖一致，要標(biāo)注組件 所有進(jìn)出線編號、配線規(guī)格、進(jìn)出線的連接方式（采用端子板或接插板）。 四、設(shè)計方法 在接到設(shè)計任務(wù)書后，按原理設(shè)計和工藝設(shè)計兩方面進(jìn)行。 1．原理圖設(shè)計的步驟 1) 根據(jù)要求擬定設(shè)計任務(wù)。 2) 根據(jù)拖動要求設(shè)計主電路。在繪制主電路時，可考慮以下幾個方面： ① 每臺電動機(jī)的控制方式，應(yīng)根據(jù)其容量及拖動負(fù)載性質(zhì)考慮其起動要求，選擇適當(dāng)?shù)钠饎泳€路。對于容量?。? 以下）、起動負(fù)載不大的電動機(jī)，可采用直接起動；對于大容量電動機(jī)應(yīng)采用降壓起動。 ② 根據(jù)運(yùn)動要求決定轉(zhuǎn)向控制。 ③ 根據(jù)每臺電動機(jī)的工作制 ，決定是否需要設(shè)置過載保護(hù)或過電流控制措施。 ④ 根據(jù)拖動負(fù)載及工藝要求決定停車時是否需要制動控制，并決定采用何種控制方式。 ⑤ 設(shè)置短路保護(hù)及其他必要的電氣保護(hù)。 ⑥ 考慮其他特殊要求：調(diào)速要求、主電路參數(shù)測量、信號檢測等。 3) 根據(jù)主電路的控制要求設(shè)計控制回路，其設(shè)計方法是： ① 正確選擇控制電路電壓種類及大小。 ② 根據(jù)每臺電動機(jī)的起動、運(yùn)行、調(diào)速、制動及保護(hù)要求依次繪制各控制環(huán)節(jié)（基本單元控制 3 線路）。 ③ 設(shè)置必要的聯(lián)鎖（包括同一臺電動機(jī)各動作之間以及各臺電動機(jī)之間的動作聯(lián)鎖）。 ④ 設(shè)置短路保護(hù) 以及設(shè)計任務(wù)書中要求的位置保護(hù)（如極限位、越位、相對位置保護(hù)）、電壓保護(hù)、電流保護(hù)和各種物理量保護(hù)（溫度、壓力、流量等）。 ⑤ 根據(jù)拖動要求，設(shè)計特殊要求控制環(huán)節(jié)，如自動抬刀、變速與自動循環(huán)、工藝參數(shù)測量等控制。 ⑥ 按需要設(shè)置應(yīng)急操作。 4) 根據(jù)照明、指示、報警等要求沒計輔助電路。 5) 總體檢查、修改、補(bǔ)充及完善。主要內(nèi)容包括： ① 校核各種動作控制是否滿足要求，是否有矛盾或遺漏。 ② 檢查接觸器、繼電器、主令電器的觸點(diǎn)使用是否合理，是否超過電器元器件允許的數(shù)量。 ③ 檢查聯(lián)鎖要求能否實(shí)現(xiàn)。 ④ 檢查 各種保護(hù)能否實(shí)現(xiàn)。 ⑤ 檢查發(fā)生誤操作所引起的后果與防范措施。 6) 進(jìn)行必要的參數(shù)計算。 7) 正確、合理地選擇各電器元器件，按規(guī)定格式編制元件目錄表。 8) 根據(jù)完善后的設(shè)計草圖，按電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制電氣原理線路圖，按《電氣技術(shù)中的項(xiàng)目代號》要求標(biāo)注器件的項(xiàng)目代號，按《絕緣導(dǎo)線的標(biāo)記》的要求對線路進(jìn)行統(tǒng)一編號。 2．工藝設(shè)計步驟 1) 根據(jù)電氣設(shè)備的總體配置及電器元件的分布狀況和操作要求劃分電器組件，繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖和接線圖。 2) 根據(jù)電器元器件的型號、外形尺寸、安裝尺寸繪制每一組件的元件布置 圖（如電器安裝板、控制面板、電源、放大器等）。 3) 根據(jù)元器件布置圖及電氣原理編號繪制組件接線圖，統(tǒng)計組件進(jìn)出線的數(shù)量、編號以及各組件之間的連接方式。 4) 繪制并修改工藝設(shè)計草圖后，使可按機(jī)械、電氣制圖要求繪制工程圖。最后按設(shè)計過程和設(shè)計結(jié)果編寫設(shè)計說明書及使用說明書。 4 范例：小型 SBR 廢水處理 PLC 電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計 一、小型 SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書 1． SBR 廢水處理工藝的技術(shù)要求 SBR 廢水處理技術(shù)是一種高效廢水回用的處理技術(shù)，采用優(yōu)勢菌技術(shù)對校園生活污水進(jìn)行處理，經(jīng)過處理后的 中水可以用來澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達(dá)到節(jié)約水資源的目的。 SBR 廢水處理系統(tǒng)方案要充分考慮現(xiàn)實(shí)生活中校園生活區(qū)較為狹小的特點(diǎn)，力求達(dá)到設(shè)備體積小，性能穩(wěn)定，工程投資少的目的。廢水處理過程中環(huán)境溫度對菌群代謝產(chǎn)生的作用直接影響廢水處理效果，因此采用地埋式磚混結(jié)構(gòu)處理池以降低溫度對處理效果的影響。同時， SBR 廢水處理技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜，采用先進(jìn)的 PLC 控制技術(shù)可以提高 SBR廢水處理的效率，方便操作和使用。 SBR 廢水處理系統(tǒng)分別由污水處理池、清水池、中水水箱、電控 箱以及水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動閥門和電磁閥等部分組成，在污水處理池、清水池、中水水箱中分別設(shè)置液位開關(guān)，用以檢測水池與水箱中的水位。 SBR 廢水處理系統(tǒng)示意圖如圖 111 所示。 納入污水~排空電磁閥空氣風(fēng)機(jī)生物菌泥污水處理池水位電極1 清水泵清水池 水位電極2 清水泵 中水中水箱上水電磁閥水位電極電動閥 圖 111 SBR 廢水處理系統(tǒng)示意圖 污水處理的第一階段：當(dāng)污水池中的水位處于低水位或無水狀態(tài)時，電動閥會自動開起納入污水。當(dāng)污水池納入的污水至正常高水位時，電動閥自動關(guān)閉，污水池中污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。 污水處理的第二階段：采用能降解大分子污染物的曝氣法，可使污水脫色、除 臭、平衡菌群的pH 值并對污染物進(jìn)行高效除污，即好氧處理過程。整個好氧（曝氣）時間一般需要 6～ 8h。在曝氣管路上安裝了排空電磁閥，當(dāng)電動閥門自動關(guān)閉后，排空電磁閥開起，羅茨風(fēng)機(jī)延時空載起動，然后排空電磁閥關(guān)閉，污水池開始曝氣。當(dāng)曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次開起，羅茨風(fēng)機(jī)空載停機(jī)，然后排空電磁閥延時關(guān)閉。曝氣風(fēng)機(jī)在無負(fù)荷條件下起動和停止，能起到保護(hù)電動機(jī)和風(fēng)機(jī)的 5 作用。經(jīng)過 的水質(zhì)沉淀， PLC 下達(dá)起動 1清水泵指令，將沉淀后的水泵入到清水池。當(dāng)清水池中的水位升至正常高水位時， 1清水泵自動停止運(yùn)行。這時 2清水泵自動起動向中水箱泵水，當(dāng)水箱內(nèi)達(dá)到正常高水位時， 2清水泵自動停止運(yùn)行，這時中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。 如上所示，當(dāng)中水箱內(nèi)水位降至低水位時， 2清水泵又自動起動向中水箱泵水。當(dāng)污水池中的水位降至低水位時，電動閥門會自動打開繼續(xù)向污水池納入污水。如此循環(huán)往復(fù)。 SBR 廢水處理技術(shù)針對污水水質(zhì)不同選用生物菌群不同，工藝要求要求有所不同，電氣控制系統(tǒng)應(yīng)有參數(shù)可修正功能，以滿足廢水處理的要求。 2． SBR 廢水處理系統(tǒng)動力設(shè)備 SBR 廢水處理系統(tǒng)中所使用的動力設(shè)備（水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動閥），均采用三相交 流異步電動機(jī)，電動機(jī)和電磁閥（ AC220V 選配）選配防水防潮型。 1清水泵：立式離心泵 LS5010A，揚(yáng)程 10m，流量 29m3/h， 1kW。 2清水泵：立式離心泵 ，揚(yáng)程 30m，流量 16m3/h， 3kW。 曝氣羅茨風(fēng)機(jī)： TSA40， ， 。 電動閥：閥體 D97A1X510ZB125mm，電動裝置 LQ201， AC380V， 60W。 3． SBR 廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計要求 1) 控制裝置選用 PLC 作為系統(tǒng)的控制核心，根據(jù)工藝要求合理選配 PLC 機(jī)型和 I/O 接 口。 2) 可執(zhí)行手動 /自動兩種方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時整定參數(shù)。 3) 電動閥上驅(qū)動電動機(jī)為正、反轉(zhuǎn)雙向運(yùn)行，因此要在 PLC 控制回路加互鎖功能。 4) PLC 的接地應(yīng)按手冊中的要求設(shè)計，并在圖中表示或說明。 5) 為了設(shè)備安全運(yùn)行，考慮必要的保護(hù)措施，入如電動機(jī)過熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。 6) 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、 PLC 硬件電路，編制 PLC 的 I/O 接口功能表。 7) 選擇電器元件、編制元器件目錄表。 8) 繪制接線圖、電控柜布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖等。 9) 采用梯形圖或指令表編制 PLC 控制程序。 二、 SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計過程 1．總體方案說明 1) SBR 廢水處理系統(tǒng)控制對象電動機(jī)均由交流接觸器完成起、?？刂?，電動閥電動機(jī)要采用正、反轉(zhuǎn)控制。 2) 污水池、清水池、中水水箱水位檢測開關(guān)，在選型時考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。 6 3) 電動閥上驅(qū)動電動機(jī)，其內(nèi)部設(shè)有過載保護(hù)開關(guān)，為常閉觸點(diǎn)，作為電動閥過載保護(hù)信號，PLC 控制電路考慮該信號邏輯關(guān)系。 4) 1清水泵、 2清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)電動機(jī)、電動閥電動機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，其熱繼電器的常開觸點(diǎn)通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為 PLC 的輸入信號，用以完成各個電動機(jī)系統(tǒng)的過載保護(hù)。 5) 羅茨風(fēng)機(jī)的控制要求在無負(fù)載條件下起動或停機(jī)，需要在曝氣管路上設(shè)置排空電磁閥。 6) 主電路用斷路器，各負(fù)載回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔斷器，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。 7) 電控箱設(shè)置在控制室內(nèi)?？刂泼姘迮c電控箱內(nèi)的電器板用 BVR 型銅導(dǎo)線連接，電控箱與執(zhí)行裝置之間采用端子板連接。 8) PLC 選用繼電器輸出型。 9) PLC 自身配有 24V 直流電源，外接負(fù)載時考慮其供電容量。 PLC 接地端采用第三種接地方式，提 高抗干擾能力。 2． SBR 廢水處理電氣控制原理圖設(shè)計 (1) 主電路設(shè)計 SBR 廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖 112 所示。 M1 M2SKM1KM2FU 1 M3TKM3RNN L5 L6FR1 FR2 FR31 泵（污水） 2 ＃泵（清水） 風(fēng)機(jī)M4FR4KM4KM5FU 4FU 3FU 2~ ~ ~ ~ 閥門電動機(jī)FU5FU63333QF 圖 112 SBR 廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路 1) 主回路中交流接觸器 KM KM KM3 分別控制 1清水泵 M 2清水泵 M曝氣風(fēng)機(jī)M3；交流接觸器 KM KM5 控制電動閥電動機(jī) M4，通過正、反轉(zhuǎn)完成開起閥門和關(guān)閉閥門的功能。 2) 電動機(jī) M M M M4 由熱繼電器 FR FR FR FR4 實(shí)現(xiàn)過載 保護(hù)。電動閥電動機(jī) M4 控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān)，對閥門電動機(jī) M4 實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。 7 3) QF 為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔?，使用和維修方便。 4) 熔斷器 FU FU FU FU4 分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。 FU FU6 分別完成交流控制回路和 PLC 控制回路的短路保護(hù)。 (2) 交流控制電路設(shè)計 SBR 廢水處理系統(tǒng)交流