【正文】 機(jī)電專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)課程設(shè)計(jì)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(jì)任務(wù)，除掌握必要的機(jī)電設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)外，還必須經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐，深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，將不斷積累的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到設(shè)計(jì)中來(lái)。課程設(shè)計(jì)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(guò)課程設(shè)計(jì)，了解一般機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法。機(jī)電設(shè)計(jì)包含原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，不能忽視任何一面，對(duì)于應(yīng)用型人才更應(yīng)重視工藝設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)屬于練習(xí)性質(zhì)，不強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)結(jié)果直接用于生產(chǎn)。一、設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)的主要目的是通過(guò)某一生產(chǎn)設(shè)備的機(jī)電控制裝置的設(shè)計(jì)實(shí)踐，了解一般機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計(jì)方法。通過(guò)設(shè)計(jì)也有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往所學(xué)的知識(shí)，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。機(jī)電設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設(shè)計(jì)之前必須了解設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過(guò)程，在此過(guò)程中培養(yǎng)從事設(shè)計(jì)工作的整體觀念。課程設(shè)計(jì)應(yīng)強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)的同時(shí)，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(zhuān)業(yè)及基礎(chǔ)知識(shí)的能力，解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力；查閱圖書(shū)資料、產(chǎn)品手冊(cè)和各種工具書(shū)的能力；工程繪圖的能力；書(shū)寫(xiě)技術(shù)報(bào)告和編制技術(shù)資料的能力。二、設(shè)計(jì)要求在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生是主體，應(yīng)充分發(fā)揮他們的主動(dòng)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(jì)內(nèi)容的方法。為保證順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)還應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：1) 在接受設(shè)計(jì)任務(wù)后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和應(yīng)完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)度計(jì)劃，確定各階段應(yīng)完成的工作量，妥善安排時(shí)間。2) 在方案確定過(guò)程中應(yīng)主動(dòng)提出問(wèn)題，以取得指導(dǎo)數(shù)師的幫助，同時(shí)要廣泛討論，依據(jù)充分。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中要多思考，尤其是主要參數(shù)，要經(jīng)過(guò)計(jì)算論證。3) 所有電氣圖樣的繪制必須符合國(guó)家有關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，包括線(xiàn)條、圖型符號(hào)、項(xiàng)目代號(hào)、回路標(biāo)號(hào)、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(shuō)明書(shū)要求文字通順、簡(jiǎn)練，字跡端正、整潔。5) 應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成所有的設(shè)計(jì)任務(wù)。6) 如果條件允許，應(yīng)對(duì)自己的設(shè)計(jì)線(xiàn)路進(jìn)行試驗(yàn)論證，考慮進(jìn)一步改進(jìn)的可能性。三、設(shè)計(jì)任務(wù)課程設(shè)計(jì)要求是以設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的形式表達(dá)，設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)應(yīng)包括以下內(nèi)容：1) 設(shè)備的名稱(chēng)、用途、基本結(jié)構(gòu)、動(dòng)作原理以及工藝過(guò)程的簡(jiǎn)要介紹。2) 拖動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作順序、各動(dòng)作要求和控制要求。3) 聯(lián)鎖、保護(hù)要求。4) 照明、指示、報(bào)警等輔助要求。5) 應(yīng)繪制的圖樣。6) 說(shuō)明書(shū)要求。 原理設(shè)計(jì)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(jì)的目的是為了得到電氣設(shè)備制造過(guò)程中需要的施工圖樣。圖樣的類(lèi)型、數(shù)量較多，設(shè)計(jì)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(xiàn)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(duì)象。對(duì)于每位設(shè)計(jì)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(duì)位置尺寸。接線(xiàn)圖的編號(hào)應(yīng)與原理圖一致，要標(biāo)注組件所有進(jìn)出線(xiàn)編號(hào)、配線(xiàn)規(guī)格、進(jìn)出線(xiàn)的連接方式（采用端子板或接插板）。四、設(shè)計(jì)方法 在接到設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)后，按原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行。1．原理圖設(shè)計(jì)的步驟1) 根據(jù)要求擬定設(shè)計(jì)任務(wù)。2) 根據(jù)拖動(dòng)要求設(shè)計(jì)主電路。在繪制主電路時(shí)，可考慮以下幾個(gè)方面：① 每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制方式，應(yīng)根據(jù)其容量及拖動(dòng)負(fù)載性質(zhì)考慮其起動(dòng)要求，選擇適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)線(xiàn)路。對(duì)于容量?。ǎ?、起動(dòng)負(fù)載不大的電動(dòng)機(jī)，可采用直接起動(dòng)；對(duì)于大容量電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用降壓起動(dòng)。② 根據(jù)運(yùn)動(dòng)要求決定轉(zhuǎn)向控制。③ 根據(jù)每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的工作制，決定是否需要設(shè)置過(guò)載保護(hù)或過(guò)電流控制措施。④ 根據(jù)拖動(dòng)負(fù)載及工藝要求決定停車(chē)時(shí)是否需要制動(dòng)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(cè)量、信號(hào)檢測(cè)等。3) 根據(jù)主電路的控制要求設(shè)計(jì)控制回路，其設(shè)計(jì)方法是：① 正確選擇控制電路電壓種類(lèi)及大小。② 根據(jù)每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速、制動(dòng)及保護(hù)要求依次繪制各控制環(huán)節(jié)（基本單元控制線(xiàn)路）。③ 設(shè)置必要的聯(lián)鎖（包括同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)各動(dòng)作之間以及各臺(tái)電動(dòng)機(jī)之間的動(dòng)作聯(lián)鎖）。④ 設(shè)置短路保護(hù)以及設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中要求的位置保護(hù)（如極限位、越位、相對(duì)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(dòng)要求，設(shè)計(jì)特殊要求控制環(huán)節(jié)，如自動(dòng)抬刀、變速與自動(dòng)循環(huán)、工藝參數(shù)測(cè)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(bào)警等要求沒(méi)計(jì)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(dòng)作控制是否滿(mǎn)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(guò)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(jì)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(jì)草圖，按電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制電氣原理線(xiàn)路圖，按《電氣技術(shù)中的項(xiàng)目代號(hào)》要求標(biāo)注器件的項(xiàng)目代號(hào)，按《絕緣導(dǎo)線(xiàn)的標(biāo)記》的要求對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)。2．工藝設(shè)計(jì)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(xiàn)圖。2) 根據(jù)電器元器件的型號(hào)、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(hào)繪制組件接線(xiàn)圖，統(tǒng)計(jì)組件進(jìn)出線(xiàn)的數(shù)量、編號(hào)以及各組件之間的連接方式。4) 繪制并修改工藝設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)結(jié)果編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及使用說(shuō)明書(shū)。范例：小型SBR廢水處理PLC電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)一、小型SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)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(shì)菌技術(shù)對(duì)校園生活污水進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)處理后的中水可以用來(lái)澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車(chē)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(guò)程中環(huán)境溫度對(duì)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(duì)處理效果的影響。同時(shí)，SBR廢水處理技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計(jì)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(dòng)閥門(mén)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(kāi)關(guān)，用以檢測(cè)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。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(wú)水狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)閥會(huì)自動(dòng)開(kāi)起納入污水。當(dāng)污水池納入的污水至正常高水位時(shí)，電動(dòng)閥自動(dòng)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(duì)污染物進(jìn)行高效除污，即好氧處理過(guò)程。整個(gè)好氧（曝氣）時(shí)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(dòng)閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉后，排空電磁閥開(kāi)起，羅茨風(fēng)機(jī)延時(shí)空載起動(dòng)，然后排空電磁閥關(guān)閉，污水池開(kāi)始曝氣。當(dāng)曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次開(kāi)起，羅茨風(fēng)機(jī)空載停機(jī)，然后排空電磁閥延時(shí)關(guān)閉。曝氣風(fēng)機(jī)在無(wú)負(fù)荷條件下起動(dòng)和停止，能起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的作用。，PLC下達(dá)起動(dòng)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(shí)，1清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行。這時(shí)2清水泵自動(dòng)起動(dòng)向中水箱泵水，當(dāng)水箱內(nèi)達(dá)到正常高水位時(shí)，2清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行，這時(shí)中水箱內(nèi)的水全部完成處理過(guò)程。如上所示，當(dāng)中水箱內(nèi)水位降至低水位時(shí)，2清水泵又自動(dòng)起動(dòng)向中水箱泵水。當(dāng)污水池中的水位降至低水位時(shí)，電動(dòng)閥門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)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(duì)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(mǎn)足廢水處理的要求。2．SBR廢水處理系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備SBR廢水處理系統(tǒng)中所使用的動(dòng)力設(shè)備（水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥），均采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)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：，揚(yáng)程30m，流量16m3/h，3kW。曝氣羅茨風(fēng)機(jī)：TSA40。電動(dòng)閥：閥體D97A1X510ZB125mm，電動(dòng)裝置LQ201，AC380V，60W。3．SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)/自動(dòng)兩種方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時(shí)整定參數(shù)。3) 電動(dòng)閥上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)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(cè)中的要求設(shè)計(jì)，并在圖中表示或說(shuō)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(dòng)機(jī)過(guò)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(xiàn)圖、電控柜布置圖和配線(xiàn)圖、控制面板布置圖和配線(xiàn)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(jì)過(guò)程1．總體方案說(shuō)明1) SBR廢水處理系統(tǒng)控制對(duì)象電動(dòng)機(jī)均由交流接觸器完成起、?？刂?，電動(dòng)閥電動(dòng)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(cè)開(kāi)關(guān)，在選型時(shí)考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。3) 電動(dòng)閥上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其內(nèi)部設(shè)有過(guò)載保護(hù)開(kāi)關(guān)，為常閉觸點(diǎn)，作為電動(dòng)閥過(guò)載保護(hù)信號(hào)，PLC控制電路考慮該信號(hào)邏輯關(guān)系。4) 1清水泵、2清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，其熱繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)通過(guò)中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為PLC的輸入信號(hào)，用以完成各個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)。5) 羅茨風(fēng)機(jī)的控制要求在無(wú)負(fù)載條件下起動(dòng)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(xiàn)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(shí)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(jì)(1) 主電路設(shè)計(jì) SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖112所示。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KMKMKM3分別控制1清水泵M2清水泵M曝氣風(fēng)機(jī)M3；交流接觸器KMKM5控制電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)M4，通過(guò)正、反轉(zhuǎn)完成開(kāi)起閥門(mén)和關(guān)閉閥門(mén)的功能。2) 電動(dòng)機(jī)MMMM4由熱繼電器FRFRFRFR4實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開(kāi)關(guān)，對(duì)閥門(mén)電動(dòng)機(jī)M4實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。3) QF為電源總開(kāi)關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)