【正文】 機電專業(yè)課程設(shè)計指導書課程設(shè)計的目的、要求、任務(wù)及方法要完成好機電控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，除掌握必要的機電設(shè)計基礎(chǔ)知識外，還必須經(jīng)過反復實踐，深入生產(chǎn)現(xiàn)場，將不斷積累的經(jīng)驗應(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踐性教學環(huán)節(jié)，它是一項初步的工程訓練。通過課程設(shè)計，了解一般機電控制系統(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)計屬于練習性質(zhì)，不強調(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)備的機電控制裝置的設(shè)計實踐，了解一般機電控制系統(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)計也有助于復習、鞏固以往所學的知識，達到靈活應(yīng)用的目的。機電設(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)強調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設(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，如獨立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實際工程技術(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。教師的主導作用是引導其掌握完成設(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：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)定的標準，包括線條、圖型符號、項目代號、回路標號、技術(shù)要求、標題欄、元器件明細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)計線路進行試驗論證，考慮進一步改進的可能性。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，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、運動部件的動作順序、各動作要求和控制要求。3) 聯(lián)鎖、保護要求。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，要標注組件所有進出線編號、配線規(guī)格、進出線的連接方式（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 每臺電動機的控制方式，應(yīng)根據(jù)其容量及拖動負載性質(zhì)考慮其起動要求，選擇適當?shù)钠饎泳€路。對于容量?。ǎ?、起動負載不大的電動機，可采用直接起動；對于大容量電動機應(yīng)采用降壓起動。② 根據(jù)運動要求決定轉(zhuǎn)向控制。③ 根據(jù)每臺電動機的工作制，決定是否需要設(shè)置過載保護或過電流控制措施。④ 根據(jù)拖動負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)置短路保護及其他必要的電氣保護。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)每臺電動機的起動、運行、調(diào)速、制動及保護要求依次繪制各控制環(huán)節(jié)（基本單元控制線路）。③ 設(shè)置必要的聯(lián)鎖（包括同一臺電動機各動作之間以及各臺電動機之間的動作聯(lián)鎖）。④ 設(shè)置短路保護以及設(shè)計任務(wù)書中要求的位置保護（如極限位、越位、相對位置保護）、電壓保護、電流保護和各種物理量保護（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)鎖要求能否實現(xiàn)。④ 檢查各種保護能否實現(xiàn)。⑤ 檢查發(fā)生誤操作所引起的后果與防范措施。6) 進行必要的參數(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，按電氣制圖標準繪制電氣原理線路圖，按《電氣技術(shù)中的項目代號》要求標注器件的項目代號，按《絕緣導線的標記》的要求對線路進行統(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。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)實生活中校園生活區(qū)較為狹小的特點，力求達到設(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)試比較復雜，采用先進的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、羅茨風機、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。圖111 SBR廢水處理系統(tǒng)示意圖污水處理的第一階段：當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，當電動閥門自動關(guān)閉后，排空電磁閥開起，羅茨風機延時空載起動，然后排空電磁閥關(guān)閉，污水池開始曝氣。當曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次開起，羅茨風機空載停機，然后排空電磁閥延時關(guān)閉。曝氣風機在無負荷條件下起動和停止，能起到保護電動機和風機的作用。，PLC下達起動1清水泵指令，將沉淀后的水泵入到清水池。當清水池中的水位升至正常高水位時，1清水泵自動停止運行。這時2清水泵自動起動向中水箱泵水，當水箱內(nèi)達到正常高水位時，2清水泵自動停止運行，這時中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。如上所示，當中水箱內(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。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、羅茨風機、電動閥），均采用三相交流異步電動機，電動機和電磁閥（AC220V選配）選配防水防潮型。1清水泵：立式離心泵LS5010A，揚程10m，流量29m3/h，1kW。2清水泵：，揚程30m，流量16m3/h，3kW。曝氣羅茨風機：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時整定參數(shù)。3) 電動閥上驅(qū)動電動機為正、反轉(zhuǎn)雙向運行，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)備安全運行，考慮必要的保護措施，入如電動機過熱保護、控制系統(tǒng)短路保護等。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)控制對象電動機均由交流接觸器完成起、?？刂?，電動閥電動機要采用正、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。3) 電動閥上驅(qū)動電動機，其內(nèi)部設(shè)有過載保護開關(guān)，為常閉觸點，作為電動閥過載保護信號，PLC控制電路考慮該信號邏輯關(guān)系。4) 1清水泵、2清水泵、羅茨風機電動機、電動閥電動機分別采用熱繼電器實現(xiàn)過載保護，其熱繼電器的常開觸點通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為PLC的輸入信號，用以完成各個電動機系統(tǒng)的過載保護。5) 羅茨風機的控制要求在無負載條件下起動或停機，需要在曝氣管路上設(shè)置排空電磁閥。6) 主電路用斷路器，各負載回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔斷器，實現(xiàn)短路保護。7) 電控箱設(shè)置在控制室內(nèi)。控制面板與電控箱內(nèi)的電器板用BVR型銅導線連接，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。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曝氣風機M3；交流接觸器KMKM5控制電動閥電動機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MMMM4由熱繼電器FRFRFRFR4實現(xiàn)過載保護。電動閥電動機M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護開關(guān)，對閥門電動機M4實現(xiàn)雙重保護。3) QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護