機電傳動控制課程設計指導書(2010春-新格式)

第一部分課程設計要求、設計方法及參考選題要能勝任電氣控制系統(tǒng)的設計工作，按要求完成好設計任務，僅僅掌握電氣設計的基礎知識是不夠的，必須經(jīng)過反復實踐，深入生產(chǎn)現(xiàn)場，不斷積累經(jīng)驗．課程設計正是為這一目的而安排的一個實踐性教學環(huán)節(jié)，它是一項初步的工程訓練。通過集中1～2周時間的設計工作，了解一般電氣控制系統(tǒng)的設計要求、設計內(nèi)容和設計方法．課程設計題目不要太大，盡可能取自生產(chǎn)中實用的電氣控制裝置。本指導書主要討論課程設計應達到的目的、要求、設計內(nèi)容、深度及應完成的工作量。并通過實例介紹，進一步說明課程設計的設計步驟。本指導書還收集了較多的設計參考題，可作為課程設計練習題，直接供設計者自由選取。命題結合生產(chǎn)需要，具有真實感。設計中應嚴格要求，力求做到圖紙資料規(guī)范化。電氣設計包含原理設計與工藝設計兩個方面不能忽視任何一面，在高等院校教學中尤其要重視工藝設計。由于初次從事設計工作，工藝設計要求不能過高，不能面面俱到。設計工作量，說明書等要求與畢業(yè)設計應有較大的區(qū)別，電氣控制課程設計屬于練習性質(zhì)，不強調(diào)設計結果直接用于生產(chǎn)，各人的工藝設計只要求完成其中一部分內(nèi)容。課程設計原則上應做到一人一題和自由選題．在幾個人共選一個課題的情況下各人的設計要求及工藝設計內(nèi)容，繪圖種類，應有所區(qū)別。要強調(diào)獨立完成，以學生自身的獨立工作為主，教師指導幫助為輔。在設計過程中，適當組織針對性參觀，并配以多種形式有助于開拓設計思路的講座。一、課程設計的目的和要求課程設計主要目的，是通過某一生產(chǎn)設備的電氣控制系統(tǒng)的設計實踐，了解一般電氣控制設計過程、設計要求、應完成的工作內(nèi)容和具體設計方法。通過設計也有助于復習、鞏固以往學習的內(nèi)容，達到靈活應用的目的。電氣設計必須滿足生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝要求，因此，設計之前必須了解設備的用途、結構、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設計工作的整體現(xiàn)念。課程設計應強調(diào)以能力培養(yǎng)為主，月提高，主要包括以下幾方面：①獨立工作能力和創(chuàng)造力。②綜合運用專業(yè)及基礎知識，解決實際工程技術問題的能力．③查閱圖書資科、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力．④工程繪圖能力．⑤寫技術報告和編制技術資料的能力。在課程設計數(shù)學中，應以學生為主體，充分發(fā)揮自己的自主性和創(chuàng)造精神。作用主要是體現(xiàn)在工作方法、思維方法的引導。為保證順利完成設計任務，提出如下要求：①在接受設計任務并選定課題后，應根據(jù)設計要求和應完成的設計內(nèi)容，查閱圖書和制定工作進度計劃，確定各階段應完成的工作，妥善安排時間。②在方案確定過程中(是最重要一環(huán))應主動提出問題，以取得指導教師的幫助，階段提倡廣泛討論，做到思路開闊，依據(jù)充分。在具體設計過程小，要求多想、少問，參數(shù)的確定，要經(jīng)過計算論證。③所有電氣圖紙的繪制必須符合國家有關標準的規(guī)定，包括線條、圖形符號、項目代號、回路標號、技術要求、標題欄、圖例：明細表以至圖紙的折疊和裝訂。④說明書要求文字通順、簡練、字跡端正、整潔。⑤應在規(guī)定時間內(nèi)完成所有的設計任務。⑥條件允許情況下，對自己的設計線路進行試驗論證，考慮進一步改進的可能．二、課程設計任務、工作量與設計方法（一）設計任務書課程設計要求是以設計任務書形式表達，由設計者自己擬訂。設計任務書應包含以下內(nèi)容：①設備的名稱、用途、基本構造、動作原理以及工藝過程的簡單介紹。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應繪制的圖紙。⑥說明書要求。原理設計的中心任務是繪制電氣原理圖和選用電器元件。工藝設計目的是為了得到電氣設備制造過程中需要的施工圖紙，其類型數(shù)量很多，設計中主要以電氣設備總體配置圖、電器板元件布置圖、接線圖、控制面板布置因、接線固、電氣箱以及主要加工零件如電器安裝底板、控制表板等為練習對象。對于每位設計者來說只要求完成其中一部分。原理圖及工藝圖紙均應按要求繪制，元件布置圖應標注總體尺寸、安裝尺寸和相對位置尺寸。接線圖的編號應與原理圖一致，要標明組件所有進出線編號、配線規(guī)格、進出線的接線方式(采用端子板或接插件)。（二）設計方法及步驟在接到設計任務書后，依原理設計和工藝設計兩部分，1．原理圖設計的步驟（1）根據(jù)要求擬訂設計任務。（2）根據(jù)拖動要求設計主電路。在繪制主電路時，可從以下幾方面來考慮：①每臺電動機的控制方式應根據(jù)其容量及按動負載性質(zhì)考慮其起動要求，的起動線路。對于一般小容量(7kw以下)起動負載不大時，可直接起動，對大容量電動機應考慮采用降壓起動。②根據(jù)運動要求決定轉向控制。③根據(jù)各臺電動機的工作制，決定是否需要設置過載保護成過電流控制指施．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，并決定采用何種制動方式。⑤設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計控制回路，其設計方法是，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)(選擇適當?shù)幕締卧刂凭€路)。③設置必要的聯(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設置短路保護以及設計任務中要求助位置保護（如極限位、越位、相對位置等保護)、電壓保護、電腦保護和各種物理量保護(溫度、壓力、流量等)。⑤根據(jù)施動要求，設計特殊要求控制環(huán)節(jié)，如自動抬刀、變速與自動循環(huán)量等控制。⑥按需要設置應急操作。（4）根據(jù)照明、指示、報警等要求設計輔助電路。（5）總體檢查、修改、補充與完善．主要包括以下內(nèi)釉①校核各種動作控制是否滿足要求，是否有矛盾成遺漏。②檢查接觸器、繼電器、主令電器的觸頭使用是否合理，是否超過電器元件允許的數(shù)量。③檢查聯(lián)鎖要求能否實現(xiàn)。④檢查各種保護是否完善。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件，按規(guī)定格式編制元件目錄表。（8）根據(jù)完善后的設計草圖，按GB6988《電氣制圖》標準繪制電氣原理線路圖，并按GB5094《電氣技術中的項目代號》要求標注器件的項目代號，按GB4884—85《絕緣導線的標記》的要求對線路進行統(tǒng)一編號。2．工藝設計步驟①根據(jù)電氣設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)的總裝配圖和總接線圖：②根據(jù)電器元件的型號、外型尺寸、安裝尺寸、繪制每一組件的元器件布置圖(如電器安裝扳、按制面板、電源、放大器等)。③根據(jù)元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繪制并修改工藝設計草圖后，便可按機械、電氣制圖要求繪制工程圖紙。最后依設計過程和設計結果編寫設計說明書及使用說明書。以上簡單介紹了原理設計與工藝設計的步驟，其中每一步的設計要求與具體內(nèi)容可參閱方承遠主編的《工廠電氣控制技術》一書中第八章的有關內(nèi)容，各種圖紙的設計過程和繪制要求也可以參考設計舉例，這里不再重復。三、課程設計舉例設計題目：電鍍車間專用行車電氣控制裝置設計（一）設計任務書1．專用設備基本情況介紹該設備是某廠電鍍車間為提高工效、促進生產(chǎn)自動化和減輕勞動強度，而提出創(chuàng)造的一臺專用傘自動起吊設備。采用遠距離控制，起吊重且在500kg以下。起吊物品是待進行電鍍及表面處理的各種產(chǎn)品零件，根據(jù)工藝要求，專用行車的結構與動作流程如圖1—l所示。在電鍍生產(chǎn)線一側，工人將待加工零件裝入吊籃，并發(fā)出信號，專用行車便提升并自動逐段前進。按工藝要求在需要停留的槽位停止，并自動下降，停留一定時間(各槽停留時間預先按工藝調(diào)定)后自動提升，如此完成電鍍工藝規(guī)定的每一道工序，直至生產(chǎn)線的末端自動返回原位，卸下處理好的零件，重新裝料發(fā)出信號進入下一加工循環(huán)。對于不同零件，其鍍層要求和工藝過程是不相同的。為了節(jié)省場地，適應批量生產(chǎn)需要，提高設備利用率和發(fā)揮最大經(jīng)濟效益，該設備還要求電氣控制系統(tǒng)能針對不同工藝流程(例如鍍鋅、鍍鉻、鍍鎳鈕等)有程序預選和修改能力。設備機械結構與普通小型行車結構類似跨度較小，但要求準確停位，以便吊籃能準確進入電鍍格內(nèi)。工作時，除具有自動控制的大車移動(前/后)與吊物上/下運動外，還有調(diào)整吊籃位置的小車運動(左/右)。

圖1-1電鍍專用行車示意圖生產(chǎn)線上鍍槽的數(shù)量，由用戶綜合各種電鍍工藝的需要提出要求，電鍍種類越多，則槽數(shù)也越多。為簡化設計過程，本設計暫定5個電鍍槽，停留時間由用戶根據(jù)工藝要求進行整定。2．拖動情況介紹專用行車的小車、大車及升降運動均采用三相交流異步電動機(JO2-12-4型0.8kw、1.99A、1410r/min、380V)分散拖動，并采用一級機械減速。3．設計要求①控制裝置具有程序預選功能(按電鍍工藝確定需要停留工位)，上、下裝卸零件，整個電鍍工藝應能自動進行。②前后運動升降運動要求準確停位。前后、升降及左右運動之間有聯(lián)鎖作用。③采用遠距離控制，整機電源及各動作要有相應指示。④應有極限位置保護和其他必要的電氣保護措施。⑤繪制電氣原理圖、選擇電器元件、編制元件目錄表。⑥繪制總接線圖、電器板布置圖與接線圖、控制面板布置圖與接線圖等工藝圖紙。⑦編制設計使用說明書。（二）設計過程1．總體方案選擇說明①行車的左右、前后及上下運動分別由電動機M1、M2、M3拖動，并通過正反轉控制實現(xiàn)兩個方向的移動。②進退與升降運動停止時，采用能耗制動，以保證準確停位。平移中，升降電機M3采用電磁抱閘制動，以保證安全。③位置控制指令信號，由固定于軌道一側的限位開關發(fā)出，并用調(diào)節(jié)擋鐵的方法，來保證吊籃與鍍槽相對位置的準確性。④制動時間與各槽停留時間，由延時繼電器控制。⑤采用串入或短接位置指令信號的方法，實現(xiàn)程序可調(diào)。⑥M2、M3為自動控制連續(xù)運轉，采用熱繼電器實現(xiàn)過載保護，左右移動為調(diào)整運動，短時工作無過載保護。⑦采用帶指示燈控制按鈕，以顯示設備運動狀態(tài)。⑧主電路及控制電路采用熔斷器實現(xiàn)短路保護。由限位開關實現(xiàn)三方向的位置保護。⑨電氣控制箱置于專門的操作室。電器板與控制板之間，以及電控箱與執(zhí)行系統(tǒng)之間的連接，采用接線板進出線方式。2．設計電氣控制原理圖（1）主電路設計①由接觸器KMl、KM2、KM3、KM4及KM5、KM6分別控制電動機M1、M2、M3的正反轉。②M2、M3由熱繼電器FR1、FR2實現(xiàn)過載保護。M2電動機為點動短時工作，故不設過載保護。③由FU1實現(xiàn)短路保護，并由隔離開關QS作為電源控制。④為保證準確定位，并考慮到進退與升降運動由同一型號電動機拖動，且不會同時工作（相互有聯(lián)鎖作用）。所以停車時，可采用同一個直流電源實現(xiàn)能耗制動。直流電源可采用低壓交流電源經(jīng)單相橋式整流得到。能耗制動回路中沒有單獨的短路保護，由FU2、FU4實現(xiàn)。⑤考慮到升降運動吊有一定的重量，在行車平移中，需設置電磁鐵抱閘制動控制。三相電磁鐵YA與M3并聯(lián)，當M3得電時，YA工作，松開剎車允許升降運動。M3失電時，YA釋放，抱閘剎車，使吊籃穩(wěn)定停留在空中，能安全地前后平移。根據(jù)以上設計原則便可繪制出如圖1-2所示的主要電路。（2）控制電路設計①吊籃的左右移動，由KM1、KM2控制M1的正反轉實現(xiàn)。M1正轉左移，反轉右移，采用點動控制，兩地操作(控制操作臺或現(xiàn)場操作)．在吊籃進退與升降運動中，不允許左右移動，故串聯(lián)KAl～KA4常閉觸頭，以實現(xiàn)聯(lián)鎖。左右極限位保護，由固定于左右兩端的限位開關SQ6、SQ7實現(xiàn)。②根據(jù)電鍍工藝要求，行車前進運動與升降運動為自動控制，其控制過程是：按下SB11(圖1—3)，KM3及KAl吸合，行車前進，當運行至需要停留的檔位，例如至1槽清洗，由運動擋鐵壓下固定于道軌一側的行程開關SQ1．SQ1常閉觸點串在M2控制回路中。使KM3、KAI失電，M2停止旋轉，同時由KAl常閉及SQl常開觸點接通前進制動回路，KM7、KT1得電，使M2制動行車準確停在l槽。圖1-2電鍍專用行車控制線路的主電路制動時間由KTl調(diào)定，停留時間由KT4調(diào)定。若工藝要求1檔無需停留，則可扳動開關SAl，使其常開觸點閉合，常閉觸點打開，則行車繼續(xù)前進。在M2制動的同時，由KM7常開觸頭接通KM6與KA4，使M3正轉，吊籃下降，至下極限位．限位開關SQl1受壓，使KM6失電。同時SQll常開觸頭接通下降制動回路，而使其迅速停車。零件在槽內(nèi)停留時間由時間繼電器KT4自動控制，由KT4延時閉合觸點接通KM5、KA3，使M3反轉，吊籃上升。到上極限位壓下限開關SQl0，使M3停轉。同時SQl0常開觸頭接通上升制動回路，位KM8和KT2得電，在制動的同時，由KM8常開觸頭接通行車前進控制回路。如此循環(huán)，直至按工藝要求完成零件的電鍍過程，行車到達終點，壓SQ8自動停止前進，同時內(nèi)SQ8常開觸點接通KM4、KA2使行車自動回到原位。進退與升降之間，由KAl、KA2及KA3、KA4常閉觸頭串于對方控制回路，實現(xiàn)聯(lián)鎖。過載保護出FR1、FR2常閉觸頭串在M2、M3各自的控制回路中實現(xiàn)。③根據(jù)控制要求，KM3～KM6的副觸頭數(shù)量不夠，因而采用并聯(lián)KAL～KA4中間繼電器辦法來解決.④因設備調(diào)整需要，進退及升降控制應有連續(xù)運轉控制，也有點動控制。⑤由FU5對控制電路進行短路保護。⑥為節(jié)省控制變壓器，控制電壓直接采用電網(wǎng)電壓。根據(jù)以上要求便可設計出如圖1-3所示的控制電路。（3）輔助電路設計根據(jù)設計要求，設計出圖1-4所示的輔助電路。合上QS、HL0指示燈亮，表示控制系統(tǒng)已通電。圖1-3電鍍專用行車控制線路圖1-3電鍍專用行車控制線路生產(chǎn)過程中由燈HL7～HL10(在SQl1～SQ14中)顯示行車的進遲、升降運行狀態(tài)。并由燈HLl～HL5顯示行車的停留位置。（4）按設計要求檢查各動作程序，各種保護，聯(lián)鎖等，全部符合要求后，即可繪制電氣控制總原理圖。（5）主要參數(shù)計算①FU2熔體額定電流選用IEN＝6A，其余熔體額定電流選用2A。①能耗制動參數(shù)計算制動電流ID=1.5IN＝3A直流電壓UD=IDR＝30V(式中R為定于兩廂電阻約為10Ω，實測或查有關手冊。)整流變壓器三次側交流電流I2＝3A/0.9＝3.33A圖1-4輔助電路U2=30V/0.9圖1-4輔助電路整流變壓器容量S=I2U2＝100VA與顯示、照明共同選用BK-100變壓器220/36V-6.3V（6）選擇電器元件，編制原理圖的元件目錄明細表(在標題攔上方)3．設計工藝圖紙按設計要求設計電氣裝置總體配量圖制面板電器布置圖及接線圖。設計步驟：總接線圖、電器板電器元件布置圖、①首先要根據(jù)控制要求和電氣設備的結構，確定電器元件的總體配置情況以及電器板與控制面板上應安裝的電器元件。在本設計中，電器箱外部，分布于生產(chǎn)線上的電器元件有電動機、制動電磁鐵、限位開關等。電路板上應安裝的電器元件有熔斷器、接觸器、中間斷電器熱斷電器、變壓器、整流堆等。選擇開關、指示燈等。②分別對原理線路圖的主電路及控制電路進行編號。③根據(jù)電器元件的分布與原理圖編號，繪制電氣設備的安裝接線圖，如圖1-5所示。圖中應標明各電氣部分的聯(lián)接線號及聯(lián)接方式、安裝走線方式、導線及安裝要求等。④根據(jù)操作方便、美觀、均勻、對稱等原則，繪制電器元件布置圖，如圖1-6、圖1-10所示。進出線采用接線端子板過橋。表1-1元器件目錄表22212019FU3熔斷器1BHC型熔總2A18HL0～HL5指示燈6XD16.3V，0.05A17SA1～SA5組合開關5HZ10-10/13型16SQ6～SQ11限位開關6JZXK1-41115SQ1～SQ5行程開關5LXK2-13114KT4～KT8時間繼電器5JS11-5，～380V13KT1～KT3時間繼電器3JS7-2A，～380V12KA1～KA4中間繼電器4JZ7-44，～380V11KM1～KM9接觸器6CJ10-1010A/380V10SB11～SB14起動按鈕4LA19-11D綠色指示燈6.3V9SB9～SB10停止按鈕2LA19-11D紅色指示燈6.3V8SB1～SB8點動按鈕8LA19-117QS電源開關1HZ10-10/36TC變壓器1BK-1005VC整流器1QL5A，100V4FU1，F(xiàn)U2，F(xiàn)U4，F(xiàn)U5熔斷器4RL1-153YA三相制動電磁鐵1JC2～380V2FR1，F(xiàn)R2熱繼電器2JR10-10/3熱元件15-21A1M1～M3電動機3JO-12-4序號代號名稱數(shù)量規(guī)格型號備注圖1-5總接線圖圖1-5總接線圖

圖1-6電器板元件排列圖⑤根據(jù)電器元件布置圖及電器元件的外形尺寸、安裝尺寸(由產(chǎn)品手冊給出)，繪制電器板(膠木板或鍍鋅鐵板)、控制面板(有機玻璃板或鋁板)、墊板(保證一定強度，一般采用膠木板或鍍鋅鐵板)等零件加工圖紙。圖中應標明外形尺寸、安裝孔及定位尺寸與公差、板的材料與厚度以及加工技術要求。本設備中，電器板、控制面板及墊板圖如圖1-8、圖1-9所示。⑥根據(jù)電器安裝板及控制面板尺寸設計電器箱外形草圖，電氣箱加工圖。至此，初步完成本課題要求的原理設計及工藝設計任務4．編制設計說明書，使用說明及設計小結（1）根據(jù)原理設計過程，編寫設計說明書，其中包括以下內(nèi)容①總體方案的選擇說明。②原理線路設計說明(各控制要求如何實現(xiàn))。③主要參數(shù)計算及主要電器元件選擇說明，編制元件明細表。④附上控制原理圖及規(guī)定完成的工藝圖紙。圖1-7電器板接線圖（2）根據(jù)原理圖及控制要求編寫設備說明書，應包括以下主要內(nèi)容：①本設備的用途、特點。②工作原理簡單說明。③使用與維護注意事項。

圖1