電氣控制設計論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇電氣控制設計論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2控制電路的優化

我們知道,一件電器的運行,需要各個零件的集體配合。正如我們所熟知的木桶效應一樣,如果在設計中,存在一些短板,那么,電氣線路的整體優化效果就會不如人意。因此,在對電氣的主電路進行優化設計之后,我們也應該對其它部分進行整合與優化。比如,對控制電路的優化。當電氣線路的主電路設計出來后,我們應該認真的,具體的對其探討和分析,把對電器的控制轉化為對接觸器和繼電器的控制,也就是提出更為適合的控制要求,然后進行控制電路設計和優化。對電氣的控制電路的控制要求,是我們進行控制電路設計的基礎和重要依據。只有認真分析主電路的設計,并且結合實際,完備的選擇合適的控制方法和控制手段,才能得到具體的控制線路。當然,就像對主電路的優化設計一樣,我們同樣可以用已知的或熟悉的控制電路來對電器設備進行控制。因為在很多種情況下,我們會發現,雖然設備的運行不同,但實際上,其中的控制電路是完全一樣的。因此,我們可以借鑒已知的電路來幫助我們更好更快的解決當前的問題。這樣,可以簡化我們的設計工作,節約操作用時,提高工作效率。

3控制方法的優化

俗話說,只有對癥下藥,才能徹底解除病癥。在對電氣的控制電路的優化中也同樣如此。選擇對一個正確的控制方法,對于我們的工作來說,簡直就是事半功倍。因此,我們要謹慎的選擇控制方法。當然,在這個過程中,是一定要符合要求進行選擇的。比如,如果選擇的控制方法和控制手段不合適則會使控制電路的設計工作復雜或難以進行。舉個例子,在對一件電器的設計中,選擇手動控制,還是自動控制,就需要結合當前的情況,來進行選擇。如果是設計走廊的聲控燈那么,燈亮以后的熄滅,就需要線路的自動控制來進行。如何選擇手動控制,就會加大人們的操作,那么顯然,這樣的設計,就是不合理的。再比如,一件電器的手動控制和時間控制,同樣也需要根據實際來正確選擇。在煲飯的電壓鍋中,人們所需要的,就是食物烹飪結束之后,能夠自行關閉電源,這樣,既可以便捷的通知我們食物的烹飪狀況,又可以節約電能。由此可知,電氣的控制方法的選擇,對于電氣控制線路的優化的重要性。

4接觸器控制系統的優化

在電氣的控制線路的優化中,接觸器控制系統的優化,也具有非常重要的作用。繼電器接觸器控制系統中,主要是通過觸點之間的接觸運作,進而控制電氣設備而運行的。也就是通過常開觸點以及常閉觸點二者組合而成的。通過一些物理知識,我們可以了解到一些對接觸器的控制系統的優化。比如,當幾個條件中,只要具備一個其中任何一個條件,所控制的電器線圈就能通電,這時可以使幾個常開觸點采用并聯的方法來實現。而當幾個條件同時具備,使電器線圈通電,可以使這幾個常開觸點串聯,進而能夠正常運行。復合按鈕的使用,也可以促進控制線路的優化。也就是說,當控制要求中,有一次動作要求連續進行幾個動作指令才能完全進行時,就可以采用復合按鈕。比如,在日常的家居電器中,很對按鈕都可以采用復合按鈕。最常見的就是電源的開啟與關閉功能,時間預約與時間增減等等一系列情況。

篇（2）

1.1電氣控制線路設計法的重要性

電氣控制線路的設計直接決定和影響了控制系統的的性能。在電氣控制線路的設計中應當謹遵要求對電氣控制系統的制造和使用，及維護資料進行編制和設計，確保其設備的安裝、操作具有可靠性和安全性，這是保證電網正常運行的首要前提。

1.2電氣控制線路設計法的基本特點

現代電氣控制系統的三個特點：(1)功能強且體積小，靈活性較強，同時具有很強的通用功能，便于使用和維護。(2)采用了無觸點式開關代替部分電器元件，執行程序的時間較短。(3)能夠用軟件實現電氣控制，改變控制參數和要求時只需改動程序的對應部分，節省資源。

2電氣控制線路設計法的優化策略

2.1了解生產機械和工藝

對電氣控制線路的要求在進行電氣控制線路的設計前應當對其生產工藝的要求有一定的掌握，同時要了解各程序的工作情況、保護措施及運動變化規律。設計人員在設計過程中要對同類產品進行調查和分析，將此結果作為設計的重要依據。

2.2線路設計法簡單

在滿足生產工藝的前提要求下，爭取控制線路的設計簡單、經濟環保。（1）選用經過檢驗符合標準的線路環節。（2）賤導線連接的長度數量降到最低。在電器元件設計中合理安排觸頭位置，減少導線的連接數量和長度。（如圖1）將啟動、停止按鈕都放在操作臺上，接觸器則放置在電器柜內。而由于按鈕盒接觸器之間距離較長，因此要將啟動按鈕盒停止按鈕連接在一起，以簡化導線連接。（3）采用標準件，同時注意將電氣原件數量降到最少，盡量選擇同一型號。（4）通過減少鋤頭來簡化線路，增強可靠性。

2.3保障控制線路的安全可靠性

選用的電器機械使用壽命較長動作較為可靠、結構堅實同時抗干擾較強能夠有效保障控制線路的安全可靠。在設計中注意以下幾點：（1）選擇正確的電氣連接線圈進行線路設計法。在控制線路的設計時應當將線圈的一段統一接電源的同一端，使得電器觸頭在電源另一端。避免因為電器觸頭引發電源短路現象，也便于安裝。（2）交流控制電路不能串聯兩個電器線圈。如果兩個線圈串聯，其中某一原件就只能得到一半電源電壓。由于電壓和線圈的阻抗成正比，不能同時進行動作。使交流接觸器KM吸合，此時KM的磁路處于閉合狀態，線圈的電感明顯增大，使另一個接觸器線圈的電壓達不到工作電壓。應當將兩個電器線圈并聯且保持同時動作才能保證運行。（3）避免因意外而在線路中接通的寄生電路。會造成誤動影響線路的工作。（4）應當避免設計多個電器依次動作后接通另一個電器的控制線路。（5）線路的設計應當適應電網的情況，根據電網容量、電壓和頻率波動范圍以及沖擊電流的數值決定啟動方式是直接或是減壓啟動。（6）以小容量繼電器的鋤頭控制大容量接觸器線圈來進行線路設計法，通過計算繼電器觸頭斷開和接通容量判斷是否應當增加中間繼電器和小容量控制器，增強可靠性。（7）將必要保護環節考慮在內，避免操作失誤帶來的線路事故。

2.4應具有必要的保護環節

（1）短路保護電氣控制線路中通常采用熔斷器、斷路器來進行短路保護。在電動機容量較小時可以講主電路的熔斷器作為在控制線路中的短路保護，不需要再設熔斷器進行保護。而當電動機容量大時就需要另設熔斷器作短路保護。斷路器在線路中既能做短路保護又可以當過載保護，而電氣線路發生故障造成斷路器跳閘時，排除故障后可直接合上斷路器繼續工作。（2）過流保護啟動方法錯誤或是負載轉矩過大都會熬制電動機的過電流故障。由于過電流較小，常用于直流電動機和繞線轉子電動機控制線路。通過繼電器、接觸器相互配合將繼電器的線圈和主電路串聯，常閉觸頭和接觸器控制電路串聯。在電流達到整定值后斷開常閉觸頭同時使繼電器繼續工作，同時切斷控制電源和電動機電源進行線路保護。（3）過載保護三相鼠籠電動機會因為負載增加、斷相動作或電網電壓降低時引起過載，而電動機長期過載運行會造成過熱導致的絕緣損壞。因此通常采用熱繼電器作為鼠籠型電動機的過載保護。（4）零電源保護通常將并聯在啟動按鈕兩側的接觸器自鎖觸頭作為零電源保護。而主令控制器SA控制電動機則通過零電壓繼電器實現。

篇（3）

可編程序控制器（PLC）是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計，它采用了可編程序的存儲器是將邏輯運算、順序控制時序、計數以及算術運算等控制程序 ，用一串指令形式存放到存儲器中，然后根據存儲的控制內容，經過模擬、數字等輸入輸出部件，對生產設備與生產過程進行控制的裝置。隨著大規模集成電路的發展，可編程序控制器得到了迅速發展，并廣泛應用于各種領域中，以滿足現代化大生產的高效、高可靠性、高難度的自動化要求。

現代機器向著高速度高效率高精度方向的發展，對機器制造業也提出了新的要求：機器零件的精度越來越高。同時，結構也日趨復雜，特別是箱體零件具有孔系多的特點，它的加工除了本身又尺寸精度的要求外，還有形狀精度和孔系之間相對位置精度的要求。

鏜床主要用于加工精確的孔和各孔間的距離要求較為精確的零件。目前國內使用鏜床90%都是使用繼電器-接觸器傳統的控制方式，這種方式使機械震動噪聲大，接線復雜，維修工作量大。

孔加工一般可在鉆床、車床、鏜床、拉床、內圓磨床上進行，有些工件也在鏜床上加工。鏜床加工的特點是：主運動由刀具作旋轉來完成，而進給運動是由主軸或工作臺的移動來達到，并且可以通過鏜床工作臺的三個方向移動，很方便、準確地調整切削刀具與工件的相對位置。因此在鏜床上進行鉆孔、鉸孔和鏜孔也是一種重要的加工方法。

本書選用日本三菱公司生產的FX2N—48MR PLC可編程序控制器對T68臥式鏜床的電器控制進行設計。在編寫過程中得到了許多同學們和老師的幫助和大力支持，并提出了許多寶貴意見和建議，在此向他們表示衷心的感謝。由于時間倉促，加上編寫經驗不足，書中還難免有存在缺點和錯誤，在此懇切的希望指導教師提出批評和指正，以便進一步修改和完善。

目錄

第一章 可編程序控制器的介紹----------------------5 1-1 可編程序控制器的概述------------------5 1-3 PLC的工作過程-------------------------9

1-4 PLC的主要技術指標---------------------9

第二章 T68型臥式鏜床的電氣控制線路分析

一、主要結構和運動形式----------------------11

二、電力拖動方式及電氣控制要求--------------11

三、T68型鏜床的電氣控制線路分析------------12

第三章 T68臥式鏜床的PLC控制

一. 梯形圖編程語言--------------------------20

二. 助記符語言------------------------------21

三. PLC對T68臥式鏜床梯形圖的繪制----------21

四. PLC狀態表------------------------------22

五. 匯編語言--------------------------------25

元件明細表----------------------------------------28

總結 --------------------------------------29

畢業設計任務書（四）

指導教師：田林紅

一、設計題目用PLC對專用鏜孔機床的電氣控制設計（二）

二、設計的目的

1）掌握鏜孔機床加工動作流程。

2）掌握機床電氣控制元件的選擇與計算方法。

3）掌握PLC選擇與應用。

三、設計要求

一臺機床用于零件的鏜孔與鉸孔兩種工序加工，進給速度分為快進和一次和二次工進，進給采用液壓控制。主軸采用1500W電機，液壓系統是1000W電機。設計要求

1）主軸雙向運轉，停車采用反向制動。

2）主軸加工采用兩地控制，必須液壓泵電動機才能啟動主軸電動機。

3）有工作狀態指示及照明。

4）有必要的電氣保護和聯鎖。

四、完成的任務

要求說明詳細，字跡工整，原理正確，元件選擇有理。圖紙規范，圖形清晰，符號標準，線條均勻。

（1）設計與繪制電氣控制原理圖，元件安裝布置圖、接線圖。

（2）畢業設計說明書（8000以上）

1）設計題目

2）控制原理說明設計方案論證

3）主要器件選擇依據與計算

4）設計總結及改進意見

5）主要參考資料

第一章 可編程序控制器的介紹

1.1 可編程序控制器的概述

可編程序控制器（Programmable Logical Controller,簡稱PLC)是在繼電器控制和計算機控制的基礎上，以微機處理器為核心，引入微電子技術、自動控制技術而形成的一代新型工業控制裝置。可編程序控制器在系統結構、硬件組成、軟件結構、輸入/輸出（I/O）接口以及用戶界面等方面都有獨特性。目前，可編程序控制器不僅具有繼電器控制系統所能完成的邏輯運算、定時、記數等控制功能，同時還可以進行數據處理、模擬量控制、過程控制、通信聯網等功能。

. 圖2 PLC控制系統的基本結構框圖 1.2.1. 可編程控制器的基本結構

世界各國生產的可編程控制器外觀各異，但作為工業控制計算機，其硬件結構大體相同，主要由中央處理器、存儲器

、I／O接口、電源及編程設備幾大部分構成。PLC的硬件結構框圖2-1所示

1.中央處理器（CPU） 2.存儲器

存儲器是可編程控制器的存放系統程序、用戶程序及運算數據的單元。和一般計算機一樣，可編程控制器的存儲器有只讀存儲器(ROM)和隨機讀/寫存儲器（RAM）兩大類。只讀存儲器是用來保存那些需永久保存的程序的存儲器，即使機器掉電后其保存的數據也不會丟失，一般為掩膜只讀存儲器和可編程電擦寫只讀存儲器。只讀存儲器用來存放系統程序。隨機讀/寫存儲器的特點是寫入與擦除都很容易，但在掉電情況下存儲的數據就會丟失，一般用來存放用戶程序及系統運行中產生的臨時數據。

3.輸入/輸出接口

輸入/輸出接口是可編程控制器和工業控制現場各類信號連接的部分。輸入口是用來接受生產過程的各種參數。輸出口是用來送出可編程控制器運算后得出的控制信號，并通過機外的執行機構完成工業現場的各類控制。主要有以下幾中：

⑴ 開關量輸入接口。

（2）開關量輸出接口。

（3）模擬量輸入接口。

（4）模擬量輸出接口。

（5）智能輸入/輸出接口。

4．電源

可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元供電的開關電源及為掉電保護電路供電的后備電源，后者一般為電池。

5.外部設備

(1) 編程器。可編程控制器的特點是它的程序是可變更的，能方便的加載程序，也可方便地修改程序，因此編程設備就成了可編程控制器工作中不可缺少的部分。可編程控制器的編程設備一般有兩類，一類專用編程器，有手持的，也有臺式的，還有的可編程控制器機身上自帶編程器，其中手持式的編程器攜帶方便適合工業控制現場應用；另一類是個人計算機，在個人計算機上運行可編程控制器相關的編程軟件即可完成編程任務，借助軟件編程比較容易，一般是編好了以后再下載到可編程控制器中去。

（2）其他外部設備。PLC還可能配設其他一些外部設備。

①盒式磁帶機，用以記錄程序或信息。

②打印機，用以打印程序或制表。

③EPROM寫入機，用以將程序寫入用戶EPROM中。

④高分辨率大屏幕彩色圖形監控系統，用以顯示或 監視有關部分的運行狀態。 與普通微機類似，PLC也是由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的控制下，PLC才能正常地工作。軟件分為系統軟件和應用軟件兩部分。

PLC的基本工作如下:

(1)輸入現場信息:在系統軟件的控制下，順次掃描各輸入點的狀態;

(2)執行程序:順次掃描用戶程序中的各條指令，根據輸入狀態和指令內容進行邏輯運算:

(3)輸出控制信號:根據邏輯運算的結果，輸出狀態寄存器向各輸出點并行發出相應的控制信號，實現所要求的邏輯控制功能。

上述過程執行完后，又重新開始，反復地執行。每執行一遍所需的時間稱為掃描周期。PLC的掃描周期通常為幾十毫秒。

PLC就這樣不斷反復循環，實現對機器的連續控制，直到接收到停機命令，或因停電、出現故障等才停止工作。

1-3、PLC的工作過程

圖4 PLC的工作過程

1.4 PLC的主要技術指標

1. I/O(輸入/輸出)點數

如前所述，輸入/輸出點數是PLC組成控制系統時所能接入的輸入/輸出信號的最大數量，表示PLC組成系統時可能的最大規模。這里有個問題要注意，在總的點數中，輸入點與輸出點總是按一定比例設置的，往往是輸入點數大于輸出點數，且輸入和輸出點數不相互代替。

2.應用程序的存儲容量 3.掃描速度 另外，可編程控制器的可擴展性、可靠性、易操作性及經濟性等 指標也是用戶關心的問題。

第二章 T68型臥式鏜床的電氣控制線路分析

一、主要結構和運動形式

鏜床的床身是一個整體鑄件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直導軌上又安裝有鏜頭架，鏜頭架可沿垂直導軌上下移動。在鏜頭架里集中里裝有主軸、變速箱、進給箱和操縱機構等部件。切削刀具一般安裝在鏜軸前端的錐形孔里，或安裝在花盤的刀具溜板上。在切削過程中，鏜軸一面旋轉，一面沿軸向作進給運動，而花盤只能旋轉，裝在他上面的刀具溜板可作垂直主軸軸線方向的徑向進給運動，鏜軸和花盤軸分別通過各自的傳動鏈傳動，可以獨立轉動。后立柱位于鏜床床身的另一端 ，后立柱上的尾座用來支撐裝夾在鏜軸上的鏜桿末端，它與鏜頭架同時升降，兩者的軸線始終在同一水平直線上。根據鏜桿的長短，可通過后立柱沿床身水平導軌的移動來調整前、后立柱之間的距離。

有以上分析可知，T68型臥式鏜床運動形式為：

（1）主運動 鏜軸和花盤的旋轉運動

（2）進給運動 鏜軸是軸向進給、花盤上刀具的徑向進給、鏜頭架的垂直進給、工作臺的橫向和縱向進給。

（3）輔助運動 工作臺的回轉、后立柱的軸向水平移動、尾座的垂直移動及各部分的快速移動。

二、電力拖動方式及電氣控制要求 T68型臥式鏜床的電氣控制要求如下：

（1）為了擴大調速范圍和簡化機床的傳動裝置，本機采用機電聯合調速，使用雙速籠型異步電動機M1作為主拖動電動機，其繞組接法為/YY。

（2）主軸或進給變速時，為了便于齒輪之間的嚙合，要有變速沖動。

（3）為了適應調整的需要，要求主軸電動機能夠進行正、反向旋轉及點動操作

（4）為了快速準確地停車，要求主軸電動機具有制動過程，本機床采用反接制動方式。

（5）快速移動電動機M2應能進行正、反轉及點動操作。

（6）工作臺或鏜頭架的自動進給與主軸或花盤刀架的自動進給不能同時進行，兩者之間應有連鎖保護。

三、T68型鏜床的電氣控制線路分析

T68鏜床的電氣控制原理圖如下圖所示。

(一)主電路分析 快速電動機M2由接觸器KM6和KM7控制其正、反轉，用熔斷器FU2作其短路保護。

（二）控制電路分析

1.主軸電動機M1的正、反轉起動控制 當要求主軸低速運行時，將速度選擇手柄置于低速擋，此時與速度選擇手柄有關聯的行程開關SQ不受壓，SQ觸頭斷開。若使主軸電動機M1正向運行，可按下正轉起動按鈕SB2，此時，中間繼電器KA1通電并自鎖，KA1常開觸頭閉合，使接觸器KM3通電，短接電阻R，KA1常開觸頭閉合，使得接觸器KM1，KM4相繼通電。主軸電動機M1在接法下全壓起動并運行（低速）。此時，KA1，KM1，KM3，KM4通電。 KM4線圈的通電電流線路為：1FU3（1－2）2FR（2－3）常閉觸點3SQ5（3－4）常閉觸點4KM1（4－14）常開觸點14KT（14－23）常閉觸點23KM5（23－24）常閉觸點24KM4線圈PE。 若要求主軸高速運行時。將速度選擇手柄置于高速擋，此時行程開關SQ壓下，使SQ觸頭（12－13）閉合。這樣，在接觸器KM3通電的同時，時間繼電器KT也通電。于是，主軸電動機M1在低速擋起動并經過一段延時后，時間繼電器通電延時時常閉觸頭KT（14－23）斷開，通電延時閉合觸頭KT（14－21）閉合，分別使接觸器KM4斷電，接觸器KM5、KM8通電。從而使主軸電動機M1由低速接法自動切換成高速YY接法。構成了雙速電動機按低速擋起動再自動切換成高速擋運行的自動控制環節。正向高速運行時，KT,KA1,KM1,KM3,KM5,KM8通電。KM5,KM8線圈的通電電流通路為： 2.主軸電動機的點動控制 正轉點動時，按SB4,KM1,KM4接通，接觸器KM1線圈的通電電流通路為：1FU3（1－2）2FR（2－3）常閉觸點3SQ5（3－4）常閉觸點4SB1（4－5）常閉觸點5SB4（5－15）常開觸點15KM2（15－16）常閉觸點16KM1線圈PE。 3.主軸電動機的停車與制動

主軸電動機M1在運行中，可以通過按下停止按鈕SB1來實現主軸電動機M1的自然停止或反接制動（將SB1按到底）。

以主軸電動機M1運行在低速正轉狀態為例，此時中間繼電器KA1、接觸器KM3,KM1,KM4均通電吸合，速度繼電器的常開觸頭KS1-1（14－19）閉合，為正轉反接制動作準備。

當需要自然停止停車時，輕按下停止按鈕SB1（4－5），其常開觸頭斷開，使中間繼電器KA1、接觸器KM3,KM1,KM4相繼斷電釋放，切斷了主軸電動機M1正向電源。主軸電動機M1自然停止。 此 時，KM4線圈通電電流通路為：1FU3（1－2）2FR（2－3）常閉觸點3SQ5（3－4）常閉觸點4KM2（4－14）常開觸點14KT（14－23）常閉觸點23KM5（23－24）常閉觸點24KM4線圈PE。 若主軸電動機M1已運行在高速正轉狀態下，按下停止按鈕SB1,可實現自然停車和反接制動停車，反接制動時，SB1（4－5）斷開，中間繼電器KA1、接觸器KM3、時間繼電器KT、接觸器KM1、接觸器KM5,KM8相繼斷電，SB1（4－14）閉合則使接觸器KM2通電，接觸器KM4通電。于是主軸電動機M1串入反接制動電阻，繞組接成接法，進行低速反接制動，直至速度繼電器常開觸頭KS1-1（14－19）釋放，反接制動結束。電流通路同上。要注意的是：在進行制動停車操作時，應該將停止按鈕SB1按到底，否則將無法接通反接制動回路，只能實現自然停車。

4.主運動和進給運動的變速控制

T68型臥式鏜床主運動和進給運動的變速，是通過變速操縱盤實現的。他急既可以在主軸和進給電動機未起動前預選速度，也可以在運行中進行變速。 若主軸在正轉運行中需要變速，可將主軸變速操縱手柄向外拉出，這時行程開關SQ1不在受壓，其常開觸頭SQ1（5－10）斷開接觸器KM3,KM1,接觸器KM2經行程開關SQ1（4－14）的常閉觸頭、速度繼電器常開觸頭KS1-1（14－19）而通電吸合，使主軸電動機M1定子串入電阻R進行反接制動。接觸器KM2線圈的通電電流通路為：1FU3（1－2）2FR（2－3）常閉觸點3SQ5（3－4）常閉觸點4SQ1-1（4－14）常開觸點14KS1-1（14－19）常開觸點19KM1（19－20）常閉觸點20KM2線圈PE。若主軸電動機M1原來運行在低速擋，則此時接觸器KM4仍保持通電，接觸器KM3,KM1斷電，接觸器KM2通電，主軸電動機M1接成，串入電阻R進行反接制動。若主軸電動機M1原來運行在高速擋，則此時有時間繼電器KT的觸頭將繞組YY接自動切換成接法，低速串入電阻R進行反接制動。隨后轉動變速盤，選擇所需要的速度，最后將變速操縱手柄推回原位。

如果變速齒輪不能嚙合而造成變速手柄推不動，則此時行程開關SQ2受壓，其常開觸頭SQ2（17－15）閉合，接觸器KM1經速度繼電器常閉觸頭KS1-1（14－17）、行程開關SQ1常閉觸頭（4－14） 接通電源，同時接觸器KM4通電，使主軸電動機M1定子串入電阻R,繞組接成在低速擋起動。接觸器KM1線圈的通電電流通路為： 當轉速升到速度繼電器KS1的動作值時，其常閉觸頭KS1-2（14－17）斷開，使接觸器KM1斷電釋放；另一速度繼電器常開觸頭 KS1-1（14－19）閉合，使接觸器KM2通電吸合，對主軸電動機M1進行反接制動，使轉速下降。當到達速度繼電器KS1的釋放值時，其常開觸頭KS1-1（14－19）斷開，常閉觸頭KS1-2（14－17）閉合，反接制動結束。 2. 在進給變速時，首先將進給變速操縱手柄向外拉出，然后轉動進給變速盤，選擇所需要的進給速度，最后將變速操縱手柄推回原位。在拉出變速操縱手柄時，行程開關SQ3釋放，而行程開關SQ4受壓。推回手柄時的壓合情況正好相反。如果變速齒輪不能嚙合而造成進給變速手柄推不動，則主軸電動機M1處于間歇起動和制動狀態，獲得變速時的低速沖動，直到變速操縱手柄能推回原位為止。整個過程和主軸變速控制相同，其控制電路不再另行分析。由于變速過程中KA1或KA2一直保持自鎖，從而記憶了變速前的主軸方向，保證變速后M1仍按原來的方向起動運轉。

5.鏜頭架、工作臺快速移動的控制

鏜頭架和工作臺等部件各方向的快速移動由快速移動電動機M2拖動，通過快速移動操作手柄來控制，而移動方向則由位于工作臺前方的操作手柄進行預選。當扳動快速操作手柄時，行程開關SQ7或SQ8被壓合，接觸器KM7或KM6通電，使快速移動電動機M2旋轉而實現快速移動。當快速操作手柄復位時，行程開關SQ7或SQ8不再受壓，接觸器KM7或KM6斷電釋放，快速移動電動機M2停止旋轉，快速移動過程結束。

第三章 T68鏜床的PLC控制

PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、流程圖語言、布兒代數語言等。其中前兩種語言用得較多，流程圖語言也在許多場所被采用。本章僅介紹梯形圖語言和助記符語言的編程及特點。

一. 梯形圖編程語言

1.梯形圖與繼電控制的區別

梯形圖結構沿用繼電控制原理圖的形式，采用了常開觸點、常閉觸點、線圈和功能塊等結構的圖形語言。對于同一控制電路，繼電 控制原理圖和梯形圖的輸入/輸出信號基本相同，控制過程等效。二者的區別在于繼電控制原理圖使用的是硬件繼電器和定時器，靠硬件連接組成控制線路，而PLC梯形圖使用的是內部繼電器、定時器和計數器，靠軟件實現控制。

因此，PLC的使用具有很高的靈活性，程序修改過程非常方便。圖3-1所示是一個繼電器線路圖和與其等效的PLC梯形圖 二. 助記符語言

助記符語言是PLC的命令語句表達式。用梯形圖編程雖然直觀、簡便，但要求PLC配置較大的顯示器方可輸入圖形符號，這在有些小型機上常難以滿足，故需借助助記符語言。應該指出的是，不同型號的PLC其助記符語言也不相同，但其基本原理相近的。編程時，一般先根據要求編制梯形圖，然后再根據梯形圖轉換成助記符語言。

三. PLC對T68鏜床梯形圖的繪制

四. PLC狀態表

分類 用途及名稱 元件代號 PLC數據 備注

輸

入

信

號

正轉啟動按鈕

反轉啟動按鈕

正轉點動按鈕

反轉點動按鈕

停止按鈕 SBI 1101 按鈕在設計中選用了“11”通道繼電器 SB3 1103

SB4 1104

SB5 1105

高低速轉換限位開關

主軸變速限位開關

主軸變速限位開關

進給變速限位開關

進給變速限位開關

快移電動機正轉限位開關

快移電動機反轉限位開關

速度繼電器正向觸點

速度繼電器反向觸點 SQ 1000 限位開關和速度繼電器在設計中選用了PLC“10”通道輸入繼電器

SQ1 1001 SQ3 1003

SQ4 1004

SQ7 1007

SQ8 1008

KV1 1011 主軸箱與工作臺進給互鎖限位開關

主軸箱與工作臺進給互鎖限位開關

熱繼電器常閉觸點 SQ5 - 未進PLC

SQ6 -

FR1 -

主軸電機正轉起停接觸器 KM2 2002 輸出信號選用的是“20”通道的輸出繼電器

輸

出

信

號

主軸電機低速轉動接觸器

主軸電機高速轉動接觸器

主軸電機高速轉動接觸器

短接限流電阻接觸器

快速電動機正轉接觸器

快速電動機反轉接觸器 KM6 2006

KM7 2007

KM8 2008

KM3 2003

KM4 2004

KM5 2005

中

間

繼

電

器 主電機正轉中間繼電器

主電機反轉中間繼電器

PLC內部輔助繼電器

PLC內部輔助繼電器

PLC內部輔助繼電器

PLC內部輔助繼電器

PLC內部輔助繼電器

PLC內部輔助繼電器 KA1 3001 中間繼電器選用了“30”通道和“40”通道

KA2 3002

- 3005

- 4000

- 4001

- 4002

- 4003

- 4004

時間繼電器 主電機高速延時啟動時間繼電器聯結防電弧延時時間繼電器 KT1

- 5000

5001 延時5S

延時1S

五 匯編語言：

序號 指令 代號 序號 指令 代號 002 IL 023 OR 1103 004 OR 3001 025 LD 2003

005 ANI 3002 026 AND 3002 007 LD 1102 028 OUT 4001

008 OR 3002 029 ILC

009 ANI 3001 030 LD 1105 011 LD 3001 032 ORI 1003 013 AND 1003 034 OR 2002

014 AND 1001 035 OUT 3005

015 MPS 036 LD 3005 017 MPP 038 OUT 4002

018 AND 1000 039 LDI 1004 020 #0050 041 AND 3005 043 OUT 4003 064 LD 4001

044 LD 3005 065 OR 4004 046 OUT 4004 067 OUT 2002

047 LD 3005 068 LDI 1007

048 ANI 5000 069 AND 1008

049 ANI 2007 070 ANI 2005 051 LD 3005 072 LD 1007

052 AND 5000 073 ANI 1008 054 #0010 075 OUT 2005

055 LD 5001 END

056 ANI 2006

057 OUT 2007

058 OUT 2008

059 LD 4000

060 OR 4002

061 OR 4003

062 ANI 2002

063 OUT 2001

元件明細一覽表

符號 數量 名稱及用途

M1 1 主電動機，拖動主運動和進給運動

M2 1 快速移動用電機

Q 1 空氣開關，限流、欠壓保護 KM3 1 限流電阻短路用接觸器

KM4、KM5 2 快速電機正反轉用接觸器

KM6、KM7 3 主電動機高低速轉換用接觸器 SB3、SB4 2 主電動機正反轉點動按鈕

SB5 1 主電動機停止用按鈕

Kn 1 主電動機反轉制動用速度繼電器

總結

隨著畢業日子的到來，畢業設計也接近了尾聲。經過幾周的奮戰我的畢業設計終于完成了。畢業設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。 在這次畢業設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。

我的心得也就這么多了，總之，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于 做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發現是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。 在此要感謝我的指導老師田林紅對我悉心的指導，感謝老師給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業設計的最大收獲和財富，使我終身受益。

1、《工廠電氣控制技術》機械工業出版社 主編 方承遠

2、《工廠電氣控制設備》機械工業出版社 主編 許廖

3、《機床電氣控制技術》機械工業出版社 主編 王炳實

篇（4）

1控制理論基礎

1．1回路增益

對于一般負反饋控制系統，其閉環系統方框圖如圖1所示。閉環傳遞函數C（s)/R(s)=G(s)/[1+G(s)H(s)]，其特征方程式為F(s)=1＋G(s)H(s)=0，特征方程式的根即為系統的閉環極點。由此方程式可以看出G(s)H(s)項，其包含了所有關于閉環極點的信息，一般稱G(s)H(s)為回路增益。實際應用中，可通過對回路增益Bode圖的分析來設計系統的補償網絡，以達到閉環系統穩定性要求。

1．2Bode定理

Bode定理對于判定所謂最小相位系統的穩定性以及求取穩定裕量是十分有用的。其內容如下：

1）線性最小相位系統的幅相特性是一一對應的，具體地說，當給定整個頻率區間上的對數幅頻特性（精確特性）的斜率時，同一區間上的對數相頻特性也就被唯一地確定了；同樣地，當給定整個頻率區間上的相頻特性時，同一區間上的對數幅頻特性也被唯一地確定了；

2）在某一頻率（例如剪切頻率ωc）上的相位移，主要決定于同一頻率上的對數幅頻特性的斜率；離該斜率越遠，斜率對相位移的影響越小；某一頻率上的相位移與同一頻率上的對數幅頻特性的斜率的大致對應關系是，±20ndB/dec的斜率對應于大約±n90°的相位移，n=0，1，2，…。

例如，如果在剪切頻率ωc上的對數幅頻特性的漸進線的斜率是－20dB/dec，那么ωc上的相位移就大約接近－90°；如果ωc上的幅頻漸近線的斜率是－40dB/dec，那么該點上的相位移就接近－180°。在后一種情況下，閉環系統或者是不穩定的，或者只具有不大的穩定裕量。

在實際工程中，為了使系統具有相當的相位裕量，往往這樣設計開環傳遞函數，即使幅頻漸近線以－20dB/dec的斜率通過剪切點，并且至少在剪切頻率的左右，從ωc/4到2ωc的這段頻率范圍內保持上述漸近線斜率不變。

2逆變器電壓環傳遞函數（建模）

一個逆變器的直流輸入電壓24V，交流輸出電壓110V，頻率400Hz，電路開關頻率40kHz，功率500W。其控制至輸出整個電壓環的電路結構如圖2所示。現求其回路增益。

2．1驅動信號d（s）至輸出Vo?s）的傳遞函數

1）驅動信號d為SPWM脈沖調制波，加在IGBT管的柵極（G）上，而輸入母線電壓Vin加在管子的集電極（C）和發射極（E）兩端，根據圖2所示結構，輸出電壓Vd與驅動d之間相差一個比例系數，設為K1，則K1=。在具體的逆變器電路中，母線電壓Vin為±200V，驅動信號為12V，代入可得K1=400/12=33.33。2）LC低通濾波網絡傳遞函數推導可得=Vo(s)/Vo''''(s)=1/(s2LC+1)，其中L=3mH，C=2μF。

綜上，驅動信號d（s）至輸出Vo（s）的傳遞函數為Vo(s)/d(s)=G1(s)=K1/(s2LC+1)；

2．2輸出Vo（s）至反饋信號B（s）的傳遞函數H（s）

1）輸出電壓采樣變壓器的傳遞函數為一個比例系數，即其變比，設為K2，即V''''o(s)/Vo(s)=K2，具體電路中，K2=18/110=0.164。

2）電阻電容分壓網絡如圖2虛線框所示，其傳遞函數為=B(s)/V''''o(s)=1/(sR1C2+R1/R2+1)，其中R1=820Ω，R2=5.1kΩ，C2=10nF。

綜上，Vo（s）至B（s）的傳遞函數H(s)=B(s)/Vo(s)=K2/(sR1C2+R1/R2+1)；

2.3脈寬調制器（PWM）傳遞函數Gd(s)

一般PWM調制器的傳遞函數為Gd(s)==，其中Vm為三角波最大振幅。在具體電路中，反饋信號與基準正弦波信號送入差動放大器，輸出誤差信號再與標準三角波比較，生成SPWM驅動信號。此處所用三角波的振幅為Vm=3V。

綜上，在未加入補償網絡之前，整個回路增益為

G（s）=G1(s)H(s)Gd(s)

=K1/(s2LC+1)[K2/(sR1C2+R1/R2+1)(1/Vm)

=1.569/[(6×10-9s2+1)(7×10-6s+1)

繪制其幅頻Bode圖，如圖3所示。

3補償網絡設計

由前述Bode定理，補償網絡加入后的回路增益應滿足，幅頻漸近線以－20dB/dec的斜率穿過剪切點（ωc點），并且至少在剪切頻率左右從到2ωc的范圍內保持此斜率不變。

由此要求，首先選擇剪切頻率。實際應用中，選fc=fs/5為宜，其中fs為逆變器工作頻率或開關管開關頻率。具體逆變器中，開關頻率為40kHz，則fc=40/5=8kHz。

在未加補償網絡之前的回路增益Bode圖如圖3所示，在fc=8kHz處的增益為－20.17dB，由此，補償網絡應滿足如下條件，即在fc=8kHz處的增益為＋20.17dB，斜率為＋20dB/dec，而且，此斜率在fc/4=2kHz與2fc=16kHz（取15kHz）的范圍內保持不變。補償網絡的Bode圖如圖4所示（幅頻）。

由圖4可得：f1=2kHz處，G(ω)=20lg(2πf1)=8.129dB或者2.55（倍數）=AV1，f2=15kHz處，G(ω)=20lg(2πf2)=25.63dB或者19.12（倍數）=AV2，兩個零值對應頻率為fz1=fz2=2kHz，一個極值在fp1=15kHz處，另一個極值在fp2=20kHz處。考慮選用如圖5所示補償放大器時，其電阻電容參數值可計算如下：

取R3=5.1kΩ，R0=39kΩ，則R2=R3AV2=97.5kΩ，C2=1/(2πfp2R2)=81.6pF，C1==816pF，R1=1/(2πfp1R3)=39kΩ，C3=π=2040pF。

實際電路中，取R2=100kΩ，C2=100pF，C1=800pF，R1=39kΩ，C3=2200pF。

4實驗結果

篇（5）

1 引言

隨著可編程邏輯控制器（PLC）技術的逐漸發展，很多工業生產要求實現自動化控制的功能，都采用PLC來構建自動化控制系統，尤其是對于一些電氣控制較為復雜的電氣設備和大型機電裝備，PLC在電氣化和自動化控制方面具有獨到的優勢，如順序控制，可靠性高，穩定性好，易于構建網絡化和遠程化控制，以及實現無人值守等眾多優點。基于此，PLC技術逐漸成為工業電氣自動化控制的主要應用技術。

本論文主要結合數控機床的電氣化功能的改造，詳細探討數控機床電氣化改造過程中基于PLC技術的應用，以及PLC技術在實現數控機床自動化控制功能上的應用，以此和廣大同行分享。

2 數控機床的電氣化改造概述

2.1 數控機床的主要功能

數控機床是實現機械加工、制造和生產中應用的最為廣泛的一類機電設備。數控機床依托數控化程序，實現對零部件的自動切削和加工。但是目前我國仍然有超過近1000萬臺的數控機床，主要依靠手動控制完成切削加工，無法實現基本的電氣化和自動化控制。為此，本論文的主要的目的是基于PLC控制技術，實現數控機床的電氣化改造，主要實現以下功能：

（1） 數控機床的所有電機、接觸器等實現基于PLC的自動化控制；

（2）數控機床的進給運動由PLC控制自動完成，無需人工手動干預；

（3） 自動檢測零部件切削過程中的相關參數，如加工參數、狀態參數等等；

（4） 結合上位機能夠實現對數控機床的遠程控制，以達到無人值守的目的。

2.2 電氣化改造的總體方案

結合上文對于數控車床的電氣化、自動化改造的功能要求，確定了采用上位機與下位機結合的自動化改造方案。該方案總體結構分析如下：

（1） 上位機借助于工控機，利用工控機強大的圖像處理能力，重點完成數控車床的生產組態畫面顯示，以及必要的生產數據的傳輸、保存、輸出，同時還要能夠實現相關控制指令的下達，確保數控車床能夠自動完成所有切削加工生產任務。

（ 2）下位機采用基于PLC技術的電氣控制模式，由傳感器、數據采集板卡負責采集數控車床的生產數據、環境數據、狀態數據等所有參數，由PLC實現對相關數據的計算，并傳輸給上位機進行相關數據的圖形化顯示和保存；另一方面，PLC控制系統還接收來自于上位機的控制指令，實現對數控車床的遠程控制。

（3） 對于數控車床最為關鍵的控制――進給運動的控制，利用PLC+運動控制板卡的模式實現電氣化和自動化的控制。具體實現方式為：選用合適的運動控制板卡，配合PLC的順序控制，對進給軸電機實現伺服運動控制，從而實現對數控車床進給運動的自動化控制。

3 數控車床電氣化自動控制改造的實現

3.1 系統改造結構設計

數控車床的電氣化自動控制改造，其整體結構如下圖1所示，其整體結構主要由以下幾個部分構成：

3.1.1 底層設備

底層設備主要包括兩個方面，首先是實現數控車床自動切削加工運轉等基本功能的必要電氣、機電設備，如電源模塊、電機模塊等，這些機電設備能夠保證數控車床的基本功能的穩定可靠的實現；其次，底層設備還包括各類傳感器，比如監測電機轉速、溫度的速度傳感器和溫度傳感器，監測進給軸運動進給量的光柵尺等，這些傳感類和數據采集類設備為實現數控車床自動化控制提供了基礎數據源。

3.1.2 本地PLC站

本地PLC站主要負責接收底層傳感設備傳送過來的傳感參數、狀態參數及其他檢測參數，通過內部程序的運算，判斷整個數控車床的工作狀態，并將其中的重點參數上傳到遠程控制終端進行數據的圖形化顯示、存儲、輸出打印等操作；另一方面，本地PLC站同時還接收來自于遠程控制終端所下達的控制指令，比如停機、啟動等控制指令，PLC站通過對相應執行器（比如電機）的控制，從而實現自動化控制的功能。

3.1.3 遠程控制終端

遠程控制終端主要是依賴于工控機實現的上位機數據管理和狀態監控，需要專門開發一套面向數控車床加工、生產和自動控制的軟件程序，以實現對數控車床的遠程化、網絡化、自動化控制，真正實現無人值守的功能。

基于PLC的數控車床電氣自動化改造框圖

3.2 PLC電氣控制系統的設計實現

本研究論文以CK6140普通數量機床為具體研究對象，詳細探討其電氣化、自動化控制的改造。通過上文對機床改造方案和結構功能的分析，可以確定整個機床電氣化、自動化改造，一共需要實現14個系統輸入，9個系統輸出。結合控制要求，這里選用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，輸入回路采用24V直流電源供電方式。根據對數控機床的各模塊控制功能的分析，選用合適的接觸器、繼電器、開關、輔助觸點等電氣控制元件，與PLC共同實現對電氣設備的控制，比如PLC通過接觸器控制電機模塊，PLC通過繼電器控制電磁閥等部件，從而完成基于PLC控制的數控車床電氣化改造。

4 結語

篇（6）

電氣控制及PLC應用課程是電氣控制及自動化專業的主干課程，其內容與工程應用緊密結合，在工業自動化控制、智能儀器儀表、精密加工、數控機床以及機電一體化技術等領域中得到日益廣泛的應用。本課程是浙江工業大學（我校）電氣工程及自動化教育專業和機械工程及自動化教育的專業必修課。通過本課程的學習，除了讓學生學習電氣控制和可編程控制器應用技術基本知識外，還以提高學生的素質和全面能力為宗旨。具體教學要求是熟悉常用低壓電器的結構、工作原理、特性及應用，掌握繼電接觸器控制系統基本分析和設計能力，掌握典型電氣控制電路的分析和設計方法，掌握可編程控制器的工作原理及結構特點，熟練掌握基本邏輯指令的應用，掌握步進順控指令編程方法及應用，了解PLC網絡及通訊基本知識，繼電接觸器控制系統基本分析能力，特別是掌握典型電氣控制電路的分析能力，重點是S7-224/S7-300可編程序控制器的編程技術、通信模式及調試技巧。

項目教學是以項目實施為主線有效組織理論和實踐知識，師生共同實施并完成一個“項目”為主要學習方式的教學活動，是建立在建構主義和情景學習理論基礎上體現行動導向教育理念的教學方法，將傳授知識為主的傳統教學轉變為以完成項目、職業體驗和解決問題為主的多維互動式的教學模式，在職業教育的專業課程教學中得到越來越廣泛的應用。通過項目實施過程，讓學生學習必要的理論知識及掌握必備的專業技能，突出知識的學習服務于職業能力的建構。

一、電氣控制及PLC應用項目教學模塊

實施項目教學，項目的選取要具有典型性、代表性和全面性，以往的教學選取的項目經常基于小項目來教學，僅能說明一個知識點或某個問題，綜合知識無法體現，這樣各知識點之間彼此孤立，章節的聯系比較匱乏，彼此的知識點無法連貫，邏輯關系無法得到梳理，不能對學生的綜合能力進行鍛煉。然而學生畢業后往往面對的是比較綜合的工程項目，而他們的知識結構是孤立的，面對綜合設計一個項目不知道從何處下手，尤其是既需要分析、設計又要安裝調試的復雜的項目無從下手了。學生不能立即投入到生產實踐中，無奈還要從頭學起。

基于以上的問題，在展開項目教學法實施過程中，選取一個比較綜合典型的真實項目——節能環保中水回用水處理廠智能控制系統來進行教學設計。參照教學大綱和緊扣教材內容，根據項目組成設計以下主要教學模塊：（1）項目教學實施前準備工作及模擬招投標介紹；（2）中水回用水廠供配電介紹及用電安全；（3）中水回用水廠的用到的低壓電器設備教學及知識點學習；（4）提升泵房、反沖濾池、加礬加氯、送水泵房儀器儀表的電氣控制原理圖、元器件布置圖及施工圖紙設計；（5）提升泵、鼓風機、反沖泵、送水泵的不同啟動形式設計；（6）S7-200（含7個從站）和S7-300（含2個主站）PLC設計及編程；（7）主站PLC與各從站的Proface-Bus及中控制室的通信實現；（8）主站PLC觸摸屏編程及中控室的主機系統組態；（9）整個中水回用系統與Intenet通信；（10）項目的竣工及驗收—課程總結。隨著自動化生產的發展，該課程涉及到許多新知識、新技術領域。我們以加強實踐教學為突破口，以創新為契機，構建以項目為載體的理論實踐一體化教學模式，符合技術師范本科專業的培養特點和定位，既要具備工程性，又要具備師范性，通過課程和專業訓練使學生成為具有“講師”、“工程師”等知識和能力結構的“雙師型”人才。

二、項目教學設計

1.項目教學設計

（1）選擇合適的配套教材。我們將電氣工程及自動化教育和機械工程及自動化教育的專業崗位對電氣方面的知識和技能需求為目標，以就業單位人才需要為基準，結合技術師范培養標準選擇教材。以現行主流PLC為參考，以必需、實用知識為主，加強學生電氣控制技能的培養，教材的內容包括常用低壓控制電器、電氣控制線路的基本原則和基本環節、可編程控制器基礎、S7-200PLC的系統配置及質量系統、SETP7-Micro/WIN32編程軟件、S7-300和S7-400PLC系統配置與編程及通信及網絡等；被選取的項目與教材結合緊密，涵蓋的知識比較吻合，也是現在自動化行業及大學競賽的主流技術。

（2）項目實施前，先完成模擬投標及中標過程，讓學生明白項目實施過程中必經的流程和步驟，體會真實項目的投標中標和方案實施的過程。標書設計就是按項目模塊來分類，每進行一個模塊就是完成標書方案中的一部分。 　（3）項目教學模塊借助組態軟件給出系統結構組態圖，標出了每個模塊應完成的項目任務，根據模塊工作量和知識的多少合理安排課時。每個模塊預先提出問題，讓學生先思考，鼓勵學生發揮與創新，根據學生人數，恰當分組，每組模擬為一個施工團隊，選出隊長，由其對整個組的人員進行協調分工，課前每組先設計一套實施項目模塊的方案，課間展開討論，老師甄別或指出最佳方案及實施方法，課后留給學生擴展的空間。

（4）對要完成的項目教學任務要提出具體要求。如基本的工廠供配電；常用的低壓電器；基本的電氣控制及啟動方式；電氣原理圖、元器件圖、施工圖繪制；PLC編程、通信、組態等。課后要求學生提交項目教學實訓報告，電子圖紙，學生團隊自己評價，教師講評驗收。

（5）師生共要明確項目教學過程中要重點鍛煉和加強的知識點。力求既全面又重點突出，能最大限度的鍛煉技能；對于項目實施過程中可能遇到的難點，要及時為學生重點講解及輔助突破。

（6）每個項目模塊怎么實施，什么時間實施計劃要詳盡、人員分工要明確。幫助學生完成各個項目模塊的實施內容及計劃表，開學二周制定好計劃，同時要及時拓展學生視野，項目團隊制定良好激勵機制和完善的管理制度，立爭協調高效的完成項目任務。

三、項目教學具體實施

（1）在理論教學中，引導學生運用電機拖動及自動控制原理的基礎知識，分析PLC專業課程編程內容，強化閉環控制模型知識的掌握，使學生能在項目實施過程中體會PLC的智能控制思路。

（2）強化實踐教學，以實際的節能環保中水回用水廠電氣設備的基本功能、結構組成及電路工作原理的分析為重點，讓學生學會分析復雜的實際電氣設備的工作原理，具備識讀電路圖、繪制電路圖、設計電路圖的能力。在此基礎上培養學生安裝、調試、維修及維護自動化常用電氣設備的能力。對重點應用知識在實訓室訓練，學生自評，教師嚴格考評，直到達到教學目標為止。

（3）教師將自動化現場實際搜集的智能電氣設備及相關資料補充到課堂中，并從網絡搜索相關智能電氣控制系統新技術，利用組態軟件做成展示項目，利用虛擬現實技術展示工程項目的技術細節，如煤礦絞車提升系統、遠程恒壓供水系統、電廠脫硫智能控制系統等，使學生直觀、方便地學到先進的專業技術知識。

（4）將計算機輔助軟件的使用引入教學中，如Pro/e繪制電氣原理圖，SETP7-Micro/WIN32編程軟件、組態6.53的使用、GP-2500觸摸屏的軟件編程等，使學生既學到知識的理論知識也拓展了知識面，使他們明白現代化的電氣控制系統是很多先進技術協調服務和集成的綜合效果。

四、教學考評方法

（1）設置學生自我評價機制，其包括學生自我評分，也包括組長對每個成員的打分。

（2）設計項目教學驗收表格，細化子項目注意事項的考評。

（3）每人必須對項目調試通過，并撰寫實驗報告。

篇（7）

0 引言

自20世紀90年代以來，采礦設備的發展日新月異，世界上采礦設備生產巨頭們像卡特彼勒、小松、久益環球、利勃海爾等公司紛紛推出自己的各種新產品，這些新的產品共同的特點是不斷涌現出新結構和新元件時還廣泛應用新的控制技術，技術發展的重點在于增加產品的電、液技術含量，應運更先進的電氣、液壓控制系統和更先進、靈敏的原件來實現對操作的優化。現在越來越多的控制技術和控制理論開始應運到前裝機上，如變頻調速控制系統、PLC控制系統、單片機控制系統、傳感器控制技術等，這些技術的應用在控制精確度和效率上使前裝機達到了一個前所未有的高度。

節能減排技術將是未來裝載機行業的發展方向[1]，更是采礦設備行業的發展方向。節能減排是個世界性的大課題，對于以柴油發動機作為主要動力源的前裝機來說，這不僅因為節能和減排本身就是一對兒矛盾，而且還要考慮產品的性價比與可靠性。節能減排不僅僅關乎發動機、傳動、液壓和電控等系統，這是一個綜合性的課題。對于裝載機來說，合理的工作裝置設計可以提高作業效率，減小作業阻力，降低油耗，但是控制系統的合理、先進設計同樣對節能減排起巨大的作用。

本次選題準備以轉向系統的控制設計為例來說明裝載機目前的自動化控制水平和將來的發展方向。為了保證轉向系統平穩、快速的運轉，我們設計了本選題的電氣控制系統和液壓控制系統，在對各種電氣和液壓元件控制方法的工作原理進行了詳細的分析的基礎上，提出了L1150型前裝機轉向系統控制設計的選題。希望通過我們的研究能把前裝機目前的自動控制技術提高到一個新的高度。

1 L型前裝機轉向系統總體模型設計

轉向是電液控制的自動控制系統。則轉向系統總體設計結構圖如圖1所示。

由上述結構圖可以得出系統的傳遞函數為以下三部分組成，其中G1（S）是電氣系統的傳遞函數，G2（S）是電液比例控制閥占空比對換向閥流量的傳遞函數，G3（S）是液壓系統的傳遞函數，如圖2所示：

所以本論文的設計分為倆部分，一部分為電氣控制結構的設計，另一部分為液壓控制結構的設計。

2 L型前裝機轉向系統控制設計

2.1 電氣控制結構設計

電氣控制是當操作手柄給左轉向命令時，操作手柄移動被轉換成CAN信息。CAN全稱為Controller Area Network即控制器局域網[2]，CAN總線是國際上應用最為廣泛的現場總線之一。由操作手柄輸出轉向命令值輸入到控制器，控制器接收到輸入信號后輸出PWM脈沖信號給控制閥，控制執行元件動作。轉向位置傳感器隨時監控轉向的位置角度并轉化為電信號反饋給VCU，和操作手柄的給定值比較以便進一步的控制。該系統設計為負反饋閉環控制系統，所謂反饋控制系統，就是指根據系統輸出變化的信息來進行控制，即通過比較系y行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預期的系統性能。L型前裝機轉向系統的電氣控制控制結構圖設計如圖3所示。

2.2 液壓控制結構設計

液壓技術的發展[3]，可追溯到 17 世紀帕斯卡提出了著名的帕斯卡定律，開始奠定了流體靜壓傳動的理論基礎。液壓系統：液壓油從油箱流入轉向泵的入口。轉向泵輸出液壓壓力油經控制閥和流量放大器后流入轉向油缸，轉向油缸動作從而實現轉向運動。通過負載感知把負載的壓力分別反饋回控制閥和轉向泵，反饋回控制閥的壓力油與給定值比較后進一步控制方向閥芯的開口大小從而進一步的控制壓力油流向轉向油缸的流量。由于液壓系統運行時容易發熱，為了節省功率和減少發熱量負載反饋的壓力油同時反饋給轉向泵，從而可以控制轉向泵斜盤角度，進一步控制轉向泵的輸出功率。該系統設計為負反饋閉環控制系統，所謂反饋控制系統，就是指根據系統輸出變化的信息來進行控制，即通過比較系統行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預期的系統性能。在反饋控制系統中，既存在由輸入到輸出的信號前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路，兩者組成一個閉合的回路。因此，反饋控制系統又稱為閉環控制系統。反饋控制是自動控制的主要形式。在工程上常把在運行中使輸出量和期望值保持一致的反饋控制系統稱為自動調節系統，而把用來精確地跟隨或復現某種過程的反饋控制系統稱為伺服系統或隨動系統。L型前裝機轉向系統的液壓控制控制結構設計如圖4所示。

圖4 轉向系統的液壓控制結構圖

3 轉向控制系統的測試和分析

把設備所有的電氣系統和液壓系統以及其他的結構件等安裝調試完成后，啟動設備做了左轉向、無轉向、右轉向等的一系列空載、有載測試，空載測試是指設備沒有裝載并處于平整的地面上，有載是指設備處于裝載的工作狀態，并處于工況不是很好的環境下，測試結果見表1所示。（下轉第287頁）

從表1中的測試結果可以看到當有禁止狀態時，轉向接口卡無輸出。當發出左轉向命令的時候，轉向接口卡輸出的電壓為12V-18V；當操作手柄處于中位時轉向接口卡的輸出為12V；當發出右轉向命令時轉向接口卡的輸出為6V-12V；這完全符合當初設計的期望值，在進一步的測試中該電路輸出穩定、可靠符合要求。

4 結論

本論文的設計以L型前裝機轉向系統的設計為主題，主要包括電氣系統和液壓系統倆部分。電氣系統采用LINCS II控制系統，由操作手柄通過CAN控制系統發出轉向命令通過數字接口卡轉化為數字信號后輸入到VCU（VECHICLE CONTROL UNIT） VCU接受到信號后發出PWM輸出信號給數字接口卡的轉向接口卡通道，然后再傳輸到PVG32先導控制閥控制液壓系統。轉向位置傳感器隨時監控轉向的位置角度并反饋給VCU和給定值比較以便進一步的控制。液壓系統采用電液比例先導控制，液壓油從油箱流入轉向泵的入口，液壓壓力油從泵流過高壓過濾器后到達流量放大器閥（Danfoss） 的HP口。當有轉向命令時PVG32先導控制閥控制先導油推動流量放大器的方向閥芯后從泵出來的油經流量放大閥芯被導向轉向油缸從而實現轉向運動。

【參考文獻】

篇（8）

一、結合畢業論文課題情況，根據所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：

摘要：本課題主要研究的是成都國際金融中心負5層制冷機房的電氣部分研究問題[1]。案為成都國際金融中心項目，成都國金中心凈用土地面積82畝[2]。為香港九龍倉投資的西部地標性建筑整個項目設計由4座塔樓及裙樓組成，包括超五星級酒店、高端寫樓、高檔酒店式公寓及高品位住宅等，其中主樓雙塔最高達248米[3]。2007年9月香港九龍倉集團在成都以8800萬元/畝[4]。總價72.4億元拍下了位于成都市最繁華的商業中心春熙路片區82畝土地建成后，將成為中國西部地區最高檔次、最具規模和影響力的地標性建筑物，將引進數百個中西部最具代表性的商鋪，其中包括世界上最出名的國際名牌、港澳名牌，再加上其九龍倉本身之馬哥孛羅酒店等，有望成為中國西部今后最具影響力的國際商貿金融中心[5]。

關鍵詞：電氣設計；配電系統；智能化系統；電氣控制；電機；制冷機房；水泵

1.前言

建筑電氣技術是以電能、電子、電器設備及電氣技術為手段來創造、維持和改善人民居住或工作的生活環境的電、光、聲、冷和暖環境的一門跨學科的綜合性的技術科學[6]。它是強電和弱電與具體建筑的有機結合[7]。隨著科學技術的發展和人民生活水平的不斷提高，人們對有關供配電、照明、消防、防雷接地、通信、網絡等系統的要求越來越高，使得建筑開始走向高品質、多功能領域，并進一步向多功能的縱深方向和綜合應用方向發展[8]。建筑電氣設計是在認真執行國家技術經濟政策和有關國家標準和規范的前提下，進行工業與民用建筑建筑電氣的設計，并滿足保障人身、設備及建筑物安全、供電可靠、電能節約、技術先進和經濟合理[9]。

2.設計內容

成都國際金融中心負5層制冷機房的電氣部分研究問題。通過到成都國際金融中心負5層制冷機房實地實習，了解制冷機房電機啟動類型，啟動方式，啟動速率。研究其中各個電機與電氣控制裝置之間是如何協調工作的[10]。了解系統的電氣設備及其主回路工作原理[11]。探究其中存在的節能環保效應。計算電氣設備的負荷、功率，了解相關電氣設備的選用[12]。

3.設計依據

1)中戶人民共和國工程建設標準強制性條文(房屋建筑部分)(2002年版)

2)民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范CB50736-2012

3)高層民用建筑設計防火規范CB50045-95(2005年版)

4)建筑設計防火規范CB50016-2006

5)汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范CB50067-97

6)公共建筑節能設計標準CB50189-2005

7)《全國民用建筑工程設計技術措施-暖通空調.動力》(2009年版)

8)《全國民用建筑工程設計技術措施節能專篇-暖通空調.動力》(2007年版)

9)通風與空調工程施工質量驗收規范CB50243-2002

4.總結

本次的文獻綜述內容主要是對成都國際金融中心負5層制冷機房的電氣部分的一個概述，簡要說明了畢業設計(論文)文獻綜述應該做些什么系統的設計，在查閱了大量的資料后的一個總結，也是對這段時間的工作的一個匯報[13]。并對一些規范和國標有了初步的了解，對以后的畢設做一個鋪設[14]。小區的建筑電氣設計主要是對變配電系統、冷卻系統、電話系統、消防系統等的一個設計[15]。對這些系統的初步了解可以確定以后電氣設計的方向，對之后的畢設起一個帶頭作用[16]。從對電氣設計的迷茫到初步的認知，有老師的指導同學的幫助，更重要的還是自己的解收獲的是實踐知識，本次的文獻綜述對之后的畢設奠定了良好的基礎[17]。

參考文獻

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[9]俞麗華.電氣照明[M].上海：同濟大學出版社，2008

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[12]戴瑜興.民用建筑電氣設計數據手冊.北京：中國建筑工業出版社，2003年：59頁

[13]劉思亮.建筑供配電.北京：中國建筑工業出版社，2004年：24頁

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[17]NTayfunAmur.Cost，guestimpactdriveterrorism-securityplans[J].HotelandMotelManagement.Vol.220.No.20.Jun.2005.

二.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑)：

1.研究的問題

本課題主要研究的是成都國際金融中心負5層制冷機房的電氣部分研究問題。通過到成都國際金融中心負5層制冷機房實地實習，了解制冷機房電機啟動類型，啟動方式，啟動速率。研究其中各個電機與電氣控制裝置之間是如何協調工作的。了解系統的電氣設備及其主回路工作原理。探究其中存在的節能環保效應。計算電氣設備的負荷、功率，了解相關電氣設備的選用。最終了解現場施工的程序等。

2.研究的途徑

1)收集相關資料，查閱中外文獻。學習相關知識，了解國金中心項目的基本情況。做好前期準備。

2)請教校外導師學習、掌握國金中心負5層的解制冷機房的電機啟動類型、啟動方式、啟動速率，系統的電氣設備及其主回路工作原理，探究其中存在的節能環保效應。

3)通過計算電氣設備的負荷、功率，了解相關電氣設備的選用。

篇（9）

電氣火災高發的嚴峻形勢，使得電氣防火的教學工作任重道遠隨著經濟的發展，生產和生活用電量大幅度增加。據《國際能源展望2006》判斷，“十一五”期間，中國用電量年均增長約8．0%。至2015年，將達到4．5萬億千瓦時。按此發展計算，至2020年，將達到5．6萬億千瓦時。在用電量快速增長的同時，電氣火災近年來也頻繁發生［1］。據消防部門統計，20世紀90年代以來，電氣火災在全國總火災數中所占的比例一直居高不下。1997年～2007年的十年間，我國共發生重特大電氣火災1324起，直接經濟損失156526．2萬元，造成1936人死亡、1116人受傷，年均占有比例為31．56%、44．3%、28．3%、28．6%，表明重特大惡性火災多數為電氣火災［2，3］。由于電氣火災的形勢嚴峻，為了預防電氣火災頻發，有必要在消防工程專業開設電氣防火類課程，在該類課程中，講授電氣火災形成機理、從電源供配電、電氣設備與線路選擇、應急照明與疏散、防爆電氣以及防雷防靜電等設計源頭加強電氣防火措施。

火災監控技術是火災處置的最佳手段之一，其核心內容必然納入消防工程專業教學范圍火災監控實際上是火災探測報警和消防設備聯動控制的總稱，它是依據主動防火對策，以被監測的各類建筑物、油庫等為警戒對象，通過自動化手段實現早期火災探測、火災報警和消防設備聯動控制。所以，火災監控主要包括了火災探測、火災自動報警系統、自動滅火控制系統等。火災監控技術的先進性和可靠性一直是消防行業探討的熱門課題。作為火災處置的最佳手段之一，有關火災監控技術的核心內容必然納入消防工程專業教學范圍。而火災監控技術是基于弱電技術，在建筑設計中，歸屬于電氣設置范圍，因此，火災監控技術的內容被納入電氣防火課程群。

開設電氣防火類課程已成為全國消防工程專業的共識由于電氣火災高發的形勢及火災監控技術的重要性，大部分地方高校消防工程專業均開設了電氣防火類課程［4］－［6］。7所地方高校均開設了電氣防火類課程。只是不同學校有不同側重，如中南大學和中國礦業大學側重于火災監控技術，西南林學院注重電氣防火技術，而沈陽航空工業學院、華北水利水電學院、南京工業大學對電氣防火和火災監控均開設了相關課程。這從一定程度上反映了電氣防火類課程的重要性。

消防工程專業電氣防火課程群體系設置及相互關系

與地方大學人才培養目標有所不同，武警學院消防工程專業畢業學員從事的是消防監督管理業務。電氣消防審核和電氣防火監督檢查是消防監督業務的重點和難點。因此，構建以《電氣防火及火災監控》課程為核心的電氣防火課程群體系在2010版人才培養方案中得到了充分的重視。電氣防火課程群體系如圖1所示。在圖1所列的課程中，《電氣防火及火災監控》、《消防電氣控制技術》為必修課程，其他課程為選修課程。從圖1可以看出《電氣防火及火災監控》課程的核心地位，并且該門課程由多門課程支撐，保證了課程間的相互聯系和融合，緊密銜接和漸次深化。《電氣防火及火災監控》作為河北省精品課程，其課程體系相對成熟，課程內容完整，課程實踐豐富。各門課程圍繞該門課程來建設這是由它的主要內容決定的。該門課程的主要內容包括兩部分，一部分是電氣防火部分，在這部分內容中包括電氣火災原因分析、消防供配電系統、變配電所防火、電氣設備及線路防火、防爆電氣、防雷及防靜電等。圍繞其核心內容，必然需要《建筑供配電技術基礎》作為第一部分的知識補充。同時，對于電氣火災高發的現狀，可以運用先進的電氣防火檢測技術加以預防，因此，及時補充《建筑電氣防火檢測技術》選修課作為新技術的介紹。第二部分是火災監控部分，在部分內容中包括火災探測與信息處理概述、火災監控系統組成、火災監控系統的工程設計等。這部分火災監控技術知識相對完整，但是，對于不斷發展的、新的火災探測與信息處理技術可以由選修課《火災探測與信息處理》來完成補充。而對于消防設施的聯動控制需要加強專業基礎的學習，因此，開設了《消防電氣控制技術》必修課程講授技術的實現，而在《電氣防火及火災監控》課程中的聯動控制部分只講授聯動控制要求。同時，作為消防工程專業的學員，有必要加強對建筑消防設施的監管，因此，開設了《建筑消防設施維護與管理》選修課作為有益的必要補充。

電氣防火課程群改革的具體內容

近年來，電氣防火課程群一直在不斷改革。從課程內容、實踐環節、教學方式及手段、考核改革等方面作了大量工作。改革始終圍繞武警學院人才培養方案進行，按照公安部黨委構建“大教育”、“大培訓”格局的總要求，遵循高等教育基本規律，突出公安現役教育特色，以改革人才模式為切入點，以優化課程體系、深化教學內容改革為重點，著力培養學員的實踐能力和創新精神，積極構建課程教學、實驗教學、實戰訓練、日常練兵有機結合的教、學、練、戰一體化教學訓練體系，更好地滿足公安消防部隊對人才培養的新要求、新期待。因此，電氣防火課程群的改革目標是培養基礎理論扎實，專業知識深厚，實踐能力強，富有創新精神，能在公安消防部隊從事消防監督檢查、建設工程消防設計審核和竣工驗收等方面工作的應用型高級專門人才。圍繞這一改革目標，電氣防火課程群的改革核心是改革教學內容、完善實踐教學體系、更新教學方式及手段、改革考核方式等。

貼近消防實際，追蹤消防科技前沿，改革教學內容隨著經濟和科技的發展，新材料、新工藝不斷出現，不斷有新的標準和規范出臺或更新。教學內容必須要緊跟消防形勢加以調整。因此，在核心課程《電氣防火及火災監控》課程中，對電氣絕緣材料等級，依據最新的規范《電氣絕緣耐熱等級》進行了重新劃分;按2008版《民用建筑電氣設計規范》，對消防設備供配電、供配電系統防火等進行了教學內容更新;按防爆電氣設備的系列標準GB3836－2010，及時更新了防爆電氣設備的選擇;依據《建筑設計防火規范》和《高層民用建筑設計防火規范》，及時增加了電氣火災監控技術的相關內容，并且結合工程實例講解火災監控系統的工程應用。在選修課程《建筑消防設施維護與管理》、《建筑電氣防火檢測技術》和《火災探測與信息處理》課程中，更是強調了與消防科技前沿的結合，根據最新發展科技及時更新講義，始終帶給學員最新的消防前沿知識。課程建設小組2009年完成的學院教學改革項目“《電氣防火及火災監控》課程教學內容改革與實踐”獲得了專家組的好評。#p#分頁標題#e#

突出能力，強化實踐，完善實踐教學體系在保證學員專業素質的同時，更加突出能力培養，強化實踐教學，按照武警學院教、學、練、戰一體化思想，將實驗、實訓、實習、模擬演練和綜合演練貫穿于教學活動的全過程。因此，核心課程《電氣防火及火災監控》課程中，開設了電氣火災模擬實驗，電氣火災隱患檢測實驗、火災監控實訓等模塊，突出考核學員的動手能力和創新能力，由課程組設計完成的“電氣火災隱患模擬實驗臺開發與應用研究”獲學院教學成果三等獎。在《消防電氣防控制技術》課程中，提出了理論與實踐一體化的教學模式，搭建了實訓平臺，強調了學員動手實踐能力和解決實際問題的能力。因此，電氣防火課程群從基礎到專業，均有相關的實驗和實訓平臺，強化學員理論與實踐的結合。此外，在畢業前的綜合演練中，電氣防火消防監督檢查和電氣防火審核貫穿于整個專業綜合演練的全過程，將所學的理論知識運用于消防實踐環節，實現了教、練、用的完美統一。

側重創新，“教”“導”結合，促進能力提高課堂教學應以培養學生創造性思維能力、動手能力等綜合能力為出發點。開展教學方法改革，實現教學方法的“四個轉變”［7］。即課堂教學從傳統灌輸向探索性教學轉變，實驗教學從驗證性實驗向綜合性、設計性實驗轉變，考試從知識考核向能力考核轉變，畢業設計從模擬訓練向工程實踐轉變。

探索性教學的實現。教學方法的改革方向應把傳統的重演繹按部就班的教學方法與側重歸納、分析、滲透、綜合有機結合。如在《電氣防火及火災監控》專業課程中的應用“研討型”教學。講課重心從“授”轉變為“導”，包括引導、指導、誘導、教導等，使學生由傳統教學所形成的被動的思維方式向積極主動的思維方式轉變。首先緊扣課程重點內容，精心設計每一個教學單元的研討主題。主題的設計還要能夠充分調動學生的能動性，培養其知識的應用能力。提前布置研討主題，給學生留出查找資料的時間。在課堂上對學生進行分組，設計問題引導學生進行分析和討論，教師只提供分析的思路，學生自主完成對問題的分析和解答。最后，教師對于整個過程進行講評和總結，糾正研討過程中的問題。因此，在消防供配電系統設計、火災探測器設計和火災自動報警系統聯動設計這幾個研討式教學環節中，針對教學內容所對應的消防部隊業務，設置教案和教學方法，增加互動式教學，利用開發的輔助教學軟件，調用相關CAD圖紙，模擬場景，讓學員參與審核。此外，在變配電所防火和爆炸危險環境電氣設備選擇這兩個研討式教學環節中，將研討式教學與教學參觀相結合，選擇變配電所、加油加氣站等場所作為實踐教學地點，讓學生結合實際單位做設計、做審核、做檢查。

綜合性、設計性實驗的實現。在《電氣防火及火災監控》實驗與實訓環節，設置了電氣火災模擬、電氣火災隱患檢測和火災監控實訓。學員不僅能進行驗證性實驗，更能設計綜合性、設計性實驗。如有的同學對不同型號的插座進行過載實驗，得出與電氣線路過載實驗不一樣的結論;有的同學在對電氣線路過載進行測溫實驗的基礎上，對發煙量進行了測定，得出不同過載倍數的電流發煙量不同規律;還有的同學對人體靜電在不同情況下的帶電量進行測量，得出相應的規律;特別是有同學利用紅外成像儀對電氣線路進行實地火災隱患檢測，發表了學術論文。在《消防電氣控制技術》課程，設置了綜合實訓平臺，教師只講授基礎理論部分，在“教”的同時，更加注重“導”，引導學員在實驗室完成對于消防設施的聯動控制，這樣既加深了學員對專業理論知識的理解，又強化了實踐能力的培養。并且，通過實訓，變換不同的接線方式，得出不同的控制關系。

能力考核的實現。高等教學要按照知識、能力、素質全面發展的人才培養總體要求，更新課程考核理念，改革課程考核方式。因此，《電氣防火及火災監控》課程考核改革作為專門的教學改革項目進行了立項研究，在全院作為首批示范考核改革課程。在該門課程的考核環節設置了實驗實訓考核、研討式教學環節考核、課程設計考核、平時表現考核及課終考核。在《消防電氣控制技術》課程考核中，設置了實訓考核，強調創新性實驗和綜合性實驗環節。通過過程考核與課終考核、理論考核與實踐實訓考核的有機結合，促進知識考核向能力考核的轉變。

工程實踐的畢業設計。近三年，消防工程專業的畢業論文和設計進行了大改革。強調學員的選題必須符合人才培養方案、符合消防部隊的需求，滿足第一任職需要。再加之電氣防火課程群的設置深化了課程內容，為學員進行工程實踐的畢業設計奠定了較好的理論基礎。學員的畢業設計緊密圍繞工程實踐這一主題進行畢業論文的撰寫，如撰寫建筑消防供配電系統設計、電氣火災監控系統設計、火災自動報警系統設計等論文，本科畢業論文的水平均有所提高。

篇（10）

中圖分類號：TD525 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）10-0273-01

在電力市場飛速發展的今天，隨著電力體制改革的進一步深入，對電廠的控制水平的定位，自動化水平的要求越來越高。分散控制系統（DCS）已經成為 50MW 以上機組的標準配置；加之企業為了適應現代管理的需要，采用信息技術、建立 SIS（實時信息系統）、MIS（生產管理系統）已成為必然趨勢。為了適應“廠網分家，競價上網”這一新的形勢，最大限度的提高機組的控制水平，發展 DCS 系統，建立信息共享、管理、決策平臺，已成為必然趨勢。

一、電氣控制對象的特點和要求

電氣控制量與熱工控制量相比在控制要求及運行過程中有著很多不同點，電氣的主要特點表現為：

（1）電氣控制系統相對熱機設備而言控制信息采集量小、對象少，操作頻率低，但強調快速性、準確性；

（2）電氣設備保護自動裝置要求可靠性高，動作速度快；同時對抗干擾要求較高。

（3）熱力系統控制處理信息量大，系統復雜，以過程控制為主；電氣控制系統（ECS）主要以數據采集系統和順序控制為主，聯鎖保護較多。

因此，機組的電氣系統納入 DCS 控制，要求控制系統具有很高的可靠性。除了能實現正常起停和運行操作外，尤其要求能夠實現實時顯示異常運行和事故狀態下的各種數據和狀態，并提供相應的操作指導和應急處理措施，保證電氣系統自動控制在最安全合理的工況下工作。

二、常規 ECS 系統的實現功能和水平

目前，大多數電廠和 DCS 廠家所實現的 ECS 控制功能主要局限在以下幾個方面：

（1）監視部分 發電機―變壓器組系統，勵磁系統，高、低壓廠用電系統及備用電源系統，220V 直流系統和 UPS 電源系統，電氣公用系統，所控電氣設備開關、閘刀的狀態監視；中央信號及事故報警，事故記錄及追憶功能。

（2）控制部分 發電機―變壓器組單元電氣一次設備的控制、聯鎖，發電機程序起停，ASS 的投切；廠用工作電源，高、低壓廠變與高、低壓備變之間的正常切換操作；電氣接地系統管理；220kV 斷路器、隔離開關的控制。

應該說在傳統的 DCS 系統中對電氣量的監視、控制非常有限，尤其是對電氣專用智能設備信息的采集更是少之又少，致使這些設備各自為政，對運行人員來說，無法在操作員站的監視器上了解相關信息。有時不得不采用大量的電流、電壓變送器將部分模擬量采集進 DCS 系統；或者采用硬接線的方式接入 DCS 系統，使系統復雜、投資增加和資源浪費。

三、功能擴展后的 ECS 系統

1.設計原則

（1）系統的可靠性設計原則：保護測控裝置的高可靠性滿足 IEC61000-4 的四級標準，重要設備和關鍵環節考慮冗余設計，如發變組保護、通信服務器等；通訊網絡采用雙網，網絡具有自診斷和糾錯功能；

（2）系統的大容量實時數據庫，滿足大容量數據采集的要求；

（3）系統的實時性設計原則：通訊網選用高速工業以太網/高速現場總線，通訊主控單元選用工業計算機和實時多任務操作系統，確保了系統的實時性；

（4）通信服務器、通訊網絡采用冗余方式，每個控制設備可采用主/備雙通道，故障時自動切換，任何單一故障不影響系統正常運行；

（5）快速的主/備機故障切換機制；

（6）嚴格的同步機制，確保主/備機數據的一致性。

2.電氣自動化系統的設計思路

廠用電系統現場級（也叫現場應用層）設備采用分散式就地安裝的集保護、測量、控制、通訊于一體的基于微處理器的微機綜合智能終端設備，如發變組保護裝置、微機勵磁調節裝置、微機備用電源自投裝置、電動機綜合保護測控裝置、低壓變壓器保護測控裝置、廠用分支保護測控裝置、同期合閘裝置、廠用電快切裝置、小電流接地選線裝置等。用現場總線（或以太網）將這些終端設備的通信接口連接起來，構成電氣監控網絡，通過通信處理機實現設備的分層管理；通信處理機（也叫通信管理層）進而與廠用電監控主站相連，最終由廠用電監控主站（主控單元）連接至 DCS 系統及電廠MIS 系統、SIS 系統、Internet 網等；同時也可通過通信處理機直送 DCS 的 DPU 等設備，以提高測控的可靠性和響應速度。

四、電氣監控系統（ECS）的控制網絡及構架

電氣監控系統（ECS）應采用開放、分層分布式網絡結構，電氣控制網絡宜采用三層設備兩層網結構，分為主控層、通信管理層、現場應用層。網絡具有自診斷功能及網絡糾錯能力，選用工業高速網絡能滿足大容量信息和接點的要求。

1.主控層

主控層網絡通訊介質可采用以太網線，它負責主控層各個交換機之間和來自現場應用層的全部數據的傳輸和各種訪問請求。其網絡協議應符合國際標準化組織 OSI 模型。具有良好的開放性。主控層網絡按冗余雙網配置，采用 10M/100Mbps 以太網，通信速率高、容量大，易于與 SIS、DCS及其它系統聯網。主控層分別設置兩臺服務器（或交換機），每臺機組設置一臺操作員站，工程師站可根據機組情況設定。交換機采用采用雙機冗余配置，交換機負責接受將通信管理機轉換后的信號轉換成 TCP/IP 的通信協議通過 10M/100Mbps 以太網與 DCS 的以太網連接。主控層主要設備包括交換機、GPS 對時裝置、路由器（選配）、硬件防火墻（選配）等。

2.通信管理層

通信管理層為通信轉換和接口設備，將現場總線設備接入系統，實現現場總線設備通訊協議、通訊介質的轉換。設備采用雙機熱備原則設置，以提高可靠性。現場應用層保護測控裝置采用 RS485，RS232 接口或總線。通信管理機將多個現場管理的保護測控裝置信號采集后經過集線器、通信電纜或光纜、光電轉換器等轉換成以太網與站控層交換機通信。通信網絡通訊速率應滿足系統實時性要求。當數據通信網絡中出現某個差錯時，系統應自動采取安全措施，如自動要求重發該數據、切除故障設備或切換至冗余的裝置等。與各類現場設備通訊可采用屏蔽雙絞線、五類線或光纖等介質。通信管理機負責把各個保護測控裝置的數據整理匯總，再將這些信息上送至 ECS 和 DCS。另一方面，接收由 ECS 下達的命令并轉發給相應的保護測控裝置。

3.現場應用層

在 ECS 各裝置的硬件配置上，采用通信模塊化設計，可以同時支持多種類型的通信口，包括以太網、串行通信口、可擴充的其他現場總線接口等；軟件上，采用規約庫，支持MODBUS、標準網絡協議（TCP/IP）等。

總之，功能擴展的 ECS 系統首次將微機保護技術、現場總線技術實際應用到電廠電氣自動化，實現了電廠廠用電部分的綜合自動化、實現了與 DCS 系統的無縫連接。