大工19秋《楼宇自动化》大作业题目及要求[第五题]【答案】.pdf

网络教育学院网络教育学院楼宇自动化课楼宇自动化课 程程 设设 计计题题目目：学习中心：学习中心：层层次：次：专专业：业：年年级：级：年春/秋 季学学号：号：学学生：生：辅导教师：辅导教师：完成日期：完成日期：年月日20192019 年年 1111月份楼宇自动化课程设计月份楼宇自动化课程设计题目五：三相异步电动机的题目五：三相异步电动机的 Y-Y-起动控制起动控制问题描述：在当今的工农业生产过程中,只要定子绕组在正常运行时接为三角形的三相异步电动机都可以采用星三角降压启动的控制方式,此种控制方式在电动机刚起动的时候将定子绕组接成星形,实现减压起动,待电动机正常运转后再换接成三角形接法,进行全压运行。这种控制方式具有:设备简单、起动电压小、可有效地避免对电网的冲击、减小对电网中其它运行设备的影响等优点。从而在实际生产过程中被广泛应用。撰写要求：（1）设计出能对三相异步电动机机进行Y-起动的主电路和继电器控制电路图；（2）描述各开关、继电器及接触器的动作过程；（3）总结：需要说明的问题以及设计的心得体会。【答案：【答案：】三相异步电动机的三相异步电动机的 Y-Y-起动起动 PLCPLC 控制控制1.1.可编程序控制器可编程序控制器 PLCPLC 的概况的概况1.1 PLC1.1 PLC 的定义的定义早期的可编程控制器是为了取代继电器控制线路，采用存储器程序指令完成顺序控制而设计的。它仅有逻辑运算、定时、计数等功能，采用开关量控制，实际只能进行逻辑运算，所以称为可编程逻辑控制器，简称PLC（ProgrammableLogic Controller）。进入 20 世纪 80 年代后，采用了 16 位和少数 32 位微处理器构成 PLC，使得可编程逻辑控制器在概念、设计、性能上都有了新的突破。采用微处理器之后，这种控制器的功能不再局限于当初的逻辑运算，增加了数值运算、模拟量的处理、通信等功能，成为真正意义上的可编程控制器（ProgrammableController），简称为 PC。但是为了与个人计算机 PC（Personal Computer）相区别，长将可编程控制器仍成为 PLC。随着可编程控制器的不断发展，其定义也在不断变化。国际电工委员会（IEC）曾于1982 年 11 月颁布了可编程控制器标准草案第一稿，1985 年 1 月发表了第二稿，1987 年 2 月又颁布了第三稿。1987 年颁布的可编程控制器的定义如下：“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其相关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。1.2 PLC1.2 PLC 的工作原理的工作原理PLC 实质上是一种专用与工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相近，在结构上分为固定式和组合式（模块式）两种，固定式 PLC 包括 CPU板，I/O 板，显示面板，内存块，电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块，I/O 模块，内存模块，电源模块，底板或机架。这些模块可以按照一定的规则组合配置。按照可编程控制器系统的构成原理，可编程控制器系统由传感器，可编程控制器和执行器组成，可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序来实现控制任务，其操作过程如下图 1 所示。图 1.1 PLC 操作过程PLC 输入模块的输入信号状态与传感器信号相对应，为传感器信号经过隔离和滤波后的有效信号。开关量输入电路通过识别传感器 0、1 电平，识别开关的通断。CPU 在每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到输入映像寄存器区域；CPU 根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将其处理的结果送到输出映像寄存器。现代的 PLC 已经具备了处理模拟量的功能，但是相对于开关量的处理较复杂一些。PLC 输出模块具有一定的负载驱动能力，在额定负载以内，直接和负载相连，可以驱动相应的执行器。在 PLC 处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。1.3 PLC1.3 PLC 的应用领域的应用领域目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为以下几类：（1）开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。如电梯控制、高炉上料、注塑机、印刷机、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使 PLC 能处理模拟信号，PLC 厂家生产有配套的 A/D、D/A 转换模块，使 PLC 可用于模拟量控制。（3）运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在可使用专门的运动控制模块。广泛的运用于各种机床、机械、机器人、电器等场合。（4）过程控制这是对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。PLC 能编制各种控制算法程序，完成闭环控制。PID 控制时一般闭环控制系统中常用的控制方法。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用（5）数据处理现代 PLC 具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较。一般用于大型系统，如无人控制的柔性制造业。（6）通信及联网PLC 通信包含 PLC 之间的通信以及 PLC 与其他智能设备间的通信。在工业自动化网络发展加快前提下，厂家都十分重视 PLC 的通讯功能，纷纷推出各自的网络系统，通讯十分方便。1.4 PLC1.4 PLC 的发展趋势的发展趋势1969 年，美国数字设备公司（DEC）首先研制出第一台符合要求的控制器，即可编程逻辑控制器，并在美国 GE 公司的汽车自动装配上试用获得成功。此后，这项技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普及到全世界。总的来说发展趋势如下：(1)向高速度、大容量方向发展为了提高 PLC 的处理能力，要求 PLC 具有更好的响应速度和更大的储存容量。(2)向超大型、超小型两个方向发展。以适应不同类型的自动控制系统的需要。(3)PLC 大力开发智能模块，加强联网通信功能。为了扩大适用范围，厂家还制定了通用的通信彼岸准，已构成更大的网络系统。(4)增强外部故障的检测与处理能力。外部故障的几率很大，因此，PLC 厂家致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性(5)编程语言多样化。PLC 结构不断发展的同时,PLC 的编程语言也越来越丰富。多种语言并存、互补与发展是 PLC 进步的一种趋势。2.2.三相异步电动机正反转控制电路的特点与应用三相异步电动机正反转控制电路的特点与应用2.12.1 三相异步电动机正反转控制电路的特点三相异步电动机正反转控制电路的特点2.1.1三相异步电动机正反转控制电路的主、控制电路1.主电路 如图 2-1主电路接触器 KM1、KM2分别闭合，完成换相实现电动机正反转。KM1、KM2不能同时闭合，否则,会造成主电路两相短路。电路用FR 实现过载保护。2.控制电路 控制电路实质是由两条并联的启动支路组成，但为了生产、安全的需要又在各支路中辅加了制约触头。图 2-1 三相异步电动机继电器接触器控制电路2.1.2按钮、接触器联锁的正反转控制电路特点及应用分析1.接触器联锁正反转控制电路如图 2-1,右部分是其控制电路,它由两条启动支路构成,且在对方支路中相互串联上彼此的常闭辅助触头,使一接触器线圈得电吸合后另一个接触器因所串联的常闭辅助触头断开而受到制约无法得电,保证了 KM1,KM2 不能同时得电,从而可靠地避免了两相电源短路事故的发生,电路安全、可靠。这种在一个接触器得电动作时通过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作的作用称为联锁或互锁。该电路要改变电动机的转向必须先按下停止按钮使接触器失电,各触头断开恢复原状解除联锁,再按下反转启动按钮,电动机才能反转。2.按钮联锁正反转控制电路如图 2-1,它将图左中的正、反转控制按钮 SB1、SB2 换成复合按钮,用对应的常闭触头代替接触器相应的常闭辅助触头构成联锁完成正反转控制。这样电动机改变转向时,可直接按下反转相对于另一转向按钮即可,而不必先按停止按钮,同时保证了两个接触器 KM1、KM2 线圈不会同时得电闭合。例如,KM1 吸合电动机正转时,按下反转按钮 SB2,串联在 KM1 线圈支路中 SB2 的常闭触头先断开,使 KM1 线圈失电,其主触头、自锁辅助触头断开,电动机断电但仍惯性运转。SB2按下后经过一定的行程,其常开触头闭合,接通反转控制电路,电动机反转。3.按钮与接触器联锁的正反转控制电路的应用分析接触器联锁正反转控制电路适用于重载拖动的机床等不能或不需要由一个转向立即换为另一个转向的机械设备,以减小换相对设备的机械冲击力和电机绕组受到的反接电流冲击,起到保护设备,延长其使用寿命的作用。而按钮联锁正反转控制电路虽操作方便,但安全欠佳,不可靠。例如,当正转接触器 KM1 吸合后主触头发生熔焊或动铁芯被杂物卡住等故障时,即使线圈失电,主触头也无法分开,这时若按下反转按钮,SB2,KM2 得电动作,主触头闭合造成电源两相短路。2.22.2 交流接触器的正反转自动控制线路工作过程及分析交流接触器的正反转自动控制线路工作过程及分析当通电以后，按下SB2，KM1 接通电动机开始正转，同时KM1 常开开关闭合，实现自锁，常闭开关断开，KM1也闭合，所以 KT1 开始计时，30 秒后，KT1 的常开开关闭合，同时 KM2 吸合，KM2 常闭开关断开，KM1 停止工作，KM1 常开开关断开，KM2 常开开关闭合，实现自锁，电动机开始反转，KT2 开始计时，当计时到 30 秒之后，KT2 的常开闭合，KM2 接通，吸合，如此反复，实现三相异步电动机延时正反转的控制，从而带动机器的正反转。达到延时停车的控制。其操作简便、安全易于控制。2.3 PLC2.3 PLC 的选择的选择PLC 高性能小型可编程控制器，具有较高的性价比，应用广泛。它不仅具备了以往的小型 PLC 所具有的功能，而且还可连接可编程控制终端,尽可能使安装空间最小化，并实现了具有 2 点-7 点输入输出点数的弹性构成，为了节省节点的个数，它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。只有选择了符合要求的产品才能达到既可靠又经济的要求，西门子公司 s7-200 系列的 PLC 适合本次实验的要求，因此我们选择西门子列型号的可控制编程器。图 2-2 交流接触器的正反转自动控制线路2.42.4 输入输出定义输入输出定义根据对控制任务的分析，我们将输入输出定义如下表 2.1 所示:起动按钮 SB1 接于输入继电器 I0.0 端，反转启动按钮 SB2,接于输入继电器I0.1 端，停止按钮 SB3 接于输入继电器 I0.2 端正转接触器接于输出继电器 Q0.0 端；反转接触器接于输出继电器 Q0.1 端。表 2.1 输入输出对应表硬件名称启动按钮停止按钮SB3反转按钮SB2正转接触器反转接触器KM1KM2硬件符号名SB1称对应地址I0.0I0.2I0.1Q0.0Q0.1输出端的电源为交流 220V。2.52.5 输入输出接线图输入输出接线图三相异步电动机正反转的控制要求，本模块所用的器件有：PLC 控制单元，正转起动按钮 SB1，反转起动按钮 SB2，停止按钮 SB3，交流接触器 KM1、KM2、。此外为了防止主电路短路 KM1、KM2 在硬件上互锁。输入输出端口接线如下图所示：图 2-3 PLC 外部接线图1.梯形图程序2.语句表程序LD I0.0O Q0.0AN I0.2AN I0.1AN Q0.1=Q0.0LD I0.1O Q0.1AN I0.2AN I0.0AN Q0.0=Q0.10学习本课程的心得:通过本次课程设计，让我巩固并掌握了三相异步电动机的基本理论知识，较为全面地应用了控制电路的知识，熟悉了现代中小型电动机的发展，加深了对课本知识的进一步了解，同时也对 PLC 有了更深的掌握。深入地学习和分析了三相异步电动机的正反转控制电路，掌握了其 PLC 控制的设计方法。这次大作业设计的完成为以后从事电控类或其他的电子硬件产品的设计开发打下了良好的基础，树立独立从事产品研发的信心，并在这种能力上得到了较为充分的锻炼。注：注：以下部分为本课程完整试卷和学习要求，以下部分为本课程完整试卷和学习要求，供学生复习和参考使用，供学生复习和参考使用，阅读后可删除。阅读后可删除。网络教育学院网络教育学院楼宇自动化课楼宇自动化课 程程 设设 计计题题目目：学习中心：学习中心：层层次：次：专专业：业：年年级：级：年春/秋 季学学号：号：学学生：生：辅导教师：辅导教师：完成日期：完成日期：年月日20192019 年年 1111月份楼宇自动化课程设计月份楼宇自动化课程设计注意：注意：从以下从以下 5 5 个题目中任选其一作答，个题目中任选其一作答，保留所选题目要求，保留所选题目要求，并将其余四个题目删掉，请同学们认真阅读【说明】并将其余四个题目删掉，请同学们认真阅读【说明】（详见（详见末页）内容之后认真作答。末页）内容之后认真作答。题目一：高档住宅案例题目一：高档住宅案例请回答以下问题：1、请列举出哪些建筑物需要做火灾自动报警控制系统2、火灾自动报警系统的组成3、火灾探测器的分类与选择4、消防控制室的选择及相应的注意事项5、火灾自动报警系统的分类，指出本案例应该选择的类型。6、指出消防联动控制系统的组成以及联动功能。题目二：利用系数法照度计算题目二：利用系数法照度计算项目概况：已知一小区活动室，房间长度9.67m，房间宽度7.45 m，灯安装高度 4.00m，工作面高度 0.75m。屋顶的反射比 0.8，墙反射比为 0.5，地面反射比为 0.3，灯具选用 2 支 T8 光源荧光灯，每支灯管光通量为2000 Lm。要求满足国家标准的照度，求所需的灯数（注明详细计算过程）。附：表 1照明设计手册第四章利用系数表题目三：住宅小区电气智能化题目三：住宅小区电气智能化问题描述：在智能网络和信息技术普及的今天，越来越多的人能快速适应智能设备的使用并习惯智能技术带给我们的便利。随着智能化系统与建筑相结合，智能住宅小区已经慢慢深入到人们的生活中。撰写要求：（1）说明智能化小区的发展背景、定义及分类；（2）画出居住小区智能化系统示意图及功能图框；（3）分别对小区智能化系统各子系统进行分析说明。题目四：题目四：洁净空调控制系统的设计洁净空调控制系统的设计为了使洁净室内保持所需要的湿度温度、风速、压力和洁净度等参数，最常用的方法是向室内不断送入一定量经过处理的空气，以消除洁净室内外各种热湿干扰及尘埃污染。为获得送入洁净室具有一定状态的空气，就需要一整套设备对空气进行处理，并不断送入室内，又不断从室内排出一部分来，这一整套设备就构成了洁净空调系统。1、请说明洁净空调系统基本构成。2、简要说明循环空气处理机组的控制方案。3、说明洁净新风机组的控制方案以及相应功能段的划分。题目五：三相异步电动机的题目五：三相异步电动机的 Y-Y-起动控制起动控制问题描述：在当今的工农业生产过程中,只要定子绕组在正常运行时接为三角形的三相异步电动机都可以采用星三角降压启动的控制方式,此种控制方式在电动机刚起动的时候将定子绕组接成星形,实现减压起动,待电动机正常运转后再换接成三角形接法,进行全压运行。这种控制方式具有:设备简单、起动电压小、可有效地避免对电网的冲击、减小对电网中其它运行设备的影响等优点。从而在实际生产过程中被广泛应用。撰写要求：（1）设计出能对三相异步电动机机进行Y-起动的主电路和继电器控制电路图；（2）描述各开关、继电器及接触器的动作过程；（3）总结：需要说明的问题以及设计的心得体会。学习本课程的心得:【说明】【说明】1 1、关于作业具体要求、关于作业具体要求从五个题目中任选一个进行作答，保留所选题目的作业要求，删除其余四个题目内容及高亮显示的【说明说明】内容，作业完成后存于.doc 格式的 word 文档中。2 2、关于封面及正文格式要求、关于封面及正文格式要求题目名称为自己所选题目的名称，字体为宋体加黑，字号为小一；姓名、奥鹏卡号、学习中心等字体为宋体，字号为小三号。作业正文内容统一采用宋体，字号为小四，1.25 倍行距。3 3、关于作业提交具体要求：、关于作业提交具体要求：1）大作业上交时文件名写法为：姓名 奥鹏卡号 学习中心（如：戴卫东101410013979 浙江台州奥鹏学习中心1VIP）；2）以附件形式上交离线作业（附件的大小限制在10M 以内），选择已完成的作业（注意命名），点提交即可。如下图所示：3）有问题请及时通过论坛的形式与老师进行沟通，论坛帖子内容请勿涉及有问题请及时通过论坛的形式与老师进行沟通，论坛帖子内容请勿涉及到作业内容。到作业内容。4 4、注意事项：、注意事项：要求同学认真独立完成作业，不准抄袭其他网站或者请人代做，要求同学认真独立完成作业，不准抄袭其他网站或者请人代做，如有雷同作业，以如有雷同作业，以0 0分记。分记。