电气控制系统设计论文范文

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因此，根据实际需求，在客厅配置控制面板1，在原有照明控制开关的基础上进行改造。控制面板主要配置:客厅射灯、灯带、主照明灯开关、餐厅灯带、门厅照明灯开关、主卧照明灯控制按钮、书房照明灯控制按钮、防盗控制开关、闹铃控制开关。上述设计可实现主人在离开客厅时开启主卧或书房的照明灯，关闭客厅照明灯。在书房门旁4配置主卧灯控制按钮、书房灯控制按钮，主人在书房完成工作后，开启主卧照明灯，关闭书房照明灯，进入主卧室。主卧门旁和床头配置照明灯控制按钮5，在卧室内对照明灯进行开、关控制。

在厨房配置燃气泄漏检测开关2，检测到泄漏信号进行报警，报警设计为铃声报警10秒。在次卧配置床头求助按钮3，当家中有卧床老人时，通过按钮进行铃声求助;对于家中有幼儿的，也可改为夜晚被子未盖好的检测信号，如被子偏离位置过大，检测开关则进行铃声求助。

在入户门、阳台、各个窗户上安装检测开关，在主人入睡后启动午夜时段报警，当有人非正常从门、窗进入时启动防盗10秒报警;在主人离家时，合上客厅控制面板上的防盗控制开关，10分钟后启动防盗报警程序，报警设计为铃声报警10秒。

在主人上班或孩子上学期间，合上客厅控制面板上的闹铃控制开关，通过手机与LOGO!通讯软件或LOGO!操作键设定早晨起床时间和午休起床时间，进行5秒钟铃声叫醒服务。

设计部分插座具有现场手动与远程自动通电控制功能，利用手机进行远程控制，比如在厨房设计带旁通开关控制的插座，节假日主人在家，合上开关利用该插座插上电饭煲进行煮饭。在上班时间，断开该开关，利用LOGO!的输出二端点与此控制开关二端点并联，淘好米放入电饭锅后加入适量水，把电饭锅插在该插座上，快下班时，主人可通过手机与LO-GO!通讯，控制LOGO!的输出进而控制此插座通电进行煮饭。

2家用电气控制系统设计

根据产品功能介绍，该款家用多功能安防与电气控制系统需要8路数字量输入和三路数字量输出。系统控制器采用西门子LOGO!230RC控制器，控制器有8个数字量输入4个数字量输出。根据客户定制需求，可选用扩展模块采用一个LOGO!DM8/24R(四个数字量输入端口，四个数字量输出端口)。系统数字量输入资源分配为:I1主卧按钮，客厅、书房、主卧等处四个主卧按钮并联后接入，单次操作为开主卧照明灯，双次操作为关主卧照明灯;I2书房按钮，客厅、书房二个主卧按钮并联后接入，单次操作为开书房照明灯，双次操作为关书房照明灯;I3次卧床头求助按钮或盖被检测拉线开关，有信号时进行3秒求助铃声报警;I4燃气检测开关，有信号时进行10秒铃声报警，通过手机可进行远程监控、信息查询;I5防盗检测，门、窗等处七个检测开关并联后接入，有信号时进行10秒铃声报警，通过手机可远程进行信息监控查询;I6闹铃开关，有信号且达到设定时间则进行5秒叫醒闹铃服务;I7与I8防盗开关，I7有信号则进行时段报警，即主人入睡后当I5防盗检测到信号则进行10秒铃声报警，I8有信号则进行全天候报警，当I5防盗检测到信号则进行10秒铃声报警，报警信息通过手机可远程监控、查询，当I7与I8均有信号时，具有时段报警与全天候报警功能。系统数字量输出资源分配为:Q1主卧照明灯控制，Q2书房照明灯控制，Q3铃声控制，Q4插座控制。

3家用电气控制系统调试

(1)主卧与书房照明灯异地控制，采用单次按钮接通为开启照明灯，双次按钮接通为关闭照明灯。

(2)次卧床头求助按钮3，当家中有卧床老人时，通过按钮进行3秒铃声求助;对于家中有幼儿的，也可改为夜晚被子未盖好的检测信号，如被子偏离位置过大，检测开关则动作，进行3秒铃声求助。

(3)厨房燃气泄漏检测，检测到泄漏信号进行报警，报警设计为铃声报警10秒。采用LOGO!0BA7模块，通过通讯主人可以利用手机远程进行信息查询。

(4)门窗检测开关，在主人入睡后启动午夜时段报警，当有人非正常从门、窗进入时启动防盗10秒报警;在主人离家时，合上客厅控制面板上的防盗控制开关，10分钟后启动防盗报警程序，报警设计为铃声报警10秒。采用LOGO!0BA7模块，通过通讯主人可以利用手机远程进行信息查询。

(5)合上闹铃控制开关，通过手机与LOGO!0BA7模块通讯软件或LOGO!操作键设定早晨起床时间和午休起床时间，进行5秒钟铃声叫醒服务。

(6)厨房安装旁通开关控制插座，旁通开关断开时，插座受LOGO!的输出控制，程序采用利用存储器数据进行比较，当大于某数据时LOGO!产生输出信号接通插座通电，根据实际情况确定通电一段时间后自动修改存储器数据，使插座断电，以防电器通电时间过长产生安全事故。如，电饭锅由于使用年限较长，饭煮好后不能自动断电，长时间通电引起电饭锅导线过热绝缘损坏，很容易造成火灾。主人可通过手机与LOGO!通讯，改写存储器的数据，进而达到控制LOGO!的输出使插座通电。

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可编程控制器（PLC）是在传统的顺序控制器基础上引入微电子技术和计算机技术而产生的，用来取代传统的继电器控制系统，执行逻辑控制、计数、计时、数据处理及联网与通信等功能。大量采用传统继电控制系统的设备通过改造或更新，成了PLC控制的自动化系统。同时，又因为PLC改造成本低、简单易用等，使其在教学实验及老企业设备改造上使用越来越普及。本文介绍在设计制作组合机床动力实验台的控制系统中PLC的应用。

1实验台及控制要求

组合机床是由通用部件和部分专用部件所组成的高效率机床。而实验台是组合机床一种重要的通用部件，可以根据不同工件的加工要求，通过电气控制系统的配合实现动力头各种动作循环。传统实验台采用继电器控制系统，一旦控制系统接线完成，则控制功能即固定，如要改变控制系统控制功能，必须对继电器控制系统的硬件电路重新设计、安装和接线，费时费力又复杂。采用PLC控制后，只要通过可编程控制器改变相应的控制程序，而不需对外部电路接线进行改动，即可适应不同的控制要求，方便、高效又可靠。

实验台液压系统的工作原理图如图1所示。实验台可以通过改变电气控制功能，满足动力头以下多种动作循环要求：

图1实验台液压系统工作原理

①动力头快进→一工进→二工进→停留→快退→原位停止；

②动力头快进→工进→快进→工进→停留→快退→原位停止；

③动力头快进→工进→停留→快退→原位停止；

④动力头快进→停留→快退→原位停止；

本文以第一种动作循环要求为例，说明PLC控制系统的设计过程。

设计的PLC控制系统的控制功能要求如下：

①能满足动力头上述第一种动作循环要求；

②快进、一工进、二工进、延时停留等各阶段都有相应的工作指示灯；

③终点停留方式可选（有压力继电器检压退回或时间继电器延时退回两种）；

④为确保安全，液泵电机有过载保护，动力头在任何中间位置都可通过手动按钮快速退到原位；

2硬件系统设计

采用SE-11R-EX型整体式小型PLC。该型号PLC采用AC110/220V或DC24V电源供电，有自带24V直流电源的15点输入接口及9点继电器输出接口。输出接口可直接控制负载220V的小功率交流电磁铁工作。PLC的输入输出配置如表1所示。

表1PLC的输入输出配置

由液压原理图可知，一工进、二工进是通过电磁铁3YA、4YA切断该液压分路来实现的。液压泵启动时3YA、4YA即处于通电工作状态。电磁铁动作顺序如表2所示。PLC控制系统的硬件接线图如图2所示。

表2电磁铁动作顺序

3软件设计

根据实验台液压系统的控制要求，程序按照如下动作顺序设计：

①用按钮SB4选择终点停留方式（按下SB4，采用定时器延时后退回；否则采用压力继电器检压退回，此时，终点行程开关ST3不起作用）。

②按下按钮SB2时液压泵启动，为动力头前进提供压力油。

图2硬件接线图

③按下按钮SB3，动力头快进。

④压下行程开关ST1，动力头转为一工进。

⑤压下行程开关ST2，动力头转为二工进。

⑥到终点压下行程ST3后动力头停止，延时计时开始。

⑦延时结束动力头快速回退，到原位时压下行程开关ST4，动力头停止。

程序采用PLC梯形图编写。该型号PLC输入继电器用I来表示，输出继电器用O来表示，中间继电器用S来表示。为使整个程序结构统一，方便阅读理解，该程序中所有自锁环节都通过中间继电器实现。

为了精简程序，提高编程效率，本程序采用了主控指令MCS和MCR，同时也起到了联锁控制的作用（即在液压泵没有启动时，后面的快进按钮SB3和快退按钮SB5不起作用）。程序中还用了很多中间继电器作为中间状态的记忆或过渡。

控制系统的梯形图程序如图3所示。本程序通过实际调试，使用效果良好。实验台在使用过程中如有不同的控制要求，可在不改动接线或改动很少的情况下，通过程序的改变来满足不同的控制要求，大大节省了安装调试时间，提高了效率。

图3控制系统梯形图程序

4结论

应用PLC实现电气控制，可以充分发挥PLC可靠性高、接线简单、易学、使用灵活等优点，所以，PLC在设备改造、研制中可以发挥越来越大的作用。

参考文献

1 廖常初. PLC编程及应用〔M〕 . 北京:机械工业出版社,2002.

2 王也仿.可编程控制应用技术〔M〕 . 北京:机械工业出版社,2004.

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1 引言

随着可编程逻辑控制器（PLC）技术的逐渐发展，很多工业生产要求实现自动化控制的功能，都采用PLC来构建自动化控制系统，尤其是对于一些电气控制较为复杂的电气设备和大型机电装备，PLC在电气化和自动化控制方面具有独到的优势，如顺序控制，可靠性高，稳定性好，易于构建网络化和远程化控制，以及实现无人值守等众多优点。基于此，PLC技术逐渐成为工业电气自动化控制的主要应用技术。

本论文主要结合数控机床的电气化功能的改造，详细探讨数控机床电气化改造过程中基于PLC技术的应用，以及PLC技术在实现数控机床自动化控制功能上的应用，以此和广大同行分享。

2 数控机床的电气化改造概述

2.1 数控机床的主要功能

数控机床是实现机械加工、制造和生产中应用的最为广泛的一类机电设备。数控机床依托数控化程序，实现对零部件的自动切削和加工。但是目前我国仍然有超过近1000万台的数控机床，主要依靠手动控制完成切削加工，无法实现基本的电气化和自动化控制。为此，本论文的主要的目的是基于PLC控制技术，实现数控机床的电气化改造，主要实现以下功能：

（1） 数控机床的所有电机、接触器等实现基于PLC的自动化控制；

（2）数控机床的进给运动由PLC控制自动完成，无需人工手动干预；

（3） 自动检测零部件切削过程中的相关参数，如加工参数、状态参数等等；

（4） 结合上位机能够实现对数控机床的远程控制，以达到无人值守的目的。

2.2 电气化改造的总体方案

结合上文对于数控车床的电气化、自动化改造的功能要求，确定了采用上位机与下位机结合的自动化改造方案。该方案总体结构分析如下：

（1） 上位机借助于工控机，利用工控机强大的图像处理能力，重点完成数控车床的生产组态画面显示，以及必要的生产数据的传输、保存、输出，同时还要能够实现相关控制指令的下达，确保数控车床能够自动完成所有切削加工生产任务。

（ 2）下位机采用基于PLC技术的电气控制模式，由传感器、数据采集板卡负责采集数控车床的生产数据、环境数据、状态数据等所有参数，由PLC实现对相关数据的计算，并传输给上位机进行相关数据的图形化显示和保存；另一方面，PLC控制系统还接收来自于上位机的控制指令，实现对数控车床的远程控制。

（3） 对于数控车床最为关键的控制――进给运动的控制，利用PLC+运动控制板卡的模式实现电气化和自动化的控制。具体实现方式为：选用合适的运动控制板卡，配合PLC的顺序控制，对进给轴电机实现伺服运动控制，从而实现对数控车床进给运动的自动化控制。

3 数控车床电气化自动控制改造的实现

3.1 系统改造结构设计

数控车床的电气化自动控制改造，其整体结构如下图1所示，其整体结构主要由以下几个部分构成：

3.1.1 底层设备

底层设备主要包括两个方面，首先是实现数控车床自动切削加工运转等基本功能的必要电气、机电设备，如电源模块、电机模块等，这些机电设备能够保证数控车床的基本功能的稳定可靠的实现；其次，底层设备还包括各类传感器，比如监测电机转速、温度的速度传感器和温度传感器，监测进给轴运动进给量的光栅尺等，这些传感类和数据采集类设备为实现数控车床自动化控制提供了基础数据源。

3.1.2 本地PLC站

本地PLC站主要负责接收底层传感设备传送过来的传感参数、状态参数及其他检测参数，通过内部程序的运算，判断整个数控车床的工作状态，并将其中的重点参数上传到远程控制终端进行数据的图形化显示、存储、输出打印等操作；另一方面，本地PLC站同时还接收来自于远程控制终端所下达的控制指令，比如停机、启动等控制指令，PLC站通过对相应执行器（比如电机）的控制，从而实现自动化控制的功能。

3.1.3 远程控制终端

远程控制终端主要是依赖于工控机实现的上位机数据管理和状态监控，需要专门开发一套面向数控车床加工、生产和自动控制的软件程序，以实现对数控车床的远程化、网络化、自动化控制，真正实现无人值守的功能。

基于PLC的数控车床电气自动化改造框图

3.2 PLC电气控制系统的设计实现

本研究论文以CK6140普通数量机床为具体研究对象，详细探讨其电气化、自动化控制的改造。通过上文对机床改造方案和结构功能的分析，可以确定整个机床电气化、自动化改造，一共需要实现14个系统输入，9个系统输出。结合控制要求，这里选用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，输入回路采用24V直流电源供电方式。根据对数控机床的各模块控制功能的分析，选用合适的接触器、继电器、开关、辅助触点等电气控制元件，与PLC共同实现对电气设备的控制，比如PLC通过接触器控制电机模块，PLC通过继电器控制电磁阀等部件，从而完成基于PLC控制的数控车床电气化改造。

4 结语

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Abstract：On the basis requirements of the luggage specil escort vehicle technology, one kind of pressure flushing dejectas collecting tool was designed. It is used for the toilet bowl flushing and dirt collection. In order to achieve the strong discharge fuction, the flushing component tray, the dirt box and electric control system were improved in the design of the system. By the reasonable research and design, the function of the pressure flushing dejectas collecting tool was improved to meet the requirements of the users.

Key words：luggage specil escort vehicle；dejectas collecting system；pressure flushing

中图分类号： U469.1 文献标识码： A 文章编号：

0引言

在社会日益发展的今天，环境保护成为非常重要的课题，铁路客车的环境问题更是倍受关注。我国旅客列车直排式厕所，不仅污染铁路装备，而且危害沿线两侧环境，影响旅客及工作人员的身体健康。为了保护铁路沿线的环境卫生，保护旅客和工作人员的身体健康，同时提高铁路客车的技术装备水平，新造及检修客车均增设有集便系统装置。集便系统包括真空保持式集便系统、压力冲水式集便系统、间歇真空保持式集便系统、在线式集便系统、紧凑式集便系统及中转式集便系统等[1]。

本文根据用户要求，研究设计了一种适用于行包专列押运车使用的压力冲水式集便系统，该系统具有性能先进、结构紧凑、隔臭效果好、运行安全等特点。

1 压力冲水式集便系统工作原理及技术参数

压力冲水式集便系统是利用冲洗水的压力和污物重力将污物通过排泄阀从便器排到污物箱中【2】。压力冲水式集便系统由便器、冲水组件盘、冲水按钮、电气控制系统、污物箱等组成，如图（1）所示。系统工作循环过程为：按下冲便按钮电磁阀开启排泄阀开启出水电磁阀打开，水增压器内的压力冲洗水通过安装在便器内的喷嘴冲入便盆内，污物在冲洗力和重力作用下通过排泄阀排入污物箱，出水电磁阀关闭排泄阀关闭水增压器注水准备下一次冲洗气源两通电磁阀关闭，冲洗过程结束【3】。

图（1） 压力冲水式集便系统图

压力冲水式集便系统技术参数如表1所示：

表1 压力冲水式集便系统技术参数

2行包专列押运车集便系统设计

根据客户要求，行包专列押运车集便系统需设有强排装置。此要求的提出使行包专列押运车压力冲水集便系统与普通的压力冲水集便系统有所不同。为了满足要求，实现强排功能，设计中不仅需要对普通的冲水组件盘进行更改设计，还需要对污物箱、控制面板以及控制系统等做进一步的更改设计。

2.1冲水组件盘设计

冲水组件盘包括：①出水阀、②电磁换向阀1、③水增压罐、④过滤减压阀、⑤接线盒、⑥电磁阀2、⑦电磁阀3、⑧电磁阀4、⑨水过滤器、⑩进水阀、管接头等，其作用主要为便器冲洗提供经水过滤器过滤后的压力水和为系统提供过滤减压后的压缩空气【4】。过滤减压阀将进入系统的压缩空气减压至0.5Mpa，并将进入的压缩空气进行过滤处理，为阀、水增压罐和便器上排泄阀组成提供合适压力的、过滤的压缩空气。 电磁换向阀1控制水增压罐的进气、排气，冲洗时进气使水增压罐内的水增压，水增压罐上水时通过该阀排气。电磁阀2控制便器排泄阀的开关，冲洗时打开，冲洗结束后关闭。 电磁阀3控制水增压罐进水阀，进水时打开，水满后关闭。 电磁阀4控制水增压罐出水阀，出水时打开，冲洗完成后关闭。水增压罐利用压缩空气将水增压，为冲水喷嘴提供压力水。水增压罐上的液位开关控制水增压罐的上水量。出水阀在水增压罐通入压缩空气时打开，使压力水通过该阀经喷嘴喷出，实现压力水冲洗。

由于本车集便系统要求增加强排装置，强排工作的进行通过电动控制实现，因此，设计中在冲水组键盘上增设了一个电磁阀，如图（2）所示。该电磁阀通过对压缩空气的控制来实现对自动紧急排放球阀的开启与关闭。通过一根￠8空气管将该电磁阀与污物箱上的自动紧急排放球阀相连，当列车运行中污物箱100%指示灯亮而需卸污时，该电磁阀控制自动紧急排放球阀打开，从而实现污物的排泄；排泄完毕后，该电磁阀控制自动紧急排放球阀关闭。

图（2） 冲水组件盘

①出水阀②电磁换向阀1③水增压罐④过滤减压阀⑤接线盒

⑥电磁阀2⑦电磁阀3⑧电磁阀4⑨水过滤器⑩进水阀

试验证明，该冲水组件盘不仅能够顺利完成冲洗工作，当按下紧急排放按钮时，其新增球阀能够成功控制自动紧急排放球阀的开启和关闭。因此，该冲水组件盘设计合理，并能够满足用户要求。

2.2污物箱设计

污物箱是铁路客车不可或缺的设备，以吊挂方式安装在车体底架上，起到环保作用【5】。污物箱主要包括：两套2.5”球阀排空装置、检查口、箱体、接线端子、100%液位传感器、80%液位传感器、通气管、1”冲洗口、加热装置等。两套液位传感器，对箱内污水的液位进行检测，分别检测液位80%和100%。污物箱配有两个球阀排空装置。排空装置设有2.5”排污快速接头，该接头同通到污物箱底部的排污管连接，排污时只需将车站卸污装置接头同该接头相接，进行抽吸，即可将污物箱内污物排空；污物箱还设有1”清洗快速接头，连接上压力水可将污物箱冲洗干净。污物箱上设有两个液位开关，分别控制污物箱的液位80%和100%。液位到80%时，箱满80%指示灯亮，但系统仍能工作。液位到100%时，系统报警并禁止工作。污物箱上设有接线端子，污物箱上所有接线都通过该接线端子连接。

要实现污物的紧急排放，设计过程中在污物箱上还需配有自动紧急排放球阀，当列车运行期间污物箱满100%时，可通过电动控制将其打开，利用重力排出污物，以使便器系统继续使用。污物箱上增设强排装置，需要考虑污物箱周围的安装环境，防止现车安装时出现强排装置与其它部件干涉的情况。经过研究强排装置在污物箱上的位置如图（3）所示：

图（3） 污物箱

经现车安装证实，此污物箱的设计既避免了与车下其它零部件的干涉问题，还满足了行车过程中安全、可靠的卸污需求。

2.3控制系统改进

控制系统由控制盘和显示面板组成，用来控制集便器系统的运行和信号显示作用。控制盘上有PLC、电源模块、接线端子等。PLC控制整个系统正常工作，并进行故障诊断和处理。显示面板有DC24V控制电源显示、缺水报警显示、污物箱80%显示、污物箱100%显示、排空按钮及系统复位按钮【6】。

电气控制系统主要控制整个系统的运行和信号显示。PLC实现系统的冲洗循环、故障检测、防冻排空、加热等功能。具有电源指示、故障报警、液位80%、液位100%、手动开关、防冻排空开关、复位等显示和开关功能。冲洗循环按PLC内的设定程序执行，并通过检测排泄阀气缸上的两个接近开关、污物箱内装的两个液位开关、水增压器上的

液位开关来进行故障判断，并自动进行故障处理。

行包专列押运车集便器控制系统除了具有上述功能外还需增加强排功能，故在控制箱面板上增设了一个紧急排放按钮，通过与冲水组件盘上接线盒的电气连接来控制电磁阀动作，从而进一步控制自动紧急排放球阀的打开与关闭。

3结语

通过对压力冲水式集便系统工作原理及技术参数的介绍，并根据行包专列押运车的技术要求，研究设计了一种带有自动强排装置的压力冲水集便器。现车试验证明该集便系统性能可靠、使用安全，完全实现了列车运行期间污物箱满100%时，污物的自动紧急排放功能，为旅客及工作人员的旅途生活提供了极大的便利。

参考文献

[1]范青杨．集便器在中国轨道车辆上的应用[J]．城市轨道交通研究，2008，11（5）：15-17.

[2]余士顶．列车集便系统原理及常见故障浅析[J]．铁道机车车辆，2009，29（3）：63-65．

[3]田洋，王旭飞，康志涛．铁路客车加装改造集便装置方案[J]．北铁道机车车辆，2009，29（5）：74-76．