华东交大自动化PLC课程设计指导书.docx
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华东交大自动化PLC课程设计指导书
选题一、四层电梯自动控制
一、问题描述
1）采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。
电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。
一层有上升呼叫按钮SB11和指示灯H11，二层有上升呼叫按钮SB21和指示灯H21以及下降呼叫按钮SB22和指示灯H22，三层有上升呼叫按钮SB31和指示灯H31以及下降呼叫按钮SB32和指示灯H32，四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。
一至四层有到位行程开关ST1～ST4。
电梯内有一至四层呼叫按钮SB1～SB4和指示灯H1～H4；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁YA1和YA2控制，关门到位由行程开关ST5检测。
此外还有电梯载重超限检测压力继电器KP以及故障报警电铃HA。
控制信号说明如表1所示。
表1四层电梯控制信号说明
输入
输出
文字符号
说明
文字符号
说明
SB1
电梯内一层按钮
H1
电梯内一层按钮指示灯
SB2
电梯内二层按钮
H2
电梯内二层按钮指示灯
SB3
电梯内三层按钮
H3
电梯内三层按钮指示灯
SB4
电梯内四层按钮
H4
电梯内四层按钮指示灯
SB11
一层上升呼叫按钮
H11
一层上升呼叫按钮指示灯
SB21
二层上升呼叫按钮
H21
二层上升呼叫按钮指示灯
SB22
二层下降呼叫按钮
H22
二层下降呼叫按钮指示灯
SB31
三层上升呼叫按钮
H31
三层上升呼叫按钮指示灯
SB32
三层下降呼叫按钮
H32
三层下降呼叫按钮指示灯
SB41
四层下降呼叫按钮
H41
四层下降呼叫按钮指示灯
SB5
电梯开门按钮
KM1
电动机正转接触器
SB6
电梯关门按钮
KM2
电动机反转接触器
SB7
检修开关
YA1
电梯开门电磁铁
ST1
电梯一层到位限位开关
YA2
电梯关门电磁铁
ST2
电梯二层到位限位开关
HA
电梯故障报警电铃
ST3
电梯三层到位限位开关
ST4
电梯四层到位限位开关
ST5
电梯关门到位限位开关
SP
电梯载重超限检测
FR
电动机过载保护热继电器
2）楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下，电梯未达到相应楼层或未得到相应的响应时，相应指示灯一直接通指示。
3）电梯运行时，电梯开门与关门按钮不起作用，电梯到达停在各楼层时，电梯开门与关门动作可由电梯开门与关门按钮控制，也可延时控制，但检测到电梯超重时，电梯门不能关闭，并由报警电铃发出报警信号。
4）电梯最大运行区间为三层距离，若一次运行时间超过30s，则电动机停转，并由HA报警。
5）检修开关SB7接通时，电梯下行停在一层位置，进行检修，其他所有动作均不相应。
二、要求
1．根据选题要求，分析系统的工作原理，明确控制要求。
2．确定系统输入/输出元件、可编程序控制器的型号和硬件配置。
3．分配I/O点的元件号，绘制硬件接线图。
4．梯形图程序的设计、调试。
5．撰写技术报告，应将全部分析、设计、调试的结果，进行系统的总结，分章节的撰写成文。
报告中应书写工整，图表齐全，对调试结果应有分析说明。
三、课程设计地点
电气与电子工程学院信息与控制实验中心计算机控制实验室
四、时间安排和学分
课程设计周数：
1学分：
1
五、考核方法和内容
考核：
结合学生的动手能力、交流情况及报告的书写三方面，辅以适当提问给出最后成绩。
评分：
采用五级评分制（优、良、中、及格、不及格）
选题二、十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制
一、问题描述
采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。
系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。
SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照图1所示工作时序周而复始，循环往复工作。
正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯剩余时间值。
SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。
SA1手柄指向右45º时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。
控制信号说明见表2。
图1十字路口交通灯正常工作时序
表2十字路口交通灯控制信号说明
输入
输出
文字符号
说明
文字符号
说明
SA1-1
交通灯正常工作控制开关
H1
南北向绿灯指示
SA1-2
南北向交通灯常绿控制开关
H2
南北向黄灯指示
SA1-3
东西向交通灯常绿控制开关
H3
南北向红灯指示
H4
东西向绿灯指示
H5
东西向黄灯指示
H6
东西向红灯指示
H11
南北向2位七段数码显示管
H12
东西向2位七段数码显示管
二、要求
1．根据选题要求，分析系统的工作原理，明确控制要求。
2．确定系统输入/输出元件、可编程序控制器的型号和硬件配置。
3．分配I/O点的元件号，绘制硬件接线图。
4．梯形图程序的设计、调试。
5．撰写技术报告，应将全部分析、设计、调试的结果，进行系统的总结，分章节的撰写成文。
报告中应书写工整，图表齐全，对调试结果应有分析说明。
三、课程设计地点
电气与电子工程学院信息与控制实验中心计算机控制实验室
四、时间安排和学分
课程设计周数：
1学分：
1
五、考核方法和内容
考核：
结合学生的动手能力、交流情况及报告的书写三方面，辅以适当提问给出最后成绩。
评分：
采用五级评分制（优、良、中、及格、不及格）
选题三、锅炉车间输煤机组控制
一、问题描述
1．输煤机组控制系统
输煤机组控制系统示意图如图2所示。
图2输煤机组控制系统示意图
输煤机组的拖动系统由6台三相异步电动机M1～M6和一台磁选料器YA组成。
SA1为手动/自动转换开关，SB1和SB2为自动开车/停车按钮，SB3为事故紧急停车按钮，SB4～SB9为6个控制按钮，手动时单机操作使用。
HA为开车/停车时讯响器，提示在输煤机组附近的工作人员物煤机准备起动请注意安全。
HL1～HL6为Ml～M6电动机运行指示，HL7为手动运行指示，HL8为紧急停车指示，HL9为系统运行正常指示，HL10为系统故障指示。
输煤机组控制信号说明见表3。
表3输煤机组控制信号说明
输入
输出
文字符号
说明
文字符号
说明
SA1-1
输煤机组手动控制开关
KM1
给料器和磁选料器接触器
SA1-2
输煤机组自动控制开关
KM2
1#送煤机接触器
SB1
输煤机组自动开车按钮
KM3
破碎机接触器
SB2
输煤机组自动停车按钮
KM4
提升机接触器
SB3
输煤机组紧急停车按钮
KM5
2#送煤机接触器
SB4
给料器和磁选料器手动按钮
KM6
回收机接触器
SB5
1#送煤机手动按钮
HL7
手动运行指示灯
SB6
破碎机手动按钮
HL8
紧急停车指示灯
SB7
提升机手动按钮
HL9
系统正常运行指示灯
SB8
2#送煤机手动按钮
HL10
系统故障指示灯
SB9
回收机手动按钮
HA
报警电铃
KM
M1～M6，YA运行正常信号
HL1～6
输煤机组单机运行指示
FR
M1～M6，YA过载保护信号
2．输煤机组控制要求
（1）手动开车/停车功能SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，通过SB4～SB9控制按钮，对输煤机组单台设备独立调试与维护使用，任何一台单机开车/停车时都有音响提示，保证检修和调试时人身和设备安全。
（2）自动开车/停车功能SA1手柄指向右45º时，接点SA1-2接通，输煤机组自动运行。
1）正常开车按下自动开车按钮SB1，音响提示5s后，回收电动机M6起动运行并点亮HL6指示灯；10s后，2#送煤电动机M5电动机起动运行并点亮HL5指示灯；10s后，提升电动机M4起动运行并点亮HL4指示灯；10s后，破碎电动机M3起动运行并点亮HL3指示灯；10s后，1#送煤电动机M2起动运行并点亮HL2指示灯；10s后，给料器电动机M1和磁选料器YA起动运行并点亮HL1指示灯；10s后，点亮HL9系统正常运行指示灯，输煤机组正常运行。
2）正常停车按下自动开车按钮SB2，音响提示5s后，给料器电动机M1和磁选料器YA停车并熄灭HL1指示灯，同时，熄灭HL9系统正常运行指示灯；10s后，1#送煤电动机M2停车并熄灭HL2指示灯；10s后，破碎电动机M3停车并熄灭HL3指示灯；10s后，提升电动机M4停车并熄灭HL4指示灯；10s后，2#送煤电动机M5电动机停车并熄灭HL5指示灯；10s后，回收电动机M6停车并熄灭HL6指示灯；输煤机组全部正常停车。
3）过载保护输煤机组有三相异步电动机M1～M6和磁选料器YA的过载保护装置热继电器，如果电动机、磁选料器在输煤生产中，发生过载故障需立即全线停车并发出报警指示。
系统故障指示灯HL10点亮，HA电铃断续报警20s，HL10一直点亮直到事故处理完毕，继续正常开车，恢复生产。
4）紧急停车输煤机组正常生产过程中，可能会突发各种事件，因此需要设置紧急停车按钮，实现紧急停车防止事故扩大。
紧急停车与正常停车不同，当按下红色蘑菇形紧急停车按钮SB3时，输煤机组立即全线停车，HA警报声持续10s停止，紧急停车指示灯HL8连续闪亮直到事故处理完毕，回复正常生产。
5）系统正常运行指示输煤机组中，拖动电动机M1～M6和磁选料器YA按照程序全部正常起动运行后，HL9指示灯点亮。
如果有一台电动机或选料器未能正常起动运行，则视为故障，系统故障指示灯HL10点亮，输煤机组停车。
二、要求
1．根据选题要求，分析系统的工作原理，明确控制要求。
2．确定系统输入/输出元件、可编程序控制器的型号和硬件配置。
（编程器的型号；基本单元和扩展单元型号；模块式的型号及块数等）。
3．分配I/O点的元件号，绘制硬件接线图。
4．梯形图程序的设计、调试。
5．撰写技术报告，应将全部分析、设计、调试的结果，进行系统的总结，分章节的撰写成文。
报告中应书写工整，图表齐全，对调试结果应有分析说明。
三、课程设计地点
电气与电子工程学院信息与控制实验中心计算机控制实验室
四、时间安排和学分
课程设计周数：
1学分：
1
五、考核方法和内容
考核：
结合学生的动手能力、交流情况及报告的书写三方面，辅以适当提问给出最后成绩。
评分：
采用五级评分制（优、良、中、及格、不及格）
选题四、千斤顶液压缸加工机床控制
一、问题描述
1．机床概况
本机床用于千斤顶液压缸两个端面的加工，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头同时进行切削。
动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。
液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。
机床的工作程序是：
（1）工件定位人工将零件装入夹具后，定位液压缸动作，工件定位。
（2）工件夹紧零件定位后，延时15s，夹紧液压缸动作使零件固定在夹具内，同时定位液压缸退出以保证滑台入位。
（3）滑台入位滑台带动动力头一起快速进入加工位置。
（4）加工零件左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点位置即停止工进，延时30s后停转，快速退回原位。
（5）滑台复位左右动力头退回原位后，滑台复位。
（6）夹具松开当滑台复位后夹具松开，取出零件。
以上各种动作由电磁阀控制，电磁阀动作要求见表4。
表4电磁阀动作要求
YV1
YV2
YV3
YV4
YV5
定位
＋
夹紧
＋
入位
＋
＋
工进
＋
退位
＋
复位放松
注：
“+”号表示电磁阀得电。
2．控制要求
（1）左右动力头旋转切削由电动机M1集中传动，切削时冷却泵电动机同时运转。
（2）只有在液压泵电动机M3工作，油压达到一定压力（压力继电器检测）后，才能进行其他的控制。
（3）机床即能半自动循环工作，又能对各个动作单独进行调整。
（4）要求有必要的电气连锁与保护，还有显示与安全照明。
（5）控制信号说明如表5所示。
表5控制信号说明
输入
输出
文字符号
说明
文字符号
说明
SA1-1
机床半自动循环控制转换开关
KM1
动力头M1、冷却泵M2接触器
SA2-1
手动定位控制转换开关
KM2
液压泵M3接触器
SA3-1
手动入位控制转换开关
YV1
1#电磁阀
SA3-2
手动工进控制转换开关
YV2
2#电磁阀
SA3-3
手动退位控制转换开关
YV3
3#电磁阀
SB1
动力头M1、冷却泵M2起动按钮
YV4
4#电磁阀
SB2
动力头M1、冷却泵M2停止按钮
YV5
5#电磁阀
SB3
液压泵M3起动按钮
HL1
动力头M1、冷却泵M2运行指示
SB4
液压泵M3停止按钮
HL2
液压泵M3运行指示
KM1
动力头M1、冷却泵M2运行信号
HL3
半自动循环工作指示
KM2
液压泵M3运行信号
HL4
定位指示
FR1
动力头M1、冷却泵M2过载信号
HL5
入位指示
KP
压力继电器油压检测信号
HL6
工进指示
SQ
动力头工进终点位置检测信号
HL7
退位指示
HL8
故障指示
二、要求
1．根据选题要求，分析系统的工作原理，明确控制要求。
2．确定系统输入/输出元件、可编程序控制器的型号和硬件配置。
（编程器的型号；基本单元和扩展单元型号；模块式的型号及块数等）。
3．分配I/O点的元件号，绘制硬件接线图。
4．梯形图程序的设计、调试。
5．撰写技术报告，应将全部分析、设计、调试的结果，进行系统的总结，分章节的撰写成文。
报告中应书写工整，图表齐全，对调试结果应有分析说明。
三、课程设计地点
电气与电子工程学院信息与控制实验中心计算机控制实验室
四、时间安排和学分
课程设计周数：
1学分：
1
五、考核方法和内容
考核：
结合学生的动手能力、交流情况及报告的书写三方面，辅以适当提问给出最后成绩。
评分：
采用五级评分制（优、良、中、及格、不及格）
选题五、旋转式滤水器电气控制系统
一、问题描述
1．设备概况
旋转式滤水器主要用于水力发电厂的生产用水过程中，对进入水厂原水中2cm以上的漂浮杂物进行过滤除杂。
该设备安装在水处理车间的进水管道入口处，根据生产用水量的实际需要，既可单台使用，也可多台并联运行。
旋转式滤水器的基本工作原理是根据旋转式滤水器进水口、出水口之间的水位压力差来控制旋转式滤水器的除杂排污。
正常滤水过程：
由于旋转式滤水器进水与出水口的水流正常，产生的压力差低于差压控制器设定值，因此，差压控制器内微动开关无动作输出，原水正常过滤。
除杂排污过程：
由于旋转式过滤器长时间过滤原水，势必在滤水器内的过滤孔中阻塞大量的水中漂浮物，使得进水口的水压大于出水口的水压，出水量减少，进、出水口产生的压力差高于差压控制器设定值，这时差压控制器内微动开关动作输出，常开触点闭合，接通控制系统进行除杂排污。
除杂排污后旋转式滤水器又恢复正常滤水状态，生产供水系统安全运行。
控制框图如图3所示。
图3旋转式滤水器控制框图
2．控制要求
（1）手动调试和检修SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，通过SB1、SB2控制按钮，手动开/关电动阀，通过SB3、SB4控制按钮，手动开/关滤水器电动机，以便于系统调试和检修。
（2）人工除杂排污SA1手柄指向右45º时，接点SA1-2接通，人工起动、停止旋转式滤水器进行除杂排污。
（3）定时自动除杂排污：
SA1手柄回零位时，若原水中杂物较少，固体漂浮物也较少，因此，水处理车间的旋转式滤水器长时间正常滤水，不能进行差压自动除杂排污。
由于旋转式滤水器长时间置于水中，各个机械传动机构会锈蚀，影响过滤和除杂排污或导致旋转式滤水器损坏，因此，需要具有定时自动除杂排污功能。
（4）差压自动除杂排污SA1手柄回零位时，若滤水器进、出水口产生的压力差高于差压控制器设定值时，旋转式滤水器自动进行除杂排污，直到滤水器进、出水口产生的压力小于差压控制器设定值时，旋转式滤水器自动停止除杂排污，恢复正常滤水状态。
（5）超压停机旋转式滤水器内部的过滤孔被小颗粒杂物堵死无法排出，进、出水口的压力差较高，虽然进行了除杂排污，但是进、出水口的压力差仍然未能降到正常值，差压控制器内微动开关长时间动作（8～10min），需要立即停车，并发出声光报警。
（6）计数功能该设备不管进行了哪种形式的除杂排污，每次进行除杂排污后都要有记录，因此需要记录除杂排污次数（5位）。
（7）减速机润滑在旋转式滤水器上装有行星摆线针轮减速机，由输油泵将油室中的润滑油源源地送入减速机，液压泵拖动电动机与滤水器电动机同步运行。
（8）除杂排污阀门的电动装置内设三相交流异步电动机380V/60W、阀门限位开关和电动机过热保护，通过正、反相运行实现开阀、关阀功能。
（9）其他必要的电气联锁与保护，受控对象运行状态显示等。
10）控制信号说明见表。
输入
输出
文字符号
说明
文字符号
说明
SA1-1
手动控制转换开关
KM1
开电动阀接触器
SA1-2
人工除杂排污控制转换开关
KM2
关电动阀接触器
SB1
手动开电动阀按钮
KM3
滤水器、液压泵运行接触器
SB2
手动关电动阀按钮
HL1
手动控制指示灯
SB3
手动开滤水器、液压泵按钮
HL2
人工除杂排污指示灯
SB4
手动关滤水器、液压泵按钮
HL3
定时自动除杂排污指示灯
KP
差压变送器信号
HL4
差压自动除杂排污指示灯
KM1
开电动阀信号
HL5
故障指示灯
KM2
关电动阀信号
HL6
开电动阀指示灯
KM3
滤水器、液压泵运行信号
HL7
关电动阀指示灯
FR
电动机过载信号
HL8
滤水器、液压泵运行指示灯
SQ1
电动阀打开限位开关
HA
报警电铃
SQ2
电动阀关闭限位开关
H
除杂排污次数显示（5位）
二、要求
1．根据选题要求，分析系统的工作原理，明确控制要求。
2．确定系统输入/输出元件、可编程序控制器的型号和硬件配置。
（编程器的型号；基本单元和扩展单元型号；模块式的型号及块数等）。
3．分配I/O点的元件号，绘制硬件接线图。
4．梯形图程序的设计、调试。
5．撰写技术报告，应将全部分析、设计、调试的结果，进行系统的总结，分章节的撰写成文。
报告中应书写工整，图表齐全，对调试结果应有分析说明。
三、课程设计地点
电气与电子工程学院信息与控制实验中心计算机控制实验室
四、时间安排和学分
课程设计周数：
1学分：
1
五、考核方法和内容
考核：
结合学生的动手能力、交流情况及报告的书写三方面，辅以适当提问给出最后成绩。
评分：
采用五级评分制（优、良、中、及格、不及格）
选题六、抢答器PLC控制系统设计
一、问题描述
1．设备概况
实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器。
目前市场上已有的各种各样的智力竞赛抢答器绝大多数是早期设计的，只具有抢答锁定功能的一个电路，以模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品，这部分抢答器已相当成熟。
现在的抢答器具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能。
但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高，显示方式简单（有的甚至没有显示电路），无法判断提前抢按按钮的行为，不便于电路升级换代。
本设计要求就是利用PLC作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用PLC本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。
2．控制要求
1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。
2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
3）抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
二、要求
1．根据选题要求，分析系统的工作原理，明确控制要求。
2．确定系统输入/输出元件、可编程序控制器的型号和硬件配置。
（编程器的型号；基本单元和扩展单元型号；模块式的型号及块数等）。
3．分配I/O点的元件号，绘制硬件接线图。
4．梯形图程序的设计、调试。
5．撰写技术报告，应将全部分析、设计、调试的结果，进行系统的总结，分章节的撰写成文。
报告中应书写工整，图表齐全，对调试结果应有分析说明。
三、课程设计地点
电气与电子工程学院信息与控制实验中心计算机控制实验室
四、时间安排和学分
课程设计周数：
1学分：
1
五、考核方法和内容
考核：
结合学生的动手能力、交流情况及报告的书写三方面，辅以适当提问给出最后成绩。
评分：
采用五级评分制（优、良、中、及格、不及格）
选题七、车库管理PLC控制系统
一、问题描述
针对城市停车难的问题开发两层车库。
如图：
I号位置作为车辆存取调整空间，保证任何情况下均能存取车辆。
设II、III、IV泊位已有车辆，现IV位车需取出，则作如下调整：
II位托板连同小车左移至I位；IV位托板下降至II位；IV位小车驶出车库。
试设计车库管理PLC控制系统，完成技术要求。
系统应该具有对入库车辆进行计数和显示的功能，入库车辆前进时，经过1#→2#传感器后计数器加1，后退时经过2#→1#传感器后计数器减1，单经过一个传感器则计数器不动作；出库车辆前进时经过2#→1#传感器后计数器减1，后退时经过1#→2#传感器后计数器加1，单经过一个传感器则计数器不动作。
设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路，显示车库内车辆的实际数量
两层车库简图
1-操作器；2-上托板；3-挡板；4-下托板
二、要求
1．根据选题要求，分析系统的工作原理，明确控制要求。
2．确定系统输入/输出元件、可编程序控制器的型号和硬件配置。
（编程器的型号；基本单元和扩展单元型号；模块式的型号及块数等）。
3．分配I/O点的元件号，绘制硬件接线图。
4．梯形图程序的设计与调试。
5．采用MCGS软件编写用户界面进行监控。
6．撰写课程设计的技术报告，应将课程设计全部分析、设计、调试的结果，进行系统的总结，分章节
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