江苏大学自动化PLC课程设计任务.docx
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江苏大学自动化PLC课程设计任务
2016年课程设计时间安排
日期
6.24
周五
6.25
周六
6.26
周日
6.27
周一
6.28
周二
6.29
周三
6.29
周四
上午
1
3
2
1
3
2
答辩
下午
2
1
3
2
1
3
上机地点：
电气楼207
上机时间：
上午：
8:
20~11:
20
下午：
13:
40~16:
40
2016年PLC课程设计任务书
一、设计要求
1．阅读本课程设计参考资料及有关图纸，了解一般电气控制装置的设计原则、方法及步骤。
上网调研当今电气控制领域的新技术、新产品、新动向。
用于指导设计过程，使设计成果具有先进性和创造性。
3．认真阅读本课程设计任务书，分析所选课题的控制要求，并进行工艺流程分析，画出工艺流程图。
在方案确定过程中要广泛讨论，依据充分。
在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。
4.根据控制方案，设计电气控制装置的主电路。
5．应用可编程序控制器设计电气控制装置的控制程序。
（1）选择PLC的机型及扩展模块型号。
进行系统配置，并校验主机的电源负载能力。
（2）根据工艺流程图，绘制顺序功能图。
（3）列出PLC的I/O分配表，画出PLC的I/O接线图。
（4）设计梯形图，并注释。
（5）进行室内模拟调试。
6．设计电气控制装置的照明、指示及报警等辅助电路。
系统应具有必要的安全保护措施。
例如，短路保护、过载保护、失压保护、超程保护等。
7．绘制正式图纸，要求用计算机软件visio绘制电气控制电路图；用STEP7-Micro/WIN4.0编程软件绘制梯形图。
要求图幅选择合理，图、字体排列整齐，图纸应按电气制图国家标准有关规定绘制。
8.编制课程设计说明书
内容包括：
封面（含课程设计的具体题目、学号。
姓名、班级、指导老师，时间等信息）；阐明设计任务及设计过程；设计过程中有关计算及说明；I/O地址分配表；I/O接线图；程序流程图；梯形图程序；程序操作过程及调试分析过程，使用方法及注意事项；课程设计心得；参考文献等。
要求文字通顺、简炼、字迹端正、整洁。
课程设计报告书——基本要求
一．封面，包括：
题目，班级，学号，姓名，指导教师
二．目录
三．题目一：
1.阐明设计任务；可以通过查找资料补充相关设计对象的背景；
2.根据控制要求，绘制程序流程图；
3.控制对象为电机时，用VISIO软件绘制电气控制主电路图；
4.PLC硬件软件设计；
（1）选择PLC的机型及扩展模块型号，进行系统配置，并校验主机电源的负载能力；
（2）写出I/O分配表、画出I/O端子接线图；对于不同输出执行装置间有互锁制约的，应注意相应的保护措施；
（3）对于顺序控制的系统，画出相应的顺序功能图；
（4）设计梯形图程序，并详细注释
（5）调试过程中出现的问题和解决措施或改进
题目二：
格式同题目一
四．心得体会
五．参考文献
可选题目：
1.饮料灌装生产流水线PLC控制
2.花样喷水池的PLC控制
3.全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试
4.四组抢答器的PLC控制
5.交通高低峰分段运行、数显倒计时交通红绿灯
6.车库车辆出入库管理系统的设计
7.自助洗车机的PLC控制
8.大小球分拣机械手的PLC控制
9.自动门控制装置
10.自动售货机
11.霓虹灯广告屏示意图
12.液体混合装置PLC控制系统设计
13.小型污水处理控制系统
14.无尘车间除尘PLC控制系统设计
15.PLC控制电机变频调速系统的设计
课题分组（每人任选两题，2人一组一台机器）：
四、考核方式
1.平时操作表现
2.验收调试
3.所选题目的数量和难易程度
4.根据递交的报告书考核回答问题
5.报告书质量
JIANGSUUNIVERSITY
PLC课程设计报告
平时操作（30分）
验收调试（10分）
所选题目的数量和难易程度（15分）
根据递交的报告书考核回答问题（30分）
报告书质量（15分）
总评（100分）
必选题目1
必选题目2
自选题目
专业班级学号
学生姓名
指导教师
2016年6月
1.饮料灌装生产流水线PLC控制
1.控制要求：
（1）自动操作模式：
一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作；
（2）当瓶子定位在灌装设备下时，停顿1s，灌装设备开始工作，灌装过程为6s钟，灌装过程应有报警显示，报警方式为红灯以0.5s间隔闪烁，6s后停止并不再显示报警；
（3）以每8瓶为一箱，记录产品箱数，并用2个数码管显示；
（4）每隔半小时将记录产品箱数的计数器当前值转存至另一台PLC的寄存器VW100，然后对计数器自动清零，重新开始计数。
（只编程，不要求调试）
（5）可以手动对计数器清零（复位）
2.花式喷水池装置PLC控制梯形图的设计与调试
1．花式喷水池示意图
图a）中4为中间喷水管，3为内环状喷水管，2为中环形状喷水管，1为外环形状喷水管。
图b）中的选择开关可有4种选择，可分别用4个开关模拟实现；单步/连续开关为“1”=单步，“0”=连续，其他为单一功能开关。
2.控制要求：
（1）控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。
按下停止按钮，则停止喷水。
工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。
（2）“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水池反复循环运行。
（3）方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，1～4号喷水管的工作方式选择如下：
选择开关在位置“1”——按下启动按钮后，4号喷水，延时1s，3号喷水，再延时1s，2号喷水，再延时1s，1号喷水，接着一起喷水2s为一个循环。
选择开关在位置“2”——按下启动按钮后，1号喷水，延时1s，2号喷水，再延时1s，3号喷水，再延时1s，4号喷水，接着一起喷水2s为一个循环。
选择开关在位置“3”——按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时2s后，2、4号同时喷水，1、3号停止喷；交替运行2次后，再1～4号全部喷水2s为一个循环。
选择开关在位置“4”——按下启动按钮后，喷水池1～4号水管的工作顺序为：
1→2→3→4按顺序延时1s喷水，然后一起喷水2s后，1、2、3和4号水管分别延时1s停水，再等待1s，由4→3→2→1反序分别延时1s喷水，然后再一起喷水2s为一个循环。
（4）不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。
3.全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试
全自动洗衣机应带有洗涤方式选择、水位选择。
通过三个开关SB1、SB2、SB3对洗衣机的洗涤过程进行控制：
SB1是系统运行控制开关，控制整个洗衣过程。
SB2是水位选择按钮，on状态，进入高水位状态，off状态，进入低水位状态，SB3是洗涤方式选择按钮，控制强洗/弱洗两种洗涤方式的切换，on状态，进入强洗状态，off状态，进入弱洗状态，如此反复循环。
由检测开关检测“高水位到（ON）”“低水位到（ON）”，及“水排空”三种状态。
洗衣程序必须经过一洗二漂，洗衣结束，报警提示3秒。
整个工作过程，参见工作流程框图。
动作要求如下：
✧洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。
✧洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。
✧脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转进行甩干。
✧洗涤完成由蜂鸣器报警。
工作流程图如下：
4.四组抢答器的PLC控制
控制要求：
设有四组抢答器，有四位选手，一位主持人。
设有一个开始答题按钮，一个系统复位按钮。
按下开始答题按钮后，四位选手开始抢答，最先按下按钮的选手的抢答指示灯亮，同时该选手的编号在数码管上显示，其他选手的按钮不起作用。
如果主持人未按下开始答题按钮，就有选手抢答，则认为是犯规，犯规指示灯亮并闪烁；同时选手序号在数码管上显示，其他选手的按钮不起作用。
当支持人按下开始答题按钮后，时间开始倒计时，在6秒内仍无选手抢答，则系统超时指示灯亮，此后不能再有选手抢答。
所有各种情况在主持人按下系统复位按钮后，系统回到初始状态。
5.交通高低峰分段运行、数显倒计时交通红绿灯
一、设计要求
模拟实际交通灯运行情况，仅带绿闪的红绿灯部分内容可参考本书第七章第五节和附录E实验七内容。
本题的内容在前述的基础上，扩展到当下普遍采用的分时段运行、带倒计时数字显示（简称数显）的红绿灯，使课程设计题目更贴近实际。
十字路口交通灯正常工作时序
二.设计任务
设计高/低峰时段运行和带数显倒计时LED灯的交通红绿灯PLC控制程序，普通交通红绿灯时序图如上图所示（红灯行列向为30s一切换）。
1）交通高峰时段为每日的上午7﹕30~9﹕00和下午的16﹕30~18﹕00，交通高峰时红灯为20s一切换。
按图7-7时序图规律，其中绿闪、黄灯时长不变，绿灯常亮缩短到15s。
2）交通低峰时段为每日的上午6﹕00开始，除去高峰时段，到22﹕00结束，交通低峰时红灯为40s一切换。
绿灯按黄灯图7-7时序图规律同理安排。
3）交通晚间时段为当日的22﹕00开始，到次日6﹕00结束，该时段十字路口的4个方向均按黄灯闪烁运行。
4）由于实验模块只有一组数码管，只须编写一对方向的倒计时数码显示。
如显示东西向低峰时段红绿灯倒计时数码值，先走东西向红灯20s倒计时，绿灯再走18s，最后黄灯亮2s；再重复下一轮……。
低峰时以此类推。
晚间时段不显示倒计时。
题目原来要求读取实时时钟来控制高峰、低峰、夜间子程序有效,但是由于读取时钟在实验室难于操作,用三个开关输入,控制不同时间段的红绿灯。
6.车库车辆出入库管理PLC梯形图控制程序设计
1.控制要求：
（1）入库车辆前进时，经过1#传感器→2#传感器后，计数器A加1，后退时经过2#传感器→1#传感器后，计数器B减1；（计数器B的初始值由计数器A送来）只经过一个传感器则计数器不动作
（2）出库车辆前进时，经过2#传感器→1#传感器后，计数器B减1，后退时经过1#传感器→2#传感器后，计数器A加1；只经过一个传感器则计数器不动作
（3）车辆入库或出库时，均应有警铃报警（可分别设置），定时3s
（4）可从两个七段数码管上显示目前仓库中有几部车
（5）仓库启用时，先对所有用到的存储单元清零，并应有仓库空显示
（6）若设仓库容量为12辆车，则仓库满时应报警并显示。
7.自助洗车机控制设计
一、控制要求
1．设计投币20元自助洗车机。
2．有3个投币孔，分别为1元、5元及10元3种，当投币合计20元或超过时，按启动开关洗车机才会动作，启动灯亮起。
2个数码管会显示投币金额。
若投币超出20元，按退币按钮，可以退回余额，退回金额如果大于10元，先退10元，再退1元，如果小于10元，则直接退1元的。
洗车机动作流程。
1）．按下启动开关之后，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。
2）．洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，喷水机及刷子继续动作。
3）．洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，喷水机及刷子停止动作，清洁剂设
备开始动作——喷洒清洁剂。
4）．洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，继续喷洒清洁剂。
5）．洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往朽移3s后停止，刷子开始洗刷。
6）．刷子洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，右移3s后，洗车机停止，刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，到达右极限开关停止，然后往左移。
7）．洗车机往左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移，直到碰到左极限开关后停止，然后往右移。
8）．洗车机开始往右移，并喷洒清水与洗刷动作，将车洗干净，当碰到右极限开关时，洗车机停止前进并往左移，喷洒清水及刷子洗刷继续动作，直到碰到左极限开关后停止，并开始往右移。
9）．洗车机往右移，风扇设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机停止并往左移，风扇继续吹干动作，直到碰到左极限开关，则洗车整个流程完成，启动灯熄灭。
3．原点复位设计。
若洗车机正在动作时发生停电或故障，则故障排除后必须使用原点复位，将洗车机复位到原点，才能做洗车全流程的动作，其动作就是按下[复位按钮]，则洗车机的右移、喷水、洗刷、风扇及清洁剂喷洒均需停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行自助洗车机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动、停止功能；
3.运用功能指令进行PLC控制程序设计；
4.程序结构与控制功能自行创新设计；
5.进行系统调试，实现自助洗车机的控制要求。
8.大、小球分拣传送机械PLC控制梯形图的设计与调试
1.大、小球分拣传送机械示意图
2.控制要求：
（1）机械臂起始位置在机械原点（见图），为左限、上限并有显示。
（2）有起动按钮和停止按钮控制运行，设停止时机械臂必须已回到原点。
（3）起动后，机械臂动作顺序为：
下降→吸球→上升（至上限）→右行（至右限）→下降→释放→上升（至上限）→左行返回（至原点）。
（4）机械臂右行时有小球右限（LS4）和大球右限（LS5）之分；下降时，当电磁铁压着大球时，下限开关LS2断开（=“0”）；压着小球时，下限开关LS2接通（=“1”）。
多操作模式
1）回初始模式
2）手动模式
3）自动模式：
单周期、和连续
3.I/O编址及I/O端子接线图
4.连续工作的顺序功能图
5.编程并调试
9.自动门控制装置
1．自动门控制装置的硬件组成：
自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限位开关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构KM1（使直流电动机正转）、关门执行机构KM2（使直流电动机反转）等部件组成。
2．控制要求：
1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。
2）自动门在开门位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运行。
3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。
4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
10．自动售货机
1.要求：
有三个投币口，可识别三种钱币，分别是1元、5元、10元，采用三个按钮进行模拟；
2.自动售货机共出售两种货物：
矿泉水、冰红茶，其价格分别定为2元、5元；
3.当投币数大于等于货物价格时且售货机里有这种货物时，指示灯亮，表示可以进行购买，两种货物分别用两个小灯代替进行模拟；
4.除此之外，本次设计还涉及了显示、找零、送货等功能的实现，其中显示部分采用2个数码管进行显示，显示投币总数和购买后的余额；
5.当按下找零按钮后，数码管显示进行清零，采用从高到低递减的形式进行清零。
退回余额有五元和一元两种，退回金额如果大于5元，先退5元，再退1元，如果小于5元，则直接退1元的；
例如：
当余额为7元时，按下找零按钮后，先找一个五元，数码管显示2，然后再找两个一元，数码管清零。
6.送货部分采用小车直线运动进行模拟，将两种货物分别送到两个不同的地点，采用两个光电开关分别代表两个不同的送货地点，当按下不同的送货按钮后，小车会以其对应的光电开关为终点做直线往返运动，表示送货过程
11.霓虹灯广告屏控制
广告屏共有8根灯管，24只流水灯，每4只灯为一组，如下图所示：
控制要求：
（1）该广告屏中间8根灯管亮灭的时序为：
第1根亮→2亮→3亮→……→第8根亮，时间间隔为1s，全亮后，显示10s，再反过来从8→7→……→1按1s间隔顺序熄灭，全灭后停亮2s；再从第8根开始亮，顺序点亮7→6→……→1，时间间隔1s，显示5s，再从1→2→……→8按1s间隔顺序熄灭，全灭后停亮2s，然后重复运行，周而复始。
（2）24只流水灯，4个一组分成6组，从Ⅰ→Ⅱ→……→Ⅵ按1s时间间隔依次向前移动，
且点亮时每相隔1灯为亮，即从Ⅰ“①、③”亮→Ⅱ“⑤、⑦”亮，同时Ⅰ“①、③”灭→Ⅲ“⑼、⑾”亮，同时Ⅱ“⑤、⑦”灭……，如此移动一段时间（如30s）后，再反过来移动一段时间：
Ⅵ“（24）、（22）亮→Ⅴ“（20）、（18）”亮，同时Ⅵ“（24）、（22）”灭，……如此循环往复。
（3）系统有单步/连续控制，有起动和停止按钮。
（4）起动时，灯管和流水灯同时起动，关闭时，可同时也可分别关闭。
12.液体混合装置PLC控制系统设计
一、题目控制要求：
液体混合装置示意图如图1所示。
初始状态，电磁阀Y1、Y2、Y3以及搅拌电机M和加热电炉H状态均为OFF，液位传感器L1、L2、L3状态均为OFF。
按下起动按钮SB1，开始注入液体A，当液面高度达到L2时，停止注入液体A，开始注入液体B，当液面上升到L1时，停止注入液体，开始搅拌10S，10S后继续搅拌，同时加热5S，5S后停止搅拌，继续加热8S。
8S后停止加热，同时放出混合液体C，当液面降至L3时，继续放2S，2S后停止放出液体，同时重新注入液体A，开始下一次混合。
按下停止按钮SB2，在完成当前的混合任务后，返回初始状态。
搅拌电机采用三相异步电机，单向运转。
图1液体混合装置示意图
二、设计要求
1．进行I/O地址分配；
2．画出主电路和程序流程图；
3．编写控制程序并调试。
起动按钮SB1
I0.0
停止按钮SB2
I0.1
液位传感器L1
I1.4
液位传感器L2
I1.5
液位传感器L3
I1.6
电磁阀Y1
Q4.0
电磁阀Y2
Q4.1
电磁阀Y3
Q4.2
搅拌电机M
Q5.0
加热电炉H
Q5.1
13.小型污水处理控制系统
1．SBR污水处理工艺的技术要求
序列间歇式活性污泥法废水处理技术（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess，简称SBR）是一种高效废水回用的处理技术，采用优势菌技术对生活污水进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。
SBR污水处理系统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。
SBR废水处理系统示意图如图1所示。
图1SBR废水处理系统示意图
污水处理的第一阶段：
当污水池中的水位处于低水位或无水状态时，电动阀会自动开起纳入污水。
当污水池纳入的污水至正常高水位时，电动阀自动关闭，污水池中污水呈微氧和厌氧状态。
污水处理的第二阶段：
采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、平衡菌群的pH值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。
整个好氧（曝气）时间一般需要6～8h。
在曝气管路上安装了排空电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开起，罗茨风机延时空载起动，然后排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。
当曝气处理结束后，排空电磁阀再次开起，罗茨风机空载停机，然后排空电磁阀延时关闭。
曝气风机在无负荷条件下起动和停止，能起到保护电动机和风机的作用。
经过0.5h的水质沉淀，PLC下达起动1#清水泵指令，将沉淀后的水泵入到清水池。
当清水池中的水位升至正常高水位时，1#清水泵自动停止运行。
这时2#清水泵自动起动向中水箱泵水，当水箱内达到正常高水位时，2#清水泵自动停止运行，这时中水箱内的水全部完成处理过程。
如上所示，当中水箱内水位降至低水位时，2#清水泵又自动起动向中水箱泵水。
当污水池中的水位降至低水位时，电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。
如此循环往复。
SBR废水处理技术针对污水水质不同选用生物菌群不同，工艺要求要求有所不同，电气控制系统应有参数可修正功能，以满足废水处理的要求。
2．SBR废水处理系统动力设备
SBR废水处理系统中所使用的动力设备（水泵、罗茨风机、电动阀），均采用三相交流异步电动机，电动机和电磁阀（AC220V选配）选配防水防潮型。
1#清水泵：
立式离心泵LS50-10-A，扬程10m，流量29m3/h，1kW。
2#清水泵：
立式离心泵LS40-32.1，扬程30m，流量16m3/h，3kW。
曝气罗茨风机：
TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。
电动阀：
阀体D97A1X5-10ZB-125mm，电动装置LQ20-1，AC380V，60W。
3．SBR废水处理电气控制系统设计要求
1）控制装置选用PLC作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配PLC机型和I/O接口。
2）可执行手动/自动两种方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。
3）电动阀上驱动电动机为正、反转双向运行，因此要在PLC控制回路加互锁功能。
4）PLC的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。
5）为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，例如电动机过热保护、控制系统短路保护等。
6）绘制电气原理图：
包括主电路、控制电路、PLC硬件电路，编制PLC的I/O接口功能表。
7）选择电器元件、编制元器件目录表。
8）采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。
附1.SBR废水处理电气控制原理图设计
（1）主电路设计SBR废水处理电气控制系统主电路如图2所示。
图2SBR废水处理电气控制系统主电路
1）主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3分别控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3；交流接触器KM4、KM5控制电动阀电动机M4，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。
2）电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。
电动阀电动机M4控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机M4实现双重保护。
3）QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。
4）熔断器FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。
FU5、FU6分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。
（2）交流控制电路设计SBR废水处理系统交流控制电路如图3所示。
1）控制电路有电源指示HL。
PLC供电回路采用隔离变压器TC，以防止电源干扰。
2）隔离变压器TC的选用根据PLC耗电量配置，可以配置标准型、变比1：
1、容量100VA隔离变压器。
3）1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3分别有运行指示灯HL1、HL2、HL3，由KM1、KM2、KM3接触器常开辅助触点控制。
4）4台电动机M1、M2、M3、M4的
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