控制系统综合实训实践教学设计书.docx
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控制系统综合实训实践教学设计书
控制系统综合实训实践教学设计书
一、教学目标
1．掌握较复杂顺序系统的PLC编程、运行和调试能力；
2．能根据调速要求进行变频器功能、参数设置的操作；
3．能用PLC控制变频器实现各种功能，完成PLC程序设计，电器元件的选用和变频器功能、参数设置；
4．具有利用网络、数据手册、厂商名录等获取和查阅技术资料的能力；
5．培养学生良好的沟通能力和团队协作精神，规范操作和安全文明生产的职业习惯。
二、教学内容
情境一用PLC控制的化工混料应工艺流程
一、控制要求：
图1-1中SQ1、SQ2、SQ3为液面传感器开关，YV1、YV2、YV3为电磁阀，M为搅拌电动机。
1）初始状态：
即启动搅拌器之前，容器是空的，各电磁阀YV1=YV2=YV3=OFF关闭，传感器开关SQ1=SQ2=SQ3=OFF，电机M=OFF，温度传感器ST=OFF，电偶加热器EH=OFF；
2）工艺流程：
搅拌器开始工作时，先按一下SB1启动按钮，YV1打开，开始注入液体A，当液面达到SQ3时，SQ3=ON，继续注入液体A。
当液面达到SQ2时，SQ2=ON，电磁阀YV1=OFF关闭，YV2=ON打开,开始注入液体B。
图1-1化工混料应工艺流程示意图
当液面达到SQ1时，SQ1=ON，电磁阀YV2=OFF关闭，停止注入液体B，电机M=ON开始搅拌，10S后，M=OFF搅拌停止，电偶加热器EH=ON开始加热，当温度升到工艺设定值时，温度传感器ST=ON，EH=OFF停止加热，电磁阀YV3=ON打开，放出混合液体，
当液面低于SQ3，SQ3=OFF时，延时5S，待
液体放空，电磁阀Y3=OFF关闭，自动开始
下一个操作循环。
3）停止控制：
若在工作中按下停止按钮
SB2，只能停在初始状态上，即只有混合液体处理完毕后，工艺系统才能停止工作。
二、PLC程序设计
1．选择PLC型号并画出I/O接线图
1）选择PLC型号。
根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N-48MR主机完全可以满足控制要求。
图1-2PLC的I/O接线图
2）确定PLC的输入信号和输出负载，
画出PLC的I/O接线图（如图1-2所示）。
2．根据控制要求画出功能图（如图1-3）
3．画出梯形图（如图1-4，
起、保、停电路编程）
4．硬件的安装与接线
1）硬件的安装：
硬件安装中应布置合理，信号线与动力线分离，注意整齐牢固，PLC使用DIN导轨安装。
2）接线：
原则上动力线应采用2.5mm2以上单芯粗线（或软线），剥头后直接连接，信号线及二次线用0.5mm2多股电线连接，剥头后应配接φ3.5mmU形端子，用专用压线钳压接。
应将所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日后的改造与维护均有重要的帮助。
3）输入程序与运行、调试程序
①输入程序：
在断电情况下，连接编程器与PLC，PLC主机开关置于“STOP”位置，连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序。
②运行、调试程序：
将PLC主机开关置于“RUN”位置，按下列步骤观察工作状态检验程序。
情境二用PLC控制小车装料系统编程及调试
一、控制要求：
图2-1为小车装料系统控制流程示意图
工作流程：
1）按SB1启动按钮，当小车在原点装料位置时，SQ1为ON，YA吸合，料斗门打开，小车装料，装料时间5秒；
2）小车第一次送料到1号仓碰限位开关SQ2后，停留2秒卸料，然后空车返回到原点装料位置碰限位开关SQ1停留（装料）5秒；
3）小车第二次送料到2号仓，经过限位开关SQ2不停留，继续向前，当到达2号仓碰限位开关SQ3停留（卸料）4秒，然后空车返回到原点装料位置碰限位开关SQ1停留（装料）5秒；
4）然后再重复上述工作过程，如此往复循环；
5）按下SB2停止按钮，小车立即停止。
图2-1小车装料系统控制流程示意图
二、PLC程序设计
1．选择PLC型号并画出I/O接线图
1）选择PLC型号。
根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N-48MR主机完全可以满足控制要求。
2）确定PLC的输入信号和输出负载，
画出PLC的I/O接线图（如图1-2所示）。
图2-2PLC的I/O接线图
2．根据控制要求画出功能图（如图2-3）3．画出梯形图（如图2-4，用以转换为中心编程）
4．硬件的安装与接线
1）硬件的安装：
硬件安装中应布置合理，信号线与动力线分离，注意整齐牢固，PLC使用DIN导轨安装。
2）接线：
原则上动力线应采用2.5mm2以上单芯粗线（或软线），剥头后直接连接，信号线及二次线用0.5mm2多股电线连接，剥头后应配接φ3.5mmU形端子，用专用压线钳压接。
应将所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日后的改造与维护均有重要的帮助。
3）输入程序与运行、调试程序
①输入程序：
在断电情况下，连接编程器（或编程电缆）与PLC，PLC主机开关置于“STOP”位置，连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序。
②运行、调试程序：
将PLC主机开关置于“RUN”位置，按下列步骤观察工作状态检验程序。
情境三用PLC控制的自动调直、割管机编程及调试
一、控制要求：
1.任务：
如图3-1所示这是一台具有将弯曲的铜管调直，并按一定长度割断的机器；
2.工艺流程：
按下启动按钮SB1，电动机M1、M2运转，带动A轮转动，由于摩擦力的作用使铜管在轮A和轮B中穿过，同时使原弯曲的铜管被调直，当铜管到达光电检测开关K（K=ON）时，M1、M2停止，M3运转，电磁阀Y2=ON打开，液压缸带动切割机构向下移动将铜管切断，当S1=ON时，Y2=OFF，Y1=ON打开，液压缸带动切割机构向上移动，当S2=ON时，Y1=OFF，切割机构复位停止，此时M2=ON运转，将割断铜管带出，使光电检测开关K=OFF关断，自动进入下一个循环工艺流程。
图3-1自动调直、割管机示意图
二、PLC程序设计
1．选择PLC型号并画出I/O接线图
1）选择PLC型号。
根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N-48MR主机完全可以满足控制要求。
2）确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的I/O接线图（如图3-2所示）。
2．根据控制要求画出功能图（如图3-3）
图3-2I/O接线图
3．画出梯形图[如图3-4，
用以步进（STL）指令编程]
4．硬件的安装与接线
1）硬件的安装：
硬件安装中应布置合理，信号线与动力线分离，注意整齐牢固，PLC使用DIN导轨安装。
2）接线：
原则上动力线应采用2.5mm2以上单芯粗线（或软线），剥头后直接连接，信号线及二次线用0.5mm2多股电线连接，剥头后应配
接φ3.5mmU形端子，用专用压线钳压接。
应将
所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线
图3-4梯形图
路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日
后的改造与维护均有重要的帮助。
3）输入程序与运行、调试程序
①输入程序：
在断电情况下，连接编程器（或编程电缆）与PLC，PLC主机开关置于“STOP”位置，连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序。
②运行、调试程序：
将PLC主机开关置于“RUN”位置，按下列步骤观察工作状态检验程序。
情境四用PLC控制的机械手控制系统编程及调试
一、控制要求：
如图4-1所示：
机械手上升、下降和左、右移动为双线圈电磁阀驱动，机械手夹紧、放松为单线圈电磁阀驱动，上SQ2、下SQ1、左SQ4、右SQ3限位开关为行程开关。
1、初始状态：
按SB1启动按钮，机械手停在可动部分左上方原点处，左工位无工件，光电检测开关K为OFF，上限位开关SQ2为ON，左限位开关SQ4为ON，下限位开关SQ1为OFF，右限位开关SQ3为OFF；
2、工作流程：
当左工位处有工件时，光电检测开关K为ON，机械手由原点下降－→夹紧（延时2秒）－→上升－→右行－→下降－→放松（延时2秒）－→上升－→左行－→原点，系统如此循环工作。
3、停机控制：
按SB2停止按钮，整个系统终止运行，同时程序返回初始状态，为再次启动循环做准备。
二、PLC程序设计
1．选择PLC型号并画出I/O接线图
1）选择PLC型号。
根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N-48MR主机完全可以满足控制要求。
2）确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的I/O接线图（如图4-2所示）。
2．根据控制要求画出功能图（如图4-3）
图4-2I/O接线图
3．画出梯形图（如图4-4，
用位左移SFTL指令编程）
4．硬件的安装与接线
1）硬件的安装：
硬件安装中应布置合理，信号线与动力线分离，注意整齐牢固，PLC使用DIN导轨安装。
2）接线：
原则上动力线应采用2.5mm2以上单芯粗线（或软线），剥头后直接连接，信号线及二次线用0.5mm2多股电线连接，剥头后应配接φ3.5mmU形端子，用专用压线钳压接。
应将
所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日
后的改造与维护均有重要的帮助。
3）输入程序与运行、调试程序
①输入程序：
在断电情况下，连接编程器（或编程电缆）与PLC，PLC主机开关置于“STOP”位置，连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序。
②运行、调试程序：
将PLC主机开关置于“RUN”位置，按下列步骤观察工作状态检验程序。
情境五磨床的PLC和变频器控制电路编程与接线
一、控制要求：
1.磨床调速控制系统示意图如图5-1所示：
SQ1、SQ2、SQ3、SQ4限位开关为行程开关。
2.技术要求：
1）在起始位置（SQ1）按启动按钮SB1，电机正转启动，高速（45Hz）运行4s，变为中速（25Hz）运行，碰SQ2之后遇到工件开始研磨，转为低速（15Hz），研磨完工件后碰SQ3变为高速（45Hz）离开，到达对面碰行程开关SQ4立刻停止，待6s之后反转启动，同样是高速（45Hz）运行4s，变为中速（25Hz）运行，碰SQ3之后遇到工件开始研磨，转为低速（15Hz），研磨后碰SQ2变为高速（45Hz）离开，回到起始位置碰到SQ1停止6s，然后转为正转，往复以上过程。
2）正反方向都能实现启停操作，反向启动按钮为SB2，停止按钮为SB3。
二、PLC程序设计与变频器
1．选择PLC型号并画出PLC、变频器的接线图
1）选择PLC、变频器型号。
根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N-48MR主机,变频器选择型号为3G3JV-0.75kW/3完全可以满足控制要求。
2）确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的I/O接线图（如图5-2所示）。
图5-2磨床调速控制系统接线图JIEXIAN图
2．画出功能图（如图5-3）3．画出梯形图（如图5-4）
图19-20PLC的I/O接线图
图5-4磨床调速控制系统梯形图（之二）
4．变频器参数设置
序号
变频器参数
出厂值
设定值
功能说明
备注
1
n01
1
1
参数写入禁止选择/参数初始化；n01=1时，n02-n79可设定。
2
n02
0
1
运转指令的选择；
n02=1时，多功能端子输入有效。
3
n09
60.0
50.0
最高频率（Fmax）
4
n10
400
380
最大电压（Vmax）
5
n11
60.0
50.0
最大电压频率（FA）
6
n16
10.0
2.0
加速时间1
7
n17
10.0
2.0
减速时间1
8
n22
0.0
50.0
频率指令2
多功能端子S3有效
9
n23
0.0
25.0
频率指令3
多功能端子S4有效
10
n25
0.0
15.0
频率指令5
多功能端子S5有效
11
n36
2
2
多功能输入选择1（输入端口S2）
反转/停止
12
n37
5
6
多功能输入选择2（输入端口S3）
多段速指令1
13
n38
3
7
多功能输入选择3（输入端口S4）
多段速指令2
14
n39
6
8
多功能输入选择4（输入端口S5）
多段速指令3
15
5．硬件的安装与接线
1）硬件的安装：
硬件安装中应布置合理，信号线与动力线分离，注意整齐牢固，PLC使用DIN导轨安装。
2）接线：
原则上动力线应采用2.5mm2以上单芯粗线（或软线），剥头后直接连接，信号线及二次线用0.5mm2多股线连接，剥头后应配接φ3.5mmU形端子，用专用压线钳压接。
应将所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日后的改造与维护均有重要的帮助。
3）输入程序与运行、调试程序
①输入程序：
在断电情况下，连接编程器（或编程电缆）与PLC，PLC主机开关置于“STOP”位置，连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序。
②运行调试程序：
将PLC主机开关置于“RUN”位置，按下列步骤观察工作状态检验程序。
情境六升降机的PLC和变频器控制电路编程与接线
一、控制要求：
1.升降机调速控制系统示意图如图6-1所示：
SQ1、SQ2、SQ3限位开关为行程开关，SB1为停止按钮，SB2为正向起动按钮，SB3为反向起动按钮。
2.技术要求：
1）在地面（SQ1处）按启动按钮，低速（频率设定为ƒ1=15Hz）启动上升，n1=3秒后由低速转为中速（频率设定为ƒ2=30Hz）上升，中速n2=5秒后转为高速（频率设定为ƒ3=50Hz）上升，高速n3=8秒后转为中速上升，中速n2=5秒后转为低速上升，至SQ2处升降机停止运行n4=6秒，n4秒后高速下降，至SQ3处转为中速下降，n5=4秒后转为低速下降，最后至SQ1（地面）停n6=7秒再低速上升，往复以上过程。
2）无论正向、反向运行都能进行手动启停操作。
图6-1升降机调速控制系统示意图
二、PLC程序设计与变频器
1．选择PLC型号并画出PLC、变频器的接线图
1）选择PLC、变频器型号。
根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N-48MR主机,变频器选择型号为3G3JV-0.75kW/3完全可以满足控制要求。
2）确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的I/O接线图（如图6-2所示）。
图6-2升降机调速控制系统接线图
2．画出控制系统功能图（如图6-3）
图6-3升降机调速控制系统功能图
3．画出升降机控制系统梯形图（用位左移SFTL指令编程）如图6-4
图6-4升降机调速控制系统梯形图（之一）
图6-4升降机调速控制系统梯形图（之二）
4．变频器参数设置
序号
变频器参数
出厂值
设定值
功能说明
备注
1
n01
1
1
参数写入禁止选择/参数初始化；n01=1时，n02-n79可设定。
2
n02
0
1
运转指令的选择；
n02=1时，多功能端子输入有效。
3
n09
60.0
50.0
最高频率（Fmax）
4
n10
400
380
最大电压（Vmax）
5
n11
60.0
50.0
最大电压频率（FA）
6
n16
10.0
2.0
加速时间1
7
n17
10.0
2.0
减速时间1
8
n22
0.0
50.0
频率指令2
多功能端子S3有效
9
n23
0.0
30.0
频率指令3
多功能端子S4有效
10
n25
0.0
15.0
频率指令5
多功能端子S5有效
11
n36
2
2
多功能输入选择1（输入端口S2）
反转/停止
12
n37
5
6
多功能输入选择2（输入端口S3）
多段速指令1
13
n38
3
7
多功能输入选择3（输入端口S4）
多段速指令2
14
n39
6
8
多功能输入选择4（输入端口S5）
多段速指令3
15
5．硬件的安装与接线
1）硬件的安装：
硬件安装中应布置合理，信号线与动力线分离，注意整齐牢固，PLC使用DIN导轨安装。
2）接线：
原则上动力线应采用2.5mm2以上单芯粗线（或软线），剥头后直接连接，信号线及二次线用0.5mm2多股线连接，剥头后应配接φ3.5mmU形端子，用专用压线钳压接。
应将所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日后的改造与维护均有重要的帮助。
3）输入程序与运行、调试程序
①输入程序：
在断电情况下，连接编程器（或编程电缆）与PLC，PLC主机开关置于“STOP”位置，连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序。
②运行调试程序：
将PLC主机开关置于“RUN”位置，按下列步骤观察工作状态检验程序。
情境七龙门刨床的PLC和变频器控制电路编程与接线
一、控制要求：
1.龙门刨床（B2012）的调速控制系统示意图如图7-1所示：
SQ1、SQ2、SQ3、SQ4限位开关为行程开关，SB2为停止按钮，SB1为起动按钮。
2.技术要求：
1）在原点（SQ1处）按起动SB1按钮，低速（频率设定为15Hz，t1时间为1秒）起动慢速切入，转为高速切当碰到正向加速开关SQ2后，由低速削（频率设定为50Hz），当加工至碰正向减速开关SQ3时，由高速切削转为慢速（频率设定为25Hz）离开，当加工至碰终点开关SQ4时，转速由正转25Hz转为反转低速（频率设定为30Hz）返回，当碰到反向加速开关SQ3后，由低速转为反转高速（频率设定为60Hz）加速返回，至SQ2处转速由反转60Hz转为反转低速（频率设定为20Hz）反向减速，至SQ1处减速停止（用时间为1秒）。
2）无论正向、反向运行都能进行手动暂停和起动操作。
二、PLC程序设计与变频器
1．选择PLC型号并画出PLC、变频器的接线图
1）选择PLC、变频器型号。
根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N-48MR主机,变频器选择型号为3G3JV-0.75kW/3完全可以满足控制要求。
2）确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的I/O接线图（如图7-2所示）。
图7-2龙门刨床（B2012）的调速控制系统接线图
2．画出控制系统功能图（如图7-3）
图7-4龙门刨床的调速控制系统梯形图
3．画出龙门刨床的控制系统梯形图
（用STL指令编程）如图7-4
4．变频器参数设置
序号
变频器参数
出厂值
设定值
功能说明
备注
1
n01
1
1
参数写入禁止选择/参数初始化；n01=1时，n02-n79可设定。
2
n02
0
1
运转指令的选择；
n02=1时，多功能端子输入有效。
3
n09
60.0
60.0
最高频率（Fmax）
4
n10
400
380
最大电压（Vmax）
5
n11
60.0
60.0
最大电压频率（FA）
6
n16
10.0
2.0
加速时间1
7
n17
10.0
2.0
减速时间1
8
n22
0.0
15.0
频率指令2
多功能端子S3有效
9
n23
0.0
50.0
频率指令3
多功能端子S4有效
10
n24
0.0
25.0
频率指令4
多功能端子S3、S4有效
11
n25
0.0
30.0
频率指令5
多功能端子S5有效
12
n26
0.0
60.0
频率指令6
多功能端子S3、S5有效
13
n27
0.0
20.0
频率指令7
多功能端子S4、S5有效
14
n36
2
2
多功能输入选择1（输入端口S2）
反转/停止
15
n37
5
6
多功能输入选择2（输入端口S3）
多段速指令1
16
n38
3
7
多功能输入选择3（输入端口S4）
多段速指令2
17
n39
6
8
多功能输入选择4（输入端口S5）
多段速指令3
5．硬件的安装与接线
1）硬件的安装：
硬件安装中应布置合理，信号线与动力线分离，注意整齐牢固，PLC使用DIN导轨安装。
2）接线：
原则上动力线应采用2.5mm2以上单芯粗线（或软线），剥头后直接连接，信号线及二次线用0.5mm2多股线连接，剥头后应配接φ3.5mmU形端子，用专用压线钳压接。
应将所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日后的改造与维护均有重要的帮助。
3）输入程序与运行、调试程序
①输入程序：
在断电情况下，连接编程器（或编程电缆）与PLC，PLC主机开关置于“STOP”位置，连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序。
②运行调试程序：
将PLC主机开关置于“RUN”位置，按下列步骤观察工作状态检验程序。
三、教学要求
1．在规定时间内能完成PLC程序设计（画出I/O接线图、画出功能图、画出梯形图、写出指令表）。
2．完成电路接线，输入程序、运行和调试，根据调速要求进行变频器功能、参数设置的操作。
3．遵守安全规程，做到文明生产。
4．编写实训报告。
四、教学时间安排
天数或小时
内容摘要
场地
1天
情境一用PLC控制的化工混料应工艺流程编程及调试
PLC技术实训室
0.5天
情境二用PLC控制小车装料系统编程及调试
PLC技术实训室
1.5天
情境三用PLC控制的自动调直、割管机编程及调试
PLC技术实训室
1.5天
情境四用PLC控制的机械手控制系统编程及调试
PLC技术实训室
1.5天
情境五磨床的PLC和变频器控制电路编程与接线
PLC技术实训室
1天
情境六升降机的PLC和变频器控制电路编程与接线
PLC技术实训室
2天
情境七龙门刨床的PLC和变频器控制电路编程与接线
PLC技术实训室
五、考核方案
本课程考核成绩由平时考核、过程性考核和实训报告三部分构成。
具体考核要求如下：
考核方式
平时考核
过程性考核
实训报告
成绩比重
30%
60%
10%
组织形式
任课教师在教学过程中对个人进行考核
任课教师组织，以个人为单位进行训练，按教学进度计划随堂对个人进行考核；
以个人为单位，按要求撰写实训报告
考核内容及
考核标准
学习态度、团结协作、出勤率
操作技能、创新意识、专业素质
实训内容、实训收获、体会
考核内容及考核标准：
序号
考核要点
考核标准
分值
1
平时考核：
学生学习过程中的出勤率、学习态度及团结协作能力
出勤率（10分）
学习态度（10分）
团结协作能力（10分）
30
2
过程性考核一：
用PLC控制的化工混料应工艺流程编程及调试
PLC程序设计（3分）
I/O电路连接（2分）
程序输入、运行和调试（3分）
60
过程性考核二：
用PLC控制小车装料系统编程及调试
P
升级会员 