工业电气与控制技术课程设计指导书.docx
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工业电气与控制技术课程设计指导书
工业电气与控制技术课程设计指导书
一．教学目的与任务
为突出培养应用型人才的专业特色，加强工程实践训练，培养实际动手能力和理论联系实际、分析和解决实际问题的能力。
二．主要内容
1.PLC的认识与使用：
PLC的外观、电源、输入/输出端口、COM端、通信接口、外部负载、负载电源、扩展单元、模块、编程器；
2.基本操作练习：
启动、停止、编程与程序传送、电源与输入/输出端口接线；
3.编程与仿真软件的学习与使用；
4.应用程序的设计与调试运行及演示。
三．基本要求
本课程设计内容的重点是上项的第4点，共设九个应用设计题，每个学生选作五题，独立完成。
（注：
交通灯、数码管、液体混合、机械手、传送带必做，其他的选做）
各课题及目的、任务、要求如下。
四．使用教材及参考文献
《工厂电气与控制技术》、《可编程序控制器应用技术》
项目一三相异步电动机的星/三角换接起动控制
在三相异步电动机的星/三角换接起动控制实验区完成本实验。
一．目的
1.掌握电机星/三角换接起动主回路的接线。
2.学会用可编程控制器实现电机星/三角换接降压起动过程的程序设计。
二．要求
合上起动按钮后，电机先作星形连接起动，经延时6秒后自动换接到三角形连接运转。
三．三相异步电动机星/三角换接起动控制的实验面板图及接线图
将上图下框中的SS、ST、FR分别接PLC的输入点；将KM1、KM2、KM3分别接PLC的输出点；COM端与PLC的COM端相连；本实验区的COM1，COM2端与主机的COM1、COM2端相连。
KM1、KM2、KM3的动作用发光二极管来模拟。
实验装置已将三个CJ0-10接触器的触点引出至面板上。
学生可按图示的粗线，用专用实验连接导线连接。
三相市电已引至三相开关SQ的U、V、W端。
A、B、C、X、Y、Z与三相异步电动机（400W）的相应六个接线柱相连。
将三相闸刀开关拨向“开”位置，三相380V市电即引至U/、V/、W/三端。
注意：
接通电源之前，将三相异步电动机的星/三角换接启动实验模块的开关置于“关”位置（开关往下扳）。
因为一旦接通三相电，只要开关置于“开”位置（开关往上扳），这一实验模块中的U、V、W端就已得电。
所以，请在连好实验接线后，才将这一开关接通，请千万注意人身安全。
四．设计实验与步骤
1.画出状态流程图
2.设计PLC应用程序
3.连接实验线路
4.运行操作
五．运行与动作过程分析
项目二LED数码显示控制
在LED数码显示控制实验区完成本实验。
一．目的
1.掌握置位与复位指令SET、RST在控制中的应用与程序设计方法。
2.了解并掌握7段解码指令SEGD的应用与程序设计方法。
二．控制要求
按下起动按钮后，由八组LED发光二极管模拟的八段数码管开始显示：
先是一段段显示，显示次序是A、B、C、D、E、F、G、H。
随后显示数字及字符，显示次序是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、d、E、F，再返回初始显示，并循环不止。
三．LED数码显示控制的实验面板图
上图中，下框中的A、B…H分别接主机的输出点；SD接主机的输入点。
上框中的A、B、C、D、E、F、G、H用发光二极管模拟输出。
四．步骤
画出状态流程图、设计PLC应用程序、运行操作
五．分析运行情况
项目三五相步进电动机控制的模拟
在五相步进电动机的模拟控制实验区完成本实验。
一．目的
了解并掌握移位指令在控制中的应用及其编程方法。
二．控制要求
要求对五相步进电动机五个绕组依次自动实现如下方式的循环通电控制：
第一步：
A~B~C~D~E
第二步：
A~AB~BC~CD~DE~EA
第三步：
AB~ABC~BC~BCD~CD~CDE~DE~DEA
第四步：
EA~ABC~BCD~CDE~DEA
三．步进电动机的模拟控制的实验面板图
上图中，下框中的A、B、C、D、E分别接PLC输出点；SD接PLC输入点。
上框中发光二极管的点亮与熄灭用以模拟步进电机五个绕组的导电状态。
四．步骤
1.画出状态流程图；
2.设计PLC应用程序；
3.模拟运行。
五．分析运行情况
项目四十字路口交通灯控制的模拟
在十字路口交通灯模拟控制实验区完成本实验。
一．目的
熟练使用各基本指令，根据控制要求，掌握PLC的编程方法和程序调试方法，使学生了解用PLC解决一个实际问题的全过程。
二．十字路口交通灯控制的实验面板图
实验面板图中，下框中的南北、东西红、黄、绿灯和模拟南北、东西向行驶车的灯R、Y、G、甲、乙分别接PLC的输出点；下框中的SD接主机的输入端。
上框中的东西南北三组红绿黄三色发光二极管模拟十字路口的交通灯。
三．控制要求
信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。
当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。
南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。
到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。
在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。
到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。
东西红灯亮维持30秒。
南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。
同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
周而复始
四．步骤
1.画出状态流程图；
2.设计PLC应用程序；
3.模拟运行。
五．分析运行情况
项目五水塔水位控制
在水塔水位控制区完成本实验。
一．目的
用PLC构成水塔水位自动控制系统。
二．实验内容
当水池水位低于低水位时（S4为ON），阀Y打开进水（Y为ON），同时定时器开始定时，4秒后，如果S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障，水池水位到达满水位S3转为ON，阀Y关闭（Y为OFF）停止进水。
水塔水位低于低水位时S2为ON，此时若水池不为低水位（S4为OFF），水泵电机M起动运转抽水。
当水塔水位高于高水位时S1为ON，水泵电机M停止。
水池为低水位时水泵不能启动抽水。
若水泵启动运转20秒后水塔仍为低水位，则水泵电机指示灯M闪烁报警。
三．水塔水位控制的实验面板图
上图下框中的S1、S2、S3、S4分别接PLC的输入点。
M、Y分别接PLC的输出点。
用钮子开关模拟各水位开关S1——S4。
四．设计实验与步骤
1.画出状态流程图；
2.设计PLC应用程序；
3.连接实验线路；
4.操作钮子开关，模拟各水位开关的动作，运行本控制系统。
五．运行与动作过程分析
项目六液体混合装置控制的模拟
在液体混合装置的模拟控制实验区完成本实验。
一．目的
熟练使用各条基本指令，通过对工程实例的模拟，熟练地掌握PLC的编程和程序调试。
二、液体混合装置控制的模拟实验面板图
上图下框中的V1、V2、V3、M分别接PLC的输出点；起、停按钮SB1、SB2和液面传感器SL1、SL2、SL3分别接PLC的输入点。
上框中，液面传感器用钮子开关来模拟，起动、停止用动合按钮来实现，液体A阀门、液体B阀门、混合液阀门的打开与关闭以及搅匀电机的运行与停转用发光二极管的点亮与熄灭来模拟。
三．控制要求
由实验面板图可知：
本装置为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅匀电机，控制要求如下：
初始状态：
装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。
起动操作：
按下起动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：
液体A阀门打开，液体A流入容器。
当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。
液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅匀电机开始搅匀。
搅匀电机工作1分钟后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。
当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过20秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。
停止操作：
按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。
四．设计实验与步骤
1.画出状态流程图；
2.设计PLC应用程序；
3.连接实验线路；
4.操作各按钮和纽子开关运行本模拟控制系统。
五．运行与动作过程分析
项目七机械手动作的模拟
在机械手动作的模拟实验区完成本实验。
一．目的
了解机械手类生产机械的工作方式和控制要求；学习步进式控制程序的设计方法；实现机械手动作的模拟。
二．机械结构和控制要求
图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。
当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。
另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。
设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：
原位下降夹紧上升右移
左移上升放松下降
三．机械手动作的模拟实验面板图：
上图下框中的YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、HL分别接PLC的输出点；SB1、SB2分别接PLC的输入；SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别接PLC的输入点。
上框中的起动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。
四．工作过程分析
当机械手处于原位时，上升限位开关X002、左限位开关X004均处于接通（“1”状态），机械手处于松开状态，原位指示灯亮。
按下起动按钮，X000置“1”，产生移位信号执行下降动作，上升限位开关X002断开，原位指示灯灭。
当下降到位时，下限位开关X001接通，产生移位信号，机械手停止下降，执行夹紧动作，同时起动定时器T0，延时1.7秒。
机械手夹紧工件后，T0动合触点接通，产生移位信号，执行上升动作。
机械手继续夹紧工件。
当上升到位时，上限位开关X002接通，产生移位信号，不再上升，同时执行右移动作。
待移至右限位开关动作位置，X003动合触点接通，产生移位信号，停止右移，执行下降动作。
当下降到使X001动合触点接通位置，产生移位信号，停止下降，机械手松开工件；同时T1起动延时，1.5秒后，机械手又上升，行至上限位置，X002触点接通，停止上升，开始左移。
到达左限位开关位置，X004触点接通，机械手回到原位，由于X002、X004均接通，完成一个工作周期。
再次按下起动按钮，将重复上述动作。
五．设计实验与步骤
1.画出状态流程图；
2.设计PLC应用程序；
3.连接实验线路；
4.操作各按钮和纽子开关运行本模拟控制系统。
六．运行与动作过程分析
项目八四节传送带的模拟
在四节传送带的模拟实验区完成本实验。
一．目的
通过使用各基本指令，进一步熟练掌握PLC的编程和程序调试。
二．要求
有一个用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下：
起动时先起动最末一条皮带机，经过5秒延时，再依次起动其它皮带机。
停止时应先停止最前一条皮带机，待料运送完毕后再依次停止其它皮带机。
当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。
例如M2故障，M1、M2立即停，经过5秒延时后，M3停，再过5秒，M4停。
当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带机运行5秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止。
例如，M3上有重物，M1、M2立即停，再过5秒，M4停。
三．四节传送带的模拟实验面板图
右图下框中的KM1、KM2、KM3、KM4分别接主机的输出点Y1、Y2、Y3、Y4；SB1、SB2分别接主机的输入点X0、X5；表示负载或故障设定的A、B、C、D分别接主机输入点X1、X2、X3、X4。
上框中起动、停止用动合按钮来实现，负载或故障设置用钮子开关来模拟，电机的停转或运行用发光二极管来模拟。
四．设计实验与步骤
1.画出状态流程图；
2.设计PLC应用程序；
3.连接实验线路；
4.操作各按钮和纽子开关运行本模拟控制系统。
五．运行与动作过程分析
项目九数控车床的控制
在简易数控车床上完成本实验。
一．目的
1.了解数控车床的工作方式和控制要求；
2.掌握用PLC控制步进电机的程序设计方法；
3.学会用PLC控制简易数控车床的程序设计方法。
二．要求
1.设计两坐标数控车床（含主轴，刀架上、下拖板）手动调整的PLC控制程序。
2.设计加工阶梯轴工作过程的半自动工作PLC控制程序。
3.在简易数控车床上调试运行程序、演示成功。
三．两坐标数控车床（含主轴，刀架上、下拖板）控制系统PLC接线图
PLCI/O分配表：
输入
输出
输入
XO
自动方式选择
YO
FWD
Xl3
Y向后退
Xl
手动方式选择
Yl
REV
Xl4
X向前进
X2
主轴反转
Y2
SPI
Xl5
X向后退
X4
主轴正转
Y3
SP2
X20
霍耳开关信号
X6
SPI按钮
Y4
SP3
X21
霍耳开关信号
X7
SP2按钮
Y5
CPIN
X22
霍耳开关信号
X10
急停
Y6
CW/CCW
X11
SP3按钮
Y7
CPIN
Xl2
Y向前进
YlO
CW/CCW
四．设计实验与步骤
1.画出状态流程图
2.设计PLC应用程序
3.连接实验线路
4.在数控车床上调试运行程序，演示数控车床的控制操作与工作过程
五．程序运行与数控车床工作过程分析
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