《电气控制与PLC》
课程设计任务书
课题名称： 可编程控制系统设计
系 别： 电子与信息工程学院
专 业： 建筑电气与智能化
班 级： 10城建建筑电气①②
时 间：20##年12月3日至20##年12月14日
指导教师： 张鸿恺 李杨 李善寿 伍超 谢陈磊
系主任（签字）：
20##年 12 月 3 日
课程设计任务书
一．课题名称：可编程控制系统设计
二．课程设计目的和要求
1．设计目的
本课程设计是本门课程课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。
课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。在专业知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础。
2．设计要求
(1) 在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。
(2) 在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，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。
(3) 要求电气原理图设计可行，基本能够实现课题要求的功能。程序流程框图绘制规范。
(4) 完成一份课程设计报告, 要求将设计内容及设计工作需要注意的事项写成一份设计报告，要求文字通畅、字迹工整，3000---5000 字。
(5) 应在规定的时间内完成所有的设计任务。
三．课程设计内容及步骤
1、设计子课题 见附录
2、设计内容 见附录子课题说明
3. 步骤
(1) 根据要求拟定设计任务。
(2) 系统总体方案的确定
(3) PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配
(4) 程序框图和梯形图设计
(5) 总体检查、修改、补充及完善。主要内容包括：
(6) 撰写设计报告
a.设计题目
b.任务要求
c.系统总体方案
d.PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配
e.程序框图和梯形图设计
f.心得体会和参考资料
四．课程设计时间分配
课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。
第一阶段：阅读研究课程设计指导书与任务书，复习有关知识，收集文献资料，设计系统框图。此阶段约占总时间的20%。（提交查阅的资料，总体方案设计）
第二阶段：完成主要程序框图绘制，可编程控制器外部电路设计和程序设计。约占总时间的60%。 （提交梯形图程序，包括元器件选型）
第三阶段：整理、汇总、撰写课程设计报告。约占总时间的20%。
（12月17号交课程设计报告）
五．考核方式及成绩评定
1．考核方式
由平时检查、提问抽查、课程考试成绩与说明书质量（答辩）等几方面结合起来考虑：学习与设计态度的认真性，课堂知识理解掌握的深入程度，设计方案的正确性或合理性，程序的合理性，是否独立完成，是否具有独立分析解决问题的能力和创新精神等。
2．考核成绩评定标准
成绩按优、良、中、及格、不及格五级分制评定。
优：学习与设计态度很认真，设计方案正确，独立完成程序和电路设计，独立完成外围电路接线。
良：学习与设计态度认真，设计方案基本正确，参考完成程序设计，独立完成外围电路接线。
中：学习与设计态度较认真，设计方案基本正确，拷贝他人程序，能局部修改程序，能完成外围电路接线。
及格：学习与设计态度一般，设计方案基本正确，拷贝他人程序，能完成外围电路接线。
不及格：学习与设计态度很不认真，设计方案有原则错误，不能完成外围电路接线，或抄袭行为严重。
六．参考文献
1．电气控制设计类书籍
2．电机拖动类书籍
3．可编程控制器设计类书籍
4．电路分析类书籍
5．互连网相关资源
附: 课程设计子课题:
1、十字路口交通灯PLC控制系统设计
2、全自动洗衣机的PLC控制系统设计
3、液体混合的PLC控制系统设计
4、电镀生产线的PLC控制系统设计
5、简易物料搬运机械手的PLC控制系统设计
6、小车行驶的PLC控制系统设计
课程设计报告书写规范
1．目录
2．原理介绍和分析部分
3．根据要求选择系统方案
4．PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配
5．程序框图和程序设计
6．心得体会（1页纸就够）
课程设计说明书要求
1. 课程设计说明书应书写在学院统一印制的课程设计（论文）说明书上，书写应认真，字迹工整，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。
2. 论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。
3. 课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书。
4. 课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识。
题目一：十字路口交通灯PLC控制系统设计
一、课题内容及控制要求
采用PLC构成十字路口南北向和东西向交通信号灯的电气控制。交通信号灯正常时的时序图如图1所示。当起动开关接通时，首先是南北红灯亮并维持25秒，在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，但只维持20秒。20秒到时，东西绿灯闪亮3秒后熄灭，东西黄灯再亮2秒。然后东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。东西红灯亮并维持30秒。南北绿灯亮并维持25秒。25秒到时，南北绿灯闪亮3秒后熄灭，南北黄灯再亮2秒。2秒到时，南北黄灯熄灭，南北红灯亮，同时东西红灯熄灭。东西绿灯亮。开始第二周期的动作。以后周而复始地循环。绿灯或红灯闪亮的周期为1秒（即亮0.5秒，熄0.5秒）。当起动开关断开时，所有信号灯熄灭。
当发生急车要求强行通过时，急车强通控制时序图如图2所示。
急车强通信号受急车强通开关的控制。有急车来时，将该方向急车强通开关接通，无论原来信号灯的状态如何，一律强制让急车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。
急车一过，将急车强通开关断开，信号灯的状态立即转为急车放行方向上的绿灯闪3次，随后按正常时序控制。
急车强通信号只能响应一路方向的急车，若两个方向先后来急车．则响应先来的一方，随后再响应另一方。
图1 十字路口交通灯正常工作时序图
图2 急车强通控制时序图
表1 十字路口交通灯控制信号说明
二、设计任务
1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。
2、根据控制要求，编制交通信号灯PLC控制程序，有条件可以利用交通灯模型或模拟开关板调试程序，模拟运行。
3、编写设计说明书，内容包括：
① 设计过程和有关说明。
② 基于PLC的十字路口交通灯电气控制电路图。
③ PLC控制程序（梯形图）。
④ PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。
⑤ 电气设备明细表。
⑥ 参考资料、参考书及参考手册。
⑦ 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
题目二：全自动洗衣机的PLC控制系统设计
一、课题内容
全自动洗衣机的实物示意图如图1所示。全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。
图1 自动洗衣机示意图
二、控制要求
PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。
1、按下启动按扭及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。
2、2秒后开始洗涤。
3、洗涤时，正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒。
4、如此循环3次，总共180秒后开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。脱水10秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。
5、若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。
6、报警10秒结束全部过程，自动停机。
7、此外按排水按钮可实现手动排水；按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。
三、设计任务
1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。
2、根据控制要求，画出全自动洗衣机运行框图，并编制全自动洗衣机PLC控制程序。
3、编写设计说明书，内容包括：
① 设计过程和有关说明。
② 基于PLC的全自动洗衣机电气控制电路图。
③ PLC控制程序（梯形图）。
④ PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。
⑤ 电气设备明细表。
⑥ 参考资料、参考书及参考手册。
⑦ 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
题目三：液体混合的PLC控制系统设计
一、课题内容及控制要求
液体自动混合原理图如图1所示。从图中可知，本混合装置用来将两种液体进行混合。S1、S2、S3是液面传感器，液体A、B的阀门和混合液的阀门由电磁阀V1、V2和V3进行控制，M为搅拌电机。它们的控制要求如下：
1、装置投入运行前，要将液体A、B的阀门关闭，混合液的阀门打开30s，将容器内的液体排空后关闭。
2、按下启动按钮SBl，液体A的阀门打开，液体A流入容器；当液体A的液面到达L2时，S2会接通，从而关闭液体A的阀门，打开液体B的阀门。当液面达到L1时，液体B的阀门会关闭，搅拌电机则开始运转，将液体A和B的混合液体进行搅匀。搅拌电机运转60s后停止，然后混合液体的阀门打开，开始将搅拌均匀的混合液体排出。当容器内的液面下降到L3时，S3由接通变为断开。再过10s，容器内的液体排空，混合液的阀门关闭。
3、按下停止按钮SB2后，回到开机初始化状态，混合液的阀门打开30s后关闭，等待按下启动按钮，开始下一周期的操作。
此外，要求设置手动、连续运行2种工作方式。
图1 液体自动混合原理图
二、设计任务
1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。
2、根据控制要求，编制液体混合PLC控制程序。
3、编写设计说明书，内容包括：
① 设计过程和有关说明。
② 基于PLC的液体混合电气控制电路图。
③ PLC控制程序（梯形图）。
④ PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。
⑤ 电气设备明细表。
⑥ 参考资料、参考书及参考手册。
⑦ 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
题目四：电镀生产线的PLC控制系统设计
一、课题内容及控制要求
某电镀生产线采用专用行车，行车架上装有可升降的吊钩。行车和吊钩各由一台电动机拖动。行车的进退和吊钩的升降均由相应的限位开关SQ定位。假定该生产线有三个槽位(实际生产线上槽位还会多些)，工艺要求为：工件放入镀槽中，电镀280秒后提起，停放28秒。让镇液从工件上流回镀槽，然后放入回收液槽中浸30秒。提起后停15秒，接着放入清水槽中清洗30秒。最后提起停15秒后，行车返回原位，电镀一个工件的全过程结束。根据上述工艺要求，电镀生产线的工艺流程如图1所示，具体说明如下：
原位是指行车在挂件架上方，吊钩下降到最下方。在原位，操作入员把将要电镀的工件放在挂具上，即可开始电镀工作。
1、吊钩上升，提起工件，碰到上限开关SQ5时停止，转到下一步工序；
2、行车前进，全压下SQ1时才停止，刚好在镀槽的上方；
3、吊钩下降，到压下SQ6时才停止，工件浸入镀液中。定时280秒；
4、电镀结束，吊钩提起工件，至压下SQ5时才停下，并在镀槽上方停28秒，让镀液滴回槽中；
5、行车后退。到压下SQ2时停止，刚好停在回收液槽上方；
6、吊钩下降．碰到SQ6后，工件放进回收液槽中，定时30秒；
7、吊钩上升，至SQ5处停15秒；
8、行车后退，到SQ3处停于清水槽上方15秒；
9、吊钩下降，撞到SQ6后，工件置于清水槽中，清洗30秒；
10、吊钩上升至SQ5处停15秒；
11、行车后退，到SQ4处停在原位上方；
12、吊钩下降，到SQ5处回到原位，被镀好的工件被取下来。
至此，整个电镀生产完成一个工作循环。再按下起动按钮，则开始第二个工作循环。
此外，本生产线除装卸工件外，整个工艺过程能自动进行。同时行车和吊钩的正反问运行均能进行点动控制．以便对设备进行调整和检修。
二、设计任务
1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。
2、根据控制要求，编制电镀生产线PLC控制程序。
3、编写设计说明书，内容包括：
① 设计过程和有关说明。
② 基于PLC的电镀生产线电气控制电路图。
③ PLC控制程序（梯形图）。
④ PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。
⑤ 电气设备明细表。
⑥ 参考资料、参考书及参考手册。
⑦ 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
图1 电镀工艺流程图
题目五：简易物料搬运机械手的PLC控制系统设计
一、课题内容
机械手能把工件从A点移到B点，机械手的结构示意图如图1所示。该机构的上升、下降和左移、右移是由双线圈两位电磁闹推动气缸来实现的。当某一线圈得电，机构便单方向移动，直至线圈断电才停在当前位置。夹紧和放松是由单线圈两位电磁阂驱动气缸来实现的，线圈通电则夹紧，失电则为放松。设备上装有上、下限位和左、有限位开关。
机械手工作循环过程示意图如图2所示。从图中可见，机械手工作循环过程主要有8个动作，即为：
图1 机械手结构示意图
图2 机械手工作循环过程
二、控制要求
要求有两种工作方式：点动操作和自动控制。点动操作时，用按钮单独操作机构上升或下降、右移或左移、夹紧或放松。自动控制工作时，按下启动按钮，机构从“原点”开始，自动完成一个循环过程，即将工件夹紧后，从A点移动到B点放下工件，然后返回“原点”，等待下一次操作。
机构“原点”设置在可动部位位置的左上方，即压下左限位开关和上限位开关，工作钳处于放松状态，机构在“原点”处应有指示。
三、设计任务
1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。
2、根据控制要求，编制简易物料搬运机械手PLC控制程序。
3、编写设计说明书，内容包括：
① 设计过程和有关说明。
② 基于PLC的简易物料搬运机械手电气控制电路图。
③ PLC控制程序（梯形图）。
④ PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。
⑤ 电气设备明细表。
⑥ 参考资料、参考书及参考手册。
⑦ 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
题目六：小车行驶的PLC控制系统设计
一、课题内容及控制要求
某生产自动线，用电动机拖动小车，如图1所示，电动正转小车前进，电动机反转小车后退。对小车运行的控制要求为：
1、当小车处在原位时，压下原位限位开关SQ0，原位指示灯亮。
2、按下启动按钮SB1，小车从原点A出发驶向1号位，抵达后限位开关SQ1动作，小车停止前进，并立即返回原位。
3、当小车返回原位后，碰到原位限位开关SQ0，小车停止前进，并驶向2号位。
4、到达2号位后，小车碰到限位开关SQ2，小车停止前进，并立即返回原位。
5、当小车返回原位后，碰到原位限位开关SQ0，小车停止前进，并驶向3号位。
6、到达3号位后，小车碰到限位开关SQ3，小车停止前进，并立即返回原位。
7、小车运行一周后，返回原位并压下原位限位开关SQ0，小车停止运行。
此外，根据需要，若接通连续运行开关，则小车在运行一周后能够继续重复运行，直至按下停止按钮停车。
图1 小车运行示意图
二、设计任务
1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。
2、根据控制要求，编制小车行驶PLC控制程序。
3、编写设计说明书，内容包括：
① 设计过程和有关说明。
② 基于PLC的小车行驶电气控制电路图。
③ PLC控制程序（梯形图）。
④ PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。
⑤ 电气设备明细表。
⑥ 参考资料、参考书及参考手册。
⑦ 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。