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1、. . . .目 录一、课程设计的目的和要求11.1 目的11.2 要求1二、PLC控制系统设计原则及步骤32.1 PLC控制系统设计的基本原则32.2 PLC控制系统设计的基本步骤32.3 PLC选型要点42.4 PLC控制系统的外电路及外部接线设计5三、课程设计任务63.1 分组63.2 课程设计进度安排63.3 课程设计地点及考勤63.4 课程设计课题7四、 课程设计项目内容及要求8课题一 全自动洗衣机控制系统8课题二 物料自动混合装置控制系统12课题三 大、小球分类传送装置PLC控制系统16课题四 机械手PLC控制系统19课题五 自动焊锡机PLC控制系统23课题六 电动机正反转能耗制动
2、PLC控制系统27课题七 皮带运输机PLC控制系统31课题八 双头钻床PLC控制系统35课题九 按钮式人行横道指示灯PLC控制系统39附录A 课程设计（作业）教学大纲43附录B 顺序功能流程图及顺控步进梯形图自动编程方法47附录C GX Developer编程软件的使用57附录D PLC顺控指令SFC的编程方法64.下载可编辑. . . .一、课程设计的目的和要求1.1 目的课程设计主要目的，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、巩固以往学习的内容，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产
3、工艺要求，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。“机床电气控制与PLC”课程设计是在完成该门课的理论与实验教学的学习之后进行的，目的在于训练学生面对具体的工程问题时，学会分析其工艺流程与控制要求、拟定控制方案、选型机床电器元件和PLC以及设计电气控制电路、程序编制与调试运行等方面的实战能力，从而能应用机床电气控制与PLC技术来解决以顺序、开关逻辑控制为主的一般机床电气工程的应用与设计问题。课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计任务的同时要注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下几方面： 1）综合运用专业及基础知识，解决实际工程技
4、术问题的能力。 2）查阅资料及调研的能力。 3）工程绘图能力。 4）撰写技术报告和编制技术资料的能力。1.2 要求1）在接受设计任务并选定课题后，应根据设计要求和应完成的设计内容，拟订设计任务书和工作进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。2）在确定方案的过程中应积极思考并主动提出问题，以取得指导教师的帮助，在此阶段提倡广泛讨论，做到思路开阔，依据充分。3）按照机床电气控制与PLC的控制系统设计步骤及设计要点，根据具体课题任务及要求，进行控制系统的设计、编程、调试与运行。4）掌握在PC机上，使用嘉华PLCC2.0或三菱公司的GX Developer（或FXGPW1N）编程软件来编制P
5、LC应用程序，并下载到PLC中进行调试、运行。5）按以上设计步骤与设计要求编制出以下资料：（1）图纸：工艺流程图及外部信号分布图(手工绘图)； PLC电气控制系统外部接线图(手工绘图)；(2) 课程设计说明书：要求文字通顺、字迹工整、2-3千字、图文并茂。其中，课程设计论文大纲要求如下： 项目概述； 主要功能与技术要求； 设计方案论证； PLC控制系统的设计(I0分析、PLC选型、存储容量核算、外部电路及接线设计、梯形图与程序设计等)； 调试与运行； 结论与体会。6）考核方法见附录A（机床电气控制及PLC课程设计大纲）二、PLC控制系统设计原则及步骤2.1 PLC控制系统设计的基本原则1）最大
6、限度地满足工艺流程和控制要求。工艺流程的特点及要求是开发PLC控制系统的主要依据。设计前，应深人现场进行调查研究，收集资料，明确控制任务。2）监控参数、精度要求的指标以满足实际需要为准，不宜过多、过高，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便，并可降低系统的复杂性和开发成本。3）保证控制系统的运行安全、稳定、可靠。正确进行程序调试、充分考虑环境条件。选用可靠性较高的PLC、定期对PLC进行维护和检查等都是很重要和必不可少的。4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。2.2 PLC控制系统设计的基本步骤1）首先要分析控制任务，了解被控对象的工艺流程，画出工艺流程图。2
7、）确定PLC的输入、输出信号的类型、点数，正确选择输入、输出模块的规格、型号；根据主电路如电机、电磁阀的容量及操作要求，合理选择配电、保护和控制电器。3）进行必要的计算，合理选择低压电器及PLC的类型和容量等。4）编制I/O分配表及所用到的PLC内部有关如时间继电器、计数器、中间继电器等元件的地址编号表。5）画出梯形图或顺序控制流程图(SFC状态流程图)、步进梯形圈和外部接线图等。6）按照梯形图用助记符语言编程或按顺序控制流程图用步进顺控指令方法编制PLC应用程序。编程可手动编程也可按制造厂提供的编程软件平台，输入梯形图在PC机上自动编程。7）用手持式编程器或PC机通过RS-232串形通信口，
8、将编制好的程序写入到PLC的存储器中。先接上专用RS-232通信电缆，一端连接PLC，一端连接PC机9芯插头，设置好异步串形通信参数（如传送位数、通信速率等)，即可下载程序至PLC。8）进行实验室模拟调试，输入可用按钮、开关或模拟信号等代替现场采集到的信号，输出负载用信号灯等代替，其目的是验证用户程序的控制逻辑是否符合工艺要求。9）进行PLC主电路及外部配套电路设计，如PLC和各类负载供电电源、外部主电路及控制继电器连锁电路设计等，以及控制柜、外部接线等设计。10）现场运行调试。先不带载，只带接触器线圈与信号灯进行分段、分级调试。正常后，再带实际负载运行，最后固化程序存在PLC的EPROM中。
9、然后考机运行，时间约72小时。主要考核系统稳定性、抗干扰性等。注意：（1）由于用JH-120的编程软件PLCC没有画SFC流程图功能，用三菱公司编程软件GX Developer（或FXGPW1N）画SFC流程图也较困难，故需先把SFC流程图转化成步进梯形图再绘制。在编制程序时应编一段即时转换指令表，以便及时发现错误之处。（2）用JH-120的编程软件PLCC进行步进梯形图编程时，RET状态返回起点的指令目标器件号是M575。（3）本课程设计因时间等条件因素限制，不进行带负载与考机运行。2.3 PLC选型要点(1) PLC容量估算 估算I/O点数(开关量与模拟量分别统计)。在实际点数基础上再加上
10、15-20的备用量，以备工艺改进和扩充需要。 估算存储量小型PLC内存约2KB，中型约2KB-8kB，大型则8KB以上。内存容量经验估算方法如下：开关量输入：存储器字节数=输入点数10；开关量输出：存储器字节数=输入点数8； 定时器/计数器：存储器字节数=定时器/计数器数量输入点数2；模拟量：存储器字节数=模拟量通道数100；通信接口：存储器字节数=通信接口数目300。由于用户程序的编制与系统控制的复杂程度以及算法、程序结构等因素，使得PLC容量的估算很难精确，一般要加大15-20的余量。 (2) PLC功能选择各公司生产的PLC功能配置不尽相同，应以“够用”为原则去选择，一般工业顺序控制只需
11、要具有逻辑运算、定时器/计数器等基本功能就可完成任务。如果是工业过程控制或数控机床、机器人等控制，则需要选A/D、D/A转换模块、PID控制模块或运动控制定位模块。这些模块位数愈多，其分辨率与精度愈高，价格也就愈高。至于扫描速度、指令功能、抗干扰功能等随着计算机技术的发展，对一般中小型工业控制都能满足要求，根据需要进行选择，一般8位就够用了。(3) 选择I/0模块I/0模块的价格占到PLC总价的一半以上，不同的I/0模块的性能及电路均不同，必须根据需要合理选择。 输入模块的选择。输入模块分为数字量和模拟量两种，数字量又分直流、交流和脉冲三种；模拟量输入则分为电压和电流两种。PLC工作电压一般为
12、5V，以数字方式(二进制)工作。所以从外部输入的模拟信号必须先转换成标准信号（010mA、420mA、0-l0V），再通过A/D转换器转换成数字信号输入PLC。如果模拟量点数多，还要通过扫描采样开关电路，再接入AD转换器，以节约硬件资源、提高可靠性。 输出模块选择。输出模块分为三种方式：继电器输出(R)、晶体管输出(T)和双向晶闸管(S)输出。要根据驱动的最终负载特性进行选择。例如，一般电动机或电磁阀启停、开关控制，控制频率不太高的可选择继电器输出模块；若驱动的是变频调速、频繁正反转的伺服电机，因其控制频率较高，则需选择晶体管输出模块。2.4 PLC控制系统的外电路及外部接线设计外电路设计，主
13、要指输入、输出设备(按钮、行程开关、限位开关、接触器、电磁阀等)与PLC的连接电路；各运行方式、主电路及联锁电路设计(自动、半自动、手动、连读、单步、单周期等)；电源电路(主电路供电、传感器、各负载电源等)；控制柜内电路及配线；外部接线、接地等设计。这些电路的设计原则一般同机床电气设计原则。例如，强弱电分开、高低电压分开和交直流分开，各设备要单独接地不可串接，大电流接点和线圈要有吸收和灭弧电路，以避免干扰波发射等。三、课程设计任务3.1 分组分组：视各班学生人数多少，每5-7位同学组识一个设计小组，全班共分6-8组，每组2台计算机，一台PLC。每组一个课题，各组指定组长1人，负责本小组课题的设
14、计方案论证、实验、设计及考勤。3.2 课程设计进度安排周一上午：分配课题，讲解课题及课程设计要求。周一下午：（1）讲解三菱公司的GX Developer编程软件的使用及下载到PLC的调试与运行方法（GX Developer编程软件的使用方法见附录C）；（2）同学自己练习在PC机上编程练习及下载到PLC运行方法，以实验指导书中用手持式编程器做的实验二与实验三中题目为例，与以前实验对比体会编程软件的特点。周二：在PC机上用GX Developer编程软件设计各课题的PLC梯形图程序，并下载到PLC中完成调试运行。每个同学必须独立思考可用不同方法试验，鼓励同组同学互相研讨但不可抄袭，否则以不及格论处
15、。周三：按PLC控制系统设计步骤完成设计，手工绘出工艺流程图，PLC控制系统连接图（除PLC输入输出图外，还要画出主电路、互锁电路、紧急停止控制电路、电源电路及控制面板图等）。周四：完成2-3千字的课程设计论文，要求图文并茂(一律用A4纸书写)。周五：答辩，以课题小组为单位。根据题目的难度、论文质量、对课题理解、实际操作、及回答问题情况由答辩老师综合考评打分。3.3 课程设计地点及考勤程序设计及验证在实验楼数控伺服实验室（S-B103），要求每位同学穿鞋套、不准随地吐痰、乱扔垃圾。每天课程设计结束后，检查并整理好实验设备，组织同学打扫卫生，最后离开实验室的同学要注意关好门窗、断水、断电。绘图及论文的撰写由教务处另行安排教室。课程设计从周一至周五全天进行，时间按照学校作息时间。每天上、下午需签到，由班长及学习委员负责，各小组长协助。考勤情况最终纳入考核
