电气控制课程设计大纲格式级.docx
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电气控制课程设计大纲格式级
自动化与电气工程学院
电气控制与可编程控制器课程设计大纲
一、课程设计目的
《电气控制课程设计》是本专业的重要实践教学环节,强调实际应用技能训练。
结合《电气控制与可编程控制器》课程的学习,加深学生对可编程序控制器的组成、特点、工作原理及指令系统等知识的掌握;通过课程设计环节使学生掌握可编程序控制器控制系统设计技术,从中培养学生独立思考和处理问题的能力。
本课程设计的基本任务:
(1)掌握主要电器元件;
(2)掌握电器控制基本线路以及可编程控制系统的设计与应用;(3)要求参加课程设计的学生要认真阅读课程设计任务书,学习与课程设计任务书相关的内容,使学生接受基本实践技能的训练,提高学生的动手能力和分析、解决问题的能力。
二、课程设计的要求和过程管理
本课程设计的基本步骤是:
1.问题分析及解决方案框架确定
详细了解被控对象的全部功能和它对控制系统的要求,确定哪些信号需要输入给PLC,哪些负载由PLC驱动,并分类统计出各输入量和输出量的性质以及电压大小等级。
2.PLC选型及硬件配置
选择PLC,包括机型大小选择、容量大小选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。
3.分配I/O地址表
分配PLC的输入/输出点,编制出输入/输出分配表。
4.画出PLC外部接线图
5.画出控制流程图
对于较复杂的应用系统,需要绘制系统控制流程图,用以清楚地表明动作的顺序和条件。
对于简单的系统,可以省去这一步。
6.设计系统的梯形图程序或语句表程序。
7.程序调试
程序的调试分为两步进行,首先使用PLCSIM仿真软件调试程序。
然后,将程序下载到PLC中,若有实验设备,则将PLC的外部设备接好,进行程序的调试;若无实验设备,则进行模拟调试。
8.完成课程设计报告
1完整的设计任务书。
2完成系统组态或硬件配置。
3正确合理地进行编程元件的地址分配。
4画出PLC外部接线图。
5画出控制流程图。
6设计梯形图控制程序。
7编制系统的调试说明及注意事项,调试过程中遇到的主要问题,是如何解决的;对设计和编码的回顾讨论和分析;改进设想;经验和体会等。
8附录
三、课程设计实习题
设计课题一:
病床呼叫器的PLC控制
一、问题描述:
某医院有病房2个房间,每个房间有4张病床,病床编号由房间号和床号组成,分别为011、012、013、014、021、022、023、024,每张病床配有分别为SB011、SB012、SB013、SB014、SB021、SB022、SB023、SB024,在护士站安装蜂鸣器HA和呼叫指示灯,每个呼叫指示灯对应一个呼叫按钮,其编号HL011、HL012.HL013、HL014、HL021、HL022、HL023、HL024。
二、控制任务和功能要求:
1.当某个病床发出救助信号(按下呼叫信号)后,护士站的蜂鸣器发出短促音,与呼叫信号对应的指示灯闪烁(闪烁频率自定)。
2.当医护人员听到呼叫后,可按下呼叫响应按钮SB0,蜂鸣器停止工作,呼叫指示灯在20S后停止显示。
3.如果同时或者在一段时间内有多个呼叫信号,护士站的蜂鸣器仍发出短促音,与这些呼叫信号对应的指示灯均闪烁,医护人员按下响应按钮后,蜂鸣器停止工作,呼叫指示灯在20S后停止显示。
三、设计方案提示:
本课题的设计任务比较简单,但需要占用大量的PLC输入/输出点数,可采用输入矩阵和输出矩阵的方法来扩展PLC的输入/输出点数。
四、其它:
对该系统有兴趣的同学可以在实现上述基本功能后,完善系统的其它功能。
设计课题二:
水塔水位控制
一、问题描述:
水塔51米,水位变化2.5米,为保证正常水位,要用水泵进行供水。
水泵房有5台泵用异步电动机,交流380V,220Kw.正常运行时,4台电动机运转,1台电动机备用。
二、控制任务和功能要求:
1.因为电动机的功率较大,为减少启动电流,电动机采用定子串电阻降压启动,每2机组开启时间间隔5S。
2.为防止一台电动机因长期闲置而产生锈蚀,备用电动机(如未设置系统默认为5号)可通过预设开关随意的设置。
3.每台电机设置手动和自动两种方式控制,在自动控制状态时,不论设置哪一台电动机作为备用,其余四台都要按顺序启动。
4.在自动控制状态下,如果由于故障某台电动机组停止,而水塔水位又未到达高水位时,备用电动机组自动降压启动;同时对发生故障的电动机组根据故障性质发出停机警报信号,提请维护人员及时排除故障。
当水塔水位达到高水位时,高液位传感器发出停机信号,各个电动机组停止运转。
当水塔水位低于低水位时,低液位传感器自动发出开机信号,系统自动按顺序降压启动。
5.因水泵房距离水塔较远,每台电动机都有就地操作按钮和远程操作按钮。
6.每台电动机都有运行状态指示灯(运行,备用和警报)。
7.液位传感器要有状态指示灯。
三、设计方案提示:
本设计课题自动控制状态控制任务比较复杂,要求必须先画出流程图,然后再编程。
四、其它:
对该系统有兴趣的同学可以在实现上述基本功能后,完善系统的其它功能。
设计课题三:
五层电梯的PLC控制
一、问题描述:
在现代社会中,电梯的使用非常普遍。
随着PLC控制技术的普及,大大提高了控制系统的可靠性,减少了控制装置的体积。
二、控制任务和功能要求:
1.当轿厢停在1F(1楼)或2F,3F,4F,如果5F有呼叫,则轿厢上升到5F。
2.当轿厢停在2F(2楼)或3F,4F,5F,如果1F有呼叫,则轿厢下降到1F。
3.当轿厢停在1F(1楼)或2F,3F,4F,5F均有人呼叫,则先到2F,停8s后继续上升,每层均停8s,直到5F。
4.当轿厢停在5F(5楼),1F,2F,3F,4F均有人呼叫,则先到4F,停8s后继续下降,每层均停8s,直到1F。
5.在轿厢运行途中,如果有多个呼叫,则优先相应与当前运行方向相同的就近楼层,对反方向的呼叫进行记忆,待轿厢返回时就近停车。
6.在各个楼层之间的运行时间应少于10s,否则认为发生故障,应发出报警信号。
7.电梯的运行方向指示。
8.用数码管显示轿厢所在的楼层。
9.在轿厢运行期间不能开门。
10.轿厢不关门不允许运行。
三、设计方案提示:
1.一台实际的电梯控制是很复杂的,涉及的内容很多,需要的输入/输出点数也很多,一般是通过教学用的模型电梯来完成设计课题。
前面所提的要求只是一般要求,可根据模型电梯的具体功能,增减控制任务。
2.数码管所显示的楼层,在每层楼都是相同的,也可以用点亮对应位置的指示灯的方法指示轿厢所在的楼层。
3.在模型电梯上进行调试,及时发现问题,改正错误。
四、其它:
对该系统有兴趣的同学可以在实现上述基本功能后,完善系统的其它功能。
设计课题四:
自动售货机的PLC控制
一、问题描述:
一台用于销售汽水和咖啡的自动售货机,具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱等功能,此售货机可接受的硬币为0.1元、0.5元和1元。
汽水的售价为1.2元,咖啡的售价为1.5元。
其示意图如图1所示。
二、控制任务和功能要求:
1.当投入的硬币总值超过1.2元时,汽水指示灯亮,当投入的硬币总值超过1.5元时,汽水和咖啡的指示灯都亮。
2.当汽水指示灯亮时,按汽水按钮,则汽水从售货口自动售出,汽水指示灯闪烁(闪烁频率为1sON,1sOFF),8s后自动停止。
3.当咖啡指示灯亮时,按咖啡按钮,则咖啡从售货口自动售出,咖啡指示灯闪烁(闪烁频率为1sON,1sOFF),8s后自动停止。
4.当按下汽水按钮或咖啡按钮后,如果投入的硬币总值超过所需钱数时,找钱指示灯亮,售货机自动退出多余的钱,8s后自动停止。
5.如果售货口发生故障,或顾客投入硬币后又不想买了(未按汽水按扭或咖啡按钮),可按复位按钮,则售货机可如数退出顾客已投入的硬币。
6.具有销售数量度和销售金额的累加功能。
三、设计方案提示:
1.硬币的投入总值可以采用计数指令(或采用加1指令)和加法指令。
2.为简单起见,可考虑售货机找回(或退出)的钱均为0.1元的硬币。
3.可用计数器的设定值表示应找钱数额,该计数器的设定值应能根据找回(或退出)的钱自动设定。
四、其它:
对该系统有兴趣的同学可以在实现上述基本功能后,完善系统的其它功能。
设计课题五:
智力抢答器PLC控制的实现方法
一、问题描述:
在各种形式的智力竞赛中,抢答器作为智力竞赛的批判装置得到了广泛的应用。
设计抢答器的原则是:
(1)可以根据参赛者的情况,自动设定答题时间。
(2)能够用声光信号表示竞赛状态,调节赛场气氛。
(3)用数码管显示参赛者的得分情况。
二、控制任务和功能要求:
1.竞赛开始时,主持人接通启动/停止按钮(SA),指示灯HL1亮。
2.当主持人按下开始抢答按钮(SB0)后,如果在10S内无人抢答,赛场的音响(HA)发出持续1.5S的声音,指示灯HL2亮,表示抢答器自动撤销此次抢答信号。
3.当主持人按下开始抢答按钮(SB0)后,如果在10S内有人抢答(按下抢答按钮SB3、SB4或SB5),则最先按下按钮的信号有效,相应的抢答桌上的抢答按钮灯(HL3、HL4或HL5)亮,赛场的音响发出短促音(0.2sON,0.2sOFF,0.2sON)。
4.当主持人确认抢答有效后,按下答题计时按钮(SB6),抢答桌上的抢答灯灭,计时开始,计时时间到(假设为1分钟),赛场的音响发出持续3s的长音,抢答桌上抢答灯再次亮。
5.如果抢答者在规定的时间内正确回答问题,主持人或助手按下加分按钮,为抢答者加分(分数自定),同时抢答桌上的指示灯快速闪烁3s(闪烁频率为0.3sON,0.3sOFF)。
6.如果抢答者在规定的时间不能正确回答问题,主持人或助手按下减分按钮,为抢答者减分(分数自定)。
三、设计方案提示:
1.抢答控制程序可以用PLC的基本指令完成。
2.指示灯显示和音响输出,可以由PLC的输出端子直接接通。
3.抢答器的得分情况可以用数码管来显示,得分值的显示程序是本课题设计的难点。
如何节省PLC的I/O资源,是降低控制成本的关键。
可以利用PLC的移位指令及译码组合电路来完成。
四、其它:
对该系统有兴趣的同学可以在实现上述基本功能后,完善系统的其它功能。
设计课题六:
装卸料小车多方式运行的PLC控制
一、问题描述:
某车间有五个工作台,装卸料小车往返于各个工作台之间,根据请求,在某个工作台卸料,每个工作台有位置开关(分别为SQ1----SQ5,小车压上时为ON)和一个呼叫按钮(分别为SB1—SB5)。
装卸小车有3种运行状态,左行(电动机正转)、右行(电动机反转)和停车。
二、控制任务和功能要求:
1.假设小车的初始位置是停在m(m=1~5)号工作台,此时SQm为ON。
2.假设n(n=1~5)号工作台呼叫,如果:
·m>n,小车左行到呼叫工作台停车。
·m ·m=n,小车不动。 3.小车的停车位置应有指示灯指示。 小车运行条件: 运料小车右行条件: 小车在1、2、3、4号工作台,5号工作台呼叫;小车在1、2、3号工作台,4号工作台呼叫;小车在1、2号工作台,3号工作台呼叫;小车在1号工作台,2号工作台呼叫,以上为小车右运行条件。 运料小车左右行条件: 小车在2、3、4、5号工作台,1号工作台呼叫;小车在3、4、5号工作台,2号工作台呼叫;小车在4、5号工作台,3号工作台呼叫;小车在5号工作台,4号工作台呼叫,以上为小车左运行条件。 设计课题七: 液体自动混合搅拌系统设计 H、I、L是液面传感器,该传感器被液面淹没时接通。 两种液体的流入由阀门A和阀门B控制,混合液的流出由放液阀C控制。 搅拌电动机用于驱动桨叶将液体混合均匀。 该液体自动混合搅拌系统的动作为: 启动系统之前,容器是空的,各阀门关闭,传感器H=I=L=OFF,搅拌电动机M=OFF。 首先,按下启动按钮,自动打开阀门A使液体A流入。 当液面到达传感器I的位置时,关闭阀门A,同时打开阀门B使液体B流入。 当液面到达传感器H位置时,关闭阀门B,同时启动搅拌电动机搅拌1min。 搅拌完毕后,打开放液阀门C。 当液面到达传感器L的位置时,再继续放液10s后关闭放液阀门C。 随后再将阀门A打开,如此循环下去。 在工作中如果按下停止按钮,搅拌机不立即停止工作,只有当前混合操作处理完毕,才停止工作,即停在初始状态。 设计课题八: C650型卧式车床继电器控制线路的PLC改造 C650型卧式车床结构如图3所示。 它是机床中应用最为广泛的一种,可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹,车床在加工工件时,随着工件材料和材质的不同,应选择合适的主轴转速及进给速度。 目前中小型的车床多采用不变速的异步电动机拖动,而靠齿轮箱来进行有级变速。 为满足生产加工需要,主轴的旋转运动可正转,也可以反转,这就要求可以改变主轴电动机的转向或采用离合器来实现。 进给运动大多是通过主轴运动分出一部分动力,通过挂轮箱传给进给箱配合来实现刀具的进给。 有的车床为了提高效率,刀架的快速运动由单独一台进给电动机来拖动。 车床一般都设有交流电动机拖动的冷却泵,实现刀具切削时的冷却。 (1)C650卧式车床结构及工作要求 C650卧式车床主要由床身、主轴变速箱、尾座、进给箱、丝杠、光杠、刀架和溜板箱等组成。 C650车床进行车削加工的主运动是主轴通过卡盘或夹头,带动工件的旋转运动,它承受车削加工时的主要切削功率。 进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向运动。 为保证螺纹加工的质量,要求工件的旋转速度与刀具的移动速度具有严格的比例关系。 因此,C650卧式车床溜板箱与主轴变速箱之间通过齿轮转动来连接,用同一台电动机来拖动。 车削加工时一般不要求反转,但在加工螺纹时,为避免乱扣,加工完毕后,要求反转退刀,所以C650车床可以通过主电动机的正反转来实现主轴的正反转,当主轴反转时,刀架也跟着后退。 C650卧式车床在车削加工时,刀具的温度往往很高,因此,要配备一台冷却泵及电动机。 由于C650车床的床身较长,为减少辅助工时,提高加工效率,专门设置了一台2.2kW的电动机来拖动溜板箱快速移动,并采用点动控制。 一般车床的调速范围大,常用齿轮变速机构来调速,调速范围可达40倍以上。 C650车床的主电动机采用普通笼型异步电动机,功率为30kW。 由于加工的工件比较大,加工时其转动惯量也比较大,需停车时不易立即停止转动,为提高工作效率,该机床采用了反接制动方法。 (2)C650卧式车床电力拖动特点及控制要求 ①主电动机M1(功率为30kW)完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动,电动机采用直接起动的方式起动,可正反两个方向旋转,并可进行正反两个旋转方向的电气停车制动。 为加工调整方便,还具有点动功能。 ②电动机M2拖动冷却泵,在加工时提供切削液,采用直接起动、停止方式,并且为连续工作状态。 ③快速移动电动机M3可根据使用需要,随时手动控制起停。 满足上述控制要求的C650车床的电气原理如图4所示。 现要求改为PLC控制。 电气控制课程设计 评语: 考勤(10) 守纪(10) 过程(40) 设计报告(30) 答辩(10) 总成绩(100) 专业: 班级: 姓名: ××× 学号: ××× 指导教师: ××× 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2013年7月19日
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