plc课程设计指导书

1《可编程控制器原理及应用》《PLC及电气控制》课程设计实验指导书电气教研室2课程设计的目的、要求、任务及方法PLC是电气专业与测控与仪器专业的一门重要专业课程，是现代工业自动化控制领域的一门崭新学科。本课程设计主要以本校的西门子S7-200PLC为背景，对某些实际的自动化系统及设备进行模拟设计，以巩固电气工程及自动化专业与测控与仪器专业学生的相关专业知识及综合运用能力，并培养良好的工程实践和基本的工程设计能力。要完成好plc控制系统的设计任务，除掌握必要的电气设计基础知识外，还必须经过反复实践，深入生产现场，将不断积累的经验应用到设计中来。课程设计正是为这一目的而安排的实践性教学环节，它是一项初步的工程训练。通过课程设计，了解一般plc控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。该设计包含原理设计和工艺设计两个方面，不能忽视任何一面，对于应用型人才更应重视工艺设计。课程设计属于练习性质，不强调设计结果直接用于生产。一、设计目的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。plc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。二、设计要求1、了解PLC在实际的自动化控制系统及装置中的具体应用及重要地位。2、以本校的西门子S7-200PLC为背景，进一步熟悉PLC的硬件系统与软件系统。3、能根据具体的设计要求，对PLC软、硬件以及外围I/O设备进行正确合理的选择。4、能够较为熟练的运用各种基本指令进行梯形图编程。5、能根据控制要求设计主要的PLC程序，并能在实验设备上模拟运行显示。6、整理所有的设计资料，并形成完整的课程设计打印文稿，要求文字、图形全部用计算机完成。7、严格执行课程设计的时间安排及管理要求，并能独立的通过课程设计答辩。在课程设计中，学生是主体，应充分发挥主动性和创造性。掌握完成设计内容的方法。3为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点：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)所有电气图样的绘制必须符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元器件明细表以及图样的折叠和装订。4)说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。5)应在规定的时间内完成所有的设计任务。6)如果条件允许，应对自己的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能性。三、设计内容与任务1、针对设计题目及具体的生产设备及工艺，拟订设计方案。2、根据具体的生产设备及工艺绘制系统工艺图，并加以详细的工艺说明。3、根据具体的生产设备及工艺的电气设备及其动作绘制系统电气原理图，并加以详细的说明。4、根据系统的要求，对PLC软、硬件以及外围I/O设备进行选择。5、拟定系统PLC软件设计的思想，绘制主要的程序流程图，并加以详细的说明。6、进行具体的程序设计并进行模拟调试。7、对PLC系统的安装、调试、运行及维护进行必要的说明。8、按照课程设计论文的具体要求进行内容补充和排版。课程设计要求是以设计任务书的形式表达，设计任务书一般应包括以下内容：1)设备的名称、用途、基本结构、动作原理以及工艺过程的简要介绍。2)拖动方式、运动部件的动作顺序、各动作要求和控制要求。3)联锁、保护要求。4)照明、指示、报警等辅助要求。5)应绘制的图样。6)说明书要求。原理设计的中心任务是绘制电气原理图和选用电器元件。工艺设计的目的是为了得到电气设备制造过程中需要的施工图样。图样的类型、数量较多，设计中主要以电气设备总体配置图、电器板元器件布置图、控制面板布置图、接线图、电气箱以及主要加工零件（电器安装底板、控制面板等）为练习对象。对于每位设计者只需完成其中一部分。原理图及工艺图样均应按要求绘制，元器件布4置图应标注总体尺寸、安装尺寸和相对位置尺寸。接线图的编号应与原理图一致，要标注组件所有进出线编号、配线规格、进出线的连接方式（采用端子板或接插板）。四、设计方法在接到设计任务书后，按原理设计和工艺设计两方面进行。1．原理图设计的步骤1)根据要求拟定设计任务。2)根据拖动要求设计主电路。在绘制主电路时，可考虑以下几个方面：①每台电动机的控制方式，应根据其容量及拖动负载性质考虑其起动要求，选择适当的起动线路。对于容量小（7.5kW以下）、起动负载不大的电动机，可采用直接起动；对于大容量电动机应采用降压起动。②根据运动要求决定转向控制。③根据每台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过电流控制措施。④根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种控制方式。⑤设置短路保护及其他必要的电气保护。⑥考虑其他特殊要求：调速要求、主电路参数测量、信号检测等。3)根据主电路的控制要求设计控制回路，其设计方法是：①正确选择控制电路电压种类及大小。②根据每台电动机的起动、运行、调速、制动及保护要求依次绘制各控制环节（基本单元控制线路）。③设置必要的联锁（包括同一台电动机各动作之间以及各台电动机之间的动作联锁）。④设置短路保护以及设计任务书中要求的位置保护（如极限位、越位、相对位置保护）、电压保护、电流保护和各种物理量保护（温度、压力、流量等）。⑤根据拖动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环、工艺参数测量等控制。⑥按需要设置应急操作。4)根据照明、指示、报警等要求没计辅助电路。5)总体检查、修改、补充及完善。主要内容包括：①校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。②检查接触器、继电器、主令电器的触点使用是否合理，是否超过电器元器件允许的数量。③检查联锁要求能否实现。5④检查各种保护能否实现。⑤检查发生误操作所引起的后果与防范措施。6)进行必要的参数计算。7)正确、合理地选择各电器元器件，按规定格式编制元件目录表。8)根据完善后的设计草图，按电气制图标准绘制电气原理线路图，按《电气技术中的项目代号》要求标注器件的项目代号，按《绝缘导线的标记》的要求对线路进行统一编号。2．工艺设计步骤1)根据电气设备的总体配置及电器元件的分布状况和操作要求划分电器组件，绘制电气控制系统的总装配图和接线图。2)根据电器元器件的型号、外形尺寸、安装尺寸绘制每一组件的元件布置图（如电器安装板、控制面板、电源、放大器等）。3)根据元器件布置图及电气原理编号绘制组件接线图，统计组件进出线的数量、编号以及各组件之间的连接方式。4)绘制并修改工艺设计草图后，使可按机械、电气制图要求绘制工程图。最后按设计过程和设计结果编写设计说明书及使用说明书。五、课程设计时间安排：课程设计时间共计2周，具体时间安排如下表：序号内容时间1课程设计总体安排及学生分组，及设计题目的分配1天2相关系统及设备的现场参观、学习2天3整理参观、学习资料并拟订初步的设计方案2天4绘制系统工艺图、电气原理图及主程序流程图，进行PLC程序设计与上机模拟调试。5天5整理资料，文字录入，图形绘制，上交课程设计报告。4天六、课程设计的设备及耗材：1、PLC实训实验装置。2、计算机3、电动机4、PLC外围电路耗材。七、课程设计的成绩评定：课程设计成绩的综合评定主要由以下几个方面组成：1、课程设计过程，包括日常管理和具体的设计能力；62、课程设计报告的质量，包括文章结构、技术内容、绘图及文笔等。3、课程设计答辩的情况，包括自述情况及回答问题情况。八、说明1、在设计过程中，可适当的运用图书馆的相关资料及网络资源。2、论文中的图形绘制，使用的软件不限。7参考选题一、四层电梯自动控制1．控制要求1)采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮SB11和指示灯H11，二层有上升呼叫按钮SB21和指示灯H21以及下降呼叫按钮SB22和指示灯H22，三层有上升呼叫按钮SB31和指示灯H31以及下降呼叫按钮SB32和指示灯H32，四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。一至四层有到位行程开关ST1～ST4。电梯内有一至四层呼叫按钮SB1～SB4和指示灯H1～H4；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁YA1和YA2控制，关门到位由行程开关ST5检测。此外还有电梯载重超限检测压力继电器KP以及故障报警电铃HA。控制信号说明如表11-4所示。表11-4四层电梯控制信号说明输入输出文字符号说明文字符号说明SB1电梯内一层按钮H1电梯内一层按钮指示灯SB2电梯内二层按钮H2电梯内二层按钮指示灯SB3电梯内三层按钮H3电梯内三层按钮指示灯SB4电梯内四层按钮H4电梯内四层按钮指示灯SB11一层上升呼叫按钮H11一层上升呼叫按钮指示灯SB21二层上升呼叫按钮H21二层上升呼叫按钮指示灯SB22二层下降呼叫按钮H22二层下降呼叫按钮指示灯SB31三层上升呼叫按钮H31三层上升呼叫按钮指示灯SB32三层下降呼叫按钮H32三层下降呼叫按钮指示灯SB41四层下降呼叫按钮H41四层下降呼叫按钮指示灯SB5电梯开门按钮KM1电动机正转接触器SB6电梯关门按钮KM2电动机反转接触器SB7检修开关YA1电梯开门电磁铁ST1电梯一层到位限位开关YA2电梯关门电磁铁ST2电梯二层到位限位开关HA电梯故障报警电铃ST3电梯三层到位限位开关ST4电梯四层到位限位开关ST5电梯关门到位限位开关SP电梯载重超限检测FR电动机过载保护热继电器2)楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下，电梯未达到相应楼层或未得到相应的响应时，相应指示灯一直接通指示。3)电梯运行时，电梯开门与关门按钮不起作用，电梯到达停在各楼层时，电梯开门与关门动作8可由电梯开门与关门按钮控制，也可延时控制，但检测到电梯超重时，电梯门不能关闭，并由报警电铃发出报警信号。4)电梯最大运行区间为三层距离，若一次运行时间超过30s，则电动机停转，并由HA报警。5)检修开关SB7接通时，电梯下行停在一层位置，进行检修，其他所有动作均不相应。6)电梯拖动电动机控制电路有各种常规电气保护，如短路保护、过载保护、正反转互锁等。7)相关参数：①拖动电动机M：5.5kW，AC380V，11.6A，1440r/min。②指示灯H：0.25W，DC24V。③电铃HA：8W，AC220V。④电磁铁YA：100mA，AC220V。2．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，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。2)分析电梯所有可能运行的方式，并依此编制电梯运行PLC控制程序，有条件可以利用电梯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的电梯电气控制系统电路图。③PLC控制程序（梯形图和指令表）。④电器元器件的选择和有关计算。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。9二、十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制1．控制要求采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图11-9所示工作时序周而复始，循环往复工作。正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示