《电气控制技术》课程设计题目及任务书

湖南工学院

《电气控制技术》课程设计

选题及任务

课程名称电气控制技术计划学时 1周

教师姓名罗雪莲授课班级自本1101－1103 教研室主任签字日期

学院院长签字日期

一、课程设计选题

设计一电镀行车PLC控制系统设计

设计二全自动洗衣机PLC控制

设计三三路智力抢答器的PLC控制

设计四十字路口交通信号灯PLC控制系统设计与调试

设计五五层电梯模型PLC 控制系统设计与调试

设计六自动售货机的PLC控制

设计七注塑机的PLC控制系统设计

设计八橡胶挤出机的变频器控制设计

设计九花式喷水池的PLC控制系统设计

设计十LED点阵图形显示的PLC控制

设计十一箱体加工专用机床的PLC控制系统设计

设计十二带有转向灯的十字路口交通信号灯PLC控制系统设计

二、设计要求

1.一人一题，相同题目者设计报告不能雷同；

2.PLC选型任意，组态软件选择任意；

3.课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；

4.成绩根据设计报告和答辩演示（PPT+电脑仿真）给定。

三．设计任务

1．根据控制要求设计程序及必要的硬件系统。

2．PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。

3．选择电器元件，编制元件目录表。

4．设计梯形图。

5．完成上位机的组态监控设计

6．在计算机上进行仿真调试；

7．用计算机绘制主电路图、PLC控制电路图、电器元件布置图。

8．编写设计说明书及设计小结。

四．设计参考资料

[1]史国生主编.电气控制与可编程控制器技术（第三版）.北京：化学工业出版社，2010

[2]罗雪莲编著.可编程控制器原理及应用. 北京：清华大学出版社,2008

[3]钟肇新，范建东.可编程控制器原理及应用（第4版）. 广州：华南理工大学出版社，2008

[4]胡健主编.西门子S7-300PLC应用教程. 北京：机械工业出版社，2007

[5]柳春生编著.电器控制与PLC（西门子S7-300机型）.北京：机械工业出版社，2010

[6]刘美俊编著.西门子S7系列PLC的应用与维护.北京：机械工业出版社，2008

[7]胡学林．可编程控制器应用技术．北京：高等教育出版社，2001

[8]吉顺平．可编程序控制器原理与应用．北京：机械工业出版社，2011

[9]郁汉琪．机床电气及可编程序控制器实验、课程设计指导书．北京：高等教育出版社，2001

[10]《工厂常用高低压电气设备手册》上下册

[11]《工厂常用高低压电气设备手册》增补本

[12] 刑郁甫、杨天民、赵积善编.新编实用电工手册, 北京：地质出版社，1997

[13] 郑忠等编.新编工厂电气设备手册[M].北京：兵器工业出版社，1994

[14] 森兰BT40变频器编程手册

[15] 韩安荣编.通用变频器及其应用（第二版）.[M]北京：机械工业出版社，2000

[16] 三菱可编程控制器FX通讯用户手册，JY992D69901，2001年5月

[17] 陈静.PLC应用开发技术与工程实践.北京:人民邮电出版社,2005

[18] 汪晓平. PLC可编程控制器系统开发实例导航. 北京: 人民邮政出版社. 2004

[19] 丁炜、魏孔平.可编程控制器在工业控制中的应用.北京: 化学工业出版社.2004.11

设计一电镀车间专用行车PLC控制系统设计

1.设备基本情况介绍

该电镀自动线是某厂电镀车间为提高工效、促进生产自动化和减轻劳动强度而提出制造的一台专用半自动起吊设备。采用远距离控制，起吊重量在500千克以下，起吊物品是待进行电镀及表面处理的各种产品零件。其结构及工艺流程如图1所示。

图1 电镀自动线示意图

电镀自动线机械结构与普通小型行车结构类似，由小车、大车和吊物提升机构组成。工作时，除具有自动控制的大车移动（前/后）与小车（提升吊物用）上/下运动外，还有调整吊篮位置的小车左右运动。其工作过程为：在电镀自动线的一侧，工人将待加工零件装入吊篮，并发出信号，提升机构便提升并自动逐段前进，按工艺要求在需要停留的槽位停止，并自动下降，停留一定时间后自动提升，如此完成电镀工艺规定的每一道工序，直至自动线的末端自动返回原位，卸下处理好的零件，重新发出信号进入下一加工循环。

对于不同零件，其镀层要求和工艺过程是不相同的，则自动线上镀槽的数量也不相同，该控制系统能对不同工艺过程（如镀锌、镀铬、镀镍镉）有程序预选和修改能力。该自动线有5个电镀槽，各槽停留时间由用户根据工艺要求进行整定。

2.系统对电气控制的要求

1）拖动系统

专用行车的小车、大车和升降运动均采用三相交流异步电动机（Y802-4，0.75kW、2A、1390r/min、380V）分别拖动，并采用一级机械减速。

2）设计要求

（1）控制装置具有程序预选功能（按电镀工艺确定需要停留工位），一旦程序选定，除上、下装卸零件，整个电镀工艺应能自动进行。

（2）前后运动和升降运动要求准确停位，前后、左右、升降运动之间有联锁作用。

（3）采用远距离控制，整机电源及各种动作要有相应指示。

（4）应有极限位置保护和其它必要的电气保护措施。

设计二全自动洗衣机PLC控制

1．工艺要求及动作流程

洗衣机的应用现在比较普遍。全自动洗衣机的实物示意图如下图1所示。

图1 自动洗衣机示意图

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。

2．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。

设计三三路智力抢答器的PLC控制

1．概述

该抢答器可作为智力竞赛的评判装置。根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据答题情况用灯光、声音显示其回答正确或错误，在工作人员操作下对答题者所显示的分数加分或减分。

三路智力抢答器有三个抢答按钮SB1~SB3，最先按下按钮有效，在此以后按下的按钮无效，伴有灯光、声音指示，并开始计时（答题时间），计时时间到（答题给定的时间），声音提示停止答题。如果抢答者答题正确或错误，主持人或操作员按下加分键或减分键，将对显示分数值加分或减分。该控制器组成框图如图1所示。

图1 三路智力抢答器组成框图

2．设计要求

三路抢答器应达到以下要求：

①按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则抢答器自动撤消抢答信号（有声音提示），说明该题无人抢答，自动作废。

②按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，其余信号（后按下的）无效，有效信号用灯光和声音指示。

③若有人抢答即按下任意一个抢答按钮，从按下按钮开始计时，在答题时间（约1min）完毕时，有灯光和声音信号提示答题时间到。

④三路抢答器应有灯显示和分数值显示，对答题正确或错误者，在操作人员的控制下，可对其加10分或减10分。加分可达最大分值是99分，减分可达最少分值是00分。

三路抢答器工作流程如图2所示。

图2 三路抢答器工作流程示意图

设计四 十字路口交通信号灯PLC 控制系统设计

设计内容及要求：

（1）系统工作受开关控制，起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF 则系统停止工作。 （2）控制对象有八个：

东西方向红灯两个 , 南北方向红灯两个， 东西方向黄灯两个 , 南北方向黄灯两个， 东西方向绿灯两个

, 南北方向绿灯两个，

东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。 （3）控制规律：

1） 高峰时段、正常时段及晚上时段的时序分配按图1运行。

图1 各时段运行分配时序图

2） 高峰时段按图2运行

图2 高峰时段运行时序图

3）正常时段按图3运行

图3 正常时段运行时序图

4）晚上时段按提示警告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4 秒，暗0.6 秒的规律反复循环。

设计五五层电梯模型 PLC 控制系统设计与调试

1.控制要求

（1）系统应具备：有司机、无司机、消防三种工作模式。

（2）系统应具备下列几项控制功能:

1）自动响应层楼召唤信号(含上召唤和下召唤)。

2）自动响应轿厢服务指令信号。

3）自动完成轿厢层楼位置显示(二进制方式)。

4）自动显示电梯运行方向。

5）具有电梯直达功能和反向最远停站功能。

2.系统提供的输入控制信号

向上行驶按钮；向下行驶按钮；有/无司机选择开关；一楼行程开关；二楼行程开关；三楼行程开关；四楼行程开关；五楼行程开关；一楼指令按钮；二楼指令按钮；三楼指令按钮；四楼指令按钮；五楼指令按钮；指令专用开关(直驶)；置消防开关；一楼上召唤按钮；二楼上召唤按钮；二楼下召唤按钮；三楼上召唤按钮；三楼下召唤按钮；四楼上召唤按钮；四楼下召唤按钮；五楼下召唤按钮

3．系统需要输出的开关控制信号：

开门；关门；门关闭显示；上行显示；下行显示；上行接触器(控制电动机正转)；下行接触器(控制电动机反转)；运行显示；七段显示器a 段发光二极管；七段显示器 b 段发光二极管；七段显示器 c 段发光二极管；七段显示器d 段发光二极管；七段显示器e 段发光二极管；七段显示器 f 段发光二极管；七段显示器g 段发光二极管；一楼指令信号登记显示；二楼指令信号登记显示；三楼指令信号登记显示；四楼指令信号登记显示；五楼指令信号登记显示；一楼上召唤信号登记显示；二楼上召唤信号登记显示；二楼下召唤信号登记显示；三楼上召唤信号登记显示；三楼下召唤信号登记显示；四楼上召唤信号登记显示；四楼下召唤信号登记显示；五楼下召唤信号登记显示。

设计六自动售货机的PLC控制

图1所示为一自动售货机示意图，其工作要求如下：

1．此售货机可投入1元、5元或10元硬币。

2．当投入的硬币总值超过12元时，汽水按钮指示灯亮；当投入的硬币总值超过15元时，汽水及咖啡按钮指示都亮。

3．当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出7s后自动停止，这段时间内，汽水指示灯闪动。

4．当咖啡按钮灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出7s后自动停止，这段时间内，咖啡指示灯闪动。

5．当投入的硬币总值超过所需的钱数（汽水12元，咖啡15元）时，找钱指示灯亮，表示找钱动作，并退出多余的钱。

6.能显示投入及找零硬币值。

汽水按钮

找零指示

图1 自动售货机示意图

设计七注塑机的PLC控制系统设计

注塑机是一典型的顺序动作装置，由PLC对其实现控制是比较合适的。注塑机用于热塑料的成型加工，注塑机借助8个电磁阀YV1～YV8完成闭模、射台前进、注射、保压、预塑、射台后退、开模、顶针前进、顶针后退和复位等工序，其中注射和保压工序需要延时一定的时间。图1所示为注塑机工作流程图，例如在闭模工序，YV1、YV3带电。

图1 注塑机工作流程图

设计时，要考虑到如下几点：

①PLC及注塑机通电有指示。

②在开模、闭模及原点时有指示灯表明其工作状态。

设计八橡胶挤出机变频器控制系统设计

橡胶挤出机适应于挤包电线电缆橡胶绝缘和护套及挤制其它橡胶制品，适用包复线缆直径2mm-10mm。它包括挤出机、硫化管、冷却水箱、牵引机、双盘收线机、风机等部分。

1．机器结构

（1）主机

主机为挤出机，由单机组成，单机由变频调速电机，一组三角皮带轮，齿轮减速箱，机身，螺杆，机头等组成。

螺杆与机身，橡胶皮从料口进入螺杆螺槽中，由机身将热传给橡胶皮，使橡胶软化，由于螺杆旋转，橡胶顺螺线上升方向机头移动挤出。

（2）硫化管

线芯通过硫化管、硫化管内两端密闭、硫化管上装有进、排汽阀，蒸汽压力为1.2Ma，进入管道将线芯硫化。

（3）冷却水箱

线芯以硫化管内伸出，通过冷却水箱，将线芯冷却。

（4）牵引机、双盘收线机

牵引机为单机传动，由变频调速电机，一组三角皮带轮、齿轮减速箱，牵引轮等组成。电机传动牵引轮，线芯从牵引轮经过。

双盘收线机由两根轴、支撑线盘，传动力由牵引轮轴输入到两轴，传动线盘。

2．机械传动及拖动要求

（1）主机（挤出机）

主机动力采用22KW变频调速电动机，经过一对三角皮带轮，传给齿轮箱内二对步齿，经花键传给螺杆，转速由装在电控柜上的变频器调定。

（2）牵引、双收线

采用3KW变频调速电动机，经过一对三角皮带轮传给齿轮箱内一对步齿，传动牵引轮、经一组链轮带动双收线轴、使线盘传动。

（3）挤出机和牵引机组成一个二单元同步系统。挤出机和牵引机为同步系统中的单机，它们各自由一台异步电动机拖动，电动机能正反向运转运行。

由于包复线缆直径可为2mm-10mm，对于不同类型线缆，其线经不一样，要求电机的转速也不一样，即各单元电机要求有一定的调速范围，所以挤出机和牵引机均采用变频调速系统。在开机运行前，由变频器外接的电位器设定电机转速

由于本同步系统是挤包电线电缆橡胶绝缘和护套，电线或电缆的机械强度相对较好，所以两单元机之间的速度控制是互相独立的，只要求两单元机的速度保持一定的比例，以保证牵引机和挤出机的同步传动。

3．设计要求

（1）当线芯穿过模芯、模套与牵引线接牢，以最慢的速度开动牵引，当线芯拉直，停牵引，开动挤出主机。

（2）牵引、挤出电路动作要求

根据生产对控制系统所要求的操作程序可以了解，牵引部分与挤出部分动作类似。以牵引机为例，其动作要求如下：当电源开关SA1合上，启动牵引变频器，同时牵引电源指示灯亮，牵引启动提示灯闪烁，提示操作人员启动牵引机。而后按下牵引运行控制按钮SB2，牵引机运行，牵引启动提示灯关闭，同时风机工作运转，牵引运行指示灯显示，牵引机正常运行工作。

通过变频器上的数显表可以显示出机器的频率、电流、电压、转速。

机器一般不允许在空载下运转，以免螺杆与机筒刮毛。

设计九花式喷水池的PLC控制系统设计

1．概述

在许多休闲广场、景区或游乐场里，经常看到喷水按一定的规律喷水或变化式样，若在夜晚配上各种彩色的灯光显示，更加迷人。如图1所示为一花式喷水池，采用PLC控制是比较方便的，在花式喷水时序确定的前提下，可以通过改变时序或者改变控制开关，就可以改变控制方式，达到显现各种复合状态的要求。

在图1中，4为中间喷水管，3为内环状喷水管，2为一次外环形状喷水管，1为外环形状喷水管。

第一花样

第二花样

第四花样

第三花样

(a) 花式喷水池演示示意图 (b) 操作控制开关面板图 图1 花式喷水池示意图

2．设计要求

某一喷水池的控制器需满足下列要求：

（1）控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置开始工作。按下停止按钮，则停止喷水。工作方式由选择开关和单步/连续开关来决定。

（2）“单步/连续开关”在单步位置时，喷水池只运行一次循环；在连续位置时，喷水池运行一直继续下去。

（3）方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样，1～4号喷水管的工作方式选择如下：

①选择开关在位置“1”时。按下启动按钮后，4号喷水，延时2s 后，3号也喷水，延时2s 后，2号接着喷水，再延时2s ，1号喷水，这样，一起喷水15s 后停下。若在连续状态时，将继续循环下去。

②选择开关在位置“2”时。按下启动按钮后，1号喷水，延时2s 后，2号也喷水，延时2s 后，3号接着喷水，再延时2s ，4号喷水，这样，一起喷水30s 后再停下。若在连续状态时，将继续循环下去。

③选择开关在位置“3”时。按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s 后，2、4号喷水，1、3号停止喷水；交替运行5次后，1～4号全喷水，30s 后停止。若在连续状态时，将继续循环下去。

④选择开关在位置“4”时。按下启动按钮后，喷水池1～4号喷水管的工作顺序为：

1→2→3→4号按顺序延时2s 喷水，然后一起喷水30s ，1、2、3和4号分别延时2s 停水，再延时1s ，由4→3→2→1号反向顺序按2s 顺序喷水，一起喷水30s 后停止。若在连续状态时，将继续循环下去。

（4）不论在什么工作方式下，按下停止按钮，喷水池将停止运行。

设计十 LED 点阵图形显示的PLC 控制

1．概述

某应用LED 点阵显示图形鲜明、活泼，越来越受到人们的欢迎。图1所示为一“8×6”LED 点阵显示器，试用PLC 控制其实现文字及数字显示。

Y1

Y2

Y3

LED点阵

Y4

Y5

Y6

Y7

Y10Y11Y12Y13Y14Y15

图1 “8×6”LED点阵图形显示

如果我们要显示“+”、“-”、“×”和“÷”4个符号或者文字“华”等等，即可用PLC控制实现它。

2．设计方案提示

（1）I/O地址

X0：启动按钮

X1：停止按钮

X2：显示“+”开关

X3：显示“-”开关

X4：显示“×”开关

X5：显示“÷”开关

X6：显示“华”开关

Y0～Y7：LED点阵显示行

Y10～Y5：LED点阵显示列

（2）方案提示

①显示器要串限流电阻，阻值随外加电源而变化。一般5V电源为680Ω，24V电源为2.7～3kΩ。

②PLC选用晶体管输出方式为佳，如用继电器方式输出，运行时间不宜太长，越短越好。

设计十一箱体加工专用机床的PLC控制系统设计

1．概述

PLC使用在某一专用机床控制上是最合适不过了，图1所示为箱体加工专用机床的结构加工示意图。该机床是用来专门加工箱体两侧的，其加工方法是先将箱体通过夹紧装置夹紧，再由两侧左、右动力头对箱体进行加工。当加工完毕，动力头快速回原位，此时再松开加工件，又开始下一循环。

图1 箱体加工专用机床结构与加工示意图

2．设计要求

图1中，左、右动力头主轴电动机为2.2kW ，进给运动由液压驱动，液压泵电动机为3 kW 。动力头和夹紧装置的动作由电磁阀控制，电磁阀通断情况如表1所示。

表1 箱体加工机床电磁阀通断情况表

①按下启动按钮，夹紧装置将被加工工件夹紧，夹紧后发出信号。 ②左、右动力头同时快进，并同时启动主轴。 ③到达工件附近，动力头快进转为工进加工。

④加工完毕后，左、右动力头暂停2s 后分别快退回原位。 ⑤夹紧装置松开被加工工件，同时主轴停止。

以上1～5步骤连续工作，实现半自动循环。在工件夹紧、动力头快进、动力头快退及电源接通均有信号指示。

3．设计方案提示

（1）系统提供的输入控制信号:

启动按钮， 停止按钮， 夹紧开关信号SP ，松开开关信号SQ7，左动力头行程开关SQ1，左动力头行程开关SQ3，左动力头行程开关SQ5，右动力头行程开关SQ2，右动力头行程开关SQ4，右动力头行程开关SQ6，半自动/自动开关。

（2）系统需要输出的控制信号：

工作夹紧指示，左动力头快进指示，右动力头快进指示，左动力头快退指示，右动力头快退指示，主轴电动机接触器，油泵电动机接触器，电磁阀YV1，电磁阀YV2，电磁阀YV3，电磁阀YV4，电磁阀YV5，电磁阀YV6，电磁阀YV7。

（3）方案提示

①本课题的工作流程为顺序控制，可用步进指令实现控制。 ②可用基本指令、移位指令及定时器指令组合完成该控制。

设计十二带有转向灯的十字路口交通信号灯PLC控制系统设计1．概述

（1）有夜间黄灯常闪控制，其余灯关闭（起动为“0”）

（2）有左转方向灯控制，控制时序图如下：（左转“1”=绿灯，“0”=红灯）

2．设计方案提示

①本课题的工作流程为顺序控制，可用步进指令实现控制。

②可用基本指令、移位指令及定时器指令组合完成该控制。