现代控制系统综合课程设计指导书(12自动化)

信息与电气工程学院

课程设计指导书

课程设计名称：现代控制系统综合课程设计适用专业：12级自动化

制订时间：2014.12.

自动化工程系

一、目的任务

通过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、设计内容

1.基本原则

(1)应能满足控制对象的工艺要求，保证能按工艺流程准确、可靠的工作。

(2)系统构成应力求简单、实用，系统易操作、调整，检修方便。

(3)设计合理，经济，能发挥PLC控制的优点。

2.基本步骤

(1)工艺分析

对一个控制系统进行设计之前，首先必须对控制对象进行调查，搞清楚控制对象的工艺要求、工作特点。明确划分控制各个阶段的特点和各个阶段的转换条件，画出完整的功能图或控制流程图。

(2)机型选择

机型选择包括功能选择、I/O点数确定和内存估计等内容。

(3)外部电路设计

硬件部分的设计和配置包括外部电路设计、电气控制系统接线图、设计组件装置配图和外部电气原理图，并在此基础上设计制作电气控制柜、操作台，进行PLC的安装和配线。PLC的外围电路包括I/O接口电路、电源电路和接地电路、执行电路（电动机、电磁阀等）的主电路和一些不经过PLC的控制、保护电路等。

(4)程序设计

在进行硬件配置的同时，可同步进行PLC控制软件的设计工作，主要任务是根据控制要求抱工艺流程图转换成梯形图控制程序。应在熟练掌握PLC指令系统的基础上，充分合理地应用PLC 指令，最大限度地发挥PLC控制的优点。在设计控制程序时，要注意将所使用到的软继电器（内部辅助继电器、定时器、计数器、数据寄存器等）列表，表明用途，作为系统设计的资料，以便在程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。

(5)程序初调

程序编制好后，可使用编程工具将程序输入PLC中，然后用开关板和PLC上的输出指示灯模拟输入信号和控制对象，进行程序功能的初步调试。

(6)联机调试

软、硬件的设计、装配和模拟调试工作基本完成后，需要对PLC整个控制系统进行一次全面检查。在确认PLC的电源、外部接线和程序输入无误的情况下，便可接通电源，开始试调试，按照程序设计流程图的顺序逐步调试。对一些待调整的参数进行现场整定和调整。对调试中出现的问题，要对症查找原因。属于硬件方面的问题，则改变配置、排除线路故障；属于软件方面的问题，则修改程序。试运行的时间应足够长，尽可能让各种异常情况充分暴露、得到纠正，最后达到整个系统能准确、可靠地工作。

三、时间安排

四、工作要求

1.设计准备

(1)对理论课程有较好的了解和掌握，根据课程进行必要的复习。

(2)在进实验室之前，必须根据进度要求精心准备设计内容，携带必要的设计资料，如书籍、图纸

等，否则不准进入实验室。

(3)到图书馆借阅与课程设计题目相关的资料（三菱系列），包括：PLC相关书籍、PLC课程设计

实例指导、PLC编程实例与技巧、PLC控制系统应用设计、PLC控制器系统开发实例、PLC

控制系统设计、安装与调试等。

2.设计要求

(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，拟订个人工作进度计

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，使用三菱公司的GX Developer编程软件来编制PLC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图纸：

1)工艺流程图及外部信号分布图

2)PLC电气控制系统外部接线图

3)程序流程或功能图

3.实验室要求

(1)课程设计时间为：每天上午8:10---11:30，下午14:10---17:30。

(2)每位同学进入实验室后必须签到（考勤成绩），没有签到者视为旷课。

(3)必须严格遵守实验室相关管理规定，注意设备用电安全，保证实验室卫生环境。

4.设计报告要求

课程设计结束，每位同学必须按时完成课程设计说明书（即设计报告）。报告正文应包含以下主要内容：

(1)概述所设计题目的内容、主要功能与工作原理。

(2)详细说明控制系统的硬件设计，包括控制要求、机型选择、I/O分配、外部电气连接图等。

(3)详细说明控制系统的软件设计，包括设计流程图、顺序控制图、梯形图程序、指令表等；

(4)系统调试，包括调试步骤、程序检查、运行情况及存在问题等

课程设计报告的具体书写格式见附后的课程设计说明书规范。

五、成绩评定

课程设计成绩评定的主要组成：

(1)理论设计方案，演示所设计的系统，占总成绩30%。

(2)考勤情况，占总成绩10%。

(3)设计报告，占总成绩30%。

(4)回答教师所提出的问题（答辩），占总成绩30%。

(5)考核成绩分为优、良、中、及格和不及格。

有下列情形之一者直接认定为不及格：

(1)未能按期完成规定任务，无故旷课超过3次( 含3次)；

(2)未上交设计报告；

(3)抄袭他人的设计成果；

(4)不能综合运用所学知识，动手能力差，方案存在原则性错误，计算、分析错误较多；

(5)设计报告条理不清、论述有原则性错误、图纸图表不规范、质量很差；

(6)答辩过程中，主要问题阐述不清，对设计内容缺乏了解，概念模糊，问题基本回答不出。

六、参考资料

[1]廖常初. 可编程序控制器的编程方法与工程应用. 重庆大学出版社, 2001.

[2]文丽, 赵瑾. 三菱可编程控制器实验指导书. 湖南科技大学信息与电气工程学院.

[3]郁汉琪. 机床电气及可编程序控制器实验指导书. 高等教育出版社, 2001.

[4]日本三菱公司. 三菱可编程控制器编程手册.

[5]三菱GX-Developer教程.

附：课程设计报告规范

课程设计报告规范

课程设计说明书是课程设计主要成果之一，一般应不少于3000字。

1）、说明书基本格式

说明书可以手写或打印，书写要用黑或蓝黑墨水，书写工整；打印时正文采用5号宋体，A4纸，页边距均为20mm，行间距采用18磅。文中标题采用宋体加粗。

2）、说明书结构及要求

⑴封面（格式附后）

包括：题目、系别、班级、完成日期、成绩及指导教师等项。

⑵课程设计评阅书

⑶任务书(指导教师下发)

⑷摘要

摘要要求对内容进行简短的陈述，一般不超过300字。关键词应为反映主题内容的学术词汇，一般为3-5个，且应在摘要中出现。

⑸目录

要求层次清晰，给出标题及页次。最后一项为"参考资料"。

打印时各章题序及标题用小4号黑体, 其余用小4号宋体。

(6) 正文

正文应按照目录所确定的顺序依次撰写，要求论述清楚、简练、通顺，插图清晰整洁。文中图、表及公式应规范地绘制和书写。

(7) 参考文献

参照《湖南科技大学毕业设计规范》。

湖南科技大学

信息与电气工程学院

《课程设计报告》

题目：

专业：

班级：

姓名：

学号：

指导教师：——————————————————————————————————

年月日

信息与电气工程学院

课程设计任务书

20 —20 学年第学期专业：学号：姓名：

课程设计名称：

设计题目：

完成期限：自年月日至年月日共周

设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：

指导教师（签字）：

批准日期：年月日

设计题目一：全自动洗衣机控制系统设计

一、控制要求

(1)PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好起动，起动时开始进水。

(2)水满（即水位到达高水位）时停止进水并开始洗涤正转。

(3)正洗15s后，暂停，暂停3S后开始洗涤反转，反转15s后暂停，暂停3s。

(4)若正反洗没有满3次，则返回从正洗开始的动作；若正反洗满3次，则开始排水。

(5)水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水10s即完成一次从进水到脱水的大循环过程。

(6)若未完成3次大循环，则进行洗涤报警，报警10s后结束全部过程，自动停机。

二、I/O分配

输入：输出：

X0 启动按钮Y0 进水电磁阀

X1 停止按钮Y1 电机正转接触器

X2 排水按钮Y2 电机反转接触器

X3 高水位开关Y3 排水电磁阀

X4 低水位开关Y4 排水电磁阀

Y5 报警蜂鸣器

三、设计要求

1、画出PLC的输入输出设备的接线图；

2、完成梯形图、指令表的程序设计；

3、完成课程设计报告。

设计题目二：四层电梯控制系统设计

一、控制要求

(1)电梯上升

1）电梯停于某层，当有高于该层有呼叫信号时，电梯上升到呼叫层停止，例如电梯停在2楼，5楼呼叫，电梯上升到5楼停止。

2）电梯停于某层，当有高于该层多个呼叫信号时，电梯先上升到低的呼叫层，停4S后继续上升到高的呼叫层，最后停止在呼叫的最高层，例如电梯停在1楼，2、3、4层同时呼叫，电梯先上升到2楼，停4S后继续上升到3楼，停4S后上升到4楼停止。

(2)电梯下降

1）电梯停于某层，当有低于该层呼叫信号时，电梯下降到呼叫层停止，例电梯停在4楼，2楼呼叫，电梯下降到2楼停止。

2）电梯停于某层，当有低于该层多个呼叫信号时，电梯先下降到高的呼叫层，停4S后继续下降到低的呼叫层，最后停止在呼叫的最高层，例如电梯停在4楼，3、2、1层同时呼叫，电梯先上升到3楼，停4S后继续上升到2楼，停4S后下降到1楼停止。

(3)电梯在上升过程中任何反向呼叫均无效。

(4)电梯在下降过程中任何反向呼叫均无效。

(5)数码管显示电梯的即时楼层位置。

二、I/O分配

输入：S1、S2、S3----1、2、3层上升呼叫 S6、S5、S4----2、3、4层下降呼叫

SIN----顶层信号，SIN0----底层信号SIN1、SIN2、SIN3、SIN4---一至四层运行信号输出：R1、R2、R3---1、2、3层上升呼叫指示R6、R5、R4---2、3、4层下降呼叫指示L1、L2、L3、L4---一至四层选层指示KM1----电梯电机正转（电梯上升）

KM2----电梯电机反转（电梯下降）KMZ----电梯电机制动

输入：S1—X3，S2—X2，S3—X1，S4—X0，S5—X11，S6—X10，SIN1—X7，SIN2—X6，SIN3—X5，SIN4— X4

输出：R1--Y1，R2—Y6，R3—Y3，R4—Y4，R5—Y11，R6—Y10，KM1—Y5，KM2—Y0

三、设计要求

1、画出PLC的输入输出设备的接线图；

2、完成梯形图、指令表的程序设计；

3、完成课程设计报告。

设计题目三：四节传送带控制系统设计

一、控制要求

(1)当传送带开始工作时，传送带应从后往前依次开始工作。停止时，要先送完货物再依次从前往

后停止。当某节出现故障时，它前面的传送带应立即停止，而后面的应正常工作一段时间后再停止。模块上的A、B、C、D分别是各节传送带的运行灯，L1~L4分别是货物的位置灯，Ba~Bd 分别是故障按钮，KM1~KM4分别是故障灯。

(2)按下启动按钮，传送带D、C、B、A依次动作（灯D、C、B、A依次亮），然后货物灯L1~L4

依次亮，代表货物随传送是带移动，按下L1~L4其中的一故障按钮，相应的故障灯亮。传送带A~D依次停。（以上灯亮的间隔时间可自定）

(3)按下停止按钮，传送带停止工作（所有灯灭）。

二、I/O分配

输入：启动按钮SB

停止按钮ST

传送带故障按钮A～D

输出：传送带工作灯Ba～Bd

货物位置灯L1~L4

运行故障指示灯KM1~KM4

三、设计要求

1、画出PLC的输入输出设备的接线图；

2、完成梯形图、指令表的程序设计；

3、完成课程设计报告。

设计题目四：抢答器的PLC控制系统设计

一、控制要求

设计供10组参赛进行抢答的控制系统，有数字显示和声音提示。并设有答题时间控制。

(1)参赛者只有在主持人按下开始抢答按钮后再开始抢答才有效，否则按抢答器按钮或一直按住抢

答器按钮不放，均不起作用。

(2)每道答题在规定的时间内完成，超时则自动取消答题资格，显示器数字显示00并报警一声。

(3)在抢答时显示最先抢到的一组的组号，扬声器响一声，其他组均被封锁。

(4)答题完成后自动复位，显示器数字回到00。

二、I/O分配

输入：X0 主持人开始抢答按钮SB0 X1 第一组抢答按钮SB1

X2 第二组抢答按钮SB2

X3 第三组抢答按钮SB3

X4 第四组抢答按钮SB4

X5 第五组抢答按钮SB5

X6 第六组抢答按钮SB6

X7 第七组抢答按钮SB7

X10 第八组抢答按钮SB8

X11 第九组抢答按钮SB9

X12 第十组抢答按钮SB10 输出：Y0 个位数字a段控制信号

Y1 个位数字b段控制信号

Y2 个位数字c段控制信号

Y3 个位数字d段控制信号

Y4 个位数字e段控制信号

Y5 个位数字f段控制信号

Y6 个位数字g段控制信号

Y7 十位数字a、b段控制信号

Y10 十位数字c、d、e、f、g段控制信号

Y11 扬声器控制信号

三、设计要求

1、画出PLC的输入输出设备的接线图；

2、完成梯形图、指令表的程序设计；

3、完成课程设计报告。

设计题目五：十字路口交通灯控制系统设计

一、控制要求

本系统要求实现正常时序控制和急车强通控制两种控制方式。

正常顺序控制要求如下：

(1)信号灯受一个起动开关控制。当起动开关接通时，信号灯系统开始工作。

(2)先南北红灯亮，东西绿灯亮，南北红灯亮维持25s，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，

并维持20s，到20s时，东西绿灯闪亮，绿灯闪亮周期为1s（亮0.5s，熄0.5s），绿灯闪

亮3s后熄灭，东西黄灯亮，并维持2s，到2s时，东西黄灯熄，东西红灯亮，同时南北

红灯熄，南北绿灯亮。

(3)东西红灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s，到25s时，南北绿灯闪亮3s后熄灭，南北

黄灯亮，并维持2s，到2s时，南北黄灯熄，南北红灯亮，同时东西红灯熄，东西绿灯

亮，开始第二周期的动作。以后周而复始的循环。

(4)当起动开关断开时，所有信号灯熄灭。

急车强通控制要求如下：

(1)急车强通信号受急车强通开关控制，无急车时，信号灯按正常顺序控制，有急车来时，

将急车强通开关接通，不管原来的信号灯的状态如何，一律强制让急车来方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。

(2)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。

(3)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，

随后在响应另一方。

二、I/O分配

输入：X0 起动开关

X1 东西急车强通开关

X2 南北急车强通开关输出：Y0 南、北绿灯

Y1 南、北黄灯

Y3 南、北红灯

Y4 东、西绿灯

Y5 东、西黄灯

Y6 东、西红灯

三、设计要求

1、画出PLC的输入输出设备的接线图；

2、完成梯形图、指令表的程序设计；

3、完成课程设计报告。