《PLC课程设计》指导书(S7200)12年

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第1章 PLC控制系统的设计与应用概述

在进行了PLC的基础及应用实验后，在掌握指令基本应用的基础上，通过本次综合实训项目的设计训练，达到提高综合应用所学的理论知识分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和拓展知识面。本章实训的内容是结合生产实际设计工业控制小系统，进一步巩固和深化电气控制技术及PLC的理论知识。在实训过程中，要注意掌握工艺过程的分析方法、用PLC设计电控系统的设计原则，设计步骤、程序设计和程序调试方法，从而熟悉用PLC实现工业工艺电控系统设计的全过程。

1.1 PLC控制系统的设计原则

(1) 选用的PLC必须满足控制系统中各种被控对象的控制要求； (2) 选用的PLC要着眼于今后系统的扩展需要； (3) 具有较好的性价比。

1.2 PLC控制系统的设计步骤

(1) 工艺分析：分析被控对象的控制要求，确定输入/输出的类型（DI/DO、AI/AO及特殊功能模块）及I/O点数，并注意留有充分的余地；

(2) 在性价比变化不大的情况下，应选用高一档次的机型（如选S7224，不选S7222），同时应考虑同一个厂（或一个车间）选同一机型，便于维护检修及备品备件储备； (3) 编制I/O分配表，绘制PLC控制系统的电气原理图和接线图（即原理设计和工艺设计）； (4) 绘制用户程序的流程图（根据工艺流程进行）； (5) 设计用户程序并进行模拟调试；

(6) 现场施工：控制柜，PLC主机接线，现场输入输出接线，并进行联机调试用户程序； (7) 编制技术文件：设计说明书和使用说明书； (8) 交付使用

1.3 PLC控制系统的类型

(1) 单机控制系统

1) 被控对象为单一的机械设备或生产流水线，一般不与其它控制系统或计算机通信，但是选用的PLC仍应具备通信功能，以备用；

2) 集中控制系统，即一台PLC控制多个被控对象，这种控制系统必要时应采用冗余系统（双机冷备或热备系统）。 (2) 分布式控制系统

1) 被控对象较多，且经常地交换数据和状态信息；

2) 控制器采用若干个相互之间具有通信联网功能的PLC构成，系统的上位机可采用PLC或IPC。

1.4 PLC控制器的安装，防干扰措施和维护检修

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(1) 系统安装

1) 考虑的主要因素（环境）是湿度、温度、振动、冲击、腐蚀性气体、过电压以及电磁干扰（具体参数参见有关机器的技术指标）。 2) 控制箱的设计原则

① 箱体的物理性能满足要求（强度、刚性、气体的流动性、散热要求等）；

② 箱体提供的环境，尤其应注意箱体内元件的布置和I/O线、信号线及动力线分开安放。 (2) 抗干扰措施

1) 控制箱内的布置要求

① 主机远离高压和动力线（距离>20cm）； ② I/O线分开走，I线远离动力线；

○

③ 不同电源线交叉时按90敷设； ④ PLC主机远离热源安放；

⑤ 模拟量I/O最好用屏蔽电缆（或双绞线），且和功率I/O的走线分开。 2) 电源回路

① 采用隔离变压器（加滤波器最佳）对PLC主机和I/O回路供电。以抑制过电压干扰； ② 电源配线宜采用短的双绞线；

③ PLC单独接地：其接地电阻 <10Ω（经验数据）； ④ 注意：

该接地可与仪表盘的地共用，但不允许与高压整流和动力盘共用地线，接地线应采用2mm2以上的电线，尽量短，控制箱也应接地；小型PLC控制系统无接地条件的，可将其接地点悬空。

3) 输入/输出回路

① 输出回路带电感性负载：直流负载两端应加装续流二极管，交流负载两端应加装浪涌吸收器（RC或RV压敏电阻）；

② 对模拟量信号线必须采用屏蔽双绞线，且屏蔽层只能一端接地，以免形成干扰回路； ③ 高压线、动力线远离PLC 20cm（或对PLC屏蔽），I/O线不能接触CPU电路，扩展I/O的电缆应远离其它线；

④ 控制箱外部的配线要求动力线、不同电压等级的信号线分开管道敷设，管道要求接地。 (3) 维护与检修

定期维护将增加系统运行的可靠性。 1) 预防性维护

① 保持PLC安装环境空气的清洁；

② 定期清除PLC主机及I/O模块的灰尘，改善电子元件的散热条件和防止灰尘的导电性引起短路事故；

③ 定期检查配线、插头和端子台的接头是否松脱、锈蚀和接触不良； ④ 5年更换锂电池，并在5分钟内完成；

⑤ 禁止强干扰靠近PLC，以免损坏PLC内部的电子元器件； ⑥ 重要设备应使用双机系统（冷备或热备），以便在系统工作的条件下检修故障设备。 2) 故障检修

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① 利用PLC 的自诊断指示灯判断故障源； ② 利用PLC 的I/O指示灯判断故障部位；

③ 对输出电路首先应观察输出指示灯和熔断器指示灯，然后分级判断故障部位。

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第2章 PLC课程设计安排

2.1教学内容及要求

2.1.1 准备

选题，明确设计任务及要求；学习AUTOCAD的使用。 2.1.2 绘制图纸

用AUTOCAD绘制PLC控制系统电气图。 2.1.3 PLC应用系统程序设计 用编程软件编写PLC程序

2.1.4 应用系统程序调试、修改、测试

对PLC程序进行在线调试，发现问题后进行修改，再调试，再修改，反复进行，直到程序达到最佳效果。

2.1.5 演示、检查、答辩、

程序经指导教师检查后，按要求书写设计报告。 2.1.6 写设计报告

1.主要内容：系统设计依据，绘制图纸的有关说明。

2.基本要求：设计报告包括前言、目录、正文、参考文献等内容，正文采用四级标题如： 1 1.1 1.1.1 1.1.1.1??，前言、目录、参考文献的撰写参考最近出版的教材。

2.2 时间安排

序 号 1 2 3 4 5 6

项 目 内 容 准备 绘制图纸

PLC应用系统程序设计 应用系统程序调试、修改、测试 演示、检查、答辩 写设计说明书 合 计

时间(天) 2 2 2 2 1 1 10

备 注 包括讲课

2.3 考核

考核内容主要包括出勤率、电气图和程序的正确性、控制效果及设计报告的质量等项目，考核结果采用五级记分制（优、良、中、及格、不及格）。具体考核内容包括：考勤（用于扣分）、电气原理图（30%）、PLC程序（40%）和设计报告（30%）。

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第3章 PLC课程设计项目

3.1 翻引纲机械手（简化）PLC控制系统设计

3.1.1 目的和要求

1) 用PLC实现对翻引纲机械手的控制

2) 掌握用PLC设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法

3) 掌握基本逻辑指令的应用和学会使用传感器的检测信号构成故障报警程序的设计方法 4) 训练能综合各种信号实现某种控制规律的编程思路和技巧，提高综合分析问题的能力 3.1.2 翻引纲机械手简介：

翻引钢机械手为我校为攀钢集团公司开发设计的工程系统，获国家发明奖。本简化设计采用S7-200 PLC作为其控制核心部件与液压系统相配合，使控制方式灵活，实现机、电、液控制的协调和配合。图3.1是一个简化了的翻引纲机械手的动作原理图及液压系统电磁阀工况表，从图中可见该机械手具有夹持、翻转、引钢、升降、轧件导向及靠钢等功能。

3.1.3 翻引钢机械手的控制要求：

（1）工作方式： 主要为手动方式，并配以必要的联动以简化其操作，具体要求是夹持器翻转带自动夹紧，回零位带自动微松功能；夹持器放平、下降带自动松开功能，并自动定位以减少夹持器内部运动部件的碰撞次数，延长其使用寿命。若先操作夹紧，则随后的翻转和放平操作均处于夹紧状态；若先操作放松，则随后放平操作时仍可处于放松状态； （2）液压系统要求： 液压系统由三台油泵构成，其中两台泵工作一台泵备用，且要求三台泵均衡运行。当机械手仅夹紧或放松时一台油泵升压供油，其余油泵处于卸荷状态；当机械手处于翻转、放平、左移或右移时，两台工作泵同时升压供油，达到高速运行之目的。

液压系统具有超压（大于6MPa）、失压（小于2MPa）和液位低保护功能，滤油器堵、和油温高报警指示，油泵电机（11KW异步电动机）可直接启动、但要求液压系统处于自动卸荷状态。

（3）电控系统保护：

有短路保护、零位保护（软件实现）、过载保护及联锁保护，并具有完善的报警指示。 （4）电控系统操作的主令控制器定义如下：

①操作SA1主令控制器，机械手夹持器上升或下降。

②操作SA2主令控制器，机械手夹持器夹紧或松开（到位后自动停止）

③操作SA3主令控制器（不操作SA2）系统会自动使工件被夹紧后翻转，使SA3回零位时夹持器微松（8~12mm可调）。

④操作SA4主令控制器，机械手夹持器左移或右移。

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图3.1 翻引钢机械手动作原理图 6

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3.1.4课程设计学生完成内容

(1) 系统配置

1) PLC选型：学生根据系统要求及实验条件自行选择 2) 根据控制要求编制输入/输出编址表，见表3.1

表3.1 翻引钢机械手PLC控制系统输入/输出编址表

输 入 编 址（学生自行确定编址） 报警解除（SB0） 1号油泵电机启/停（SB1） 2号油泵电机启/停（SB2） 3号油泵电机启/停（SB3） 1号油泵电机过载（FR1） 2号油泵电机过载（FR2） 3号油泵电机过载（FR3） 夹持器上升（SA1-1） 夹持器下降（SA1-2） 夹持器夹紧（SA2-1） 夹持器松开（SA2-2） 夹持器翻转（SA3-1） 夹持器放平（SA3-2） 夹持器左移（SA4-1） 夹持器右移（SA4-2） 液位低（液位传感器） 油温高（温度传感器） 滤油器堵（压力传感器） 系统压力超压（>6MPa） 系统压力失压（<2 MPa） 输 出 编 址（学生自行确定编址） 1号油泵电机主电源（KM1） 2号油泵电机主电源（KM2） 3号油泵电机主电源（KM3） 1号油泵卸荷阀（YV1） 2号油泵卸荷阀（YV2） 3号油泵卸荷阀（YV3） 夹持器上升（YV4） 夹持器下降（YV5） 夹持器夹紧（YV6） 夹持器松开（YV7） 夹持器翻转（YV8） 夹持器放平（YV9） 夹持器左移（YV10） 夹持器右移（YV11） 油温高报警灯（HL1） 油泵电机过载指示灯（共用HL2） 滤油器堵报警灯(HL3) 系统压力高报警灯(HL4) 液位低、系统失压报警铃(HA1) (长鸣为液位低、间鸣为失压)

(2) 绘制电气原理图

要求：采用A4图纸，有电机主电路、电源电路、PLC输入电路（8点一张图）、PLC输出电路（8点一张图） （3）程序流程图设计 （4）程序设计 （5）程序调试

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3.2 铸造机控制系统设计

3.2.1 目的和要求

1) 用PLC实现对铸造机的控制

2) 掌握用PLC设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法 3) 学会使用传感器的检测信号构成主控程序和故障信号报警程序的设计方法 4) 训练用PLC设计控制系统的编程思路和综合分析问题的能力 3.2.2 设备概况：

铸造机是一种专用零件铸造的设备，本设备是专为西铝某铸造企业设计的，具有操作简便、可靠性高、等特点。其构造见图3.2。 合模缸退到２位

上模

下模

旋转缸进

铸模前倾 合模缸退到1位

铸模位置

脱模缸旋转缸退 铸模后倾 图3.2 铸造机结构图

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该设备采用液压系统驱动，有手动和顺控两种操作方式。整个工艺流程分为试模、装模、铸造、脱模四个过程，分别为：

1）初始状态：合模缸退到2位，旋转缸退到位，脱模缸退到位

2）试摸：发合模缸第一次进指令（按步进按钮）—→合模缸向前进—→上、下模合模压力到上限—→合模缸后退—→合模缸退到1位后停

3）装模：合模缸退到1位—→人工放入模具—→发合模缸第二次进指令（按步进按钮）—→合模缸从1位向前进—→上、下模合模压力到上限—→旋转缸进（铸模前倾）同时人工倒入铸液—→旋转缸进到位后停

4）铸造：旋转缸进到位—→铸液凝固（保压一段时间）—→发旋转缸退指令（按步进按钮）—→旋转缸退（铸模后倾）—→旋转缸退到位后停

5）脱模：旋转缸退到位—→发脱模指令（按步进按钮）—→合模缸后退—→合模缸退到2位后停—→脱模缸进（脱模）—→脱模缸进到位—→脱模缸退—→脱模缸退到位后停—→人工取出铸件

3.2.2 控制要求：

(1) 开机

① 合上PLC控制柜内的所有空气开关，接通PLC电源及直流24V供电电源。

② 将手动/顺控转换开关置于手动位置，按下油泵启停按钮，电机在卸荷状态下启动（再次按下油泵启停按钮，油泵电机停止运行），其控制由PLC自动完成，此时可进行铸造机运行操作。

(2) 系统运行操作

该系统操作分为手动与顺控两种方式。 ① 手动方式

将手动顺控转换开关置于手动位置，启动油泵电机，点动运行启/停按钮，运行指示灯点亮，此时，可根据铸造机运行要求操作相应的控制按钮即可，控制按钮信号要自锁；运行中可反复点动运行启/停按钮来停止运行和返回原运行状态。 ② 顺控方式

进行顺控操作之前，必须用手动方式将铸造机的合模缸退回到尾部位置，再将手动顺控转换开关置于顺控位置，按下步进按钮，系统将从合模缸进1开始按序动作，每一动作完成则自动停止，再次按下步进按钮，系统进入下一工序，以后重复上述过程，直到回到原始位置为止；运行中可反复点动运行启停按钮，来停止运行和返回原运行状态。 (3) 系统保护及报警 ① 系统设有短路保护

② 油泵电机设有过载保护和回油滤油器堵指示信号,并设有相应的声音报警，按下报警解除按钮即可解除报警声

③ 系统设有完善的互锁保护 3.2.3 课程设计学生完成内容 (1) 系统配置

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1) PLC选型：学生根据系统要求及实验条件自行选择 2) 根据控制要求编制输入/输出编址表，见表3.2

表3.2 铸造机控制系统输入/输出编址表

输入编址（学生自行确定编址） 脱模缸进按钮（手动） 输出编址（学生自行确定编址） 脱模缸进 脱模缸退 合模缸进 合模缸退 旋转缸进 旋转缸退 卸荷阀 油泵电机 报警电笛 滤油器堵指示灯 运行指示灯 保压灯 油泵电机过载（指示灯） 合模缸进1按钮（手动） 合模缸进2按钮（手动） 合模缸退按钮（手动） 旋转缸进按钮（手动） 旋转缸退按钮（手动） 手动OFF/顺控ON（转换开关） 步进按钮 脱模缸进到位（OFF）行程开关 脱模缸退到位（OFF）行程开关 合模缸退到2位（OFF）行程开关 合模缸退到1位（OFF）行程开关 旋转缸进到位（OFF）行程开关 旋转缸退到位（OFF）行程开关 油泵启/停按钮 油泵电机过载（热继电器） 合模压力上限（压力传感器） 合模压力下限（压力传感器） 滤油器堵（压力传感器） 运行启/停 报警解除按钮 (2) 绘制电气原理图

要求：采用A4图纸，有电机主电路、电源电路、PLC输入电路（8点一张图）、PLC输出电路（8点一张图）

（3）程序流程图设计：要求采用子程序调用方式完成，主要分为油泵启停及保护、手动、顺控3个子程序 （4）程序设计 （5）程序调试

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3.3 轴承座翻转机构PLC控制系统设计

3.3.1 目的和要求

1) 用PLC实现对轴承座翻转机构的控制

2) 掌握用PLC设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法 3) 学会使用传感器的检测信号构成主控程序和故障信号报警程序的设计方法 4) 训练用PLC设计控制系统的编程思路和综合分析问题的能力 3.3.2 设备概况：

在冶金行业，轧制不同的型材或板材需要不同的轧棍，轧棍套于其两端的轴承座内，见图3.3。当使用一段时间后，或更换不同的轧棍时，都需要对轴承座进行检修。在检修轴承座前，必须将轴承座从轧棍上拆卸下来。检修轴承座过程中，需要对轴承座进行翻转，以便拆卸、检查、更换零件和重新装配。有的轴承座重达十几吨，直径达1200mm，人工难以实行翻转，而且容易发生事故。为了便于检修、降低劳动强度，增强安全性，越来越多的冶金企业开始采用轴承座拆卸机构和轴承座翻转机构，

设计轴承座翻转机构的PLC控制系统，PLC的控制对象是液压系统，并通过液压系统油缸推动翻转机构正翻或逆翻。。

技术要求：

①可以在0～90°内任意翻转，耐冲级负荷； ②翻转过程要平稳，不能有突变和蠕动；

③翻转过程中可以随时启停，停在任意位置处，无滑动现象； ④翻转过程中，可以随时改变翻转方向；

⑤具有限位保护，即使限位开关故障，系统仍然可以安全运行； ⑥具有液压系统油位低停车和油温高等报警功能；

⑦电机电源和总电源统一，可以在紧急状态下切断或关机；

图3.3 轴承座

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图3.4 轴承座翻转机

图3.5 液压站

3.3.3 控制要求：

整个控制系统由油泵启/停控制、翻转控制、油温控制、报警指示等部分组成。 (1)油泵启停控制

本系统采用一个“油泵启/停”按钮控制油泵电机的交替启停，油泵电机的运行还要受油位下限、电机过载信号的约束，如果油泵电机已经启动，当出现电机过载或油位下限时，应该停油泵电机。

(2)翻转控制

包括左旋（正翻）和右旋（逆翻）两个动作，用“左旋/停”和“右旋/停”按钮分别实现左旋和右旋动作的交替启停控制。左旋和右旋的控制输出还要受限位信号的约束，如果已经启动左旋或右旋动作，当限位信号有效时，则停止左旋或右旋。为了确保限位传感器故障时，左旋或右旋到位也能正确停车，采用定时器实现限时到位停车，即无论限位信号是否接通，定时器接通则立即停车。

(3)卸荷阀控制

本系统的卸荷阀采用得电升压、失电卸荷的控制方式，如果系统有左旋或右旋控制输出，则卸荷阀接通。对于任何液压系统，油泵启动时，应确保卸荷阀处于卸荷状态；没有任何动作时，一般也应该让卸荷阀处于卸荷状态。

(4)油温控制

操作人员可以随时启停加热器和水阀对液压系统的油温进行控制，系统用“加热器启/停” 和“水阀启/停”按钮分别控制加热器和水阀的交替启停，同时加热器和水阀的启停还受温度触点信号的控制，即油温高触点接通，则自动接通冷水阀；油温低触点接通，则自动接通加热器。

(5)报警指示

系统的油温指示、液位指示，电机过载指示、滤油器堵指示等。当这些状态信号由断变通时，相应的指示灯点亮，按“报警解除“按钮则予以确认，相应的报警指示灯熄灭。即使报警信号没有消除，只要进行了确认，则相应的报警指示灯不再点亮，除非再一次产生报警

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信号。如果出现是油位下限和电机过载，则蜂鸣器发出警示。电机过载报警以2秒为周期间鸣，油位下限报警以1秒为周期间鸣。

3.3.4 课程设计学生完成内容

(1) 系统配置

1) PLC选型：学生根据系统要求及实验条件自行选择 2) 根据控制要求编制输入/输出编址表，见表3.3

表3.3 轴承座翻转机构控制系统输入/输出编址表

输入编址（学生自行确定编址） 油泵启/停SB1 翻转机构左旋/停SB2 翻转机构右旋/停SB3 报警解除SB4 翻转机构左旋限位SQ1 翻转机构右旋限位SQ2 液位上限SL1 液位下限SL2 滤油器堵SP1 油温55度ST1 油温35度ST2 油温15度ST3 热继电器FR1 输出编址（学生自行确定编址） 油泵电机M1 加热器加热EH1 溢流阀YV1 翻转机构左旋YV2 翻转机构右旋YV3 冷却水阀YV4 左旋限位指示HL5 右旋限位指示HL6 电机过载指示HL7 油温高指示HL8 油温低指示HL9 加热器加热指示HL10 液位上限指示HL11 液位下限指示HL12 滤油器堵指示HL13 蜂鸣器FH1

(2) 绘制电气原理图

要求：采用A4图纸，有电机主电路、电源电路、PLC输入电路（8点一张图）、PLC输出电路（8点一张图） （3）程序流程图设计 （4）程序设计 （5）程序调试

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3.4 Z3050摇臂钻床控制系统设计

3.4.1 目的和要求

1) 用PLC实现对Z3050摇臂钻床的控制

2) 掌握用PLC改造传统继电控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法 3) 学会选择关键信号构成主控程序和故障信号报警程序的设计方法

4) 训练用PLC改造传统继电器接触器控制系统的编程的思路和综合分析问题的能力 3.4.2 机床概况

Z3050型摇臂钻床由底座、内外立柱、摇臂、钻轴箱（主轴箱）、主轴、工作台等组成，见图3.6。 主轴电机

钻轴箱 摇臂升

降电机

摇臂

内立柱 摇臂 套筒

外立柱 主轴

图3.6 Z3050摇臂钻床外形图

该设备用于单件或批量生产中带有多孔零件的加工。机床的主要结构运动形式为：外立柱

套在固定在底座上的内立柱上，可绕内立柱回转360度，摇臂一端的套筒部分借助于丝杆，使摇臂可沿外立柱上下移动，摇臂与外立柱一起相对于内立柱回转。钻轴箱是一个复合部件，它带有主轴部件和主轴旋转及进给运动的全部传动、变速和操作机构，包括主轴电动机在内。钻轴箱可沿摇臂上的水平导轨作径向移动（手动）。若要加工时，可利用夹紧机构将钻轴箱紧固在摇臂导轨上，外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行切削加工。 Z3050摇臂钻床有四台电动机，分别为：1M主轴电动机：控制主轴的旋转运动及进给运动，单向旋转，采用机械变换实现加工螺纹所需的正、反向旋转。2M摇臂升降电动机：控制摇臂的升降运动，双向旋转。3M液压泵电动机：控制摇臂的夹紧、放松，主轴箱及摇臂外立

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柱相对于摇臂内立柱的夹紧和放松，双向旋转。4M冷却泵电动机：手动控制，单向旋转。

3.4.3 控制要求：

Z3050摇臂钻床继电器控制系统图如图3.7。 (1) 控制主轴的旋转运动：

主轴电机由KM1控制，SB2、SB1为启动、停止按钮。工作流程如下： 接通自动开关QF→按下起动按钮SB2→主电机1M启动，HL3指示灯指示其动作。按下停止按钮SB1→主电机1M停止

(2) 摇臂升降及夹紧、放松控制

摇臂钻床工作时，摇臂应夹紧在外立柱上，在摇臂上升与下降之前，须先松开夹紧装置，当摇臂上升或下降到预定位置时，夹紧装置将摇臂夹紧。

工作流程如下：

1) 放松流程：按下SB3（或SB4）→液压泵电动机3M正转及电磁阀YA通电（高压油经二位六通电磁阀YA进入摇臂松开油缸，推动活塞和菱形块使摇臂松开）→松开到位→行程开关SQ2压合→液压泵3M停止工作。

2) 上升（或下降）流程：SQ2压合→摇臂升降电动机2M启动，带动摇臂上升（或下降）→摇臂上升或下降到预定位置时→松开按钮SB3或SB4→摇臂升降电动机2M断电

3) 夹紧流程：摇臂升降电动机2M断电→KT延时一段时间→液压泵电动机3M反转及电磁阀YA通电（高压油经另一油路流入二位六通电磁阀YA，再进入摇臂夹紧油缸，反向推动活塞和菱形块使摇臂夹紧）→夹紧到位→行程开关SQ3压合→液压泵3M停止工作及电磁阀YA断电。

考虑到摇臂升降有一定的惯性，采用延时保证在摇臂升降完全停止后才夹紧。延时时间视摩擦情况而定，一般调整在1～3S的范围内。

摇臂夹紧的行程开关SQ3应调整为在摇臂夹紧后动作，如调整不当，则会因SQ3在摇臂夹紧后仍不能动作，使液压泵电动机3M因长期工作而过载。为防止此故障的产生，在电动机3M为短时运行的情况下，仍对3M采用热继电器作过载保护。

(3) 立柱与主轴箱采用液压装置来控制夹紧和放松，二者同时进行工作，工作时要求二位六通电磁阀YA不通电 工作流程如下：

1) 按下松开按钮SB5→液压泵电动机3M正转，此时电磁阀YA不通电(其提供的压力油经二位六通电磁阀YA的另一油路，推动活塞和菱形块使立柱和主轴箱松开) →松开到位→行程开关SQ4动作→松开指示灯HL2亮。松开SB5→液压泵电动机3M停止。

2) 按下夹紧按钮SB6→液压泵电动机3M反转(反向推动活塞和菱形块使立柱和主轴箱夹紧) →夹紧到位→行程开关SQ4复位→夹紧指示灯HL1亮。松开SB6→液压泵电动机3M停止。

(4) 对上升、下降用行程开关SQ0、SQ1分别设置极限限位；主电路及控制电路采用热继电器实现过载保护。

(5) 在系统动作转换期间应加必要的切换延时，延时时间视具体情况而定，一般在1~3秒的范围

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图理原气电的床钻臂摇0503Z 7.3图

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3.4.4 课程设计学生完成内容

(1) 系统配置

1) PLC选型：学生根据系统要求及实验条件自行选择 2) 根据控制要求编制输入/输出编址表，见表3.4

表3.4 Z3050摇臂钻床控制系统输入/输出编址表 输 入 编 址 报警解除 主轴电机停止按钮SB1 主轴电机启动按钮SB2 摇臂上升按钮SB3 摇臂下降按钮SB4 主轴箱与立柱放松按钮SB5 主轴箱与立柱夹紧按钮SB6 摇臂上限位行程开关SQ0 摇臂下限位行程开关SQ1 摇臂松开到位行程开关SQ2 摇臂夹紧到位行程开关SQ3 立柱松开到位行程开关SQ4 主轴电机过载保护FR1 油泵电机过载保护FR2 系统失压检测 系统超压检测 液压油瘟高检测 滤油器堵检测 液位低检测 学生自行确定编址 输 出 编 址 主轴电机KM1 摇臂电机上升KM2 摇臂电机下降KM3 油泵电机放松KM4 油泵电机夹紧KM5 电磁阀YA 主轴箱与立柱夹紧指示灯HL1 主轴箱与立柱放松指示灯HL2 主轴电机运行指示灯HL3 液压系统轻故障报警指示灯 液压系统重故障报警指示灯 学生自行确定编址

(2) 绘制电气原理图

要求：采用A4图纸，有电机主电路、电源电路、PLC输入电路（8点一张图）、PLC输出电路（8点一张图）、控制面板图

（3）程序流程图设计：要求采用子程序调用方式完成，分为主轴运转、摇臂升降、油泵启

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停及保护3个子程序。 （4）程序设计 （5）程序调试

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3.5 机械手控制系统设计

3.5.1 目的和要求

1) 用PLC实现对机械手的手、自动控制

2) 用PLC设计具有多种操作方式的电控系统的程序结构

3) 掌握一般控制系统操作方式切换时保持系统状态连续的程序设计思路和方法

4) 读者参考原程序后自行设计手动、回原点、单步、单周期和自动五种工作方式下的控制程序

3.5.2 设备概况

机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。本设备为一搬物机械手，其动力来源于液压系统。 (1) 工艺介绍

机械手搬运工件动作示意图，如图3.8所示。

左限启 ⑻左移

原点 ⑷右上限 右限上限⑴下 ⑸下⑺上升 ⑶上下限下限

位 夹 钳 夹 钳 ⑹放松 ⑵夹 右移 工件传送机 左移

上下降

放夹紧 工件 A点 19

B点 图3.8 机械手动作示意

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左上角为原点位置，工件按下降→夹紧→上升→右行→下降→松开→上升→左行回原点为一个工作周期。上升／下降、左行／右行、夹紧／松开动作均使用电磁阀控制液压系统实现，动作顺序由行程开关和定时器进行控制。 (2) 操作面板

该系统的控制方式由操作面板的转换开关箭头指向的位置决定(见图3.9)，设计时要求能完成手、自动操作方式控制功能。

单步

回原点 单周期

手动 自动

油泵启／停 上升 左移 夹紧 启动/停止

SB SB SB SB SB

下降 右移 放松 报警解除

SB SB SB SB

图3.9 操作方式面板布置图

3.5.2 控制要求：

(1) 液压系统油泵启动及停车：单按钮操作，压下油泵启/停按钮，油泵启动，再压一次，油泵停车，油泵电机功率为11KW。系统工作时，电磁溢流阀（或称卸荷阀）得电升压；反之，卸荷阀失电卸荷。该工作方式一则可降低油温，二则达到节能目的。液压系统原理图见图3.10

(2) 机械手工作方式

机械手的操作分为手动、回原点、单步、单周期、自动五种工作方式，五种工作方式不仅能各自独立工作，还能按序实现它们之间的互相转换，转换过程中原状态保持，转换后按新工作方式继续运行

① 手动：选择手动方式，按手动按钮，结合限位开关，对各个动作进行单独控制。如：按机械手下降按钮，机械手下降，松开机械手下降按钮，机械手停止下降，或者到位后，机械手停止下降；机械手只能在左限位或右限位处才可以下降，中间不可以下降

② 回原点：选择回原点方式，按原点按钮，机械手以最快及最安全的路径回到原点位置停止。如：若机械手未夹物体时，以最快的路径回到原点位置；若机械手夹了物体时，则必

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机械手液压系统原理图加紧放松油缸上下移动油缸下降左右移动油缸夹松上升右移左移超压、失压检测（电接点压力表）储能器储能器压力表YV5YV4YV1工作压力表YV6YV3YV0YV2M电机～油泵空气滤清气液位检测温度检测冷却器回油滤油器堵检测油 箱

图3.10 机械手液压系统原理图

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须搬运到B点处，再回到原点位置

③ 单步：选择单步方式，按一次启动按钮，机械手动作一个工步后自动停止

④ 单周期：选择单周期方式，按启动按钮，机械手动作一个周期后自动停止；在动作过程中，按停止按钮，机械手立即停止，再按启动按钮，机械手继续动作，一个周期后自动停止

⑤ 自动：选择自动方式，按启动按钮，机械手周而复始动作；在动作过程中，按停止按钮，机械手不立即停止，等到当前一个周期结束后再停止 注：在进行自动操作方式之前，系统应手动回到原点位置 (3) 系统保护和报警功能

该系统的动力装置为液压控制系统。液压系统要求具有滤油器堵、油温高（大于55℃）声光报警，失压（小于2Mpa）和油位低要求声光报警、立即卸荷和停油泵的保护功能；故障报警后，按报警解除按钮，可解除报警信号 3.5.3 课程设计学生完成内容

(1) 系统配置

1) PLC选型：学生根据系统要求及实验条件自行选择 2) 根据控制要求编制输入/输出编址表，见表3.5

表3.5 机械手控制系统输入/输出编址表

输入编址（学生自行确定编址） 手动（转换开关） 回原点（转换开关） 单步（转换开关） 单周期（转换开关） 自动（转换开关） 回原点、单步、单周期、自动启动/停止按钮 油泵启动／停止按钮 上升按钮（手动） 下降按钮（手动） 左移按钮（手动） 右移按钮（手动） 夹紧按钮（手动） 放松按钮（手动） 报警解除按钮（手动） 上限位行程开关 下限位行程开关 左限位行程开关

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输出编址（学生自行确定编址） 机械手上升（中间继电器） 机械手下降（中间继电器） 机械手夹紧（中间继电器） 机械手放松（中间继电器） 机械手左移（中间继电器） 机械手右移（中间继电器） 油泵电机（中间继电器） 油泵卸荷阀（中间继电器） 液位低报警（指示灯） 滤油器堵报警（指示灯） 油温高报警（指示灯） 系统失压报警（指示灯） 油泵电机过载（指示灯） 报警蜂鸣器 《PLC课程设计》指导书

右限位行程开关 液位低（液位传感器） 系统失压（压力传感器） 滤油器堵（压力传感器） 油泵电机过载（FR）

(2) 绘制电气原理图

要求：采用A4图纸，有电机主电路、电源电路、PLC输入电路（8点一张图）、PLC输出电路（8点一张图）

（3）程序流程图设计：要求采用子程序调用方式完成，分为油泵启停及保护、手动、单步、单周期、自动、回原点6个子程序。 （4）程序设计 （5）程序调试

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3.6 四层电梯控制系统设计

3.6.1 目的和要求

1) 用PLC实现对四层电梯的控制

2) 掌握用PLC设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法 3) 学会使用传感器的检测信号构成主程序和故障信号报警程序的设计方法 4) 熟悉四层楼电梯采用轿厢内、外按钮控制的编程方法

5) 训练用PLC设计控制系统的编程思路和综合分析问题的能力 3.6.2 设备概况：

电梯为四层运行电梯，由三相绕线 式异步电动机拖动，本设计中不考虑电 动机的启动及调速控制，仅考虑正/反 转控制；电动机正转则电梯上行，电动 机反转则电梯下行。电梯的上下行由安 装在每层楼层厅门口的上升和下降呼叫 按钮进行轿厢外呼叫操纵，4个楼层共6 个按钮，其操纵内容即为电梯运行方向， 按钮U1～U3要求电梯向上运行，按钮 D1～D3要求电梯向下运行。电梯轿箱内 设有楼层内选按钮S1 ～ S4，用以选择 需停靠的楼层；设有开门、关门按钮用 于控制电梯门开、关；设有楼层指示灯， L1为一层指示、L2为二层指示、L3为 三层指示、L4为四层指示。电梯轿箱外 设有楼层到位检测开关，SQ1 为一层到 位行程开关、SQ2为二层到位行程开关、 SQ3 为三层到位行程开关、 SQ4为四层 到位行程开关。

电梯上升途中只响应上升呼叫，而 下降呼叫信息则保留；下降途中只响应 下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。 图3.11 电梯控制系统的模拟实验面板 例如，电梯一层上升运行时，在三层轿 厢外呼叫时，必须按三层上升呼叫按钮， 电梯才响应呼叫（从一层运行到三层）；

若按三层下降呼叫按钮，电梯执行完上升操作后，再响应下降呼叫，依此类推。电梯控制系统的模拟实验面板见图3.11。

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3.6.3 控制要求：

（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 （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 3.6.4 课程设计学生完成内容

(1) 系统配置

1) PLC选型：学生根据系统要求及实验条件自行选择 2) 根据控制要求编制输入/输出编址表，见表3.6

表3.6 四层电梯控制系统输入/输出编址表

输入编址（学生自行确定编址） 一层上呼按钮U1 二层上呼按钮U2 三层上呼按钮U3 二层下呼按钮D2 三层下呼按钮D3 四层下呼按钮D4 一层内选按钮S1 二层内选按钮S2 三层内选按钮S3 四层内选按钮S4 开门按钮 关门按钮 一层行程开关SQ1 二层行程开关SQ2 三层行程开关SQ3 四层行程开关SQ4 超重检测 夹人检测 电动机过载保护（FR） 输出编址（学生自行确定编址） 轿箱上升KM1 轿箱下降KM2 一层上呼指示灯 二层上呼指示灯 三层上呼指示灯 二层下呼指示灯 三层下呼指示灯 四层下呼指示灯 四层内选指示灯 三层内选指示灯 二层内选指示灯 一层内选指示灯 四层指示L4 三层指示L3 二层指示L2 一层指示L1 超重报警蜂鸣器 电动机过载保护指示灯

(2) 绘制电气原理图

要求：采用A4图纸，有电机主电路、电源电路、PLC输入电路（8点一张图）、PLC输出电路（8点一张图）、控制面板图

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（3）程序流程图设计 （4）程序设计 （5）程序调试

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3.7 全自动洗衣机控制系统设计

3.7.1 目的和要求

1) 用PLC实现对全自动洗衣机的控制

2) 掌握用PLC设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法 3) 学会使用传感器的检测信号构成主控程序和故障信号报警程序的设计方法 4) 训练用PLC设计控制系统的编程思路和综合分析问题的能力 3.7.2 设备概况：

全自动洗衣机由箱体、进水管、进水阀、内桶、外桶、波轮、电机、排水阀、排水管、门盖、操作面板等部分组成。各组成部分的功能介绍如下：

1、 箱体是洗衣机的主要支撑部件，其它各部分均以各种方式与箱体相链接。箱体底座有可以调整高度的调节脚，从而保证洗衣机能够平稳放置在地板上。

2、 进水管与自来水管相连接，进水阀控制洗衣机是否进水。

3、 波轮可以在电机的带动下正、反向旋转，带动洗衣桶内的水和义务旋转，完成洗涤、清洗的功能。

4、 外桶固定不动，内桶通过脱水电磁离合器与电机连接。内外桶中心线重合。洗涤时内桶不转，脱水时脱水电磁离合器吸合，内桶在电机带动下旋转，完成脱水功能。

5、 排水阀控制洗衣机是否将洗衣桶内的水排出。在排水阀开启的状态下，水由排水管排出。

6、 从安全的角度出发，要求电机只能在门盖关闭的情况下通电旋转。门盖可用透明材料制成，一边观察洗衣桶内的衣物翻转是否顺畅。门盖检测开关负责检测门盖的开关情况，门盖关闭则门盖检测开关闭合。

7、 操作面板上有一电源开关，还有如下操作薄膜开关以及各种指示灯，以便用户进行操作。薄膜开关在按下时接通，放松时断开。

⑴ 电源开关：负责接通总电源；

⑵ 启动/暂停开关：按一次将洗衣机从暂停（或停止）状态下切换到运行状态；在洗衣机运行过程中，按下该开关，则洗衣机暂停运行；此后如果再按下该开关，则洗衣机恢复运行；

⑶ 强度选择开关 为适应不通衣物对洗涤强度的要求，设定了“标准”和“柔和”两种洗涤强度。注：为便于调试，本设计洗涤、清洗、脱水时间比实际洗衣机工作时间短。 在标准洗涤强度下，电机正转4秒，暂停1秒，再反转4秒，暂停1秒，正转4秒??循环6次完成洗涤，洗涤时间1分钟。循环3次完成清洗，清洗时间30秒。脱水过程为20秒 在柔和洗涤强度下，电机正转2秒，暂停1秒，再反转2秒，暂停1秒，正转2秒??循环3次完成洗涤，洗涤时间18秒。循环2次完成清洗，清洗时间12秒。脱水过程为10秒。

⑷ 方式切换开关 在正常情况下一次正常的洗衣过程包括洗涤、清洗和脱水三个过程。有时并不需要将这三个过程全部完成，例如手洗后未清洗的衣物只需清洗和脱水2个过程，

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手洗并清洗了的衣物只需要脱水过程。为此设计了方式切换开关，这三种工作方式的切换由它完成，每按下一次方式切换开关，工作方式切换一次。 注意：强度选择开关和方式切换开关都只能在洗衣机启动洗衣程序之前起作用。一旦洗衣程序启动，则不能再进行强度选择和方式切换。如果需要进行切换，则需要关闭电源开关，再接通电源开关，系统复位后重新进行强度和洗涤方式的选择。

⑸ 洗涤指示灯：洗衣程序中有洗涤过程，并且洗涤没有正式开始，则洗涤指示灯常亮。如果当前正处于洗涤过程，则洗涤指示灯闪亮；如果洗涤过程已经完成，则洗涤指示灯熄灭。 清洗指示灯：洗衣程序中有清洗过程，并且当前还没有进行到清洗过程，则清洗指示灯常亮；如果当前正处于脱水过程，则清洗指示灯闪亮；如果清洗过程已经完成，则清洗指示灯熄灭。

脱水指示灯：洗衣程序中有脱水过程，并且当前尚未进行到脱水过程，则脱水指示灯常亮，如果当前正处于脱水过程，则脱水指示灯闪亮。脱水过程结束，则脱水指示灯熄灭，报警蜂鸣器报警10秒。

标准强度指示灯和柔和强度指示灯：如果当前选择洗涤强度为标准洗涤强度，则“标准洗涤强度”指示灯常亮，而“柔和洗涤强度”指示灯熄灭。反之，则“柔和洗涤强度”指示灯常亮，而“标准洗涤强度”指示灯熄灭。

所有的指示灯均采用发光二级管。

8、低水位检测开关：当洗衣桶内水位高于低水位时，则此开关接通。 高水位检测开关：当洗衣桶馁水位高于高水位时，则此开关接通。

门盖检测开关：当洗衣机门盖关闭后，此开关接通。 3.7.3 控制要求：

当电源开关按下，洗衣机通电，PLC投入运行时，此时处于准备状态。用户可以设置洗涤强度、洗涤方式。 然后，用户按下“启动/暂停”开关，洗衣机投入运行。 如果用户选择的是“洗涤”→“清洗”→“脱水”全过程洗衣，则工作状态如下所描述。如果选择的是“清洗”→“脱水”或者“脱水”程序，则未选中的过程不进行，直接进行后面的过程。

（1）关闭排水阀，打开进水阀，开始进水。 当水位高于高水位，高水位检测开关接通，关闭进水阀，停止进水，开始洗涤。根据所选择的洗涤强度的不同，电机带动波轮正转、反转的时间也不同（如前所述）。注意必须要门盖关闭才能够启动电机。

（2）洗涤次数到，则停止洗涤，打开排水阀，开始排水。此时“洗涤”指示灯熄灭。 当水位低于低水位时，低水位检测开关断开，接通电机和脱水电磁阀，开始进行10秒的脱水。

（3）10秒脱水完成，断开电机和脱水电磁阀，并延时5秒，以便脏水尽可能流出洗衣桶。5秒延时到后，关闭排水阀，打开进水阀，开始进水。

（4）水位高于高水位，高水位检测开关接通，则关闭进水阀，开始进入“清洗”过程。清洗时间根据选择的洗涤强度的不同而不同。

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（5）清洗完成，则电机停止运转，打开排水阀，开始排水。清洗指示灯熄灭。 （6）水位低于低水位时，低水位检测开关断开，延时5秒再进入“脱水”过程。 （7）脱水完成，则脱水指示灯熄灭，电机停止转动，报警蜂鸣器报警10秒。

用户取出洗衣桶内的衣物后，如果还需要进行下一次洗衣，则可以通过按下“方式切换开关”选择下一次的洗衣方式，并且按下“启动/暂停”开始。如果没有选择下一次的洗衣方式，则重复上一次选择的洗衣方式。

3.7.4 课程设计学生完成内容

(1) 系统配置

1) PLC选型：学生根据系统要求及实验条件自行选择 2) 根据控制要求编制输入/输出编址表，见表3.7

表3.7 全自动洗衣机控制系统输入/输出编址表

输入编址（学生自行确定编址） 电源开关 启动/暂停按钮 方式切换按钮 强度选择按钮 低水位检测开关 高水位检测开关 门盖关闭检测开关 电动机过载保护（FR） 输出编址（学生自行确定编址） 电动机正转 电动机反转 脱水电磁离合器 进水电磁阀 排水电磁阀 洗涤指示灯 清洗指示灯 脱水指示灯 报警蜂鸣器 标准强度指示灯 柔和强度指示灯

(2) 绘制电气原理图

要求：采用A4图纸，有电机主电路、电源电路、PLC输入电路（8点一张图）、PLC输出电路（8点一张图）、控制面板图

（3）程序流程图设计：要求采用子程序调用方式完成，分为进水、洗涤、排水、脱水4个子程序

（4）程序设计 （5）程序调试

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3.8 液体混合装置PLC控制系统设计

3.8.1 目的和要求

1) 用PLC实现对液体混合装置的控制

2) 掌握用PLC设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法

3) 学会使用传感器的检测信号构成主程序和故障信号报警程序的设计方法 4) 训练用PLC设计控制系统的编程思路和综合分析问题的能力 3.8.2 设备概况：

液体混合装置的模拟图见图3.12

图3.12 液体混合装置面板图

由图中可知：本装置为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，利用钮子开关来模拟；液体A、B输入阀门由电磁阀YV1、YV2控制，混合液输出阀门由YV3控制，YKM为搅拌电机，用发光二极管的点亮与熄灭来模拟；系统工艺如下：

1.初始状态：装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开5秒将容器放空后关闭。

2.启动操作：按下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：

（1）液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。

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（2）液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅拌电机开始搅动。搅拌电机工作10秒后停止搅搅拌，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。

（3）当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。

3.8.3 控制要求：

1．系统工作方式

系统的操作分为手动、单步、单周期、自动四种工作方式，四种工作方式不仅能各自独立工作，还能按序实现它们之间的互相转换，转换过程中原状态保持，转换后按新工作方式继续运行

（1）手动：选择手动方式，按手动按钮，结合限位开关，对各个动作进行单独控制。如：按A液体输入按钮，A液体输入，松开A液体输入按钮，A液体停止输入，或者到位后SL2接通，A液体停止输入；B液体只能在A液体到位后才可以输入，中途不可以输入； （2）单步：选择单步方式，按一次启动按钮，系统工作一个工步后自动停止；

（3）单周期：选择单周期方式，按启动按钮，系统工作一个周期后自动停止；在动作过程中，按停止按钮，系统立即停止工作，再按启动按钮，系统继续动作，一个周期后自动停止； （4）自动：选择自动方式，按启动按钮，系统周而复始动作；在动作过程中，按停止按钮，系统不立即停止，等到当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态下）。 注：在进行自动操作方式之前，系统应回到初始状态 2．系统保护和报警功能

搅拌电机有过载检测及报警，要求声光报警、立即停机的保护功能；若A、B阀打开时间到但SL1、SL2、SL3没有检测到，则要求液体A、B阀打开故障声光报警，并立即停机；故障报警后，按报警解除按钮，可解除报警信号。

3.8.4 课程设计学生完成内容

(1) 系统配置

1) PLC选型：学生根据系统要求及实验条件自行选择 2) 根据控制要求编制输入/输出编址表，见表3.8

表3.8 液体混合装置PLC控制系统输入/输出编址表

输入编址（学生自行确定编址） 手动（转换开关） 单步（转换开关） 单周期（转换开关） 自动（转换开关） 单步、单周期、自动启动/停止按钮 搅拌电机启动按钮（手动） A液体输入按钮（手动） 输出编址（学生自行确定编址） 搅拌电机运行 YV1通电 YV2通电 YV3通电 搅拌电机故障报警指示灯 阀故障报警指示灯 故障报警警铃 长鸣为电机故障 间鸣为阀故障 31

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B液体输入按钮（手动） 混合液体输出按钮（手动） 报警解除按钮（手动） 搅拌电机过载（FR） SL1接通 SL2接通 SL3接通

(2) 绘制电气原理图

要求：采用A4图纸，有电机主电路、电源电路、PLC输入电路（8点一张图）、PLC输出电路（8点一张图）

（3）程序流程图设计：要求采用子程序调用方式完成 （4）程序设计 （5）程序调试

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3.9 自动配料+四节传送带装置PLC控制系统设计

3.9.1 目的和要求

1) 用PLC实现对配料传送装置的控制

2) 掌握用PLC设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法

3) 学会使用传感器的检测信号构成主程序和故障信号报警程序的设计方法 4) 训练用PLC设计控制系统的编程思路和综合分析问题的能力 3.8.2 设备概况：

配料传送的模拟装置图见图3.13

图3.12 配料传送模拟装置面板图

自动配料传送系统由四级传送带、料卡、料位检测与送料、车位和吨位检测等环节组成。电动机M1，M2，M3、M4，直接启动，用信号灯来模拟，车到位、车装到吨位、负载和故障用按钮来模拟控制以及放料、进料、电机的停转和运行用发光二极管来模拟，启动、停止和料满用按钮来模拟控制。

其工艺流程如下： （1）初始状态：

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D1亮，红灯L1灭，绿灯L2灭，表明允许汽车开进装料。电动机M1、M2、M3、M4皆为OFF， （2）进料 ：

系统启动后，如料位低检测传感器（S2）检测到料斗中料不满（S1为OFF，S2为OFF，D3为OFF），延时5秒后系统自动进料（D4为ON）；当料满后（S2为ON，S1为ON， D3为ON）终止进料。周而复始自动进行。 （3）装车：

当汽车开进到装车位置（SQ1为ON，L1为ON，D1灭），延时5秒后，依次启动四台电机M4→M3→M2→M1，间隔时间为6秒；M1启动延时2秒后，打开料斗（D2为ON），当M1、M2、M3、M4上有物料时，相应的A、B、C、D检测开关为ON；当车满时（SQ2为ON，L2为ON），关闭料斗，延时2秒后依次停止M1→M2→M3→M4，M1上无物料时，M1停止，同时允许M2停止，但只有M2上无物料时，M2才停止，同上，M3上无物料时，M3才停止，M4上无物料时，M4才停止；M4停止延时2秒后，发出指示信号D1亮，表示汽车可以开走。当车开走以后（SQ1为OFF，L1灭；SQ2为OFF，L2灭），D1保持亮，等待下一辆车到来后，继续装料。 （3）系统有两种停止方式：

①正常停止：系统正常工作时，按停止按钮后，系统不立即停车，装满一车料后再停止； ②故障停车：系统每台电动机均设有过载保护，当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待料运完后（无重物时）才停止。例如M2故障，M1、M2立即停，M3上无重物（C为OFF）后 M3停，M4上无重物（D为OFF）后 M4停。

3.9.3 控制要求：

1．系统工作方式

系统的操作分为手动、自动两种工作方式，两种工作方式不仅能各自独立工作，还能按序实现它们之间的互相转换，转换过程中原状态保持，转换后按新工作方式继续运行

（1）手动：选择手动方式，按手动按钮，结合限位开关，对各个动作进行单独控制。如：按进料输入按钮，物料输入，松开物料输入按钮，物料停止输入，或者到位后S1接通，物料停止输入；

（2）自动：选择自动方式，按启动按钮，系统周而复始动作；在动作过程中，按停止按钮，系统不立即停止，等到当前的物料装载完毕后，才停止操作。

注：在进行自动操作方式之前，系统应回到初始状态，即传送带上无料。 2．系统保护和报警功能

4台电机有过载检测及报警，要求声光报警、立即停机的保护功能；故障报警后，按报警解除按钮，可解除报警信号。

3.8.4 课程设计学生完成内容

(1) 系统配置

1) PLC选型：学生根据系统要求及实验条件自行选择

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2) 根据控制要求编制输入/输出编址表，见表3.9

表3.9 配料传送装置PLC控制系统输入/输出编址表

输入编址（学生自行确定编址） 手动OFF/自动ON 自动启动/停止按钮 电机M1启动按钮（手动） 电机M2启动按钮（手动） 电机M3启动按钮（手动） 电机M4启动按钮（手动） 物料输入按钮（手动） 物料输出按钮（手动） 报警解除按钮（手动） 电机M1过载（FR1） 电机M2过载（FR2） 电机M3过载（FR3） 电机M4过载（FR4） 皮带1上有重物（A） 皮带2上有重物（B） 皮带3上有重物（C） 皮带4上有重物（D） 料位高检测（S1） 料位低检测（S2） 车到位（SQ1） 车装满（SQ2） 输出编址（学生自行确定编址） 进料阀打开（D4） 出料阀打开（D2） 电机M1运行 电机M2运行 电机M3运行 电机M4运行 任一电机故障报警指示灯 任一电机故障报警蜂鸣器 允许车辆进出指示（D1） 车到位指示（L1） 车装满指示（L2）

(2) 绘制电气原理图

要求：采用A4图纸，有电机主电路、电源电路、PLC输入电路（8点一张图）、PLC输出电路（8点一张图）

（3）程序流程图设计：要求采用子程序调用方式完成 （4）程序设计 （5）程序调试

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3.10 其它控制系统设计

指导教师可根据具体情况自行安排设计题目，要求同上。

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新增题目1 X62W型万能铣床PLC控制系统设计

1 目的和要求

1) 用PLC实现X62W型万能铣床的自动控制

2) 掌握用PLC设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法

3) 学会使用传感器的检测信号构成主程序和故障信号报警程序的设计方法 4) 训练用PLC设计控制系统的编程思路和综合分析问题的能力 2 设备概况：

铣床主要是用于加工各种形式的表面、平面和沟槽等。X62W万能铣床全称是一款很老的铣床，是目前国内卧式铣床中卖量最大的一种。因为其稳定性好，工作台可以回转左右45度，三项进刀等很多优点，所以在普通铣床中一直被机械加工所喜爱。

1-床身（立柱） 2-悬梁 3-刀杆支架 4-主轴 5-工作台 6-回转台 7-床鞍 8-升降台 9-底座

图1 X62W万能铣床外形图

X62W万能铣床的运动形式主要有主轴带动铣刀的旋转运动，工作台带动工件上、下、左、右、前、后运动的进给运动，圆工作台的旋转运动，工作台带动工件的快速移动。

3.控制要求：

（1）主轴电动机控制：

SB3、SB1和SB4、SB2分别控制启动和停止。（X62W采用两地控制方式），KM1是主轴电动机启动接触器，KM2是反接制动和主轴变速冲动接触器。SQ7是主轴变速时的

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瞬时动作行程开关，KS是速度继电器。

主轴电动机启动时，应先将SA4扳到主轴电动机所需的旋转方向实现正转或反转，然后再按SB3（或SB4）启动主轴电动机1M。1M启动后，速度继电器KS动作。

停车时，按SB1（或SB2）切断KM1电路，接通KM2，改变1M的电源相序，进行串电阻的反接制动，当1M转速<120r/min时（KM2吸合1～2S），速度继电器KS复位，切断KM2，1M停转（制动结束）。

主轴电动机变速时瞬时冲动控制，将SQ7手柄向上扳，当KM2吸合后1M启动，迅速向下复位，完成瞬时冲动控制。 （2）工作台进给电动机控制：

工作台纵向、横向和垂直运动都有电动机2M驱动，KM3和KM4使2M实现正反转，并通过机械传动达到工作台三种运动形式和六个方向的移动（注：必需在主轴电动机1M工作时，才能实现六个方向的运动）。

工作台向右的运动由行程开关SQ1控制，1M启动后，SQ1向上扳，KM3吸合，2M通电正转，SQ1向下复位，2M断电，停止进给。

工作台向左的运动由行程开关SQ2控制，1M启动后，SQ2向上扳，KM4吸合，2M通电反转，SQ2向下复位，2M断电，停止进给。

工作台向前或向下的运动由行程开关SQ3控制，1M启动后，SQ3向上扳，KM3吸合，2M通电正转，工作台向前或向下运动，SQ3向下复位，2M断电，停止进给。

工作台向后或向上的运动由行程开关SQ4控制，1M启动后，SQ4向上扳，KM4吸合，2M通电反转，工作台向后或向上运动，SQ4向下复位，2M断电，停止进给。 工作台的快速进给控制由进给电动机2M来驱动，完成六个方向的快速进给控制，按进给按钮SB5或SB6，接触器KM5吸合，接通电磁铁YA，工作台快速移动。

进给电动机变速的瞬时冲动动作由SQ6控制，将SQ6向上扳，KM3吸合，2M通电正转，然后迅速向下复位SQ6，完成进给电动机瞬时冲动控制。 （3）工作台的自动进给由SQ1、SQ2和SQ5通过机械传动实现。

工作台的自动进给控制：

转换开关SA2顺时针旋转90°到工作台自动控制位置，SQ5向上扳动，工作台进入自动控制方式 。当1M起动后，将行程开关SQ1向上扳，KM3得电并自锁，电动机2M正转，拖动工作台向右运动。将行程开关SQ1向下扳，SQ2向上扳，KM3因自锁继续闭合，工作台仍继续向右运动。将行程开关SQ5向下扳动，KM3自锁条件被破坏，KM3断开，KM4吸合，电动机2M反转，同时KM5吸合，工作台向左快速运动。将SQ5向上扳动，SQ2向下扳，SQ1向上扳，KM5断开，KM4因自锁继续闭合，工作台继续以正常速度向左运动。将SQ5向下扳动，KM4自锁条件被破坏，KM4断开，KM3闭合，电动机2M正转，同时KM5闭合，工作台向右快速运动。SQ5向上扳动，KM5断开，工作台以正常速度向右运动。如此，工作台实现了左、右方向的自动运行。 （4）圆工作台运动控制：

圆形工作台的回转运动是由进给电动机2M经传动机构拖动的。圆形工作台工作时,应先将行程开关SQ1～SQ7复位，转换开关SA1扳到圆工作台运动位置,SA2在人工控制位置。按主轴起动按钮SB3或SB4，KM1、KM3吸合，电动机1M、 2M起动，圆工作台

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《PLC课程设计》指导书

工作。按下主轴停止按钮SB1或SB2，主轴和圆工作台同时停止移动。 （5）冷却泵控制：

冷却泵用SA3控制，在KM1吸合的状态下，旋转SA3，KM6线圈得电，冷却泵电动机 3M起动。当主轴停止工作时，冷却泵也停止工作。 （6）照明控制：

机床的照明灯由变压器 TC提供 36V的安全电压，SA5为机床工作灯开关，向上SA5闭合，向下SA5断开。 （7）系统保护和报警功能

3台电机有过载检测及报警，要求声光报警、立即停机的保护功能；故障报警后，按报警解除按钮，可解除报警信号。

电气图见图2 4 课程设计学生完成内容

(1) 系统配置

1) PLC选型：学生根据系统要求及实验条件自行选择 2) 根据控制要求编制输入/输出编址表， (2) 绘制电气原理图

要求：采用A4图纸，有电机主电路、电源电路、PLC输入电路（8点一张图）、PLC输出电路（8点一张图）

（3）程序流程图设计：要求采用子程序调用方式完成 （4）程序设计 （5）程序调试

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