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1集美大学专业课程设计及实习指导书（机械工程学院机电方向）弓清忠、雷慧主编二0一一年十月2目录一课程设计目的二课程设计的内容和一般步骤三课程设计中应注意的问题四课程设计题目附录1：设计任务书附录2：论文封面3一课程设计目的可编程序控制器（PLC）是以微处理器为核心的通用工业控制装置，它将传统的继电器—接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合，集计算机、控制、通信于一体，为工业自动化提供了近乎完美的现代化自动控制装置。近年来，可编程序控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。为此，各高校的电气自动化、电器工程、供用电技术、机电一体化等相关专业相继开设了有关可编程序控制器原理及应用的课程。高等工科院校培养目标的首要任务是培养具有创新精神的实践能力的各类技术人才，这种人才培养的目标实现必须具有一定的实践教学环节。学生通过实践教学环节的训练与锻炼，才能在实践中不断巩固和加深理论知识，提高独立工作能力和创新能力。《可编程序控制器（PLC）》课程设计是各种实践性环节的综合训练，是工程实用技能的锻炼。可编程序控制器应用技术是先进的自动化控制技术，是亟待掌握的实用技术，对于这样一门应用性广、实践性强的专业课，必须通过各种形式的实训环节，构筑实践环境，强化工程意识，提高应用能力。具体来讲，它要达到的目的是：（1）培养学生综合运用可编程序控制器（PLC）及其他有关先修课程的知识，去分析、解决工程实际问题的能力，深化、扩展本课程的理论知识。（2）使学生掌握可编程序控制器设计的一般方法和步骤，培养学生独立的工程设计能力，树立正确的设计思想，为今后设计工作打下良好的基础。（3）课程设计贯穿PLC教学的全过程，通过分析系统工艺过程、比较设计方案、编制设计程序、上机调试程序等一系列过程，培养可编程序控制器（PLC）设计的基本技能。（4）通过这一次专业课程设计还为别的专业设计和毕业设计打下基础。二课程设计的内容和一般步骤课程设计一般选择某一个设备或生产过程的自动控制过程作为设计题目。因为这类选题不仅反映《可编程序控制器（PLC）》的主要教学内容，同时使学生得到较全面的基本训练，便于达到课程设计的目的。可编程序控制器课程设计的一般过程是：从自动控制任务分析开始，进行方案设计比较，最后以程序通过和使用说明书表达设计结果。4在规定的学时数内，要求每个学生完成以下工作：（1）针对自动控制过程的任务描述，完成其理论设计，具体内容见下表。（2）通过上机调试过程以检验程序正确性及优化性。（3）设计计算说明书一份。课程设计工作计划表阶段工作内容约占全部工作量的%要求Ⅰ查资料分析系统工艺流程。10%初步拟出几种设计方案，并比较最后选定。Ⅱ完成系统组态或硬件配置。5%正确合理地进行变成元件的地址分配（如果采用分部编程或者结构化编程时，要对变量进行声明），绘制输入输出端子图，以及主电路控制图、主要硬件的选型设计。Ⅲ分析工艺过程。10%绘制程序流程图，以及状态转移图。Ⅳ根据流程图，选择编程方法。30%编制相应指令程序，并作必要说明。Ⅴ到专用实验室上机实验。20%按控制系统设计图接线，并进行系统调试。Ⅵ编写技术文件。20%编写设计说明书，以及系统的调试说明及注意事项、设计体会等。Ⅶ参观校柔性制造中心，以及机械工程学院实验室。5%三课程设计中应注意的问题1.发挥独立工作能力课程设计是在教师指导下由学生独立完成。为达到培养设计能力的要求，提倡独立思考、深入钻研的学习精神。设计中遇到的问题，首先学生自己思考，提出看法和意见，然后与指导教师共同讨论。本次设计采用两人共用一个题目，但二人各有侧重点（比如侧重于理论分析或侧重于实践调试）。当然，也允许两人在理论分析和实践调试环节具有完全不同的设计思路，这是最令教师满意的。52.参考与创新任何设计都不可能脱离前人长期经验积累的资料而凭空想象出来，利用已有资料是提高设计质量、加快设计进程的重要保证。但前人的经验、资料有其一定的使用条件和范围。另外，设计程序既不是惟一的，也不是最优的。因此设计时必须具体分析，创造性地进行设计，而不是盲目地、机械地抄袭资料。3.允许采用多种设计方法每一个设计题目都不止一种编程方法，但大多学生都采用的是“步进指令”，使设计方法不免单一。所以，我们鼓励学生通过自学教师上课没有讲过（或讲得较少）的“功能指令”，对自己的程序进行优化。4.及时检查和整理结果在上机实践阶段，可以对你的多种方案进行调试。通过调试出现问题不断修正你的理论设计，要求最后结果正确、清晰、系统、完整，为编写设计计算说明书打下基础。同时从设计开始就要注意总结，为最后的答辩做好准备工作。四课程设计题目1.基于FX0N—60MR可编程控制器的铣床控制普通铣床有两个运动部件：主轴和工作台，分别用电动机单独拖动。因为铣切加工有顺铣和逆铣两种方式，所以要求主轴电动机能够正传和反转。铣床的工作台的进给用1台进给电动机拖动，能够实现上、下、左、右、前、后六个方向的正向进给和反向进给。铣床加工的示意图如图示。主轴的运动由主轴电动机M1拖动，功率为10kW，采用Y-Δ降压启动。主轴的调速通过齿轮变速箱，改变主轴的旋转方向是使电动机M1反转。工作台的六个方向的进给运动由进给电动机M2拖动，通过机械操作手柄压合相应的行程开关来选择进给方向，功率为3kW。通过齿轮变速箱调速，改变进给方向是使电动机M2反转。冷却泵由电动机M3拖动，功率为150kW。控制要求：1）主轴电动机M1的转向由预选开关（转换开关）选择。2）主轴电动机M1的启动采用Y-Δ降压启动。63）因为铣床的主轴带动铣刀运转，在停车时由于惯性大，主轴电动机M1的制动采用能耗制动。4）对主轴电动机M1应能完成两地控制。5）工作台应能手动进给，机动进给和快速移动。当切换齿轮变速箱改变速度时，主轴电动机M1应做短时间的低速转动，使齿轮易于啮合。6）铣床的工作台电动机M2正转，实现工作台的向上、向左、向前的进给；电动机M2反转，完成工作台向下、向右、向后的进给。但在同一时间，只能接通一个方向的进给运动。7）在正常工作状态下，必须在主轴电动机M1工作时，进给电动机M2才能运转。停车时，电动机M1和M2可同时停车。8）工作台的快速移动是由电磁线圈YA控制。在电动机M1停车的状态下，可进行工作台的快速移动。9）冷却泵是为主轴加工时提供冷却液，冷却泵电动机M3应在主轴电动机M1启动后才能启动，停车时可与电动机M1同时停车。图1铣床工作台进给示意图2.基于FX0N–60MR可编程控制器的工业机械手步进控制系统设计控制要求：某机械手将工件从A点搬运到B点，控制顺序如下：机械手下降至下限位开关1工件被夹紧，压力继电器变为ON后，保压延时1s工件上升至上限位开关2右主轴工作台后左右上下前7行至右限位开关3下降至下限位开关1机械手松开工件，停留1s机械手上升至上限位开关2左行至左限位开关4（初始位置）按下停止按钮，并不马上停止工作，而是完成最后一步，系统才返回并停留在初始位置。工作过程如图1所示。图2工业机械手工作过程示意图3.基于FX0N–60MR可编程控制器的智力竞赛抢答装置自动控制控制要求：主持人用一个开关控制三个抢答桌，参赛者若要回答主持人所提问题时需抢先按下桌上的按钮。主持人说出题目后，谁抢先按下桌上的按钮，谁的桌上的灯即亮。这时主持人按控制按钮后，灯才熄灭，否则一直亮着。三个抢答桌的按钮作如下安排：一个抢答桌上是儿童组，桌上有两只按钮，并联形式，无论按那一只，桌上的灯都亮着；第二个抢答桌是大学生组，桌上也有两只按钮，串联形式，只有两只按钮都按下，桌上的灯才亮；第三组是中学生组，桌上只有一个按钮，且只有一个人，一按灯即亮。当主持人将开关处于开状态时，10s之内若有人按抢答按钮，电铃即发出声响。4.基于FX0N–60MR可编程控制器的离心式选矿机自动控制控制要求：按下启动按钮，选矿开始打开断矿阀A矿流进入离心分矿机180s后装满分矿机关闭断矿阀间歇4s启动分矿阀B（B的作用是打开离心式选矿机，同时打开分矿阀B使精矿和尾矿分开）运行26s关闭分矿阀B，离心式选矿机停止旋转间歇4s打开冲矿阀C进行冲水22s后关闭冲矿阀间歇4s打开断矿阀A，点A工件松开1Y夹紧点B3X4Y左行4X2Y上行3Y右行0Y下行2X1X8矿流进入离心机，进行下一个循环。在任何时候按下停车按钮，选矿的整个工艺过程都要进行到底，这样可以减少浪费，同时下一次工作可以从头开始，做到工作有序。图3离心式选矿机工作示意图5.基于FX0N–60MR可编程控制器的剪板机自动控制系统设计控制要求：开始时压钳和剪刀分别在上限位置，限位开关均为ON。按下启动按钮，首先板料右行至右限位开关，然后压钳下行，压紧板料后，压力继电器为ON，压钳保持压紧，剪刀开始下行，剪断板料后，下限位开关为ON。此后压钳和剪刀同时上行，它们分别碰到上限位开关后，分别停止上行，均停止后，又开始下一周期的工作。剪完10块板料后，停止工作并停留在初始状态。在任何时候按下停止按钮，在当前工作周期的操作结束后，才停止操作。图4剪板机工作示意图矿流A断矿阀水C冲矿阀B分矿阀尾矿精矿离心选矿机0X剪刀压钳1X2X板料3X96.基于FX0N–60MR可编程控制器的粉末冶金制品压制机自动控制控制要求：粉末冶金制品压制机装好金属粉末后，按下启动按钮S1，冲头下行，将金属粉末压紧、压力继电器变为ON后，保压延时5s，冲头上行，上限位开关2变为ON，然后模具下行至限位开关3变为ON，取走成品后按下按钮S2，模具上行至限位开关4变为ON，系统返回初始状态。图5粉末冶金制品压制机工作示意图7.基于FX0N–60MR可编程控制器的模压机自动控制控制要求：1）阀门Y1打开，推进器向前运动。当推进器前进到行程开关S9处时，阀门Y1关闭，在弹簧的作用下，推进器后退。2）当推进器后退到行程开关S8处时，阀门Y2打开，模压器向下运动，对工件进行模压操作。当模压器运动到行程开关S11处时，阀门Y2关闭，在弹簧的作用下，模压器返回。3）当模压器返回到行程开关S10处时，阀门Y3打开，弹出器向上运动，将工件推出。4）当弹出器向上运动到行程开关S12处时，阀门Y4打开，喷嘴开始喷吹，将模压好的工件经过光电传感器B1吹到收集箱（图中右下角）中。5）在喷嘴启动后的15s内，按下按钮B1（模拟光电传感器检测到工件经过），阀门Y3、Y4关闭5s，弹出器向下运动，喷嘴关闭。6）当弹出器返回到行程开关S13处时，自动开始下一个模压过程。冲头模具2X4X3X10图6模压机示意图8.基于FX0N–60MR可编程控制器的药品制粒干燥机自动控制系统控制要求：药品制粒干燥机用来将粉末状的药剂及添加剂制成洗衣粉状的小颗粒，其示意图如图示。引风机抽出热风，在干燥机内形成负压，使药剂和添加剂悬浮于空中呈沸腾状，干燥机出口用隔离袋隔离。出口设左右两个闸门，一般同时只打开一个闸门。经过一定时间后（15s），隔离袋被粉末阻塞，需要启动抖动隔离袋的电磁阀，将隔离袋上的粉末抖掉。抖动右隔离袋时（3s），右闸门关闭，左闸门打开；抖动左隔离袋时（3s），左闸门关闭，右闸门打开。左右抖动结束后喷嘴喷入添加剂，完成一次循环。图7药品制粒干燥机示意图9.基于FX0N–60MR可编程控制器的污水净化处理系统在冶金企业中，有大量的工业用水用于冷却，为此每天要消耗大量的水资源，由于用过的冷却水中含有大量的氧化铁杂质，不宜多次循环使用。为保护环境节约用水，需隔离袋喷嘴左闸门右闸门11要对含有氧化铁杂质的污水进行净化处理。工艺流程：污水净化处理可分为两道工序，1)滤水工序。打开进水阀和出水阀，污水留经磁滤器时，如果磁滤器的线圈一直通电，则污水中的氧化铁杂质会吸着在磁滤器的磁铁上，使水箱中流出的净化水。2)反洗工序。滤水一段时间后，必须清洗附着在磁铁上的氧化铁杂质。这时只要切断磁滤器线圈的电源，关闭进水阀和出水阀，打开排污阀和空气压缩阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质，使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理。10.基于FX0N–60M