1、成都航空职业技术学院楼宇智能化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书任凤娟编写2014 年 11 月第 1 版楼宇智能化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书1可编程控制技术课程设计任务书(适用于高等职业技术教育楼宇智能化工程技术专业) 一、设计目的可编程控制技术课程设计是学生在校学习期间一个重要的学习环节。通过自己所学的电气控制及 PLC 的基础知识以及 PLC 的基本实验的体会，来进行分析综合、全面地考虑问题，联系实际，设计一个经济、实用及可靠的控制系统。使学生具备下列能力：1.综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；2.查阅图书资料、产品手册和各种工具书的
2、能力；3.PLC 工程绘图以及书写技术报告和编写技术资料的能力；4.利用 PLC 应用系统设计的步骤及常用的设计方法进行控制系统设计的能力。二、PLC 控制系统设计可选项目1、自动门控制装置 PLC 梯形图控制程序的设计与调试2、花式喷水池装置 PLC 控制梯形图的设计与调试3、八层电梯楼层定位及显示的梯形图控制程序设计与调试4、全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试5、三相六拍步进电机 PLC 梯形图控制程序设计与调试6、物业供水系统水泵梯形图控制程序设计与调试7、车库车辆出入库管理 PLC 梯形图控制程序设计与调试8、带有显示的十字路口交通信号灯控制程序的设计与调试三、任务及安排课程设计时
3、间为 1 周，其中设计部分为 4 天，资料收集、整理为 1 天。四、设计要求本课程设计要求学生在规定时间内完成如下成果：（1）设计说明书一份设计说明书要求简明扼要，论证充分，论据可靠，具体而言，有下列三部分内容：概述。工程建筑概况，各系统设计的原则和主要设计参数。各系统方案比较和选定。楼宇智能化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书2分别各系统方案介绍，论证选定方案的优越性，系统的安全可靠性等。各系统选定方案描述。设计说明书与计算书可以合为一份，一般控制在 50 页左右。（2）图纸绘制各层平面图（比例 1：100） 。系统图（比例 1：50） 。设计说明、图纸目录、图例、主要设备材料
4、表等以上图纸按施工图深度要求绘制，要求图面整洁，表示清楚，线各规范，字体要求仿宋体。由于设计工作量较大，设计过程中，教师可随学生进行情况对设计内容作适当调整。（3）PLC 控制系统设计内容项目名称及要求；设计方案论证(包括设计框图或时序图)；PLC 的选择；I/O 地址分配；程序设计（利用 STEP7 软件设计梯形图） ；PLC 的 I/O 接线图；系统调试及分析；课程设计的心得；参考资料。五、评价与考核1设计考核分三部分进行设计成果质量，占 80。设计态度考核，占 20。如果发现抄袭或请人代作者，均按考核不合格处理。2成绩评定按以上考核内容情况评定成绩，以优、良、中、合格和不合格五级记分制，
5、给出学生课程设计成绩。其标准如下：优秀：课程设计的内容全面、合理、有个人独立见解，无错误，文章通顺，条理清楚，格式符合要求，课程设计纸张整洁，设计装订规范。良好：课程设计内容比较全面、比较合理、有一定个人的见解，错误较少，文章通顺条理清楚，格式符合要求。中等：课程设计内容比较齐全、无原则性错误，文章通顺，格式符合要求，课程设计纸张整洁，设计装订效果比较规范。及格：课程设计内容基本齐全、无原则性错误，文章较通顺，格式符合要求，课楼宇智能化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书3程设计纸张比较整洁，设计装订效果一般。不及格：课程设计内容不齐全、有原则性错误，文章条理混乱，格式基本符合要求
6、，课程设计纸张比较脏，设计装订不规范。六、参考资料1设计规范中华人民共和国法定计量单位国际单位制及应用GB3100-93智能建筑设计标准 （上海市标准 DBJ08-47-95）民用建筑电气设计规范JGJ/T16922设计手册、教材建筑弱电工程设计安装手册民用建筑电气设计手册 （TU24624319）建筑电气设备选型手册 （TU850231）智能建筑电气设计手册 （TU85627414）建筑给排水工程技术 （教材）可编程控制技术 （教材）可编程控制技术课程设计指导书(适用于高等职业技术教育楼宇智能化工程技术专业)一、可选项目设计基础资料（一）自动门控制装置 PLC 梯形图控制程序的设计与调试1.
7、 自动门控制装置的硬件组成：自动门控制装置由门内光电探测开关 K1、门外光电探测开关 K2、开门到位限位开关 K3、关门到限位开关 K4、开门执行机构 KM1（使直流电动机正转） 、关门执行机构 KM2（使直流电动机反转）等部件组成。光电探测开关为检测到人或物体 ON，否则为 OFF。2控制要求：（1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关 K1 或 K2 时，开门执行机构 KM1 动作，电动机正转，到达开门限位开关 K3 位置时，电机停止运行。（2）自动门在开门位置停留 8s 后，自动进入关门过程，关门执行机构 KM2被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关 K4 位置时，电机停止运行。
8、（3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关 K2 或K1 时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。（4）在门打开后的 8s 等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电楼宇智能化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书4检测开关 K2 或 K1 时，必须重新开始等待 8s 后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。（5）开门与关门不可同时进行。3. I/O 编址4. 编程并调试5. I/O 端子接线图（二）花式喷水池装置 PLC 控制梯形图的设计与调试1. 花式喷水池示意图图 a 中 4 为中间喷水管，3 为内环状喷水管，2 为中环形状喷水管，1 为外环形状喷水
9、管。图 b 中的选择开关可有 4 种选择，可分别用 4 个开关模拟实现；单步/连续开关为“1”= 单步， “0”= 连续，其他为单一功能开关。2. 控制要求：（1）水池控制电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。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，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水池反复循环运行。（3）方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，14 号喷水管的工作方式选择如下：a）选择开关在位置“1”按下启动按钮后，4 号喷水，延时 2s，3 号喷水，再延时 2s，2 号喷水，再延时 2s，1 号喷水，
10、接着一起喷水 15s 为一个循环。b）选择开关在位置“2”按下启动按钮后，1 号喷水，延时 2s，2 号喷水，再延时 2s，3 号喷水，再延时 2s，4 号喷水，接着一起喷水 30s 为一个循环。c）选择开关在位置“3”按下启动按钮后，1、3 号同时喷水，延时 3s后，2、4 号同时喷水，1、3 号停止喷；交替运行 5 次后，再 14 号全部喷水1234a） 花 式 喷 水 池 喷 嘴 布 局 示 意 图 1234选 择 开 关 启 动 停 止单 步 /连 续 电 源b） 花 式 喷 水 池 控 制 开 关 面 板 图楼宇智能化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书530s 为一个循
11、环。d）选择开关在位置“4”按下启动按钮后，喷水池 14 号水管的工作顺序为：1234 按顺序延时 2s 喷水，然后一起喷水 30s 后，1、2、3 和 4号水管分别延时 2s 停水，再等待 1s，由 4321 反序分别延时 2s 喷水，然后再一起喷水 30s 为一个循环。（4） 不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。3. I/O 编址4. 编程并调试5. I/O 端子接线图（三）八层电梯楼层定位及显示的梯形图控制程序设计与调试1. 控制要求：（1）根据各楼层行程开关的状态，确定轿厢所在楼层（2）用九段 LED 数码管作十进制层楼位置显示，如图（1）所示：图（1
12、）九段 LED 数码管作十进制层楼位置显示2. 九段码编码示意图、真值表、I/O 编址3. 编程并调试4. I/O 端子接线图（四）全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试1.控制要求：（1）按下启动按扭及水位选择开关；（2）注水直到高（中、低）水位，关水；楼宇智能化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书6（3）2s 后开始洗涤；（4）洗涤时，正转 30s，停 2s，然后反转 30s，停 2s；（5）如此循环 5 次，总共 320s 后开始排水，排空后脱水 30s；（6）开始清洗，重复（2）（5） ，清洗两遍；（7）清洗完成，报警 3 秒并自动停机；（8）若按下停车按扭，可手动排水（不
13、脱水）和手动脱水（不计数） 。输入点：输出点：启动 10001 低水位检测 10009 启动洗衣机 00001停止 10002 手动排水 10010 进水阀 00002高水位 10003 手动脱水 10011 正转 00003中水位 10004 反转 00004低水位 10005 排水 00005排空检测 10006 脱水 00006高水位检测 10007 报警 00007中水位检测 100082.若要求启动开关分为标准洗和轻柔洗，试改变有关输入点，并在程序中加入轻柔洗功能（轻柔洗过程自定）3.I/O 编址4.编程并调试（五）三相六拍步进电机 PLC 梯形图控制程序设计与调试1.控制要求：（1
14、）三相步进电动机有三个绕组：A、B、C。正转通电顺序为：AABBBCCCAA反转通电顺序为：ACACBCBABA（2）要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。（3）具有两种转速：#1 开关合上，则转过一个步距角需 0.5s。#2 开关合上，则转过一个步距角需 0.05s。（4）要求步进电动机转动 100 个步距角后自动停止运行（5） （选做）在完成上述功能的基础上，增加功能：设置按钮 K1，每按一次 K1，转速增加一档（即转动一个步距角所需时间减少 0.01s）设置按钮 K2，每按一次 K2，转速减少一档（即转动一个步距角所需时间增加 0.01s）2. I/O 编址3.编程进
15、行调试楼宇智能化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书7（六）物业供水系统水泵梯形图控制程序设计与调试某物业供水系统有水泵 4 台，供水管道安装压力检测开关 K1，K2 和 K3。K1接通，表示水压偏低；K2 接通，表示水压正常；K3 接通，表示水压偏高。1. 控制要求：（1）自动工作时，当用水量少，压力增高，K3 接通，此时可延时 30s 后撤除 1 台水泵工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1 接通，此时可延时 30s 后增设 1 台水泵工作，要求未曾工作过的水泵增加投入运行；当K2 接通，表示供水正常，可维持水泵运行数量。工作时，要求水泵数量最少为 1台，最
16、多不得超出 4 台。（2）各水泵工作时，均应有工作状态显示。（3）手动工作时，要求 4 台水泵可分别独立操作（分设起动和停止开关） ，并分别具有过载保护，可随时对单台水泵进行断电控制（若输入点不够，可用I/O 扩展模块）（4）设置“自动/手动”切换开关（ON手动，OFF自动） ，另设自动运行控制开关（ON自动运行，OFF自动运行停止） 。2. 画出运行框图，I/O 编址3. 编程并借助实验箱上的发光二极管进行调试4. 画出 I/O 端子接线图。（七）车库车辆出入库管理 PLC 梯形图控制程序设计与调试1. 控制要求：（1）入库车辆前进时，经过 1#传感器2#传感器后，计数器 A 加 1，后退时
17、经过 2#传感器1#传感器后，计数器 B 减 1；（计数器 B 的初始值由计数器 A送来）只经过一个传感器则计数器不动作。（2）出库车辆前进时，经过 2#传感器1#传感器后，计数器 B 减 1，后退时经过 1#传感器2#传感器后，计数器 A 加 1；只经过一个传感器则计数器不动作 。 （3）车辆入库或出库时，均应有警铃报警，定时 3s 钟 。 （4）仓库启用时，先对所有用到的存储单元清零，并应有仓库空显示。（5）若设仓库容量为 50 辆车，则仓库满时应报警并显示。（6）若同时有车辆相对入库和出库（即入库车辆经过 1#传感器，出库车辆经过 2#传感器） ，应避免误计数。2. I/O 编址3. 编
18、程并调试4. I/O 端子接线图 （八）带有显示的十字路口交通信号灯控制程序的设计与调试楼宇智能化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书8东 西 方 向 EWYGR 南 北 方 向 NSYGRPLC控 制 系 统启 动 /停 止EW显 示 NS显 示1. 系统框图，见图（2）所示。图（2）带有显示的十字路口交通信号灯控制系统框图2. 控制要求：（1）南北方向为主干道，绿灯亮的时间比东西方向次干道绿灯亮的时间多一倍，黄灯间隔 0.5s 闪烁 3 s 后切换到红灯，信号灯工作时序图如下，一次循环共需 96s。（2）时序图，见图（3）所示。图（3）十字路口交通信号灯控制时序图（3）主干道的
19、数码显示应该与红、黄及绿灯同步，且两条主、次干道应该一样显示。比如：南北方向绿灯亮时，东西方向和南北方向均应显示数字 63（绿灯亮 60s，黄灯亮 3s） ，然后隔秒减 1，当减到 0 时，换成东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，此时，数码管应显示 33，然后隔秒减 1，当减到 0 时，再进行切换，完成一次工作循环。（4） （选做）有白天/夜间操作转换开关、运行/停止开关、紧急操作开关1#、2#，其功能如下：白天/夜间操作转换开关在“白天”位置时，按上述时序正常工作，在“夜NS.GS.YNS.REW.GE.YEW.R60s 30s3s3s楼宇智能化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书9
20、间”位置时，两边均只有黄灯闪烁运行开关在接通电源时，方可切换白天/夜间开关开关在“运行”位置时，系统启动，在“停止”位置时，系统关闭当有特殊情况（如事故）需某一方向的绿灯一直亮，则应用紧急操作开关实现次功能。比如：1#开关=“1” ，则南北方向绿灯一直亮，东西方向红灯一直亮，2#开关=“1” ，则东西方向绿灯一直亮，南北方向红灯一直亮，关闭紧急开关，则系统恢复正常。3. 编程并模拟调试4. 画出 I/O 端子接线图（用一个 I/O 扩展模块）二、PLC 控制系统设计的原则、方法和步骤（一） 、PLC 控制系统设计的基本原则在 PLC 控制系统设计时，应遵循以下基本原则：大限度地满足被控对象的控
21、制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。保证控制系统的安全、可靠。考虑到生产发展和工艺的改进，在选择 PLC 容量时，应适当留有余量。（二） 、PLC 控制系统设计的基本方法PLC 控制系统是由 PLC 与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC 控制系统的基本内容包括：选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等） 、输出设备（继电器、接触器和信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）
22、。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其它课程及有关书籍中已有介绍。PLC 的选择。PLC 是 PLC 控制系统的核心部件，正确选择 PLC，对于保证整个系统技术经济性能指标起着重要作用。选择 PLC 应包括机型的选择、容量的选择、I/O 点数（模块）的选择、电源模块以及特殊功能模块的选择等。分配 I/O 点，绘制电气连接接口图，考虑必要的安全保护措施。设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）或控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统正常工作、安全可靠的关键。因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。必要时还需设计控制台（柜） 。楼宇智能
23、化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书10编制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表等。传统的电气图，一般包括电气原理图、电气布置图及电气安装图。在 PC 控制系统中，这一部分图可以统称为“硬件图” 。它在传统电气图的基础上增加了PLC 部分，因此，在电气原理图中应增加 PLC 的 I/O 输入、输出电气连线图（即I/O 接口图） 。此外，在 PLC 控制系统中，电气图还应包括程序图（梯形图） ，可以称之为“软件图” 。向用户提供“软件图” ，可便于用户在生产发展或工艺改进时修改程序，并有利于用户在维修时分析和排除故障。（三） 、PLC 控制系统设计的一般步骤设计 PL
24、C 控制系统的一般步骤见图（4）所示。流程图功能说明： 根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作顺序、动作条件及必须的保护和联锁等） 、操作方式（手动、自动；连续、单周期及单步等） 。 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。确定 PLC 的 I/O 点数。 选择 PLC。 分配 PLC 的 I/O 点，设计 I/O 电气接口连接图（这一步也可结合第 2 步进行） 。 进行 PLC 程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工。在设计传统继电器控制系统时，必须在控制线路（接线程序）设计完成后，才能进行控制台（柜）设计和现场施工。可见，采用 PLC 控制，可以使整个工程的周期
25、缩短。PLC 程序设计的步骤：对于较复杂的控制系统，需绘制系统流程图，用以清楚的表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统，也可省去这一步。设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。根据梯形图编制程序清单。用编程器将程序键入到 PLC 的用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。待控制台（柜）及现场施工完成后，就可以进行联机调试。如不满足要求，再回去修改程序或检查接线，直到满足为止。编制技术文件。楼宇智能化工程技术专业可编程控制技术课程设计任务书&指导书11交付使用。图（4）设计 PLC 控制系统的一般步骤
