PLC 实践教学设计书(控制系统综合实训)

《控制系统综合实训》实践教学设计书

系 别: 班 级: 学 期：

教 师：

一、教学目标

1．掌握较复杂顺序系统的PLC编程、运行和调试能力; 2．能根据调速要求进行变频器功能、参数设置的操作;

3．能用PLC控制变频器实现各种功能，完成PLC程序设计，电器元件的选用和变频器功能、参数设置；

4．具有利用网络、数据手册、厂商名录等获取和查阅技术资料的能力;

5．培养学生良好的沟通能力和团队协作精神，规范操作和安全文明生产的职业习惯。 二、教学内容

情境一 用PLC控制的化工混料应工艺流程

一、控制要求：

图1—1中SQ1、SQ2、SQ3为液面传感器开关,YV1、YV2、YV3为电磁阀，M为搅拌电动机。 1)初始状态：即启动搅拌器之前，容器是空的，各电磁阀YV1=YV2=YV3=OFF关闭，传感器开关SQ1=SQ2=SQ3=OFF，电机M=OFF，温度传感器ST=OFF，电偶加热器EH=OFF；

2）工艺流程：搅拌器开始工作时，先按一下SB1启动按钮,YV1打开,开始注入液体A，当液面达到SQ3时，SQ3=ON,继续注入液体A。

当液面达到SQ2时，SQ2=ON，电磁阀YV1=OFF关闭，YV2=ON打开,开始注入液体B。

当液面达到SQ1时,SQ1=ON，电磁阀YV2=OFF关闭，停止注入液体B，电机M=ON开始搅拌，10S后，M=OFF搅拌停止,电偶加热器EH=ON开始加热，当温度升到工艺设定值时，温度传感器ST=ON,EH=OFF停止加热,

图1-1 化工混料应工艺流程示意图 电磁阀YV3=ON打开，放出混合液体，

当液面低于SQ3，SQ3=OFF时，延时5S,待 液体放空，电磁阀Y3=OFF关闭，自动开始 下一个操作循环.

3)停止控制：若在工作中按下停止按钮

SB2，只能停在初始状态上，即只有混合液体处理完毕后，工艺系统才能停止工作。

二、PLC程序设计

1．选择PLC型号并画出I/O接线图 1）选择PLC型号。

根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N-48MR主机完全可以满足控制要求.

2）确定PLC的输入信号和输出负载，

图1-2 PLC的I/O接线图 画出PLC的I/O接线图(如图1-2所示）.

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2．根据控制要求画出功能图（如图1-3）

3．画出梯形图（如图1-4， 起、保、停电路编程）

图1-4 梯形图 图1-3 功能图 4．硬件的安装与接线

1）硬件的安装：硬件安装中应布置合理，信号线与动力线分离，注意整齐牢固,PLC使用DIN导轨安装。

2)接线:原则上动力线应采用2。5mm2以上单芯粗线（或软线），剥头后直接连接，信号线及二次线用0.5mm2多股电线连接，剥头后应配接φ3.5mmU形端子，用专用压线钳压接。应将所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日后的改造与维护均有重要的帮助。

3）输入程序与运行、调试程序

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①输入程序：在断电情况下,连接编程器与PLC,PLC主机开关置于“STOP”位置,连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序.

②运行、调试程序：将PLC主机开关置于“RUN\"位置,按下列步骤观察工作状态检验程序。

情境二 用PLC控制小车装料系统编程及调试

一、控制要求：

图2—1为小车装料系统控制流程示意图 工作流程：

1）按SB1启动按钮，当小车在原点装料位置时，SQ1为ON，YA吸合，料斗门打开，小车装料，装料时间5秒；

2)小车第一次送料到1号仓碰限位开关SQ2后，停留2秒卸料，然后空车返回到原点装料位置碰限位开关SQ1停留（装料）5秒;

3)小车第二次送料到2号仓,经过限位开关SQ2不停留，继续向前,当到达2号仓碰限位开关SQ3停留（卸料）4秒,然后空车返回到原点装料位置碰限位开关SQ1停留(装料)5秒；

4）然后再重复上述工作过程,如此往复循环； 5）按下SB2停止按钮，小车立即停止。

图2-1 小车装料系统控制流程示意图

二、PLC程序设计

1．选择PLC型号并画出I/O接线图 1)选择PLC型号。

根据PLC的I/O点数确定,选择PLC型号为FX2N-48MR主机完全可以满足控制要求。

2）确定PLC的输入信号和输出负载, 画出PLC的I/O接线图（如图1—2所示）。

图2-2 PLC的I/O接线图 3

2．根据控制要求画出功能图（如图2-3） 3．画出梯形图(如图2-4,用以转换为中心编程）

图2-3 功能图 图2-4 梯形图（之一） 4

4．硬件的安装与接线 1）硬件的安装：硬件安装中应布置合理,信号线与动力线分离,注意整齐牢固,PLC使用DIN导轨安装。

2）接线:原则上动力线应采用2.5mm2以上单芯粗线（或软线），剥头后直接连接，信号线及二次线用0。5mm2多股电线连接，剥头后应配接φ3.5mmU形端子，用专用压线钳压接。应将所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日后的改造与维护均有重要的帮助.

3)输入程序与运行、调试程序

①输入程序：在断电情况下，连接编程器（或编程电缆)与PLC，PLC主机开关置于“STOP”位置，连线经指导教师检查无误后接通电源,开始写入程序。

②运行、调试程序：将PLC主机开关置于“RUN”位置,按下列步骤观察工作状态检验程序.

图2-4 梯形图（之二） 情境三 用PLC控制的自动调直、割管机编程及调试

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一、控制要求：

1.任务：如图3-1所示这是一台具有将弯曲的铜管调直,并按一定长度割断的机器; 2.工艺流程：

按下启动按钮SB1，电动机M1、M2运转,带动A轮转动，由于摩擦力的作用使铜管在轮A和轮B中穿过，同时使原弯曲的铜管被调直，当铜管到达光电检测开关K （K=ON）时,M1、M2停止,M3运转，电磁阀Y2=ON打开，液压缸带动切割机构向下移动将铜管切断,当S1=ON时，Y2=OFF，Y1=ON打开，液压缸带动切割机构向上移动,当S2=ON时,Y1=OFF，切割机构复位停止，此时M2=ON运转,将割断铜管带出，使光电检测开关K=OFF关断，自动进入下一个循环工艺流程。

图3-1 自动调直、割管机示意图

二、PLC程序设计

1．选择PLC型号并画出I/O接线图

1）选择PLC型号。

根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N—48MR主机完全可以满足控制要求。

2）确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的I/O接线图（如图3—2所示)。

2．根据控制要求画出功能图（如图3—3)

图3-2 I/O接线图

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图3-3 功能图 3．画出梯形图［如图3-4, 用以步进(STL）指令编程] 4．硬件的安装与接线

1）硬件的安装:硬件安装中应布置合理,信号线与动力线分离,注意整齐牢固,PLC使用DIN导轨安装.

2）接线：原则上动力线应采用2。5mm2以上单芯粗线（或软线），剥头后直接连接,信号线及二次线用0。5mm2多股电线连接,剥头后应配 接φ3。5mmU形端子，用专用压线钳压接。应将 所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线 路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日

图3-4 梯形图 后的改造与维护均有重要的帮助。

3）输入程序与运行、调试程序

①输入程序:在断电情况下，连接编程器（或编程电缆）与PLC，PLC主机开关置于“STOP\"位置，连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序。

②运行、调试程序:将PLC主机开关置于“RUN”位置，按下列步骤观察工作状态检验程序.

情境四 用PLC控制的机械手控制系统编程及调试

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一、控制要求：

如图4—1所示：机械手上升、下降和左、右移动为双线圈电磁阀驱动，机械手夹紧、放松为单线圈电磁阀驱动，上SQ2、下SQ1、左SQ4、右SQ3限位开关为行程开关。

1、初始状态：

按SB1启动按钮,机械手停在可动部分左上方原点处，左工位无工件，光电检测开关K为OFF，上限位开关SQ2为ON，左限位开关SQ4为ON,下限位开关SQ1为OFF，右限位开关SQ3为OFF；

2、工作流程：

当左工位处有工件时，光电检测开关K为ON，机械手由原点下降－→夹紧（延时2秒）－→上升－→右行－→下降－→放松（延时2秒)－→上升－→左行－→原点，系统如此循环工作。

3、停机控制:

按SB2停止按钮，整个系统终止运行，同时程序返回初始状态，为再次启动循环做准备。

图4-1 机械手控制系统示意图

二、PLC程序设计

1．选择PLC型号并画出I/O接线图 1）选择PLC型号。

根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N—48MR主机完全可以满足控制要求.

2）确定PLC的输入信号和输出负载,画出PLC的I/O接线图（如图4—2所示）。

2．根据控制要求画出功能图（如图4—3)

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图4-2 I/O接线图 图4-3 功能图

3．画出梯形图（如图4-4， 用位左移SFTL指令编程)

图4-4 梯形图 9

4．硬件的安装与接线

1)硬件的安装：硬件安装中应布置合理，信号线与动力线分离，注意整齐牢固，PLC使用DIN导轨安装。

2）接线：原则上动力线应采用2。5mm2以上单芯粗线(或软线），剥头后直接连接，信号线及二次线用0.5mm2多股电线连接，剥头后应配接φ3.5mmU形端子，用专用压线钳压接。应将 所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作,对查找接线错误和日 后的改造与维护均有重要的帮助.

3)输入程序与运行、调试程序

①输入程序：在断电情况下,连接编程器（或编程电缆)与PLC,PLC主机开关置于“STOP\"位置，连线经指导教师检查无误后接通电源,开始写入程序。

②运行、调试程序：将PLC主机开关置于“RUN”位置，按下列步骤观察工作状态检验程序.

情境五 磨床的PLC和变频器控制电路编程与接线

一、控制要求：

1. 磨床调速控制系统示意图如图5—1所示:SQ1、SQ2、SQ3、SQ4限位开关为行程开关。

图5-1 磨床调速控制系统示意图 10

2.技术要求：

1）在起始位置（SQ1）按启动按钮SB1，电机正转启动，高速（45Hz）运行4s，变为中速(25Hz)运行,碰SQ2之后遇到工件开始研磨，转为低速（15Hz）,研磨完工件后碰SQ3变为高速（45Hz）离开，到达对面碰行程开关SQ4立刻停止，待6s之后反转启动,同样是高速（45Hz）运行4s,变为中速（25Hz）运行，碰SQ3之后遇到工件开始研磨，转为低速(15Hz），研磨后碰SQ2变为高速（45Hz）离开，回到起始位置碰到SQ1停止6s，然后转为正转，往复以上过程。

2）正反方向都能实现启停操作,反向启动按钮为SB2，停止按钮为SB3。 二、PLC程序设计与变频器

1．选择PLC型号并画出PLC、变频器的接线图 1）选择PLC、变频器型号。 根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N—48MR主机，变频器选择型号为3G3JV-0。75kW/3完全可以满足控制要求。

2）确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的I/O接线图(如图5-2所示）。

图5-2 磨床调速控制系统接线图

2．画出功能图（如图5—3） 3．画出梯形图（如图5-4）

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5-3 磨床调速控制系统功能图 图

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图5-4 磨床调速控制系统梯形图（之一）

4．变频器参数设置

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图5-4 磨床调速控制系统梯形图（之二）

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 变频器参数 n01 n02 n09 n10 n11 n16 n17 n22 n23 n25 n36 n37 n38 n39 出厂值 1 0 60.0 400 60。0 10.0 10.0 0。0 0.0 0。0 2 5 3 6 设定值 1 1 50.0 380 50.0 2.0 2。0 50。0 25.0 15.0 2 6 7 8 功能说明 参数写入禁止选择/参数初始化；n01=1时，n02-n79可设定. 运转指令的选择； n02=1时,多功能端子输入有效。 备注 最高频率（Fmax） 最大电压（Vmax） 最大电压频率(FA） 加速时间1 减速时间1 频率指令2 频率指令3 频率指令5 多功能输入选择1（输入端口S2） 多功能输入选择2(输入端口S3） 多功能输入选择3（输入端口S4） 多功能输入选择4(输入端口S5） 多功能端子S3有效 多功能端子S4有效 多功能端子S5有效 反转/停止 多段速指令1 多段速指令2 多段速指令3 5．硬件的安装与接线 1)硬件的安装：硬件安装中应布置合理，信号线与动力线分离，注意整齐牢固，PLC使用DIN导轨安装。

2）接线：原则上动力线应采用2。5mm2以上单芯粗线(或软线），剥头后直接连接,信号线及二次线用0。5mm2多股线连接，剥头后应配接φ3。5mmU形端子，用专用压线钳压接。应将所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日后的改造与维护均有重要的帮助。

3）输入程序与运行、调试程序 ① 输入程序：在断电情况下,连接编程器（或编程电缆)与PLC，PLC主机开关置于“STOP\"位置，连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序。

② 运行调试程序：将PLC主机开关置于“RUN”位置,按下列步骤观察工作状态检验程序。

情境六 升降机的PLC和变频器控制电路编程与接线

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一、控制要求：

1. 升降机调速控制系统示意图如图6-1所示:SQ1、SQ2、SQ3限位开关为行程开关，SB1为停止按钮，SB2为正向起动按钮，SB3为反向起动按钮。

2。技术要求：

1）在地面(SQ1处）按启动按钮，低速（频率设定为ƒ1=15Hz）启动上升，n1=3秒后由低速转为中速（频率设定为ƒ2=30 Hz）上升，中速n2=5秒后转为高速（频率设定为ƒ3=50 Hz）上升，高速n3=8秒后转为中速上升，中速n2=5秒后转为低速上升,至SQ2处升降机停止运行n4=6秒,n4秒后高速下降，至SQ3处转为中速下降，n5=4秒后转为低速下降,最后至SQ1（地面）停n6=7秒再低速上升，往复以上过程。

2）无论正向、反向运行都能进行手动启停操作。

图6-1 升降机调速控制系统示意图

二、PLC程序设计与变频器

1．选择PLC型号并画出PLC、变频器的接线图 1）选择PLC、变频器型号。

根据PLC的I/O点数确定，选择PLC型号为FX2N—48MR主机，变频器选择型号为3G3JV—0。75kW/3完全可以满足控制要求.

2）确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的I/O接线图（如图6—2所示)。

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图6-2 升降机调速控制系统接线图

2．画出控制系统功能图（如图6-3）

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图6-3 升降机调速控制系统功能图

3．画出升降机控制系统梯形图(用位左移SFTL指令编程)如图6-4

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图6-4 升降机调速控制系统梯形图（之一） 图6-4 升降机调速控制系统梯形图（之二）

4．变频器参数设置

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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 变频器参数 n01 n02 n09 n10 n11 n16 n17 n22 n23 n25 n36 n37 n38 n39 出厂值 1 0 60。0 400 60.0 10.0 10.0 0.0 0.0 0。0 2 5 3 6 设定值 1 1 50。0 380 50.0 2。0 2.0 50。0 30.0 15。0 2 6 7 8 功能说明 参数写入禁止选择/参数初始化;n01=1时，n02-n79可设定。 运转指令的选择； n02=1时，多功能端子输入有效。 备注 最高频率（Fmax) 最大电压（Vmax) 最大电压频率(FA） 加速时间1 减速时间1 频率指令2 频率指令3 频率指令5 多功能输入选择1(输入端口S2） 多功能输入选择2(输入端口S3) 多功能输入选择3(输入端口S4） 多功能输入选择4（输入端口S5) 多功能端子S3有效 多功能端子S4有效 多功能端子S5有效 反转/停止 多段速指令1 多段速指令2 多段速指令3 5．硬件的安装与接线 1)硬件的安装：硬件安装中应布置合理，信号线与动力线分离，注意整齐牢固，PLC使用DIN导轨安装。

2）接线：原则上动力线应采用2.5mm2以上单芯粗线(或软线）,剥头后直接连接，信号线及二次线用0。5mm2多股线连接,剥头后应配接φ3。5mmU形端子，用专用压线钳压接.应将所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日后的改造与维护均有重要的帮助。

3）输入程序与运行、调试程序 ① 输入程序：在断电情况下，连接编程器（或编程电缆）与PLC，PLC主机开关置于“STOP\"位置，连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序.

② 运行调试程序:将PLC主机开关置于“RUN”位置，按下列步骤观察工作状态检验程序。

情境七 龙门刨床的PLC和变频器控制电路编程与接线

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一、控制要求：

1. 龙门刨床（B2012）的调速控制系统示意图如图7—1所示:SQ1、SQ2、SQ3、SQ4限位开关为行程开关，SB2为停止按钮，SB1为起动按钮.

2.技术要求：

1）在原点(SQ1处）按起动SB1按钮，低速（频率设定为15Hz，t1时间为1秒）起动慢速切入，转为高速切当碰到正向加速开关SQ2后，由低速削（频率设定为50 Hz)，当加工至碰正向减速开关SQ3时，由高速切削转为慢速（频率设定为25 Hz）离开，当加工至碰终点开关SQ4时，转速由正转25Hz转为反转低速（频率设定为30 Hz）返回，当碰到反向加速开关SQ3后,由低速转为反转高速（频率设定为60 Hz）加速返回，至SQ2处转速由反转60Hz转为反转低速(频率设定为20 Hz）反向减速，至SQ1处减速停止(用时间为1秒）。

2）无论正向、反向运行都能进行手动暂停和起动操作.

图7-1 龙门刨床（B2012）的调速控制系统示意图

二、PLC程序设计与变频器

1．选择PLC型号并画出PLC、变频器的接线图 1）选择PLC、变频器型号。

根据PLC的I/O点数确定,选择PLC型号为FX2N—48MR主机，变频器选择型号为3G3JV—0。75kW/3完全可以满足控制要求。

2）确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的I/O接线图(如图7—2所示）。

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图7-2 龙门刨床（B2012）的调速控制系统接线22

2．画出控制系统功能图（如图7—3）

图7-3 龙门刨床的调速控制系统功能图

3．画出龙门刨床的控制系统梯形图 （用STL指令编程）如图7—4

图7-4 龙门刨床的调速控制系统梯形图23

4．变频器参数设置

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 变频器参数 n01 n02 n09 n10 n11 n16 n17 n22 n23 n24 n2 5 n26 n27 n36 n37 n38 n39 出厂值 1 0 60。0 400 60。0 10。0 10。0 0.0 0.0 0.0 0。0 0。0 0。0 2 5 3 6 设定值 1 1 60.0 380 60.0 2.0 2。0 15。0 50。0 25.0 30。0 60。0 20.0 2 6 7 8 功能说明 参数写入禁止选择/参数初始化；n01=1时，n02-n79可设定. 运转指令的选择； n02=1时,多功能端子输入有效。 备注 最高频率（Fmax） 最大电压(Vmax） 最大电压频率（FA) 加速时间1 减速时间1 频率指令2 频率指令3 频率指令4 频率指令5 频率指令6 频率指令7 多功能输入选择1（输入端口S2） 多功能输入选择2（输入端口S3） 多功能输入选择3(输入端口S4） 多功能输入选择4（输入端口S5） 多功能端子S3有效 多功能端子S4有效 多功能端子S3、S4有效 多功能端子S5有效 多功能端子S3、S5有效 多功能端子S4、S5有效 反转/停止 多段速指令1 多段速指令2 多段速指令3 5．硬件的安装与接线 1）硬件的安装:硬件安装中应布置合理,信号线与动力线分离，注意整齐牢固，PLC使用DIN导轨安装。

2）接线:原则上动力线应采用2。5mm2以上单芯粗线(或软线），剥头后直接连接,信号线及二次线用0。5mm2多股线连接，剥头后应配接φ3.5mmU形端子，用专用压线钳压接.应将所有导线两端套上线号作为标记，这是电控线路安装接线的一项工作，对查找接线错误和日后的改造与维护均有重要的帮助。

3)输入程序与运行、调试程序

① 输入程序：在断电情况下，连接编程器(或编程电缆)与PLC,PLC主机开关置于“STOP\"位置，连线经指导教师检查无误后接通电源，开始写入程序。

② 运行调试程序：将PLC主机开关置于“RUN\"位置，按下列步骤观察工作状态检验程序。

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三、教学要求

1．在规定时间内能完成PLC程序设计(画出I/O接线图、画出功能图、画出梯形图、写出指令表)。

2．完成电路接线,输入程序、运行和调试，根据调速要求进行变频器功能、参数设置的操作。

3．遵守安全规程，做到文明生产。 4．编写实训报告. 四、教学时间安排

天数 或 小时 内容摘要 情境一 用PLC控制的化工混料应工艺流程编程及调试 情境二 用PLC控制小车装料系统编程及调试 情境三 用PLC控制的自动调直、割管机编程及调试 情境四 用PLC控制的机械手控制系统编程及调试 情境五 磨床的PLC和变频器控制电路编程与接线 情境六 升降机的PLC和变频器控制电路编程与接线 情境七 龙门刨床的PLC和变频器控制电路编程与接线 场 地 PLC技术实训室 PLC技术实训室 PLC技术实训室 PLC技术实训室 PLC技术实训室 PLC技术实训室 PLC技术实训室 1天 0.5天 1。5天 1.5天 1.5天 1天 2天

五、考核方案

本课程考核成绩由平时考核、过程性考核和实训报告三部分构成。具体考核要求如下: 考核方式 成绩比重 组织形式 考核内容及 考核标准 序号 1 平时考核 30％ 任课教师在教学过程中对个人进行考核 学习态度、团结协作、出勤率 考核要点 平时考核： 学生学习过程中的出勤率、学习态度及团结协作能力 过程性考核一： 2 用PLC控制的化工混料应工艺流程编程及调试

过程性考核 60％ 任课教师组织，以个人为单位进行训练，按教学进度计划随堂对个人进行考核； 实训报告 10％ 以个人为单位，按要求撰写实训报告 操作技能、创新意识、专业素质 实训内容、实训收获、体会 考核标准 分值 30 考核内容及考核标准： 出勤率（10分) 学习态度(10分） 团结协作能力（10分) PLC程序设计(3分） I/O电路连接（2分） 程序输入、运行和调试（3分) 60 25

过程性考核二： 用PLC控制小车装料系统编程及调试 过程性考核三： 用PLC控制的自动调直、割管机编程及调试 过程性考核四： 用PLC控制的机械手控制系统编程及调试 过程性考核五： 磨床的PLC和变频器控制电路编程与接线 过程性考核六： 升降机的PLC和变频器控制电路编程与接线 过程性考核七： 龙门刨床的PLC和变频器控制电路编程与接线 PLC程序设计（3分） I/O电路连接（2分） 程序输入、运行和调试（3分） PLC程序设计（3分) I/O电路连接（2分) 程序输入、运行和调试（3分) PLC程序设计（3分） I/O电路连接（2分） 程序输入、运行和调试（3分） PLC程序设计（3分) 变频器参数设置（3分） 程序输入、运行和调试(3分） PLC程序设计（3分） 变频器参数设置（3分） 程序输入、运行和调试（3分） PLC程序设计（3分） 变频器参数设置(4分） 程序输入、运行和调试（3分） 专业知识的掌握（5分） 实训收获、体会（5分） 100分 3 实训报告： 10 合计

六、小结

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