机电控制技术课程设计指导书.doc

机电控制技术课程设计指导书第一节、课程设计的目的及要求机电控制技术课程是高等院校机械电子工程专业比修一门专业基础课，可编程序控制器应用技术、单片机应用技术是机电控制技术的重要组成部分，也是工程技术人员用以实现各种控制功能的常规方法。结合机电控制技术这门课程，开设本课程设计，其目的是加强实践环节，让学生通过对从生产实践中精心提炼出来的具有典型意义课题进行系统设计、编程、调试，使得学生对如何设计和开发一个PLC或单片机应用系统有一定的感性认识，同时可培养和提高学生解决工程问题的能力，启发学生的创造性思维，从而改变以往学生遇到面宽一点、复杂程度大一点的机电结合型测控系统课题，就一筹莫展而不能进入角色的局面，并为他们以后的实际工作打下基础。通过本课程设计，要求学生能综合运用本课程的基础知识，进行融汇贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的设计任务。第二节、汽车连杆半精镗专用机床PLC控制系统的设计1、 设计任务设计一汽车连杆半精镗专用机床PLC控制系统，并用编程器调试、开发该系统的硬件和软件。2、控制系统设计要求汽车连杆半精镗专用机床由以下几个部分组成：左滑台、右滑台、左动力头、右动力头、工件定位夹具及液压站。图2为机床的大致轮廓。机床的左、右滑台动作及工件的定位夹紧都由液压提供动力。汽车连杆的加工工艺过程要求一面两销定位，同时装卡两件，两件同时加工。机床在原始状态，两件人工认销，认销完成后，首先同时按SB7、SB8启动循环，然后同时按SB1、SB2按钮，将工件夹紧（继电器YV5、YV7、YV9得电）。夹紧力到后（夹紧压力继电器SP0得电），进行拔销（YV11继电器得电）。拔销到位后SQ2继电器得电发出指示信号。接着右动力头在右滑台带动下快进（继电器YV1得电），同时右主轴启动（接触器KM1得电），右滑台快进一段距离，碰到工件后，液压系统内压力升高，（右滑台压力继电器SP1发出得电信号后），右滑台通过液压行程调速自动转为工进，同时镗工件的两个大孔和两个小孔，镗完孔到终点，碰到右滑台终点行程开关SQ3时，右滑台后退（继电器YV2得电）。右滑台碰到原位行程开关SQ4时，右主轴停止（KM1断电），同时左滑台带动左动力头快进（继电器YV3带动），与此同时，左主轴启动（左主轴接触器KM2得电）。当左滑台快进一段距离碰到加工工件后，液压系统压力升高（左滑台压力继电器SP2得电），左滑台通过液压行程阀自动调整为工进，加工左边的孔，碰到左滑台终点行程开关SQ5后，左滑台快退（继电器YV4得电）。左滑台退回原位，碰到行程开关SQ6后，左主轴停止（KM2断电），接着进行插销（YV12得电），工件松开（YV6、YV8、YV10得电，YV5、YV7、YV9失电）。至此整个加工过程完成，机床回到原始状态。卸下工件，又可以进行下一次加工。3、 设计提示为防止工作过程中,产生误动作,启动循环需要同时按下SB7/SB8两按钮才有效.同理夹紧工件也需要同时按下SB1/SB2两按钮除以上两步有人工参与外,其余工步由PLC自动完成.整个动作流程为:原位启动夹紧拔销右快进右工进右快退左快进左工进左快退插销松开.电磁阀动作如表2所示:电磁阀YV1YV2YV3YV4YV5YV6YV7YV8YV9YV10YV11YV12SP0SP1SP2夹紧拔销（）（）（）（）右快进（）（）（）右工进（）（）（）右快退（）（）（）左快进（）（）（）左工进（）（）（）（）左快退（）（）（）插销（）（）（）（）松开为了清楚指示机床是否处于原位,可另设一个原位指示灯.4、 设计步骤见教科书第四章第一节5、课程设计完成后应提交的材料1、设计说明书：它包括对工艺过程控制要求的分析，PLC输入、输出点数及I/O点数的分配情况，以及PLC选择的依据。2、外部I/O电路接线图图和操作面板加工图3、控制程序4、系统设备清单（产品型号、生产厂家及价格）5、参考文献6、小组成员分工情况第三节、自动排渣分油机控制系统的设计1、设计任务分油机是净化和加工工业油料的重要设备，图3是日本MITSUBISHI（三菱）SJ700 型自动排渣机分油机的系统及管路连接示意图。该产品的控制系统中原配有电机启动箱和分油自动控制箱各一只。电机启动箱仅用于启动分油机电机，电机带动分离筒高速旋转。分油自动控制箱仿照手动分油顺序操作过程，按预先定好的设计顺序，自动控制高、低压水管进水，控制进油阀、冲洗水和水封水阀的开闭，从而自动地完成分油机分油、排渣、再分油等一系列操作。传统途径是采用凸轮时顺控制器或接触器实现上述控制。本设计的任务是采用小型PLC取代原系统中的自动控制箱的功能。2、控制系统设计要求要求设计的PLC 控制系统应具有如下主要功能：l 当分油机电机取代后，按下分油机自动控制箱面板上的“自动开始”按钮，控制系统进入自动运行方式。控制分油机按顺序进行下述各步动作：首先打开低压水阀V2，送入低压水，把活动低盘托起，使排渣孔关闭。经过5秒钟的动作间隔时间后，打开冲洗水和水封水阀V3，向分离筒送冲洗水，把筒中剩余油排出，送冲洗水时间为25秒钟。下一步动作是打开高压水阀V1，送高压水，克服低压水对活动低盘的上托力，把活动底盘压下，露出排渣孔，靠离心力把渣排出。15秒的排渣周期结束后，经过间隔时间，活动底盘复位，排渣孔关闭，可进入送水封水阶段，再打开阀V3，建立水封。然后再经过间隔时间，可打开供油阀V4，向分离筒供油，进行离心分油。经过120分钟的分油后，关闭供油阀，回到冲洗、排渣阶段，进行排渣。然后再进行分油，如此不断循环。l 在自动运行方式分油过程中，如按下“排渣实验”按钮，可立即中止分油阶段，提前进行一次送冲洗水、排渣操作，然后继续正常的顺序循环。l 在运行过程中，如按下“自动停车”按钮或分油机系统发生跑油、分离筒闭合不良，工作水箱低水位等任一故障，系统将进入自动停车或故障运行方式。在这种运行方式，系统中止分油排渣再分油的循环过程，仅立即自动进行一次冲洗排渣操作，然后发出命令自动停止分油机电机，停止系统的工作。l 报警功能，系统中发生跑油、闭合不良、工作水箱低水位等任一故障后，将给出蜂鸣声响和对应故障指示灯的闪烁报警信号。在故障消除后，要按“报警复位”按钮，才可熄灭故障指示灯的报警灯光。3、设计提示本系统采用日本三菱公司的FX2可编程控制器作为控制单元，占用输入通道8个，输出通道10个。系统中输入、输出通道与外部设备对应连接情况如表3所示：输入通道相连的外部设备功能说明000触点88X电机启动箱中接触器88X的常开触点，电机接通时闭合001自动开始按钮常开按钮002自动停车按钮常开按钮005报警复位按钮常开按钮006报警应答按钮常开按钮007排渣实验按钮常开按钮011跑油传感器WFR触点常开，当发生跑油故障时闭合013分离筒闭合不良传感器SD常开触点当闭合不良故障时闭合015工作水箱低水位传感器RYI触点常开触点，发生低水位时闭合输出通道020高压水电磁阀V1021低压水电磁阀V2022冲洗水和水封水阀V3023供油电磁阀V4025自动停分油电机继电器线圈见注1026“跑油”故障指示灯红色027报警蜂鸣器030“闭合不良”指示灯红色031“低水位”指示灯红色032“自动运行”指示灯绿色顺序各步序号01234567各步开始事件见程序第7行，顺控器复位信号(160=1)程序中自动运行置位(032=1)和自动运行方式(032=1)和条件时间间隔时间结束T600=1冲洗水时间结束T601=1排渣时间结束T602=1间隔时间结束T603=1水封水时间结束T604=1间隔时间结束T605=1分油时间结束C607=1高压水阀V1(020)低压水阀V2(021)冲洗水和水封水阀V3(022)供油阀V4(023)顺序各步名称间隔冲洗排渣间隔水封间隔分油循环复位注1自动停车继电器是在原系统分油机电机启动箱中为和PLC输出相配合增设的中间继电器。该继电器的常闭触点串在分油机电机通电接触器控制回路中，线圈得电时，常闭触点打开，使分油机电机停转。4、 设计步骤见教科书第四章第一节5、课程设计完成后应提交的材料1、设计说明书：它包括对工艺过程控制要求的分析，PLC输入、输出点数及I/O点数的分配情况，以及PLC选择的依据。2、外部I/O电路接线图和操作面板加工图3、控制程序4、系统设备清单（产品型号、生产厂家及价格）5、参考文献6、小组成员分工情况第四节、温度巡回检测仪1、设计任务本设计要求学生设计一个以8031单片机为核心的8路温度的温度巡回检测仪，并用AEDK51T仿真器调试、开发该系统的硬件和软件。2、设计要求温度巡回检测仪的具体设计要求如下：l 系统开机未按任何键时，LED显示实时时钟（时、分、秒）；l 系统能与各种热电阻、热电偶相配用；l 8点温度通道，可由用户根据需要选择其中的几个通道进行检测；l 要求每点温度采样8次，经算术平均滤波后，送到LED显示，温度显示格式为：通道号 温度值。3、设计提示用8031单片机组成温度巡回检测仪应有以下几个部分：l 由于此系统可根据用户需要对18点的温度进行检测，故系统必须配备简易键盘和显示器，以便用户输入需要检测温度的通道号，并显示被测温度值。l 由于该系统接收的信号是温度传感器的输出信号，而这些信号通常不是05V的信号，因此信号首先经过前置放大器放大，经过A/D转换后才可由单片机对数字量信号进行处理，最终由LED显示温度值。系统的硬件结构如图4所示：图44、 设计步骤见教科书第六章第三节5、课程设计完成后应提交的材料1、设计说明书：具体内容包括课题的背景、设计方案的分析与确定、硬件的设计、软件功能的设计、结论。2、系统硬件结构电路图3、系统应用程序4、系统设备清单（产品型号、生产厂家及价格）5、参考文献6、小组成员分工情况第五节、人工环境实验箱单片机控制系统1、设计任务人工环境实验箱是一个考验、老化机电产品的装置，其功能示意框图如下图所示。工作过程划分两部分。首先按实验要求分别从键盘向系统输入各段温度给定值和输入湿度的给定值，然后控制系统工作，若系统实测温度T1小于规定值则控制系统打开加热器升温，反之则打开冷冻机降温。当实验箱实测湿度小于规定值，则打开雾化器，喷入水加湿，反之则打开冷冻机。如此循环，直至产品测试时间到为止。本设计要求学生设计一个以8031单片机为核心的人工环境实验箱控制系统，并用AEDK51T仿真器调试、开发该系统的硬件和软件。2、设计要求人工环境实验箱控制系统的具体设计要求如下：l 系统开机时，LED显示三组数据：（1）显示提示符1，显示实时时钟（时、分、秒）；（2）显示提示符2，显示规定温度值（2位）和实测温度值（2位）；（3）显示提示符3，显示规定湿度百分比（2位）和实测湿度百分比（2位）；以上三组数据可由显示键切换，选择其中一组数据显示。l 系统能与各种热电阻相配用；l 要求每点温度、湿度采样16次，经算术平均滤波后，送到LED显示。3、设计提示由于此系统要输入温度、湿度的给定值，并显示温度值和湿度值，故系统必须配备简易键盘和显示器。l 由于该系统接收的信号是温度、湿度传感器的输出信号，而这些信号通常不是05V的信号，因此信号首先经过前置放大器放大，经过A/D转换后才可由单片机对数字量信号进行处理，最终由LED显示。l 单片机与各种执行机构之间应有功率放大、驱动电路，以驱动冷冻机、加热器、雾化器。4、设计步骤见教材第六章第三节5、课程设计完成后应提交的材料1、设计说明书：具体内容包括课题的背景、设计方案的分析与确定、硬件的设计、软件功能的设计、结论。2、外部I/O电路接线图图和操作面板加工图3、控制程序4、系统设备清单（产品型号、生产厂家及价格）5、参考文献6、小组成员分工情况第六节、激光水平仪控制系统设计1、设计任务激光水平仪是用于建筑及大型设备准确定位的测量仪器，本设计要求学生设计一个以单片机为核心的激光水平仪控制系统，并开发该系统的硬件和软件。2、设计要求激光水平仪的具体设计要求如下：l 激光水平仪的测量精度小于0.10C；l 激光水平仪可红外遥控；l 激光水平仪内部含充电电路。3、