大工19秋《可编程控制器》大作业题目及要求

一、课程信息课程名称：可编程控制器课程代号：（此处可根据实际情况填写，若无特定代号可省略）适用对象：本课程修读学生二、作业目的本课程大作业旨在通过一个综合性的实践项目，使学生能够将课堂上所学的可编程控制器（PLC）基本理论、编程方法、指令系统以及相关外围设备的应用知识融会贯通。通过独立或小组合作完成一个具有一定实际应用背景的PLC控制系统设计与仿真（或实物搭建），培养学生分析问题、解决问题的能力，提升其工程实践技能和创新意识，为今后从事相关领域的工程应用与开发奠定坚实基础。具体目标包括：1.深化对PLC工作原理、硬件结构及编程语言（如梯形图、SCL等）的理解与应用能力。2.掌握PLC控制系统设计的基本流程与方法，包括需求分析、I/O地址分配、控制逻辑设计、程序编写与调试。3.培养学生综合运用PLC技术、传感器技术、电机拖动技术等相关知识解决实际控制问题的能力。4.提升学生的工程文档撰写能力，包括设计方案、硬件配置、软件流程图、程序清单及使用说明等。5.鼓励学生在设计中体现创新性思维，对控制系统功能进行合理扩展或优化。三、作业题目（任选其一或根据指导教师要求选择）题目一：基于PLC的物料分拣控制系统设计1.控制对象概述：设计一个模拟生产线上物料自动分拣的PLC控制系统。该系统能够根据物料的不同属性（如颜色、材质、大小等，可任选一种或多种组合作为分拣依据），将传送带上的物料分拣到不同的指定区域。2.基本控制要求：*系统具备手动/自动两种工作模式，可通过切换开关进行选择。*自动模式下，系统启动后，传送带开始运行，物料由上料装置（或模拟上料信号）逐个进入传送带。*物料经过检测传感器时，传感器对物料属性进行识别，并将信号传送给PLC。*PLC根据传感器信号判断物料类型，并控制相应的分拣执行机构（如推杆、气动吸盘、导向板等）动作，将物料推/吸/引导至对应的料槽或下一工序。*系统应设有启动、停止、急停等控制按钮。*具备必要的状态指示（如运行、故障、不同物料种类计数等）。3.扩展功能（可选，根据完成情况酌情加分）：*实现物料计数功能，可对不同类型物料的数量进行统计和显示。*加入物料堵塞检测及报警功能。*考虑分拣机构的动作时序优化，提高分拣效率。*设计简单的人机交互界面（HMI），用于参数设置、状态监控等。题目二：基于PLC的自动上料与送料控制系统设计1.控制对象概述：设计一个基于PLC的自动上料与送料控制系统，模拟自动化生产线上从原料存储到将指定数量的物料精确输送至加工工位的过程。2.基本控制要求：*系统包含料仓、上料机构（如提升机、振动feeder等）、送料传送带、定位机构等部分。*系统具备手动/自动工作模式。*自动模式下，启动后系统按预设程序运行：料仓检测到缺料时，上料机构自动启动补料；送料传送带将物料从暂存区输送至加工工位；到达工位后，定位机构动作实现物料精确定位。*可设定单次送料数量或连续送料模式。*系统应设有启动、停止、急停按钮，并对关键位置（如料仓料位、物料到位）进行检测和状态指示。3.扩展功能（可选，根据完成情况酌情加分）：*实现送料数量的设定与显示功能。*加入故障自诊断及报警功能（如卡料、电机过载等）。*设计不同物料的送料模式切换功能。*通过通讯方式（如Modbus）与其他模拟设备（如加工设备模拟器）进行数据交换。题目三：基于PLC的交通信号灯控制系统设计与扩展1.控制对象概述：以城市十字路口交通信号灯为控制对象，设计一个基于PLC的交通信号灯控制系统，并进行功能扩展，使其更贴近实际应用需求。2.基本控制要求：*实现标准的十字路口交通信号灯时序控制（东西向、南北向交替通行，包含绿灯、黄灯、红灯状态，时间可设定）。*具备行人过街请求功能，当有行人按下请求按钮时，系统在当前周期结束后或适当时候给予行人过街绿灯时间。*系统设有工作模式选择（如正常模式、高峰模式、夜间模式等，至少两种），不同模式下各灯时长可预设。*具备启动、停止控制及状态指示。3.扩展功能（可选，根据完成情况酌情加分）：*加入紧急车辆优先通行控制逻辑（通过外部信号触发）。*利用PLC的通讯功能，将信号灯状态信息发送到上位监控系统或模拟交通管理中心。*实现对闯红灯行为的模拟检测与警示。*设计简单的HMI界面，用于时间参数设置、模式切换等。四、设计要求与提交内容（一）总体设计要求1.独立完成：鼓励独立思考与设计，若为小组合作（需经教师同意，一般不超过两人），需明确各自分工及贡献，并在报告中注明。严禁抄袭，一经发现按相关规定处理。2.方案合理：控制系统方案设计应符合题目要求，思路清晰，逻辑严谨，具有一定的工程实用性。3.软硬件结合：根据实际条件，可采用PLC仿真软件（如TIAPortal、GXWorks等）进行系统仿真，或搭建简易实物模型进行调试。鼓励有条件的同学进行实物搭建。4.文档规范：设计报告应结构完整，图表清晰，文字通顺，符合工程技术文档的基本规范。（二）设计报告具体内容要求1.封面：包含课程名称、题目名称、学生信息（姓名、学号、班级）、指导教师、提交日期等。2.摘要/引言：简述所选课题的背景、意义、主要设计内容和目标。3.系统总体方案设计：*控制任务分析：详细描述系统的控制要求、工作流程。*总体结构框图：绘制系统的硬件组成及原理框图。*控制方案论证：说明所选控制方案的理由和可行性。4.硬件系统设计：*PLC型号选择及I/O地址分配表：说明所选PLC型号（或仿真软件中使用的型号），列出详细的输入/输出信号名称、地址编号及功能说明。*主要元器件选型：若涉及其他外围设备（如传感器、执行器、按钮、指示灯等），列出其型号、规格及主要参数（可根据仿真或实物情况确定详细程度）。*电气控制原理图：绘制PLC的I/O接线图，必要时绘制主电路或其他关键部分的电气原理图。5.软件系统设计：*控制流程图：绘制系统整体或关键部分的工作流程图或状态转移图。*PLC程序设计：*详细阐述各主要功能模块的编程思路和实现方法。*提供完整的PLC程序清单（梯形图或SCL等，建议附关键部分的程序截图并加以注释说明）。*说明程序中使用的主要定时器、计数器、数据寄存器等的功能和设定值。6.系统调试与结果分析：*调试环境与步骤：说明仿真软件环境或实物搭建情况，描述调试过程、遇到的问题及解决方法。*结果分析与讨论：对调试结果进行分析，评估系统性能，指出设计中可能存在的不足或改进方向。7.总结与展望：总结本次设计的主要工作、收获体会，以及对系统未来功能扩展或优化的展望。8.参考文献：列出设计过程中参考的教材、手册、论文、网站等资料。9.附录（可选）：如包含大量程序代码、详细元器件清单等，可置于此处。（三）提交方式与时间1.提交内容：*纸质版设计报告一份（A4纸张，按规范装订）。*电子版设计报告（PDF格式）及PLC源程序文件（如.awl,.scl,.gxw等，根据所用软件确定），打包压缩后提交至指定网络教学平台或发送至指定邮箱。压缩包命名格式：“《可编程控制器》大作业-学号-姓名-题目名称”。*若有实物演示视频或仿真动画，可一并提交。2.提交时间：截止日期为XXXX年X月X日（具体日期由任课教师确定）。五、评分标准本大作业总分按百分制计分，占课程总成绩的比例由任课教师确定。评分主要依据以下几个方面：1.选题与方案设计（20%）：选题的合理性，方案设计的创新性、可行性，对控制要求的理解程度。2.硬件设计（20%）：I/O地址分配的准确性，电气原理图的规范性，元器件选型的合理性（若涉及）。3.软件设计（30%）：控制逻辑的正确性与完整性，程序结构的清晰性，编程技巧的运用，指令使用的熟练度，是否实现了基本要求及扩展功能。4.设计报告质量（20%）：报告结构的完整性，论述的逻辑性与准确性，图表的规范性与清晰度，文字表达能力。5.调试结果与创新性（10%）：系统仿真或实物运行结果是否达到预期目标，是否具有一定的创新性或独到的设计思路。6.其他：是否按时提交，是否独立完成，是否符合各项格式要求等。六、注意事项1.严格遵守课程纪律和学术规范，杜绝任何形式的抄袭行为。2.设计过