电气工程和自动化电器控制和PLC课程设计教案

电器控制与PLC课程设计

适用班级：电气工程与自动化指导教师：

机电与信息工程学院自动化系设计课题一：

三路智力抢答器的PLC控制一、任务描述

三路抢答器有三个抢答按钮SB1～SB3，在允许抢答情况下最先按动的按钮有效，此后按下的按钮无效，伴有灯光、声音显示，并开始计时（答题时间），计时时间到（答题给定的时间），声光提示停止答题。如果抢答者答题正确或错误，主持人按下加分键或减分键，将对显示分数值加分或减分。该控制器组成框图如下图所示

控制台绿灯违规指示红灯二、设计任务和要求

1．主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则有声音提示，说明该题无人抢答，自动作废。2．主持人提出问题在未按下启动按钮（开始抢答）之前抢答，则违规，抢答器报出违规信号，并作减分处理。3．主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，后按下的按钮信号无效。4．主持人按下计时按钮，开始计时。答题时间为1min，答题过程中有灯光提示时间，时间到并有声音指示。5．抢答器有数码显示器显示各答题者的分数，由主持人控制，答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分，减分计算中若出现负分作0分处理。6．答题完毕按下复位按钮，恢复抢答器原始状态，为下一轮抢答做好准备。

答题过程中灯光、音响的安排及注意事项如下：抢答有效：抢答者灯亮、控制台绿灯亮及声响。10s无人应答：声响、控制台绿灯（HL4）点亮2s。违规：违规者灯亮、控制台红灯（HL5）亮及声响答题过程：抢答者灯亮，控制台绿灯亮，50s后控制台绿灯闪烁。答题时间到：抢答者灯亮，控制台绿灯灭及声响按加分按钮加10分，按减分按钮减10分，按违规减分按钮减5分，最高分为90分（违规情况下最高分为95分），最低分0分。声响时间为1s。在抢答时间（10s）内，除抢答者按下按钮外，其它按钮按下无效。只有在答题者回答问题且按下加分或减分按钮后，再按复位按钮才能进入下一轮抢答。若出现违规，只有在按下按违规减分按钮后，再按复位才可进入下一轮抢答。若无人抢答，控制台绿灯点亮2s后，无需按下复位按钮自动进入下一轮抢答。

三、设计方案提示⑴抢答器抢答部分控制程序可用基本指令编程，分数的统计要采用应用指令完成。⑵指示灯和音响输出，可由PLC的输出端子直接接通。⑶

抢答者的得分情况通过数码显示器进行显示，显示电路见下图，显示电路板自制，可采用传送、比较、移位和BCD等应用指令与基本指令组合编程来完成。

⑷显示电路简介本显示电路主要由CD4511译码器、LED数码管、电阻和直流电源四部分组成，将CD4511的A、B、C、D端输入的BCD码，通过译码、锁存和驱动，以十进制数在七段显示数码管中显示。CD4511为一锁存/译码/驱动三合一译码器，其管脚逻辑图见下图。

①

锁存部分有四位存储锁电路，由锁存允许端LE控制锁存，当LE＝“0”时，锁存器直通，输出端随A～D端变化；当LE＝“1”时，锁存器锁定，输出端保持不变。

②

熄灭控制端BI，当BI＝“0”时，译码器输出全为“0”，即数码管熄灭。

③

输出驱动部分是具有较大电流输出的NPN双极型晶体管，当推动LED数字显示器件时，一定要加限流电阻，限流电阻约200Ω,由等测试输入端LT，可测试数码管的七段。当LE＝“0”时，显示数8，即各段均亮，则正常。

显示电路原理简介如下：本显示电路采用静态方式显示，按照时间段分别把十位、个位数送到各自的CD4511译码器中，CD4511的锁存器保持所送的数据，通过其输出端驱动各自的数码管，使所送的数据在数码管中显示。PLC的输出步骤要求如下：

①

将所送的数据转换成BCD码,如：[BCDD0K2M10]。

②

先将所送的十位数值加到显示十位数的CD4511的A、B、C、D端([MOVK1M14K1Y0])，同时使该CD4511的LE端为低电平，显示个位数的CD4511的LE端为高电平。③

在没有送个位数之前，再使显示十位数的CD4511的LE端为高电平，锁存送入的数据

④

先将所送的个位数值加到显示个位数的CD4511的A、B、C、D端([MOVK1M10K1Y0])，同时使该CD4511的LE端为低电平，显示十位数的CD4511的LE端为高电平。⑤

再使显示个位数的CD4511的LE端为高电平，锁存送入的数据，至此一个显示周期完成

初始化显示：

大约在开始运行程序的1s内，使每个CD4511的LE端为低电平，这样保证了每个答题者的起始分数值为0。然后变为高电平就进入正常的显示。四、设计报告要求⑴完整的设计任务书。

⑵完成系统组态或硬件配置

。

⑶正确合理地进行输入输出端子的地址分配，画出I/O端子接线图及相关的电路图。⑷控制方案的选择及论述，控制系统方框图及说明。⑸设计梯形图控制程序，并对梯形图进行原理分析。⑹系统调试与结果分析。⑺结论和尚未解决的问题。⑻设计体会。⑼参考文献。五、时间进度安排⑴第一周的星期一至星期三：PLC外围硬件电路的制作和连线、构思设计方案。⑵第一周的星期四至第二周的星期四：完成PLC程序的设计和系统的总体调试，课后书写课程设计报告。⑶第二周星期五上午交课程设计报告，并进行课程设计答辩。⑷第二周星期五下午老师批改课程设计报告，给出成绩，登载成绩。六、报告规范⑴课程设计报告按照封面、任务书、目录、正文的次序装订成册，课程设计的封面由学院统一印制，任务书由指导教师填写后通过电子邮件发给学生，目录和正文由学生完成；⑵摘要和关键词部分放在正文前，目录后；⑶报告书写规范、准确、翔实、注重结论和总结部分。特别提示：不规范的报告不给成绩。目录

1.摘要和关键词……………….12.设计任务分析……………….22.1任务描述…………………22.2设计和要求任务描述……33.系统总体方案的设计…………53.1系统的硬件配置…………63.2PLC的I/O端子分配及接线………………8备注：若采用打印稿，具体字体等格式设置请严格参照机电学院课程设计书写规范。可从机电学院主页下载。设计课题二：

自动售货机的PLC控制

一、任务描述

一台用于销售饮料和啤酒的自动售货机，具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱、统计销售金额、销售数量、库存数量等功能，此售货机只可接受的硬币为5角和1元，饮料的售价为2.5元，啤酒为3元。售货机的组成框图如下图所示

二、设计任务和要求

1．投入硬币时，显示器显示已投入的硬币值。当投入的硬币值等于或超过2.5元时，饮料指示灯亮，当投入的硬币值等于或超过3元时，饮料和啤酒指示灯全亮。2．饮料指示灯亮时，按饮料按钮，饮料驱动器动作，饮料从售货口自动售出，饮料指示灯闪烁，5s后饮料驱动器释放，完成一次售货。3．啤酒指示灯亮时，按啤酒按钮，啤酒驱动器动作，啤酒从售货口自动售出，啤酒指示灯闪烁，5s后啤酒驱动器释放，完成一次售货。

4．购买商品以后，显示器显示剩余的金额。若有剩余金额，找钱指示灯亮；若剩余金额等于或超过某个商品价格时，对应的指示灯亮，表示还可以购买商品。

二、设计任务和要求

5．在购买商品后还剩余额，或在投入硬币后又不想购买商品（未按饮料按钮或啤酒按钮），按复位按钮，售货机自动退出应找回的硬币。如余额为2.5元，在退币过程中，退币驱动器动作，2s后退币驱动器释放，显示器显示金额为零。6.售货机能自动计算已售出商品的总金额、啤酒和饮料的现存数量。当啤酒或饮料现存数量为零时，对应的指示灯闪烁，此种情况下，不能购买此种商品。7.指示灯闪烁的频率为1Hz三、设计方案提示⑴

硬币投入值的累计可采用计数器指令，也可用INC加1指令或ADD加法指令。

⑵投入的硬币金额能否购买商品可用比较指令，购买后剩余的金额采用减法指令。

⑶存放售出商品的总金额、啤酒和饮料现存数量的数据寄存器，可采用有停电记忆功能的数据寄存器。⑷投币金额采用数码显示器数码管显示，显示电路的主要器件介绍和基本原理见《三路智力抢答器的PLC控制》课题。

设计课题四：

十字路口交通信号灯的PLC控制一、任务描述

为了确保在交通路口来往车辆的顺畅通过和人行过路的安全，往往都有采用自动控制的交通信号灯进行指挥。其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮，表示停止通行；绿灯亮，表示停止通行。本课题是采用PLC对一个十字路口的交通灯进行控制，该PLC组成的控制系统框图如下图所示。

二、设计任务和要求

十字路口交通灯控制要求如下：1．系统工作受开关控制，起动开关ON则系统运行；起动开关OFF则系统停止。2．控制对象有八个：东西方向红灯两个,南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个,南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个,南北方向绿灯两个，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。

二、设计任务和要求

3．将一天的时间分为三个