1、 成都学院（成都大学）课程设计报告1第 1 章 背景可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller） ，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械
2、制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1.1 开关控制这是 PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。1.2 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D转换及 D/A转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D和 D/A转换模块，使可编程控制器
3、用于模拟量控制。 1.3运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单成都学院（成都大学）课程设计报告2轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。1.4 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有 PID模块，目前许多小型 P
4、LC也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 1.5数据处理现代 PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 1.6通信及联网PLC通信含 PLC间的通信及 PLC与其它智能设备间的通
5、信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC厂商都十分重视 PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。第 2 章 课程设计题目及要求从老师的 31个题目中选取了第 9个题目题目：两台电机配合重复工作控制要求：有 2台电动机，电动机 M1启动后运行 20S停止，同时使电动机 M2启动，运行 15S停成都学院（成都大学）课程设计报告3止，再使 M1启动，重复执行 10次才停止。电机有过载和失压保护。当过载（用两个按键模拟过载）时需要点亮过载灯(二台电机共用一个过载灯)，电机立即停止运行。考核要求：1.列出 PLC地址分配表；画出主接线
6、图、PLC 接线图、顺序功能图、梯形图。2.在模拟软件上仿真动作过程，并在实验平台上调试演示出来。人数：限两人选择。第 3 章 课程设计目的课程设计目的：课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。课程设计主要强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造
7、力;综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力;查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力; 工程绘图的能力;书写技术报告和编制技术资料的能力。第 4 章 设计过程4.1PLC总体设计方案可编程控制器（Programmable Logic Controller ，简称 PLC，下同）是电气自动控制的新技术，目前公开发行适用于技校的教材较少，给广大师生的学习带来诸多不便。本文介绍 PLC的编程设计方案，使电气工程技术人员特别是初学者对 PLC技术加深了解和认识；同时帮助学生更好地解决学习 PLC技术中最难掌握的编程难题，达到能够牢固掌握、熟练运用、提高应用设计能力和加快推广应用的目的
8、。PLC控制系统是以程序的形式来体现其控制功能的，因此在学习时大量的时间将用在程序的设计上，也就是软件编程的设计上。程序设计是整个控制系统设计的关键环节，应包含设计文件(包括电气原理图、软件程序清单、使用说明书、元件明细表)的编写、编程软件的使用、程序的编写和调试。成都学院（成都大学）课程设计报告4教学工作中，针对学生学习 PLC编程时因缺乏实际工作经验和设计思路模糊的情况，我总结出 PLC的编程设计方案。该方案流程为：设计构思、逻辑分析、硬件配置、安装接线和程序设计、总装调试、实际运行。流程如图 1-1所示。PLC的控制系统设计分以下三个阶段。第一阶段是设计构思：其任务是理顺设计思路，将控制
9、系统的要求转化为 PLC的控制模式，寻求程序设计的解决方案。这正是 PLC控制优越性的具体体现阶段。依据控制系统的要求，设计构思时我们只需考虑期望的逻辑功能，确定被控制系统必须完成的动作和动作的顺序，提出简洁、完整的功能描述，画出完整的功能表图或控制流程图，以此作为设计蓝本，也为使用说明书的编写定稿。图 1-1 设计流程第二阶段是逻辑分析：以设计构思作为参考，在对控制系统的程序设计进行逻辑分析时要对被控设计思想逻辑分析总测试运行梯形图编程输入输出面板硬件配置程序设计安装接线仿真测试I/O 接线能否满足运行修改否成都学院（成都大学）课程设计报告5制对象的工作要求、工艺特点以及控制系统的控制过程、
10、功能和特性进行深入分析。明确地划分出控制的各个阶段及列出各阶段的特点、各阶段之间转换的条件。弄清哪些外围设备输入信号到 PLC，哪些外围设备接收来自 PLC输出的信号；输入、输出量是开关量还是模拟量。确定控制系统需要的输入、输出点数量，确定内部辅助继电器、定时器、计数器等参数。最后画出逻辑时序图，为程序的设计提供指引。第三阶段是硬件配置：包括器件选择和 I/O设备分配。根据前两阶段的分析，参照 PLC的结构与功能特性，重点考虑 PLC的指令系统是否完善、有没有模拟量输入输出、有没有扩展能力、有没有中断能力和联网能力，以及功能范围、I/O 点数、存储器容量、处理时间，以便确定 PLC的型号。选择
11、机型时要考虑性价比、备品备件及技术支持等问题，根据系统的实际需要选用合适的型号，并且选择相应的外围配件，列出元件明细表。设计时，为减少外界干扰和提高控制精度，一般以开关量为主，并根据实际 I/O点数留有 20%-30%的余量作为备用。将 PLC的 I/O接口与之对应进行分配后，列出I/O设备分配表和画出 I/O设备接线图，为编写使用说明书和安装接线提供依据。4.2 PLC地址分配表PLC的地址分配表如表 1-1。表 1-1 地址分配表种类 名称 地址M1起动开关 SB1 I0.0M1过载开关 SB2 I0.4输入信号M2过载开关 SB3 I0.5电机 M1 Q0.0电机 M2 Q0.1输出信号
12、过载信号灯 HL1 Q0.24.3主接线图主接线图如图 1-2。成都学院（成都大学）课程设计报告6图 1-2 主接线图说明：分别有两台电机 M1、M2, PE接地。QF 为断路器，作为电源开关使用，对线路及电机进行保护。FU1 和 FU2为熔断器，作为电路和电机的严重过载和短路爆虎，主要用来短路保护。FR1 和FR2为过热继电器，在出现电动机不能承受的过载时，断开电机控制电路，用于电机的过载保护、断相及电流不平衡运行的保护。KM1 和 KM2为交流接触器，具有失电压保护功能。4.4 PLC接线图PLC接线图如图 1-3。图 1-3 PLC接线图1LI0.0 I0.4 I0.5Q0.2Q0.1Q
13、0.01MSB3SB2SB1FR1KM1KM2FR2KM2KM1HL11 2成都学院（成都大学）课程设计报告74.5顺序功能图顺序功能图如图 1-4。图 1-4 顺序功能图4.6梯形图第一步第二步C10T4115SC10T4115SS0.2S0.3 M1.M2 停止M1 停止.M2 启动 T41 定时 15S C10 计数 10 次S0.0S0.1起始位置M1 运行 T40 定时20ST40,20S按下启动按钮 SB1成都学院（成都大学）课程设计报告8第三步第四步第五步成都学院（成都大学）课程设计报告94.7语句表LD I0.0 /按下 SB1，启动 M1，M1 自锁。T40 开始定时O Q0
14、.0O T41AN T40= Q0.0TON T40, +200LD T40 /M2自锁，T40 闭合，T41 开始定时O Q0.1AN T41= Q0.1TON T41, +150LD Q0.1 /从 M2开始计数 10次LD C10CTU C10, +10LD C10 /T42闭合，输出清零，电机停止。R Q0.0, 2LD Q0.4 /M1，M2 过载时，HL1 灯亮，输出清零，电机停止。SB2O I0.5 SB3，模拟过载。= Q0.2R Q0.0, 2成都学院（成都大学）课程设计报告10第 5 章 仿真结果1.按下 SB1时，电机 M1开始启动。2.如下图，20 秒之后,M1 停止，
15、M2 启动 15秒后停止，M1 继续启动，如此 10次循环。3.当按下过载按钮 SB2.SB3时，电机停止，过载灯亮。成都学院（成都大学）课程设计报告11第 6 章 心得体会6.1软件编程心得在设计过程中，用循环程序的时候，我首先选择使用了 FOR循环语句与 NEXT套用，结果仿真的时候 CPU214无法识别，后来发现，并没有写子程序。然后，用 CTU语句套用循环，仿真的时候无法停止循环，但是对于知识的掌握不牢固，只好换用定时器，以及 R输出清零来限制循环。最开始的时候，仿真没有办法循环或者是 M1启动了就会停止，仔细研究及与同学讨论发现 Q0.0加上自锁就可以防止这些事情的发生。6.2调试过
16、程心得当把程序仿真的时候，其实我是很乐观的，以为万事大吉了，然而出现了很多所料不及的事，比如找不到 FOR PV +10，开始以为是软件 CPU没有选对，但是更改了一样没有用，只好重新再改了程序。当可以运行的时候，却发现程序中弄的太混乱，以及没有写下 I/O分配表，以至于对于输出输入之间的关系混乱导致无法正确的、有效的进行仿真。6.3课程设计心得回顾起此次西门子 PLC课程设计，令我仍感慨颇多。一个多星期的时间里，付出了不少时间和精力，努力地查找资料，但学到了很多很多东西。同时，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很
17、重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的思维能力和实际应用能力。在设计的过程中常遇到问题，可以说是困难重重，第一次做此类设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新巩固。这次设计不仅让我对 PLC控制有了一定的了解，更让我认识到课上对知识掌握的不足，设计的过程中需要查图书，整理资料。这次课程设计非常有意义，通过理论联系实际，对知识有了更深层的掌握，总之这次课程设计使我受益匪浅。成都学院（成都大学）课程设计报告12致谢历时一个星
18、期的的时间终于将这份课程设计写完了，在做设计的过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的课程设计指导老师黄建刚老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行课程设计的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！感谢这份课程设计所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成这份课程设计。感谢我的同学和朋友，在我写课程设计的过程中给予我了很多素材，还在程序的编写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的能力有限，所写课程设计难免有不足之处，恳请老师的批评和指正。成都学院（成都大学）课程设计报告13参考文献1 王永华现代电气控制及 PLC应用技术（第二版）北京航空航天大学出版社，20082 刘顺禧电气控制技术北京理工大学出版社，20003 廖常初S7-200PLC 编程及应用机械工业出版社，20074 黄永红电气控制与 PLC应用技术主编 黄永红 机械工业出版社,2011.85 西门子公司SIMATIC S7-200 可编程序控制器系统手册2002
