课程设计指导2012

1、PLC课程设计指导适用自动化专业编者 柏艳红2012-12-6第一部分 步进电机驱动滑台直线运动PLC控制系统设计课题一 步进电机驱动滑台匀速运行PLC控制系统设计1 设计任务设计PLC控制系统，实现由步进电机驱动直线滑台的匀速运行控制。1.1 系统介绍步进电机通过皮带传送机构驱动滑块在滑台上做直线运动，滑台上装有限位开关和接近开关，见图1。系统硬件主要包括：A、CPU 224XP s7-200PLC一台B、TD400C 1 台C、按钮4个D、步进电机驱动器E、步进电机F、滑台G、接近开关2 个H、限位开关2个图1 滑台结构示意图1.2 控制要求（1）按下启动按钮，滑台开始向上或向下运行，按下

2、停止按钮则停止运行；（2）按下方向按钮则改变运行方向；（3）在人机界面TD400C中设定往返运动的位移和速度，且能控制滑台运行。（可选）2 设计要求1） 查阅相关资料，了解步进电机的相关知识，掌握步进电机驱动器的使用。2） 根据任务所给硬件条件，设计硬件系统，画出PLC端子分配表及系统接线原理图。3） 设计PLC程序，实现任务要求的控制功能。4） 实验调试，修改完善所编程序，实现系统功能。5） 编写设计说明书。3 说明书内容要求说明书必须包括以下内容，内容次序自行组织安排。1）设计任务说明；2）硬件系统设计，包括系统硬件组成部件介绍、PLC端子分配表、PLC和步进电机驱动器接线原理图等；3）P

3、LC程序设计，包括设计思路、实现的关键技术、源程序、程序说明；4）系统调试，包括控制功能调试过程。4 设计指导1）接线原理图示例原理图中仅画出本设计用到的PLC端子。图2 PLC和步进电机驱动器接线原理图2）编程指导分析控制要求，从最基本的功能实现入手，进行编程调试，逐步增加功能，直到实现系统要求的所有功能。以下为本课题编程步骤的一个示例：n 输出固定周期的PTO脉冲控制要求：输出30个周期为1000ms的PTO脉冲。由常开按钮启动PTO输出；在PTO脉冲数未输完时，常闭按钮停止PTO输出，实现急停功能。接线：在PLC输入端接入按钮，PLC输出端不接线。编程调试：应用高速脉冲输出指令，通过相关

4、特殊寄存器的设置实现要求功能。n 滑台单方向运行控制的实现控制要求：按下启动按钮，滑台开始向上或向下运行，按下停止按钮则停止运行；按下方向按钮则改变运行方向。接线：按设计的接线原理图，PLC输出端与步进电机驱动器连接。编程：在上述程序基础上，增加运行方向控制，按步进电机启动要求，修改相关特殊寄存器值。调试：修改完善程序，调节运行速度，直到滑台能够向上或向下稳步运行，实现要求的功能。n TD400C对滑台运行监控功能的实现n 系统功能的修改完善课题二 步进电机驱动滑台变速运行PLC控制系统设计1 设计任务设计PLC控制系统，实现由步进电机驱动直线滑台的加速-匀速-减速运行控制。1.1 系统介绍1

5、.2 控制要求（1）按下启动按钮，滑台开始向上或向下做加速-匀速-减速运行，运行设定位移量后停止；（2）运行过程中，按下停止按钮则停止运行；（3）按下方向按钮则改变运行方向；（4）在人机界面TD400C中设定往返运动的位移和速度，且能控制滑台运行。（可选）2 设计要求3 说明书内容要求4 设计指导1）接线原理图示例2）编程指导以下为本课题编程步骤的一个示例：n 输出变周期的PTO脉冲控制要求：输出周期由2000ms减小到500ms，再由500ms增加个2000ms的PTO脉冲。由常开按钮启动PTO输出；在PTO脉冲数未输完时，常闭按钮可以停止PTO输出，实现急停功能。接线：在PLC输入端接入按

6、钮，PLC输出端不接线。编程调试：应用高速脉冲输出指令的PTO多段管线模式，通过包络表及相关特殊寄存器的设置实现要求功能。n 滑台单方向运行控制的实现控制要求：见1.2节内容。接线：按设计的接线原理图，PLC输出端与步进电机驱动器连接。编程：在上述程序基础上，增加运行方向控制，按步进电机启动和运行要求，修改相关特殊寄存器值及包络表。调试：修改完善程序，调节运行速度、加速度和位移，直到实现要求的功能。n TD400C对滑台运行监控功能的实现n 系统功能的修改完善课题三 步进电机驱动滑台匀速往复运动PLC控制系统设计1 设计任务设计PLC控制系统，实现由步进电机驱动直线滑台的匀速往复运行控制。1.

7、1 系统介绍1.2 控制要求（方案1）（1）按下找零按钮，滑块匀速向下运行，直到滑台下端部位，按下停止按钮停止下行，以该位为零位；（2）在零位时，按下启动按钮，滑块向上匀速运行设定位移，到位后停止2s，然后匀速下行，下行到位后，停止1s，然后上行，如此往复运行；（上下行位移保证相同，否则会跑离滑台）（3）在滑块运动过程中按下停止按钮，滑块停止运行；（4）当滑块碰到上、下限位开关时停止运行；（5）在人机界面TD400C中设定往返运动的位移和速度，且能控制滑台运行。（可选）（方案2）（1）按下启动按钮，滑块先向下运行至下接近开关停止，实现找零；然后向上运行设定位移，到位后停止2s，然后下行至接近开

8、关停止1s，然后上行，如此往复运行；（2）在滑块运动过程中按下停止按钮，滑块停止运行；（3）当滑块碰到上、下限位开关时停止运行；（4）在人机界面TD400C中设定往返运动的位移和速度，且能控制滑台运行。（可选）（方案3）（1）按下启动按钮，滑块先向下运行至下接近开关停止，实现找零；然后开始在上下接近开关之间往返运行，在上位停2s，在下位停1s；（2）在滑块运动过程中按下停止按钮，滑块停止运行；（3）当滑块碰到上、下限位开关时停止运行；（4）在人机界面TD400C中设定往返运动的速度，且能控制滑台运行。（可选）2 设计要求3 说明书内容要求4 设计指导1）接线原理图示例2）编程指导分析控制要求，

9、从最基本的功能实现入手，进行编程调试，逐步增加功能，直到实现系统要求的所有功能。以下为本课题编程步骤的一个示例：n 输出固定周期的PTO脉冲控制要求：输出30个周期为1000ms的PTO脉冲。由常开按钮启动PTO输出；在PTO脉冲数未输完时，常闭按钮停止PTO输出，实现急停功能。接线：在PLC输入端接入按钮，PLC输出端不接线。编程调试：应用高速脉冲输出指令，通过相关特殊寄存器的设置实现要求功能。n 滑台单方向运行控制的实现控制要求：按下启动按钮，滑台开始向上或向下运行，按下停止按钮则停止运行；按下方向按钮则改变运行方向。接线：按设计的接线原理图，PLC输出端与步进电机驱动器连接。编程：在上述

10、程序基础上，增加运行方向控制，按步进电机启动要求，修改相关特殊寄存器值。调试：修改完善程序，直到滑台能够向上或向下稳步运行，实现要求的功能。n 滑台往复运行控制中找零功能（复位）实现控制要求：按下找零按钮，滑台开始向下运行至原点位置停止运行。接线：PLC输入端接入找零（复位）按钮和接近开关（方案1不需要）。编程调试：在上述程序基础上，增加找零运行控制程序。n 滑台往复运行控制的实现控制要求：在滑台处于原点位置时，按下启动按钮，滑台开始往复运行，按下停止按钮则停止运行。接线：PLC输入端去掉外部方向控制按钮。编程：滑台往复运行控制属于顺序控制系统，可以画出顺序控制功能图，按此图编程。 调试：修改

11、完善程序，直到实现要求的功能。n TD400C对滑台运行监控功能的实现n 系统功能的修改完善课题四 步进电机驱动滑台变速往复运动PLC控制系统设计1 设计任务设计PLC控制系统，实现由步进电机驱动直线滑台的变速往复运行控制。1.1 系统介绍1.2 控制要求（方案1）（无接近开关）（1）按下找零按钮，滑块匀速向下运行，直到滑台下端部位，按下停止按钮停止下行，以该位为零位；（2）在零位时，按下启动按钮，滑块向上做加速-匀速-减速运行，运行设定位移量后停止2s，然后向下做加速-匀速-减速运行，运行设定位移量（与上行位移相同）后停1s，然后上行，如此往复运行；（上下行位移保证相同，否则会跑离滑台）（3

12、）在滑块运动过程中按下停止按钮，滑块停止运行；（4）当滑块碰到上、下限位开关时停止运行；（5）当滑块碰到上接近开关时，停止2s，然后下行运行；当滑块碰到下接近开关时，停止1s，然后上行运行；（6）在人机界面TD400C中设定往返运动的位移和速度，且能控制滑台运行。（可选）（方案2）（1）按下启动按钮，滑块先向下运行至下接近开关停止，实现找零；然后滑块向上做加速-匀速-减速运行，运行设定位移量后停止2s，然后变速下行至接近开关停止1s，然后上行，如此往复运行；（2）在滑块运动过程中按下停止按钮，滑块停止运行；（3）当滑块碰到上、下限位开关时停止运行；（5）当滑块碰到上接近开关时，停止2s，然后下

13、行运行；当滑块碰到下接近开关时，停止1s，然后上行运行；（6）在人机界面TD400C中设定往返运动的位移和速度，且能控制滑台运行。（可选）2 设计要求3 说明书内容要求4 设计指导1）接线原理图示例2）编程指导以下为本课题编程步骤的一个示例：n 输出变周期的PTO脉冲控制要求：输出周期由2000ms减小到500ms，再由500ms增加个2000ms的PTO脉冲。由常开按钮启动PTO输出；在PTO脉冲数未输完时，常闭按钮可以停止PTO输出，实现急停功能。接线：在PLC输入端接入按钮，PLC输出端不接线。编程调试：应用高速脉冲输出指令的PTO多段管线模式，通过包络表及相关特殊寄存器的设置实现要求功

14、能。n 滑台单方向运行控制的实现控制要求：按下启动按钮，滑台开始向上或向下运行设定位移；按下方向按钮则改变运行方向；按下停止按钮则停止运行。接线：按设计的接线原理图，PLC输出端与步进电机驱动器连接。编程：在上述程序基础上，增加运行方向控制，按步进电机启动和运行要求，修改相关特殊寄存器值及包络表。调试：修改完善程序，直到滑台能够向上或向下运行设定的位移量，实现要求的功能。n 滑台往复运行控制中找零功能（复位）实现控制要求：按下找零按钮，滑台开始匀速向下运行至原点位置停止运行。接线：PLC输入端接入找零（复位）按钮和接近开关（方案1不需要）。编程调试：在上述程序基础上，增加找零运行控制程序。n

15、滑台往复运行控制的实现控制要求：在滑台处于原点位置时，按下启动按钮，滑台开始往复运行，按下停止按钮则停止运行。接线：PLC输入端去掉外部方向控制按钮。编程：滑台往复运行控制属于顺序控制系统，可以画出顺序控制功能图，按此图编程。 调试：修改完善程序，直到实现要求的功能。n TD400C对滑台运行监控功能的实现n 系统功能的修改完善第二部分 异步电机变频调速PLC控制系统设计课题一 异步电机无级变频调速PLC控制系统设计1 设计任务1.1 系统介绍系统硬件主要包括：A、CPU 224XP s7-200PLC一台B、TD400C 1 台C、按钮4个D、变频器M440E、异步电机F、电位器1.2 控制

16、要求方案1：（1）由启动和停止按钮分别控制电机的启停；（2）按下方向按钮，则电机改变运行方向。（3）由电位器直接与变频器连接，调节电机的运行速度。方案2：（1）由启动和停止按钮分别控制电机的启停；（2）按下方向按钮，则电机改变运行方向。（3）电位器通过PLC模拟量输入输出端，调节电机的运行速度。方案3：（1）人机界面TD400C控制电机的启停、正反转；（2）通过TD400调节电机运行速度（注意变频器输入电压与频率或转速的关系）；（3）在TD400上显示实际运行速度（从变频器模拟量输出端得到）和设定运行速度。方案4：以上任何方案再结合以下要求：采用接近开关测量实际运行速度；2 设计要求（1）查阅

17、相关资料手册，了解变频调速的相关知识及变频器的使用。（2）根据任务所给硬件条件，设计硬件系统，画出PLC端子分配表及系统接线原理图。（3）设置变频器参数，编写PLC程序，实现任务要求的控制功能。（4）实验调试通过。（5）撰写设计说明书。3 说明书内容要求说明书必须包括以下内容，内容次序自行组织安排。1）设计任务说明；2）硬件系统设计，包括系统硬件组成部件介绍、PLC端子分配表、PLC和变频器接线原理图等；3）给出变频器参数设置表，注明其功能；4）PLC程序设计，包括设计思路、实现的关键技术、源程序、程序说明；5）系统调试，说明系统调试过程。4 设计指导硬件原理图应包括主电路、PLC与变频器的接

18、线原理图，图3异步电机变频调速PLC控制系统接线原理图示例。图3异步电机变频调速PLC控制系统接线原理图采用分步设计法，从简单系统开始设计，逐步增加功能，直至达到设计要求，具体过程为（根据控制要求的不同，具体过程不完全相同，可能仅需用以下过程的一部分）：1）BOP面板操作的电机变频调速系统实现（掌握变频器参数设置） 设置变频器参数，实现由BOP面板控制电机的启动/停止、正/反转、调速；设置变频器参数，实现BOP面板控制电机的启动/停止、正/反转，电位器调速。2）单按钮控制输出的实现控制要求：按下按钮则改变输出的状态，即当输出为“1”时，按下按钮，则输出变为“0”；当输出为“0”时，按下按钮，则

19、输出变为“1”。接线：在PLC输入端接入按钮。编程调试：调试时观察输出指示灯状态的变化。3）模拟量输入输出实现控制要求：PLC在模拟量输出端输出由模拟量输入端得到的电压信号，通过电位器调节模拟量输入值。接线：在PLC模拟量输入端接入由电位器得到的电压信号，模拟量输出端不接线。编程调试：用万用表测量模拟量输出端的电压。4）无级变频调速PLC控制系统实现控制要求：由启动和停止按钮控制电机启停，由方向控制按钮控制电机转向，由电位器调节转速。方案接线：在PLC输入端接入按钮，PLC输出端与变频器的数字量输入端相连，电位器直接接入变频器。方案2接线：在PLC输入端接入按钮，PLC输出端与变频器的数字量输

20、入端相连，模拟量输出端接变频调的模拟量输入端，电位器接入PLC模拟量输入端。方案3接线：PLC输出端与变频器的数字量输入端相连，PLC模拟量输出端接变频调的模拟量输入端，PLC模拟量输入端接变频调的模拟量输出端（实际运行速度）。变频器参数设置：设置命令源P0700、频率方式1000，与数字量输入端相关的P701、P702等参数。对于方案3还需要设置变频器模拟量输出为实际频率。编程调试：采用启-保-停电路实现启停控制功能，采用上述单按钮控制电路实现方向控制功能，采用MOV指令实现模拟量的输入输出。5）接近开关测速编程课题二 异步电机多段速变频调速PLC控制系统设计1 设计任务1.1 系统介绍1.

21、2 控制要求方案1：（1）按下启动按钮后，电动机以15段速依次运行，每段速运行10s，运行过程为：5Hz10Hz20Hz30Hz40Hz50Hz45Hz35Hz25Hz15Hz10Hz-20Hz-30Hz -40Hz -50Hz停止（2）运行过程中，按下停止按钮停止运行。方案2：（1）按下启动按钮后，电动机以2段速依次运行，每段速运行20s，运行过程为：10Hz20Hz停（2）运行过程中，按下停止按钮停止运行。2 设计要求3 说明书内容要求4 设计指导采用分步设计法，具体过程为（根据控制要求的不同，具体过程不完全相同，可能仅需用以下过程的一部分）：1）BOP面板操作的电机变频调速系统实现（掌握

22、变频器参数设置）设置变频器参数，实现由BOP面板控制电机的启动/停止、正/反转、点动运行、调速。2）两段速运行PLC控制系统设计控制要求：见1.2控制要求。接线：在PLC输入端接入按钮，输出端与变频器数字量连接。变频器参数设置：设置命令源P0700、频率设定方式1000，与数字量输入端相关的P701、P702，P1001，P1002等参数。编程调试：采用定时器指令进行定时，采用启-保-停电路或者置位/复位指令或者顺控指令实现顺序控制。3）15段速运行PLC控制系统设计控制要求：见1.2控制要求。接线：在PLC输入端接入按钮，输出端与变频器数字量连接。变频器参数设置：设置命令源P0700、频率设

23、定方式P1000，与数字量输入端相关的P0701P0705，P1001P1015等参数。编程调试：画出顺序控制功能图，采用启-保-停电路、或者置位/复位指令、或者顺控指令、或者功能指令等实现顺序控制。课题三 异步电机多段速循环变频调速PLC控制系统设计1 设计任务1.1 系统介绍1.2 控制要求方案1：（1）按下启动按钮后，电动机以15段速循环运行，每段速运行10s，循环过程为：5Hz10Hz20Hz30Hz40Hz50Hz45Hz35Hz25Hz15Hz10Hz-20Hz-30Hz -40Hz -50Hz0Hz5Hz（2）按下停止按钮停止运行。方案2：（1）按下启动按钮后，电动机以3段速循环

24、运行，每段速运行20s，循环过程为：5Hz10Hz20Hz5Hz10Hz（2）按下停止按钮停止运行。2 设计要求3 说明书内容要求4 设计指导采用分步设计法，具体过程为（根据控制要求的不同，具体过程不完全相同，可能仅需用以下过程的一部分）：1）BOP面板操作的电机变频调速系统实现（掌握变频器参数设置）设置变频器参数，实现由BOP面板控制电机的启动/停止、正/反转、点动运行、调速。2）三段速运行PLC控制系统设计控制要求：按下启动按钮，电机以5Hz10Hz20Hz 依次运行，每段速运行20s，然后停止；运行过程中按下停止按钮则停止运行。接线：在PLC输入端接入按钮，输出端与变频器数字量连接。变频器参数设置：设置命令源P0700、频率设定方式1000，与数字量输入端相关的P701、P702，P1001，P1002等参数。编程调试：采用定时器指令进行定时，采用启-保-停电路或者置位/复位指令或者顺控指令实现顺序控制。3）3段速循环运行PLC控制系统实现控制要求：见1.2控制要求。在2）的程序中，增加循环运行功能。4）15段速循环运行PLC控制系统实现控制要求：见1.2控制要求。变频器参数设置：修改与数字量输入端相关的P701、P702，P1001，P1002等参数。编程调试：画出顺序控制功能图，编程实现顺序控制。课题四 异步电机按设定波