可编程控制器原理及应用-(8)课件

1、第八章 PLC控制技术课程设计指导 课程设计在整个教学过程中，是一个非常重要的实践性教学环节，尤其是要掌握PLC的控制技术，仅仅了解PLC的工作原理和指令系统是远远不够的。学习PLC控制和应用的目的，是要最大限度地满足生产工艺和机械设备的要求。为了实现这个目标，还应该结合PLC控制和应用技术的特点，进行初步的工程训练，这就是进行PLC控制技术课程设计的基本指导思想。 在进行PLC控制系统设计时，需要全面系统地考虑系统的控制要求，最大限度地满足系统的控制要求，从实际出发，设计一个可靠性高、技术先进合理、易操作、易维护、低成本的PLC控制系统。 PLC控制技术的课程设计，是通过一些浅显易懂的工程实

2、例，从工程的角度，尤其是要从操作的角度，尽可能地全面考虑问题和处理问题，进而完成PLC控制系统的设计。8.1 课程设计的目的、要求和主要内容 课程设计一般需要12周的时间，根据时间安排就可看出，它与毕业设计，或者与课后作业所应达到的训练目的、训练过程和训练方法均有较大的不同。 一、课程设计的目的 PLC控制技术的课程设计的主要目的，是通过对某个简单的自动化生产设备，某条简单的自动化生产线，某些简单的工艺过程的调查研究，使学生明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。根据这些要求，进行基本的原理设计、工艺设计和操作设计，使学生在课程设计的全过程中，进一步明确设计任务中的各项要求，建立设计工作的整体概

3、念，从工程环境、实现手段和操作方式的各个环节入手来设计控制程序，通过不断的调试和完善程序设计，最终能够满足这些要求。 课程设计以培养工程应用能力为主，在独立完成设计任务的同时，还要进行诸多方面能力的培养和提高，为毕业设计打下良好的基础。这些能力包括：独立工作能力。综合运用所学过的基础知识和专业知识，提高解决工程应用问题的能力。能够运用各种现代化手段，获取相关资料的能力。调试程序的能力。工程绘图能力。编写技术资料的能力。创新能力。二、课程设计的基本要求 课程设计以学生的独立工作为主，教师的指导为辅。要充分调动学生的积极性，培养学生的自主性和创新意识。1教师的指导作用主要体现在：制订课程设计任务书

4、。向学生解释任务书的具体要求。引导学生建立设计思路，确定设计方案。指导学生拟订工作进度安排，合理安排时间。进行适当的答疑。 2学生的独立工作主要体现在：在接受到设计任务书后，迅速明确设计任务，详细了解各种设计要求和设计指标。制定设计方案或者拟订课程设计任务书。拟订工作进度计划。确定所需要的I/O点数，合理选择控制装置（这里是PLC）的型号。编写控制程序。在规定时间内完成课程设计。尽可能调试程序，直至调试成功。完成课程设计说明书。 三、课程设计任务书 对课程设计的要求是通过课程设计任务书的形式来体现。课程设计任务书可以由指导教师制订，也可以根据控制要求和应完成的工作，由学生自己来拟订。课程设计任

5、务书一般要包括以下内容：课程设计题目。控制对象的描述，如控制对象的名称、作用、工作原理及工艺过程。应采用的控制器和对控制变量的检测方式、联锁条件、驱动方式和保护方式。各个控制变量的动作顺序和时间要求。应完成的其他控制任务。应编制的控制程序和绘制的工程图纸。应编写的设计说明。工作进度计划。四、课程设计报告的主要内容 在明确了设计任务后，就应当按照拟订的工作进度计划开展实质性设计工作。当课程设计结束后，应及时完成课程设计报告。 课程设计报告应包括以下内容：1.目录 目录或者（目次）是整个设计的导引，通过目录的安排可清晰地看出课程设计报告的结构和组成，目录的各级标题可以是按照章节的顺序，也可以按照数

6、字的顺序，如：1、1.1、1.1.1，一般列出三级标题即可。2.引言 引言是在课程设计正文前的简短介绍。在引言中，要写明本课题的研究背景，设计目的，设计的主要过程及主要的设计内容。3.控制方案的选择及论证 从工程实际出发，在制定控制系统的方案时，要充分考虑系统功能的组成及实现，主要从以下方面考虑：机械部件的动作顺序、动作条件、必要的保护和联锁。系统的工作方式（如手动、自动、半自动）。生产设备内部机械、电气、仪表、气动、液压等各个系统之间的关系。PLC同上位计算机、交直流调速器、工业机器人等智能设备的关系。系统的供电方式、接地方式及隔离屏蔽问题。网络通信方式。数据显示的方式及内容。安全保护措施及

7、紧急情况处理。 4. 控制器的选型及依据 由于PLC是PLC控制系统的核心器件，因此正确选择PLC的机型，是进行PLC系统设计的首要内容。机型选择的主要考虑方面： 系统的控制类型下列系统非常适宜采用PLC控制：单机控制的小系统。慢过程控制的大系统。快速控制的大系统。系统控制对象的要求输入量输出量的类型和数量。对CPU功能的要求。控制室与现场的最远距离。5. 主电路设计进行主电路设计时的主要考虑方面：控制对象的控制方式。如果为电动机负载，应根据其功率及驱动负载的性质，选择合理的起动线路。是否需要过载保护、短路保护、过流保护等保护环节。是否需要调速，如何调速。是否需要采用制动，如果需要制动，采用哪

8、种制动。6. PLC硬件组态 在选定PLC的机型后，就要对所选机型进行系统组态。PLC硬件组态是指配置PLC系统的硬件部分的功能和参数。进行一个PLC系统的组态应包含很多内容，例如：对输入输出的组态；对通信设备的组态；对各种功能模板的组态等。最基本、最常用的系统组态是对输入输出系统进行组态。7. PLC编程元件的地址分配 在对系统进行组态后，要对系统的编程元件进行地址分配，首先是要对输入输出点进行地址分配，从而建立I/O编程地址表。在进行地址分配时，理论上说，可以随意分配，但是从工程实际上，应考虑地址分配与电缆布线、程序编制、系统调试、维护检修的联系，使之便于施工布线、便于编制和调试程序，便于

9、维护检修。 在可能的情况下，对其他编程元件也要进行地址分配。例如位存储器、定时器、计数器等，使之在调试控制程序时更方便，更敏捷。 为了使编写的程序具有可读性，在建立符号表时，建议采用符号地址（中文、英文或者汉语拼音）。8. PLC的输入/输出接线图 在建立了I/O地址表之后，还要根据I/O地址表绘制I/O接线图。在I/O接线图中可以清楚地看到：在I/O接线图的输入端子上接入的触点是常开的还是常闭的。输入电源是采用PLC主机的内置电源（一般是24V DC），或者采用外部电源。输入端子的分组情况（隔离式/汇点式/分组式）。在I/O接线图的输出端子上所驱动的负载的性质（交流/直流、电感性/电组性、直

10、接驱动/间接驱动）。为驱动负载所需要的电源的电流种类及电压等级，该电源是由用户自备的。输出端子的分组情况（隔离式/汇点式/分组式）。 9. 编写控制系统的流程图 在编写较复杂的控制程序前，一般要先编写系统的流程图。流程图是程序设计中很有用的工具,它直观、清晰易懂,便于检查和修改。编写流程图时，首先要根据控制要求，将要完成的控制任务分解成几个主要的相对独立的部分（环节），分析各个部分（环节）之间的关系或者联系，结合结构化程序设计的概念，编写出有顺序结构、循环结构或者分支结构的流程图。 为了更有效地用流程图指导编程，可以对每个顺序结构和分支结构中的顺序结构进行细化分解，在此基础上，找到每个顺序结构

11、的各个状态的转移条件，即画出状态转移图。只要画出了状态转移图，编写控制程序就是很容易的事了。10. 分部分编写PLC的梯形图控制程序及程序设计说明 根据流程图中分解出来的各个部分内容及控制要求，用所熟悉的编程语言（一般是用梯形图）编写控制程序。为了便于阅读所编写的控制程序，除了在程序中添加必要的注释外，还要用文字对该部分程序做简单或详细的说明。对于功能相似的其他部分，可以对有代表性部分的程序进行设计说明。11. 分部分程序调试及调试说明 对于初学者而言，所编写的程序不可避免地存在这样那样的缺陷，必须经过不断的调试，才能不断地发现新问题，不断地解决问题；通过反复修改使控制程序，使其在完成课程设计

12、任务要求的前提下，控制程序更加完善。 调试是一个非常重要的过程，无论是通过仿真软件调试，还是进行联机调试，都要先进行部分程序调试，各个部分调试通过后，再进行统调，直至满足控制要求为止。 调试说明也是课程设计的组成部分，可以将设计中遇到的主要问题及解决方法，调试过程及方法，在调试过程中对原设计的程序做了哪些有意义的改进，以及联机统调结果，通过调试说明的方式进行阐述。12. 操作（或使用）说明 按照控制要求调试通过的程序，可以交付操作者使用。但是操作者如何按照工艺要求进行操作，正常操作的步骤，非正常操作（或者误操作）的影响，紧急情况下的处理等，都需要在操作说明中进行阐述。13. 结束语 结束语是对

13、本课题设计的简要总结，通过设计获得了什么样的成果，有哪些创新点，有什么样的应用和推广意义。14. 主要参考文献 在设计过程中主要参考了哪些文献，要注意参考文献的书写格式。15. 附录 附录是附在课程设计正文后的有关材料，包括完成控制任务的全部控制程序，所有工程图纸，以及其他的辅助说明材料。8.2 课程设计举例 在本节中以一个实际的工业混合搅拌系统的控制为例，说明进行PLC控制技术课程设计时需要考虑的问题及设计的过程。一、课程设计任务书 课程设计题目：工业混合搅拌系统的PLC控制1任务描述 某个工业混合搅拌系统，要将两种流质物料（简称A、B）按一定比例混合，搅拌均匀后送出，混合的比例及搅拌时间完

14、全由操作者控制（即：手动控制），系统的示意图如图8-1所示。 由系统的示意图可看出系统由三部分组成：成分A的进料控制、成分B的进料控制和搅拌桶的搅拌控制。对成分A控制的设备有成分A输入泵，进料阀A和出料阀A。对成分B控制的设备有成分B输入泵，进料阀B和出料阀B。对搅拌桶控制的设备有搅拌电动机、液位传感器、排放电磁阀。当进料阀或者出料阀打开到位时，压到一个微动开关上，产生一个输入信号(本设计暂不考虑对进料阀或者出料阀的控制)。 混合搅拌系统的操作站如图8-2所示。2控制要求输入泵 A（B）的工作条件进料阀已打开。出料阀已打开。搅拌桶未满。排放阀关闭。输入泵电动机的驱动无故障(如果驱动接触器的线圈

15、通电后，在8s之内，其动合触点未接通，则认为有故障)。紧急停止按钮未动作。搅拌电动机的工作条件搅拌桶未空。排放电磁阀关闭。搅拌电动机的驱动无故障(如果驱动接触器的线圈通电后，在8s之内，其动合触点未接通，则认为有故障)。紧急停止按钮未动作。排放电磁阀的工作条件搅拌电动机停止工作。紧急停止未动作工作状态指示输入泵的A和输入泵B的工作状态指示。搅拌机的工作状态的指示。液位传感器的工作状态的指示。二、系统配置及输入/输出继电器地址分配 根据控制要求，本设计只需要数字量控制，不需要模拟量控制，共需要数字量输入点19个，数字量输出点15个。 从实训的角度，选择S7-300作为主控制器。CPU模板可选择C

16、PU313；数字量输入模板选择DI1624V DC，2块；数字量输出模板DO1624V DC，1块；电源模板PS307，5A，1块。系统的硬件组态如图8-3所示。1输入/输出继电器地址分配编程元件I/O端子电路器件作 用输入继电器I0.0KM1成分A输入泵电动机接触器辅助常开触点I0.1SQ1成分A进料阀开到位I0.2SQ2成分A出料阀开到位I0.3SB1成分A输入泵启动按钮I0.4SB2成分A输入泵停止按钮I1.0KM2成分B输入泵电动机接触器辅助常开触点I1.1SQ3成分B进料阀开到位I1.2SQ4成分B出料阀开到位I1.3SB3成分B输入泵启动按钮I1.4SB4成分B输入泵停止按钮I4.

17、0KM3搅拌器电动机接触器辅助常开触点I4.1SB5搅拌器电动机启动按钮I4.2SB6搅拌器电动机停止按钮I4.4SB7排放阀启动按钮I4.5SB8排放阀停止按钮I5.0SL1液位传感器（低位），液面淹没时为ONI5.1SL2液位传感器（空），液面淹没时为ONI5.2SL3液位传感器（满），液面淹没时为ONI5.7SB9紧急停止按钮输出继电器Q8.0KM1成分A输入泵电动机接触器Q8.1HL1成分A输入泵运行指示灯Q8.2HL2成分A输入泵停止指示灯Q8.3KM2成分B输入泵电动机接触器Q8.4HL3成分B输入泵运行指示灯Q8.5HL4成分B输入泵停止指示灯Q8.6HL5搅拌器电动机运行指示灯

18、Q8.7HL6搅拌器电动机停止指示灯Q9.0KM3搅拌器电动机接触器Q9.2YV排放电磁阀线圈Q9.3HL7排放电磁阀开启指示灯Q9.4HL8排放电磁阀关闭指示灯Q9.5HL9液位满指示灯Q9.6HL10液位低指示灯Q9.7HL11液位空指示灯2系统配置图 三、系统的I/O接线图 混合搅拌系统的输出模板接线图 四、系统的流程图五、用STEP 7编程语言进行软件设计。 STEP 7编程语言为程序设计提供了三种程序设计方法：线性编程、分部编程及结构化编程，分别介绍如下。1采用线性编程 线性编程就是将用户程序连续放置在一个指令块内，通常为OB1，程序按线性的或者按顺序的执行每条指令。这种结构最初是P

19、LC模拟继电器电路的逻辑模型，它具有简单、直接的结构。由于所有的指令都放置在一个指令块内，所以只有一个程序文件，其软件的管理功能非常简单。这种编程方法适用于由一个人来编写控制程序。 程序变量声明表 地址说明名称类型0临时TempOB1_EV_CLASS字节BYTE1临时TempOB1_SCAN1字节BYTE2临时TempOB1_PRIORITY字节BYTE3临时TempOB1_OB_NUMBER字节BYTE4临时TempOB1_RESERVED_1字节BYTE5临时TempOB1_RESERVED_2字节BYTE6临时TempOB1_PREV_CYCLE整数INT8临时TempOB1_MIN_

20、CYCLE整数INT10临时TempOB1_MAX_CYCLE整数INT12临时TempOB1_DATE_TIME日期和时间DATE_AND_TIME20.0临时TempPermit_A布尔BOOL20.1临时TempPermit_B布尔BOOL2.02临时TempPermit_C布尔BOOL20.3临时TempInA_M_F布尔BOOL20.4临时TempInB_M_F布尔BOOL20.5临时TempA_M_F布尔BOOL22临时TempCur_Tim1_Bin字WORD24临时TempCur_Tim1_Bcd字WORD26临时TempCur_Tim2_Bin字WORD28临时TempCur

21、_Tim2_Bcd字WORD30临时TempCur_Tim3_Bin字WORD32临时TempCur_Tim3_Bcd字WORD 线性编程参考控制程序 2采用分部编程 将一项控制任务分解成若干个独立的子任务，如一套设备的控制或者一系列相似工作，每个子任务由一个功能FC完成，而这些功能的运行是靠组织块OB1内的指令来调用的。在进行分部程序设计时，既无数据交换，也无重复利用的代码。所以这种编程方法允许多个设计人员同时编程，而不必考虑因设计同一内容可能出现的冲突。 在工业混合搅拌控制系统中，根据控制系统的要求和对控制对象的分析，可以将控制软件分成5个功能。l FC10 用于控制成分A的输入泵电动机。

22、l FC20 用于控制成分B的输入泵电动机。l FC30 用于控制搅拌机电动机。l FC40 用于控制排放电磁阀。l FC50 用于控制操作站的指示灯。这些功能是由组织块OB1的指令调用的，组织块OB1与各个功能之间的关系如图8-9所示。 组织块OB1程序的设计OB1的变量声明表地址说明名称类型0临时TempOB1_EV_CLASS字节BYTE1临时TempOB1_SCAN1字节BYTE2临时TempOB1_PRIORITY字节BYTE3临时TempOB1_OB_NUMBER字节BYTE4临时TempOB1_RESERVED_1字节BYTE5临时TempOB1_RESERVED_2字节BYTE

23、6临时TempOB1_PREV_CYCLE整数INT8临时TempOB1_MIN_CYCLE整数INT10临时TempOB1_MAX_CYCLE整数INT12临时TempOB1_DATE_TIME日期和时间DATE_AND_TIMEOB1的梯形图控制程序 功能FC10（成分A输入泵电动机）程序的设计 FC10用于实现成分A输入泵电动机的启动、停止、延时及安全保护方面的控制。 FC10的变量声明表 地址说明名称类型初始值0.0临时TempPermit_A布尔BOOLFalse0.1临时TempInA_M_F布尔BOOLFalse2临时TempCur_Tim1_Bin字WORDW#16#00004

24、临时TempCur_Tim1_Bcd字WORDW#16#0000FC10梯形图参考控制程序 功能FC20（成分B输入泵电动机）程序的设计 FC20的变量声明表 地址说明名称类型初始值0.0临时TempPermit_B布尔BOOLFalse0.1临时TempInB_M_F布尔BOOLFalse2临时TempCur_Tim2_Bin字WORDW#16#00004临时TempCur_Tim2_Bcd字WORDW#16#0000FC20梯形图参考控制程序 功能FC30（搅拌机电动机）程序的设计 FC30用于实现搅拌机电动机的启动、停止、延时及安全保护方面的控制。 FC30的变量声明表 地址说明名称类型

25、初始值0.0临时TempPermit_M布尔BOOLFalse0.1临时TempA_M_F布尔BOOLFalse2临时TempCur_Tim3_Bin字WORDW#16#00004临时TempCur_Tim3_Bcd字WORDW#16#0000FC30梯形图参考控制程序 功能FC40（排放电磁阀）程序的设计FC40用于实现对排放电磁阀的打开和关闭的控制。在FC40中不使用任何特有的或临时的变量。FC40梯形图参考控制程序。 功能FC50（控制站指示灯）程序的设计 FC50用于实现对控制站上的各种指示灯进行接通和关断的控制。在FC50中不使用任何特有的或临时的变量。 3采用结构化编程 在本设计课

26、题中，对成分A和成分B的输入泵电动机的控制过程和控制要求是完全相同的，对于搅拌机电动机的控制与输入泵电动机的控制非常相似，可以将这三台设备的控制用一个通用的指令模块来完成。结构化程序示意图 创建符号地址表输入泵和搅拌机电动机的符号地址表 符号名地址说 明InA_M_FbkI0.0成分A输入泵启动器辅助触点InA_Iv_OpenI0.1成分A进料阀打开InA_F_OpenI0.2成分A出料阀打开InA_Str_PBI0.3成分A输入泵启动按钮InA_Stp_PBI0.4成分A输入泵停止按钮InA_M_CoilQ8.0成分A输入泵启动线圈InA_Start_LtQ8.1成分A输入泵启动指示灯InA

27、_Stop_LtQ8.2成分A输入泵停止指示灯InB_M_FbkI1.0成分B输入泵启动器辅助触点InB_Iv_OpenI1.1成分B进料阀打开InB_F_OpenI1.2成分B出料阀打开InB_Str_PBI1.3成分B输入泵启动按钮InB_Stp_PBI1.4成分B输入泵停止按钮InB_M_CoilQ8.3成分B输入泵启动线圈InB_Start_LtQ8.4成分B输入泵启动指示灯InB_Stop_LtQ0.5成分B输入泵停止指示灯A_M_FbkI4.0搅拌机电动机启动器辅助触点A _Str_PBI4.1搅拌机电动机启动按钮A _Stp_PBI4.2搅拌机电动机停止按钮A _Start_Lt

28、Q8.6搅拌机电动机运行指示灯A_ Stop_LtQ8.7搅拌机电动机停止指示灯A_M_CoilQ9.0搅拌机电动机启动线圈InA_M_FaulM10.0成分A驱动回路故障InB_M_FaultM10.1成分B驱动回路故障A_M_FaultM10.2搅拌机电动机驱动回路故障 控制排放电磁阀的符号地址表 符号名地址说 明Dr_Open_PBI4.4打开排放阀按钮Dr_Cls_PBI4.5关闭排放阀按钮Drn_SolQ9.2排放电磁阀线圈Drn_Open_LtQ9.3排放阀运行指示灯Drn_Close_LtQ9.4排放阀停止指示灯液位传感器和指示灯的符号地址表 符号名地址说 明Tank_LowI5

29、.0液位低位传感器Tank_EmptyI5.1液位空传感器Tank_FullI5.2液位满传感器Tank_Full_LtQ9.5液位满指示灯Tank_Low_LtQ9.6液位低指示灯Tank_Empty_LtQ9.7液位空指示灯其它编程元素的符号地址表 符号名地址说明E_Stop_OffI5.7紧急停止按钮MotorFB1控制输入泵和搅拌机电动机的功能模块FBDrainFC1控制排放电磁阀的功能模块FCInA_DataDB1控制成分A输入泵电动机的数据块InB_DataDB2控制成分B输入泵电动机的数据块M_DataDB3控制搅拌机电动机的数据块 电动机功能块FB1的程序设计 FB1功能模块是

30、通过调用数据块DB1、DB2和DB3，实现对成分A输入泵、成分B输入泵和搅拌机的三台电动机的控制。根据对FB1的要求，对数据块的参数内容要求是：l有来自操作站的启动（Start）和停止（Stop）电动机的信号。l有电动机启动器辅助触点的反馈信号（Fbk）。l有定时器号（Time_num）和定时器设定值（Fbk_tim）。l有指示电动机运行（Start_Lt）和停止(Stop_Lt)的信号。l有驱动启动器线圈（Coil）的信号。l有故障信号（Fault）。有允许功能模块FB1输入（EN）和输出信号（ENO）。 FB1数据块DB的参数内容如图8-17所示。 FB1的变量声明表 地址声明名称类型初始

31、值0.0InputStartBoolFalse0.1InputStopBoolFalse0.2InputFbkBoolFalse2InputTime_numTimerW#16#00004InputFbk_timS5TimeS5T#0ms6.0OutputFaultBoolFalse6.1OutputStart_LtBoolFalse6.2OutputStop_LtBoolFalse8.0In/OutCoilBoolFalse10StatCur_tim_BinWordW#16#000012StatCur_tim_BcdWordW#16#0000FB1的梯形图控制程序 排放电磁阀功能FC1的程序设

32、计排放电磁阀功能FC1要完成对排放电磁阀的打开、关闭控制及相应信号检测。其输入信号有：l 打开电磁阀的按钮信号（Open）。l 关闭电磁阀的按钮信号（Close）。l电磁阀已打开的输入信号（Coil）。l 允许输入信号（EN）。其输出信号有：l 电磁阀打开的指示灯（Open_Lt）。l 关闭电磁阀的指示信号（Close_Lt）。l 驱动电磁阀线圈信号（Coil）。l 允许输出信号（ENO）。排放电磁阀功能FC1的构造示意图 FC1的变量声明表地址声明名称类型初始值0.0InputOpenBoolFalse0.1InputCloseBoolFalse1.0OutputOpen_LtBoolFal

33、se1.1OutputClose_LtBoolFalse1.2OutputCoilBoolFalse排放电磁阀功能FC1的梯形图控制程序 组织块OB1的程序设计 组织块OB1的程序设计应包含系统所有的逻辑关系，组织块的执行过程，就是在程序中调用不同的数据块DB。 OB1的变量声明表 地址类型0字节BYTE1字节BYTE2字节BYTE3字节BYTE4字节BYTE5字节BYTE6整数INT8整数INT10整数INT12日期和时间ATE_AND_TIME20.0布尔BOOL20.1布尔BOOL20.2布尔BOOL20.3布尔BOOL20.4布尔BOOL20.5布尔BOOL20.6布尔BOOL20.7

34、布尔BOOL21.0布尔BOOL21.1说明临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp临时Temp名称OB1_EV_CLASSOB1_SCAN1OB1_PRIORITYOB1_OB_NUMBEROB1_RESERVED_1OB1_RESERVED_2OB1_PREV_CYCLEOB1_MIN_CYCLEOB1_MAX_CYCLEOB1_DATE_TIMEPermit_APermit_BPermit_DrPerm

35、it_MM_DoneB_DoneA_DoneD_DoneStart_conditionStop_condition布尔BOOL组织块OB1的梯形图控制程序 8.3 课程设计选题 课题一 智力抢答器的PLC控制一、任务描述 在各种形式的智力竞赛中，抢答器作为智力竞赛的评判装置得到了广泛的应用。设计抢答器的原则是：1 可以根据参赛者的情况，自动设定答题时间。2能够用声光信号表示竞赛状态，调节赛场的气氛。 3用数码管显示参赛者的得分情况。为简单起见，在赛场安排三个抢答桌，系统组成如图8-23所示。在每个抢答桌上有抢答按钮，只有最先按下的抢答按钮有效，伴有声、光指示。在规定的时间内答题正确时加分，否则

36、减分。 二、 控制任务和要求1 竞赛开始时，主持人接通启动停止开关（SA），指示灯HL1亮。 2 当主持人按下开始抢答按钮（SB0）后，如果在10s内无人抢答，赛场的音响（HA）发出持续1.5s的声音，指示灯HL2亮，表示抢答器自动撤消此次抢答信号。 3 当主持人按下开始抢答按钮（SB0）后，如果在10s内有人抢答（按下抢答按钮SB3、SB4或SB5），则最先按下抢答按钮的信号有效，相应抢答桌上的抢答灯（HL3、HL4或HL5）亮，赛场的音响发出短促音（0.2s ON，0.2s OFF，0.2s ON）。4 当主持人确认抢答有效后，按下答题计时按钮（SB6），抢答桌上的抢答灯灭，计时开始，计时

37、时间到时（假设为1 min），赛场的音响发出持续3s的长音，抢答桌上抢答灯再次亮。5 如果抢答者在规定的时间内正确回答问题，主持人或助手按下加分按钮，为抢答者加分（分数自定），同时抢答桌上的指示灯快速闪烁3s（闪烁频率为0.3s ON，0.3s OFF）。6 如果抢答者在规定的时间内不能正确回答问题，主持人或助手按下减分按钮，为抢答者减分（分数自定）。四、设计方案提示1抢答控制程序可以用PLC的基本指令完成。2指示灯显示和音响输出，可以由PLC的输出端子直接接通。3抢答者的得分情况可以通过数码管来显示，得分值的显示程序是本课题设计的难点。如何节省PLC的I/O资源，是降低控制成本的关键。可以利

38、用PLC的移位指令及译码组合电路来完成。五、设计报告要求1 完整的设计任务书。2 完成系统组态或硬件配置。 3正确合理地进行编程元件的地址分配（如果采用分部编程或者结构化编程时，要对变量进行声明）。4 画出输入输出接线图及相关的图纸。5 设计梯形图控制程序。6 编制系统的操作说明。7 编制系统的调试说明及注意事项。8 设计体会（可选）。9 参考文献。课题二 ：自动售货机的PLC控制一、 任务描述 一台用于销售汽水和咖啡的自动售货机，具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱等功能，此售货机可接受的硬币为0.1元、0.5元和1元。汽水的售价为1.2元，咖啡的售价为1.5元。其示意图如图8-24所

39、示。二、 控制任务和要求1当投入的硬币总值超过1.2元时，汽水指示灯亮，当投入的硬币总值超过1.5元时，汽水和咖啡的指示灯都亮。2当汽水指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水从售货口自动售出，汽水指示灯闪烁（闪烁频率为1s ON，1s OFF），8s后自动停止。3当咖啡指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡从售货口自动售出，咖啡指示灯闪烁（闪烁频率为1s ON，1s OFF），8s后自动停止。4当按下汽水按钮或咖啡按钮后，如果投入的硬币总值超过所需钱数时，找钱指示灯亮，售货机自动退出多余的钱，8s后自动停止。5如果售货口发生故障，或顾客投入硬币后又不想买了（未按汽水按钮或咖啡按钮），可按复位按钮，则售货机可如

40、数退出顾客已投入硬币。6具有销售数量和销售金额的累加功能。三、设计方案提示1 硬币的投入总值可以采用计数指令（或采用加1指令）和加法指令。2 为简单起见，可考虑售货机找回（或退出）的钱均为0.1元的硬币。 3 可用计数器的设定值表示应找钱数额，该计数器的设定值应能根据找回（或退出）的钱自动设定。4 售货机的工作电压为交流220V，各个驱动机构的工作电压为直流24V，各个指示灯的工作电压为直流6.3V。课题三 ：注塑机的PLC控制 一、 任务描述 注塑机用于热塑料加工，是典型的顺序动作装置，它借助8个电磁阀YV1YV8，完成闭模、射台前进、注射、保压、预塑、射台后退、开模、顶针前进、顶针后退和复

41、位等操作工序，其中注射和保压工序需要一定的时间延时。二、 控制任务和要求1按照图8-25所示的注塑机工艺流程图完成顺序控制。2 注塑机工作时有通电指示（不通过PLC）。3 PLC工作时有运行指示。4在进行开模工序、闭模工序时有工作状态指示。5. 在原点时有位置指示。 注塑机的工艺流程图 三、设计方案提示1因为本设计课题是典型的顺序控制问题，可以采用多种方式完成控制。2采用置位复位指令和定时器指令。3采用移位寄存器指令和定时器指令。4采用步进指令和定时器指令。课题四 污水净化处理系统的PLC控制一、 任务描述在冶金企业中，有大量的工业用水用于冷却，为此每天消耗大量的水资源，由于用过的冷却水中含有

42、大量的氧化铁杂质，不宜多次循环使用。为保护环境节约用水，需要对含有氧化铁杂质的污水进行净化处理。1 系统组成为简单起见，本系统由2台磁滤器，10只电磁阀和连接管道组成的2台机组组成。系统组成示意图如图8-26所示。 1 工艺流程污水净化处理可分为两道工序，以1号机组为例，其工艺流程图如图8-27所示。 滤水工序 打开进水阀和出水阀，污水流经磁滤器时，如果磁滤器的线圈一直通电，则污水中的氧化铁杂质会附着在磁滤器的磁铁上，使水箱中流出的是净化水。 反洗工序 滤水一段时间后，必须清洗附着在磁铁上的氧化铁杂质。这时只要切断磁滤器线圈的电源，关闭进水阀和出水阀，打开排污阀和空气压缩阀，让压缩空气强行把水

43、箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质，使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理。 污水净化处理工艺流程图 二、 控制任务和要求1两台机组的滤水工序，可单独进行，也可同时进行。而反洗工序只允许单台机组进行工作，一台机组反洗时，另一台必须等待。两台机组同时要求反洗时，1号机组优先。2为保证滤水工序的正常进行，在每台机组的管道上均安装了压差检测仪表，只要出现了“管压差高” 信号，则应立即停止滤水工序，自动进入反洗工序。3为增强系统的可靠性，将每台机组的磁滤器及各个电磁阀线圈的接通信号反馈到PLC的输入端，一旦某一输出信号不正常，要立即停止系统工作，这样可避免发生事故。4接触器输出故障检

44、测及报警。三、 设计方案提示1 两台机组的滤水工序可单独进行，要求有独立的启动停止按钮。2 “管压差高”检测和反洗铃在每台机组上均单独配置。3 所谓将每台机组的磁滤器及各个电磁阀线圈的接通信号反馈到PLC的输入端，是考虑到由接触器控制这些线圈，当接触器线圈通电时，其动合触点应当闭合，动断触点应当断开；反之亦然。如果接触器线圈通电时，其动合触点不能闭合，或者动断触点不能断开，可能发生事故。体现在顺序控制部分如图8-28所示。输出反馈信号 课题五： 花式喷泉的PLC控制一、 任务描述 在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按

45、一定的规律改变喷水式样。如果与五颜六色的灯光相配合，在和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。 某广场的喷泉如图8-29所示。 二、 控制任务和要求1按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。2喷泉的工作方式由花样选择开关和单步连续开关决定。3当单步连续开关在单步位置时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环4. 花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，现考虑四种喷水花样。 花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2s后，3号喷头喷水，再延时2s后，2号喷头喷水，又延时2s后，1号喷头喷水。18s后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为

46、连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2s后，2号喷头喷水，再延时2s后，3号喷头喷水，又延时2s后，4号喷头喷水。30s后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头同时喷水，延时3s后，2号、4号喷头喷水，1号、3号喷头停止喷水。如此交替运行15s后，4组喷头全喷水，30s后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1234的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s 后，按照1234的

47、顺序，分别延时2s，依次停止喷水。再经1s延时，按照4321的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s 后停止。如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。三、 设计方案提示1 根据花样选择开关的位置信号，采用跳转指令编程。2 在每个跳转程序段内，采用定时器指令实现顺序控制。课题六 脉冲除尘器的PLC控制一、 任务描述 水泥厂在生产过程中可产生大量的水泥粉尘，不但造成了空气污染，还严重地影响了操作工人的身心健康。为了防止污染，改善现场的作业环境，可通过布袋式脉冲除尘器回收水泥粉尘。 某水泥厂的球磨车间建有5个除尘室，每个除尘室安装了1台脉冲除尘器，每台脉冲除尘器有2个

48、脉冲电磁阀（A阀和B阀）和1个提升电磁阀。在提升电磁阀工作期间，脉冲电磁阀才能工作。二、 控制任务和要求1 各个除尘器的电磁阀的控制时序。为使收尘系统阻力变化范围小，一般采用均匀间隔清灰的工作方式，即采用定时控制方式，各个除尘器的电磁阀的控制时序如图8-30所示。t0：脉冲电磁阀的启动延时，一般取固定值 2s。t1：提升电磁阀的工作时间，一般取 4s10s。 t2：脉冲电磁阀的喷吹时间，一般取0.1s0.15s。t3：室间隔时间，一般取10s20s。各个电磁阀的控制时序2 各个除尘器的工作顺序。考虑到灰斗里绞刀负荷的均衡性、喷吹的有效性及减少清灰时的排放量，一般采用错开清灰的方式。各个脉冲电磁

49、阀的工作顺序是： 1A3A5A2A4A1B3B5B2B4B1A3 系统的工作方式。为检修和维护方便，每个电磁阀应有自动手动两种工作方式，正常工作时采用自动方式，检修维护时，工作在手动方式。4 在各个电磁阀工作期间，应有指示灯指示。5由于生产的水泥标号的变换或其它原因，需要经常改变定时时间t1、t2、t3，如果每次都用编程器来修改程序是非常不方便的。因此需要在PLC机外通过拨码开关由操作者随时进行修改或设定。三、 设计方案提示1在电磁阀的自动工作方式下，各个电磁阀处于顺序循环控制过程中。2如果某个电磁阀工作在手动方式下，则不能影响其它电磁阀的正常工作。3为节省输出点，可将电磁阀线圈与指示灯并联。

50、4因为有3个时间参数需要修改，可用3只拨码开关（分为高位、中位和低位）。高位拨码开关作为时间参数（t1、t2、t3）选择开关，中位和低位的拨码开关作为时间设定开关。5操作面板及说明。操作面板 以1室A阀的t2为例，设定时间为0.13s，操作步骤如下。 按下停止按钮。 将1室A阀的自动手动开关扳到手动位置。 将高位拨码开关拨到2，中位拨码开关拨到1，低位拨码开关拨到3。 按下写入按钮。 将3只拨码开关都拨到0。 按下启动按钮，系统重新运行。课题七 病床呼叫器的PLC控制一、任务描述在很多医院的住院病房里，病房的每一张病床与护士站都需要随时进行联系，通过呼叫器可实现远距离呼叫，以便使病人在急需时向

51、医护人员发出救助信号。某住院病房有14个房间，每个房间有4张病床，病床编号由房间号和床号组成，分别为011、012、013、014、021、141、142、143、144。每张病床配有一个呼叫按钮，与病床的编号相同，分别为SB011、SB012、SB013、SB014、SB021、SB022、SB141、SB142、SB143、SB144。在护士站安装蜂鸣器HA和呼叫指示灯，每个呼叫指示灯对应一个呼叫按钮，其编号为HL011、HL012、HL013、HL014、HL021、 HL022、HL141、HL142、HL143、HL144。系统的示意图 二、任务和要求 1 当某个病床发出救助信号（按

52、下呼叫按钮）后，护士站的蜂鸣器发出短促音，与呼叫信号对应的指示灯闪烁（闪烁频率自定）。2当医护人员听到呼叫后，可按下呼叫响应按钮SB0，蜂鸣器停止工作，呼叫指示灯在20s后停止显示。3如果同时或者在一段时间内有多个呼叫信号，护士站的蜂鸣器仍发出短促音，与这些呼叫信号对应的那些指示灯均闪烁，医护人员按下呼叫响应按钮后，蜂鸣器停止工作，呼叫指示灯在20s后停止显示。4尽可能少地占用PLC的外部资源。三、设计方案提示 一、本课题的设计任务比较简单。但需要占用大量的PLC输入输出点数，可采用输入矩阵和输出矩阵的方法来扩展PLC的输入输出点数。有关输出矩阵的接线可参见第四章的自动打铃控制器，输入矩阵的接

53、线与输出矩阵完全相似。在程序设计时，涉及到系统的输入和输出时，要时刻想到矩阵的行线和列线。课题八： 水塔水位的PLC控制一、任务描述 在自来水供水系统中，为解决高层建筑的供水问题，修建了一些水塔。 某水塔高51米，正常水位变化2.5米，为保证水塔的正常水位，需要用水泵为其供水。水泵房有5台泵用异步电动机，交流380V，22KW。正常运行时，4台电动机运转，1台电动机备用。二、控制任务和要求1.因电动机功率较大，为减少启动电流，电动机采用定子串电阻降压启动，并要错开启动时间（间隔时间为5s）。2.为防止某一台电动机因长期闲置而产生锈蚀，备用电动机可通过预置开关预先随意设置。如果未设置备用电动机组

54、号，则系统默认为5号电动机组为备用。3.每台电动机都有手动和自动两种控制状态。在自动控制状态时，不论设置哪一台电动机作为备用，其余的4台电动机都要按顺序逐台启动。4.在自动控制状态下，如果由于故障使某台电动机组停车，而水塔水位又未达到高水位时，备用电动机组自动降压启动；同时对发生故障的电动机组根据故障性质发出停机报警信号，提请维护人员及时排除故障。当水塔水位达到高水位时，高液位传感器发出停机信号，各个电动机组停止运行。当水塔水位低于低水位时，低液位传感器自动发出开机信号，系统自动按顺序降压启动。5.因水泵房距离水塔较远，每台电动机都有就地操作按钮和远程操作按钮。6.每台电动机都有运行状态指示灯

55、（运行、备用和故障）。7.液位传感器要有位置状态指示灯。三、设计方案提示在自动控制状态下，系统的流程图如图8-33所示。课题九 ：包装生产线的PLC控制 一、任务描述某包装生产线的示意图如图8-34所示。 包装物品由传送带1随时运来，运送时间不固定，因此包装物品的间隔是不确定的，有的包装距离较远，有的包装则靠在了一起。在传送带1的电动机轴上安装一个旋转编码器E6A，电动机转动1圈，旋转编码器发出1个脉冲。每个包装物品的宽度是4个脉冲，当光电检测器SP1检测到包装物品，且旋转编码器发出4个脉冲时，表示有1个包装物品通过传送带1到传送带2。这样就可以通过对旋转编码器发出的脉冲数的计数，实现对包装物

56、品的准确计数。 二、控制任务和要求按下启动按钮SB1后，传送带1和传送带2运转，传送包装物品到传送带2。当传送带2上有3个物品后，挡板电动机M1正转，驱动挡板上升，阻止后面的包装物品继续运送到传送带2上。当挡板上升到位，上限位开关SQ3动作，挡板停止上升，推动器电动机M2正转，将3个包装物品向前推出。当推动器到达前限位开关，SQ2动作，推动器停止向前，推动器电动机M2反转，驱动推动器后退。当推动器后退到位时，后限位开关SQ1动作，推动器停止后退，推动器电动机M2停转。此时挡板电动机M1反转，驱动挡板下降。当挡板下降到位，下限位开关SQ4动作，挡板回到初始位置。三、设计方案提示1.本课题比较简单

57、，只要按照如图8-35所示的控制时序图设计即可。2.用于记录包装物品数量（旋转编码器发出脉冲数）的计数器的工作条件和复位条件。课题十： 装卸料小车多方式运行的PLC控制 一、任务描述 在生产现场，尤其在一些自动化生产线上，经常会遇到一台送料车在生产线上，根据请求多地点随机卸料，或者是装料车多地点随机收集成（废）品。在数控加工中心取刀机构的取刀控制，也是如此。 某车间有5个工作台，装卸料小车往返于各个工作台之间，根据请求在某个工作台卸料。每个工作台有1个位置开关（分别为SQ1SQ5，小车压上时为ON）和1个呼叫按钮（分别为SB1SB5）。装卸料小车有3种运行状态，左行（电动机正转）、右行（电动机

58、反转）和停车。 装卸料小车示意图如图8-36所示。 二、控制任务和要求1.假设小车的初始位置是停在m（m15）号工作台，此时SQm为ON。2.假设n（n15）号工作台呼叫，如果：m n，小车左行到呼叫工作台停车。m n，小车右行到呼叫工作台停车。m n，小车不动。3.小车的停车位置应有指示灯指示。三、设计方案提示1.本课题的逻辑关系比较复杂，必须考虑到所有的可能，可借助于输出与输入的关系表，分别列出小车左行和小车右行的条件。2.呼叫按钮给出的可能是短信号，当小车在运动工程中还未到达某个停车位置时，呼叫信号可能已消失，要对呼叫信号进行记忆。3.在实际应用中，如果工作台的数量较多，比如说10个、2

59、0个，将出现所谓的指令“组合爆炸”现象，即指令条数与工作台的数量以阶乘的关系增加。可以考虑结合传送指令、比较指令、编码指令、译码指令等，使程序简化。课题十一 ：五层电梯的PLC控制一、任务描述 在现代社会中，电梯的使用非常普遍。随着PLC控制技术的普及，大大提高了控制系统的可靠性，减少控制装置的体积。 某五层电梯的示意图如图8-37所示。二、控制任务和一般要求当轿厢停在1 F（1楼）或2F、3F、4F，如果5F有呼叫，则轿厢上升到5F。当轿厢停在2 F（1楼）或3F、4F、5F，如果1F有呼叫，则轿厢下降到1F。当轿厢停在1F（1楼），2F、3F、4F、5F均有人呼叫，则先到2F，停8s后继续

60、上升，每层均停8s，直至5F。当轿厢停在5F（5楼），1F、2F、3F、4F均有人呼叫，则先到4F，停8s后继续下降，每层均停8s，直至1F。 在轿厢运行途中，如果有多个呼叫，则优先响应与当前运行方向相同的就近楼层，对反方向的呼叫进行记忆，待轿厢返回时就近停车。在各个楼层之间的运行时间应少于10s，否则认为发生故障，应发出报警信号。电梯的运行方向指示。用数码管显示轿厢所在的楼层。在轿厢运行期间不能开门。轿厢不关门不允许运行。三、设计方案提示一台实际的电梯控制是很复杂的，涉及的内容很多，需要的输入输出点数也很多，一般是通过教学用的模型电梯来完成设计课题。前面所提的要求只是一般要求，可根据模型电梯