可编程控制器原理与及实践

PAGEword资料可编程控制器原理与实践课程设计实验报告目录PLC课程设计目的及要求3PLC的技术特点及应用3课程设计内容53.1智能抢答器系统53.1.1控制要求3.1.2I/O编址，梯形图及运行过程分析3.1.3PLC硬件连接图3.1.4总结与体会3.2自动交通灯系统93.2.1控制要求3.2.2I/O编址，梯形图及运行过程分析3.2.3PLC硬件连接图3.2.4总结与体会3.3小球分拣器系统153.3.1控制要求3.3.2I/O编址，梯形图及运行过程分析3.3.3PLC硬件连接图3.3.4总结与体会3.4电梯模型193.4.1控制要求3.4.2I/O编址，梯形图及运行过程分析3.4.3PLC硬件连接图3.4.4总结与体会PLC课程设计目的及要求课程设计目的：通过对实际的PLC控制系统的编程训练，提高分析问题、解决问题的能力；熟悉工业生产中PLC的应用和系统构成，了解PLC控制的电路的设计方法。通过本次课程设计增进实际动手能力的培养。用PLC实现工件加工模型，四层电梯模型的运动控制和模拟系统的程序设计，掌握编程的一般方法和技巧。课程设计要求：理解实际系统的运动过程，分解动作过程使之容易编程。列写PLC控制系统的I/O配置。画出硬件电路图，实现PLC与控制装置的连线。编写梯形图程序，完成系统的调试。完成课程设计报告。PLC的技术特点及应用PLC是一种数字运算的电子系统，转为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输人和输出。控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关设备，都是按易与工业控制器系统联成一体、易于扩充功能的原则设计。PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。1.可靠性高，抗干扰能力强为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，各PC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。2.通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3.功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4.编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。5.减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。PLC既可控制简单系统，又可控制复杂系统。它的应用可大致归纳为如下几类：1．逻辑控制PLC在开关逻辑控制方面得到了最广泛的应用。用PLC可取代传统继电器系统和顺序控制器，实现单机控制、多机控制及生产自动线控制，如各种机床、自动电梯、高炉上料、注塑机械、包装机械、印刷机械、纺织机械、装配生产线、电镀流水线、货物的存取、运输和检测等的控制。2．运动控制运动控制是通过配用PLC的单轴或多轴等位置控制模块、高速计数模块等来控制步进电动机或伺服电动机，从而使运动部件能以适当的速度或加速度实现平滑的直线运动或圆弧运动。可用于精密金属切削机床、成型机械、装配机械、机械手、机器人等设备的控制。过程控制过程控制是通过配用A／D、D／A转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行单回路或多回路闭环调节控制，使这些物理参数保持在设定值上。在各种加热炉、锅炉等的控制以及化工、轻工、食品、制药、建材等许多领域的生产过程中有着广泛的应用。4．数据处理许多PLC具有数学运算(包括逻辑运算、函数运算、矩阵运算等)、数据的传输、转换、排序、检索和移位以及数制转换、位操作、编码、译码等功能，可以完成数据的采集、分析和处理任务。这些数据可以与存储在数据存储器中的参考值进行比较，也可传送给其他的智能装置，或者输送给打印机打印制表。数据处理一般用于大、中型控制系统，如数控机床、柔性制造系统、过程控制系统、机器人控制系统等。5．多级控制多级控制是指利用PLC的网络通信功能模块及远程I／O控制模块实现多台PLC之间的链接、PLC与上位计算机的链接，以达到上位计算机与PLC之间及PLC与PLC之间的指令下达、数据交换和数据共享，这种由PLC进行分散控制、计算机进行集中管理的方式，能够完成较大规模的复杂控制，甚至实现整个工厂生产的自动化。课程设计内容一智能抢答器系统1．控制要求:1）抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮X0~X5表示。2）设置一个系统清除和抢答控制开关X9，该开关由主持人控制。3）抢答器具有锁存功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示(分别显示灯为Y0-Y5)，同时扬声器发出报警声响(Y6)提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动"开始"键(X6)后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响(Y9)，声响持续的时间0.5秒左右。5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号，并保持到主持人将系统清除为止。6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警（Y11）并禁止抢答.I/O编址，编程并调试。（1）变量声明表输入Remark输出Remarksysclr系统清零键begin_alarm抢答开始警报host主持人抢答开始按键ansget_alarm有人抢答警报X0选手1的抢答键noans_alarm无人抢答警报X1选手2的抢答键Y0锁存1号抢答信号X2选手3的抢答键Y1锁存2号抢答信号X3选手4的抢答键Y2锁存3号抢答信号X4选手5的抢答键Y3锁存4号抢答信号X5选手6的抢答键Y4锁存5号抢答信号Y5锁存6号抢答信号（2）I/O配置表（3）梯形图(4)运行过程分析：首先，主持人宣布抢答开始按下host键，抢答开始并开始计时30s，同时begin_alarm得电发出0.5s的警报声响。抢答开始后，若1~6号选手在30s内按下抢答键X0~X5，抢答有效，定时器停止工作，则对应的Y0~Y5得电显示抢答选手编号并禁止其他人抢答，同时ansget_alarm得电发出0.5s的警报声响。抢答开始后，如果选手在30s内没有抢答，本次抢答无效，noans_alarm得电发出0.5s的警报声响并禁止抢答。最后，按下sysclr键清零。PLC硬件电路连接图ansget_alarmansget_alarmnoans_alarmbegin_alarmY5Y4Y3Y2Y0Y1X2X3sysclrhostX5X4X1X0COMCOMPLCIn1In2In1In3In4In5In6In7In8Out5Out2Out3Out4Out1Out6Out7Out8Out9总结与体会抢答器的设计较为简单，可通过自锁和互锁来实现简单的抢答选手编号锁存功能。在基础功能的基础上拓展出一些附加报警功能即可。开始抢答报警，只需在host键按下，抢答开始，输出一段持续0.5s的高电平。无人抢答报警，如果无人抢答，计时器30秒计时可计时完全不被中断，到30s后计时器输出高电平，此时输入0.5s的高电平即可实现无人抢答报警。有人抢答报警，有人抢答时ans_get为1，此时再输入0.5s的高电平即可实现有人抢答报警。在plc编程过程中，要注意不要有两个即以上的相同输出，这样会互相影响，导致结果出不来，把具有相同输出的分支并在一起，这样梯形图看起来美观大方。自动交通灯系统1.控制要求（一）自动交通灯系统示意图（二）控制要求1.上电运行时系统处于停止状态。2.按钮start/stop可实现系统启动/停止控制。方案1:南北红灯亮20秒,东西绿灯亮15秒后闪亮了3次(3秒)后,东西黄灯亮2秒后转为:东西红灯亮20秒;南北绿灯亮15秒后闪亮3次(3秒)后灭;南北黄灯亮2秒后循环.方案2:南北红灯亮10秒,东西绿灯亮5秒后闪亮了3次(3秒)后,东西黄灯亮2秒后转为:东西红灯亮10秒;南北绿灯亮5秒后闪亮3次(3秒)后灭;南北黄灯亮2秒后循环.方案3:南北和东西黄灯同时亮闪亮5秒1次.2.I/O编址，编程并调试。（1）变量声明表输入Remark输出Remarkstart开始键S0东西红灯stop结束键S1东西黄灯X1方案1键S2东西绿灯X2方案2键S3南北红灯X3方案3键S4南北黄灯S5南北绿灯（2）I/O配置表（3）梯形图运行过程分析按下start键启动系统，按X1、X2、X3来选择对应的方案1、2或3。

方案1：按下X1键时，对南北方向：南北红灯S3得电，计时器开始计时20s；20s后红灯熄灭，绿灯S5得电，计时器开始计时15s；15s后闪烁电路启动3s使绿灯闪亮3次；绿灯闪亮3次后黄灯S4得电，计时器开始计时2s，2s后黄灯熄灭红灯得电，由此循环。按下X1键时，对东西方向：东西绿灯S2得电，计时器开始计时15s；15s后闪烁电路启动，3s使该绿灯闪亮3次；之后绿灯熄灭，黄灯S1得电，并且计时器开始计时2s；2s后黄灯熄灭东西红灯S0得电，并且计时器开始计时20s,20s后红灯熄灭绿灯得电，由此循环。

方案2：按下X2键时，对南北方向：南北红灯S3得电，计时器开始计时10s；10s绿灯S5得电，计时器开始计时5s；5s后闪烁电路启动3s，使南北绿灯闪亮3次；接着绿灯熄灭黄灯S4得电，计时器开始计时2s，2s后红灯得电，由此循环。按下X2键时，对东西方向：东西绿灯S2得电，计时器开始计时5s；5s后闪烁电路启动，3s使该绿灯闪亮3次；之后绿灯熄灭，黄灯S1得电，计时器开始计时2s；2s后黄灯熄灭红灯S0得电，计时器开始计时10s,,10s后绿灯得电，由此循环。

方案3：按下X3键，东西黄灯S1，南北黄灯S4同时得电，闪烁电路启动，5s使黄灯闪亮一次。3.PLC硬件电路连接图S5S5S4S3S2S0S1X1X2X3stopstartCOMCOMPLCIn1In2In1In3In4In5Out5Out2Out3Out4Out1Out64.总结与体会编写红绿灯程序时可以先画出一个周期内的红绿灯的时序图，根据输出来决定如何编写，同时一个难点是使绿灯3秒内闪烁3次，黄灯循环闪烁过程中闪烁功能的实现。闪烁功能，我们通过构造一个按固定规律0与1之间变化的中间变量H1、H2来实现。做出方案1东西红绿灯的时序图如下：开始start东西绿灯S4东西黄灯S4东西红灯S3开始start东西绿灯S4东西黄灯S4东西红灯S340s38s0s35s20s40s38s0s35s20s由时序图可以很清晰看出我们需要的输出，和整个的循环过程，帮助我们理解整个过程。三、小球分拣器系统1、控制要求（一）小球分拣系统示意图(二)控制要求：（1）机械臂起始位置在机械原点（见图），为左限、上限并有显示。（2）有起动按钮和停止按钮控制运行，设停止时机械臂必须已回到原点。（3）起动后，机械臂动作顺序为：下降→吸球→上升（至上限）→右行（至右限）→下降→释放→上升（至上限）→左行返回（至原点）。（4）机械臂右行时有小球右限（LS4）和大球右限（LS5）之分；下降时，当电磁铁压着大球时，下限开关LS2断开（=“0”）；压着小球时，下限开关LS2接通（=”1”）。2.I/O编址，编程并调试。（1）变量声明表输入Remark输出RemarkLS1左限位Yget电磁铁工作状态LS2下限位Yup上升LS3上限位Ydown下降LS4右限位（小球）Yright右行LS5右限位（大球）Yleft左行PS0接近开关Yzero原点显示START开始Yfree无球状态显示STOP结束（2）I/O配置表（3）梯形图运行过程分析:系统只有处在原点时，关闭键可以关闭整个系统。系统开启时，机械臂必定在原点，左限探测器LS1，上限探测器LS3均为1。（1）原点处，机械臂电磁铁不工作，为无球即电磁铁不工作Yget=0，左限探测器LS1，上限探测器LS3均为1，机械臂下降Ydown=1。（2）机械臂下降过程中，不再位于上限LS3=0，下降到一定程度，机械臂接近球，接近开关PS0=1，此时运用中间变量LSM记录LS2的状态（LS2=1，为小球，LS2=0，为大球）。接近之后电磁铁工作得球Yget=1,得球之后机械臂上升Yup=1（3）机械臂带球上升过程中，下限探测器LS2=0，左限探测器LS1=1.机械臂上升到LS3=1即原点处，电磁铁工作Yget=1，机械臂右行Yright=1(4)机械臂右行过程中，首先经过右限LS4，此时LS3=1，LS4=1，若LSM=1（即拿到的是小球）,机械臂带球下降Ydown=1，Yget=1.若LSM=0（即拿到的球为大球），机械臂继续右行，右行到右限LS5时，此时LS3=1，LS5=1，LSM=0，机械臂带球下降，Yget=1，Ydown=1.（5）机械臂带球下降，下降至LS2=1，即下限时，产生清零信号YM1。YM1将Yget清零，机械臂电磁铁不工作小球释放，此时为无球状态Yfree=1.Yfree=1，LS2=1，LS4或LS5为1，机械臂上升。（6）机械臂无球上升过程中LS2=0,上升到上限LS3=1。机械臂上升到上限时LS3=1，LS4或LS5=1,Yfree=1，机械臂左行.（7）机械臂无球左行到原点后LS1=1，LS3=1，原点显示Yzero=1，可关闭系统，若无关闭信号，机械臂再执行（1）动作.3.PLC硬件电路连接图Out7YfreeSTARTLS1Out7YfreeSTARTLS1YzeroYgetYleftYrightYupYdownLS3LS4STOPPS0LS5LS2COMCOMPLCIn1In2In1In3In4In5In6In7In8Out5Out2Out3Out4Out1Out6总结与体会小球分拣器的设计基本思想是，机械臂根据它所处的位置及电磁铁工作状态来决定它下一步的动作。通过一些中间变量可以帮助我们记录一些有用的状态来帮助编程。例如，LSM可以记录PS0=1时LS2的状态，即记录电磁铁吸的球是大球还是小球，Mfree可以来记录机械臂处于无球的一个状态，作为程序的判断条件。设计自锁时也要根据实际情况设计有效的清零信号，本次设计中，我通过YM1来给Yget清零，即在放球位置给Yget一个清零信号，使电磁铁不工作放球。四、电梯模型1、控制要求（一）电梯控制系统示意图电梯模型电梯内部操作面板电梯模型电梯内部操作面板（二）控制要求1.四层电梯按照上与下先请求先响应，以及已经响应向上（或向下）请求必须完成所有的请求后，再响应向下的请求（或向下）的原则设计。2.当电梯有内呼和外呼请求信号时必须有记录。3.电梯在通电后，先自动关门，再判断升降。4.在上升过程中，电梯只响应大于当前楼层的内呼和向上外呼信号。当到达所呼楼层时电梯停止，定时2秒钟后自动开门，如无干预4秒钟后自动关门，关门后等待2秒钟后再判断运行。5.在下降过程中，电梯只响应小于当前楼层的内呼和向下外呼信号。当到达所呼楼层时电梯停止，定时2秒钟后自动开门，如无干预4秒钟后自动关门，关门后等待2秒钟后再判断运行。6.设置上、下限位开关以保护电梯，电梯的上升和下降及开门和关门要软件互锁。7.电梯在上下运动时不能开关门，在自动开关门延时阶段可通过开门和关门按钮进行人工干预开关门。2.I/O编址，编程并调试。（1）变量声明表输入Remark输出RemarkX11楼平层信号Yshut电梯关门X22楼平层信号Yopen电梯开门X33楼平层信号Yup电梯上升X44楼平层信号Ydown电梯下降Xin11楼内呼信号Yin11楼内呼信号灯Xin22楼内呼信号Yin22楼内呼信号灯Xin33楼内呼信号Yin33楼内呼信号灯Xin44楼内呼信号Yin44楼内呼信号灯Xoutup11楼向上外呼信号Youtup11楼向上外呼信号灯Xoutup22楼向上外呼信号Youtup22楼向上外呼信号灯Xoutdown22楼向下外呼信号Youtdown22楼向下外呼信号灯Xoutup33楼向上外呼信号Youtup33楼向上外呼信号灯Xoutdown33楼向下外呼信号Youtdown33楼向下外呼信号灯Xoutdown44楼向下外呼信号Youtdown44楼向下外呼信号灯Xopen电梯开门信号Xshut电梯关门信号（2）I/O配置表（3）梯形图运行过程分析电梯有4种工作状态：1、待响应状态-Mzero，2、处理上行任务状态-Mup,3、处理下行任务状态-Mdown，4、处理平层外呼信号状态-Mopen。电梯的状态在这四者间互相切换。乘坐电梯可产生的原信号：外呼：1上-Youtup12上-Youtup22下-Youtdown23上-Youtup33下-Youtdown34下-Youtdown4内呼：1楼位置内呼Xin2-内呼上2楼Xinup2内呼Xin3-内呼上3楼Xinup3内呼Xin4-内呼上4楼Xinup42楼位置内呼Xin1-内呼下1楼Xindown1内呼Xin3-内呼上3楼Xinup3内呼Xin4-内呼上4楼Xinup43楼位置内呼Xin1-内呼下1楼Xindown1内呼Xin2-内呼下2楼Xindown2内呼Xin4-内呼上4楼Xinup44楼位置内呼Xin1-内呼下2楼Xindown1内呼Xin2-内呼下3楼Xindown2内呼Xin3-内呼下4楼Xindown3接收到的原信号归类：所接收的信号根据电梯的位置可归类为以下状态的信号：处理上行任务状态-Mup：Mup2-上到2楼Mup3-上到3楼Mup4-上到4楼处理下行任务状态-MdownMdown1-下1LMdown2-下2LMdown3-下3L处理平层外呼信号状态Mopen-平层外呼电梯的上升下降动作输出：（1）当电梯为待响应状态时，给予任意一个外呼信号。外呼信号和电梯的位置决定电梯处于何种状态。1、若外呼和电梯位置处于同一层，则处于平层外呼状态，无干预电梯门2s后开启Yopen=1，4s后关闭Yshut=1。2、若外呼和电梯位置不处于同一层，则电梯先处于处理上行Mup或下行Mdown任务状态，电梯关门后电梯上升Yup=1或下降Ydown=1，到达外呼楼层后再处于平层外呼状态。当电梯已处于运行状态时，给予多个内呼，外呼响应。1、电梯处于处理上行任务状态Mup时，电梯每次关门后，电梯位置和向上响应决定有效的向上响应。电梯只响应有效的上行响应上升Yup=1，直到所有的有效上行响应结束，处理上行任务状态结束，进入其他状态。2、电梯处于处理下行任务状态Mdown时，电梯每次关门后，电梯位置和向下响应决定有效的向下响应。电梯只响应有效的下行响应下降Ydown=1，直到所有的有效下行响应结束，处理下行任务状态结束，进入其他状态。（3）当所有任务处理完毕，电梯进入待响应状态。电梯的开关门输出：当电梯到达某一楼层，且该楼层有有效的内呼或外呼响应，到达状态Yget=1，且一直持续到电梯