可编程控制器课程设计指导书(09级自动化)

可编程控制器课程设计指导书武汉理工大学华夏学院二○一一年十二月前言可编程控制器是电气控制技术中的关键技术。

《可编程控制器》为“自动化和电气工程及其自动化”专业的一门重要专业课。

通过本课程的学习，使学生掌握工厂电气控制设备技术和可编程控制器的使用、分析和设计自动生产过程中的控制电路，掌握其使用方法。

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；⏹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；⏹工程绘图的能力；⏹编写技术资料的能力；⏹创新能力。

PLC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PLC控制系统的原理设计、硬件配置及软件编程设计。

通过不断地调试和完善程序来满足生产工艺的要求。

本课程设计提供了设计的备选课题。

通过课程设计，使学生进一步熟悉PLC控制系统的应用，并培养学生解决实际问题的能力，掌握系统设计的思路及方法。

第一部分：课程设计总体安排1.1 学时分配进度安排1.2 实验室（四教414）使用安排11.3 选题安排2第二部分：备选课题2.1课题一：工业混合搅拌系统的PLC控制2.1.1设计目的⑴综合应用所学PLC知识设计一个工业混合搅拌控制系统；⑵通过自行编程调试掌握PLC控制系统的设计方法。

2.1.2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全由操作者控制（即：手动控制），系统的示意图如下图所示。

工业混合搅拌控制示意图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下图所示。

32.1.3控制要求：①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。

②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。

③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。

④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。

2.1.4程序设计方案要求：⑴要求用线性化编程和结构化编程两种编程方法来实现。

⑵在结构化编程中，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。

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。

FC1用于控制成分A的输入泵电动机。

FC2 用于控制成分B的输入泵电动机。

FC3用于控制搅拌机电动机。

4FC4用于控制排放电磁阀。

FC5用于控制操作站的指示灯。

2.1.5课程设计报告的主要内容：⑴目录编制课程设计的目录，目录的各级标题按照章节顺序排列，列到三级标题即可。

⑵引言课程设计正文前的简短介绍。

包括本课题的设计目的、设计的主要过程及主要的设计内容。

⑶电路设计要求画出PLC的输入/输出接线图。

⑷PLC硬件组态要求列出硬件组态表。

⑸PLC编程元件的地址分配首先对输入/输出点进行地址分配，然后对其他编程元件也进行地址分配，如位存储器M，定时器T，计数器C等。

编程中要使用符号地址，所以在OB1中要编辑符号表（包括输入继电器、输出继电器、定时器及位存储器（或叫辅助继电器），在FC1中要编辑变量声明表。

⑹编写控制程序要求①编写线性化程序；②在结构化编程中分别编制OB1和FC1﹑FC2﹑FC3﹑FC4﹑FC5；③在程序段中添加注释。

⑺程序调试说明对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程序做了哪些有意义的改进及调试的结果几方面进行阐述。

⑻结束语对本课程设计进行总结，写出设计中的体会。

⑼主要参考文献写出完成设计任务过程中参考的主要参考文献，注意参考文献的格式。

52.2课题二：十字路口交通灯的控制2.2.1设计目的⑴综合应用所学PLC知识设计一个交通灯控制系统；⑵通过自行编程调试掌握PLC控制系统的设计方法。

2.2.2任务描述：某十字路口的东西方向和南北方向分别安装红、绿、黄交通信号灯，设置如下图1.1所示：图1.1 十字路口交通灯设置示意图2.2.3控制要求：交通信号灯在白天和夜晚的工作方式不同，由选择开关SA进行控制。

⑴白天工作模式：具体控制要求为：当SA选在白天位置时，信号灯按照预先规定的时序循环往复地工作，具体控制要求见表1-1，控制时序图见图1.2表1-1 交通信号灯的具体控制要求67表中绿灯闪烁的频率为1HZ ，亮500MS 灭500MS 循环。

图1.2 交通信号灯白天工作时的时序图⑵ 夜晚工作模式：当SA 选择夜晚工作模式时，红灯和绿灯停止工作，只有黄灯一直闪烁，闪烁的频率为1HZ （亮500MS 灭500MS 循环）。

2.2.4 程序设计方案要求：⑴ 要求用线性化编程和结构化编程两种编程方法来实现。

⑵ 在结构化编程中，以某一方向的红灯和另一方向的绿灯和黄灯为控制对象编制FC1，OB1中调用FC1。

并且东西向和南北向灯只能调用同一个FC1。

2.2.5课程设计报告的主要内容：⑴目录编制课程设计的目录，目录的各级标题按照章节顺序排列，列到三级标题即可。

⑵引言课程设计正文前的简短介绍。

包括本课题的设计目的、设计的主要过程及主要的设计内容。

⑶电路设计要求画出PLC的输入/输出接线图。

⑷PLC硬件组态要求列出硬件组态表。

⑸PLC编程元件的地址分配首先对输入/输出点进行地址分配，然后对其他编程元件也进行地址分配，如位存储器M，定时器T，计数器C等。

编程中要使用符号地址，所以在OB1中要编辑符号表（包括输入继电器、输出继电器、定时器及位存储器（或叫辅助继电器），在FC1中要编辑变量声明表。

⑹编写控制程序要求①编写线性化程序；②在结构化编程中分别编制OB1和FC1；③在程序段中添加注释。

⑺程序调试说明对设计中遇到的主要问题及解决方法、调试过程及方法、在调试过程中对对原设计程序做了哪些有意义的改进及调试的结果几方面进行阐述。

⑻结束语对本课程设计进行总结，写出设计中的体会。

⑼主要参考文献写出完成设计任务过程中参考的主要参考文献，注意参考文献的格式。

812.3 课题三：基于PLC 的步进电机的开环控制系统设计 2.3.1 设计目的⑴ 了解步进电机的工作原理及步进电机的开环控制原理。

⑵ 综合应用所学PLC 知识设计基于PLC 的步进电机开环控制系统； ⑶ 通过自行编程调试掌握PLC 控制系统的设计方法。

2.3.2 任务描述：⑴ 步进电机原理简述步进电动机是一种将数字式电脉冲信号转换成机械角位移的机电元件，每一个脉冲信号可以使步进电机前进一步，转过的角度与控制脉冲的个数呈严格的正比关系。

其运行速度与控制脉冲频率呈严格的正比关系，正是这个特点，使其可以和现代数字控制技术相结合，成为比较理想的执行元件。

步进电机主要应用于开环位置控制系统中。

目前步进电机在数控机床、计算机外围设备、钟表、包装机械、食品机械中得到广泛的应用。

步进电机由定子和转子两部分组成。

以二相步进电机为例，定子上有两组相对的磁极，每对磁极缠有同一绕组，形成一相。

定子和转子上分布着大小、间距相同的多个小齿。

当步进电机某一相通电形成磁场后，在电磁力的作用下，转子被强行推动到最大磁导率（或最小磁阻）的位置。

步进电机接收到一个脉冲信号，就驱动步进电机转过一个步距角θ，对于一个m 相n 拍的步进电机来说，每走完n 拍，转子就转过一个齿距角φ，所以齿距角φ与步距角θ的关系为：360n nφθ==⨯ 转子齿数从控制原理上，步进电机可以分为反应式、永磁式和混合式步进电机三大类；按照控制绕组的相数可以分为两相、三相、四相……。

⑵ 本设计中涉及到的步进电机主要参数① 相数：产生不同对极N 、S 磁场的激磁线圈对数，用ｍ表示。

② 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指步进电机走过一个齿距角所需脉冲数，用ｎ表示。

③ 齿距角：步进电动机的转子上均匀地分布着许多小齿，相邻两个小齿的中心线间的角度称为齿距角，用φ表示。

④步距角：对应一个脉冲信号，步进电机转过的角位移，用θ表示。

⑶本设计中用到的步进电机本设计中用到的步进电机为两相步进电机。

该步进电机转子共有50个齿，所以齿距角为7.2°。

电机每相电流为0.2A，相电压为5V。

⑷步进电机驱动电路本设计中用到的步进电机的驱动电路图如图2.1所示23图中TL1～TL6对应的是面板上的插孔。

图中标注的A及A，B及B分别表示步进电机的定子的两相绕组的四个端子。

⑸两相步进电机的通电方式：①单四拍通电方式：每次只有一相绕组通电，四拍构成一定循环。

两相绕组按照A—B —A—B—A的次序轮流通电。

每拍转子转动41转子齿距。

②双四拍通电方式：每次有两相绕组同时通电，两相控制绕组按AB—B A—A B—B A—AB的次序轮流通电。

每拍转子转动的角度与单四拍相等都是41转子齿距，但与单四拍的空间定位不重合。

③单、双八拍的通电方式：上两种通电方式的循环拍数等于4，称为满步通电方式。

若通电方式等于8，称为半步通电方式，即按A—AB—B—B A—A—A B—B—B A—A 的次序通电。

每拍转子转动81转子齿距。

⑹在上述通电方式中，改变通电的循环方向即可改变步进电机的转动方向，改变通电的频率，即可改变步进电机的转速。

2.3.3控制要求：⑴能够实现步进电机的起动和停止、正转和反转及改变转速。

⑵能够实现步进电机的单四拍、双四拍、单双八拍运行。

⑶当按下按钮SB1时，步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；当按下按钮SB2时，步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率逆时针方向运行30步后停止；当按下按钮SB3时，步进电机以双四拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；当按下按钮SB4时，步进电机以双四拍方式和500MS/步的频率和逆时针方向运行30步后停止；当按下按钮SB5时，步进电机以单双八拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；当按下按钮SB6时，步进电机以单双八拍方式和500MS/步的频率逆时针方向运行30步后停止；任何时刻按下按钮SB7，步进电机停止。