电气类121122班PLC课程设计指导书15简

电气类P L C课程设计指导书主编：自动化系杨涟中原工学院电子信息学院二零一五年六月前言电气控制与PLC是工业控制领域中应用得十分广泛、且实践性极强的一门专业课程，有必要在基本理论学习和实践的基础上通过课程设计进行综合性训练，使学生对小型PLC系统集成、PLC复杂控制程序设计、与电气控制系统结合、人机界面设计及监控等方面建立起整体印象。

电气控制与PLCP通过为期一周的课程设计，完成满足控制要求的PLC控制系统集成、PLC控制程序设计、控制系统硬件设计、监控系统设计、运行调试，并撰写课程设计报。

使学生的理论基础、动手能力和相关知识的综合运用能力得到进一步提高，对工控系统建立起整体印象，培养学生的专业知识综合应用能力和工程实践能力。

本课程设计要求学生完成下列先修课程：电路、电子、电力电子技术、电力拖动、电气控制与PLC、检测技术等。

本课程设计采用的目标样机是西门子S7—200系列PLC。

本指导书由杨涟老师编写。

2015年6月前言 (2)目录 (3)第一章概述 (4)第二章 PLC 课程设计指导 (5)第三章课程设计的内容和要求 (10)第一节课程设计的要求和组织形式 (10)第二节课程设计的具体控制要求 (12)题目一包装生产线PLC控制系统设计 (12)附录 A S7—200系列PLC外围典型接线图 (14)使用教材与教学参考书 (17)参考文献 (17)可编程控制器是以微处理器为核心的通用工业控制装置。

它将传统的继电器-接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合，集计算机、控制、通信于一体，为工业自动化提供了几乎完美的现代化自动控制装置。

可编程控制器主要应用于逻辑控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信联网等领域，且正向着楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域扩展。

电气控制与PLC是实践性极强的一门实用技术，是自动化、电气工程及其自动化专业的必修课程，其特点是理论学习与实验并重，且相辅相成。

理论学习用于指导实践，实践又反过来加深对理论的理解。

学生在充分学习了电气控制技术、S7-200系列PLC的硬件系统及内部资源、基本逻辑指令及程序设计方法、顺控指令及应用、功能指令及其编程，完成了基本实验后，对PLC的应用有了一定的基础，有必要通过课程设计进行进一步的综合训练，构筑实践环境，使学生对PLC系统集成、PLC复杂控制程序设计、电气控制线路设计、人机界面设计及监控等方面建立起整体印象，强化工程意识，提高应用能力。

PLC课程设计的任务是巩固先修课程：电路、电子技术、电力电子技术、电气控制技术、PLC 技术、电力拖动及检测技术等，并着眼于综合应用。

通过为期一个星期的课程设计，完成满足控制要求的PLC控制系统集成、PLC控制程序设计、控制系统硬件设计、监控系统设计、运行调试，并撰写课程设计报告。

该课程设计涉及到电气控制线路设计、电动机拖动方案选择、现场信号的采集、现场负载的驱动、PLC系统集成、S7-200系列PLC基本逻辑指令、控制指令、简单及复杂功能指令的应用等知识，覆盖面较广，通过课程设计可以使学生的理论基础得到进一步巩固，动手能力进一步提高，对工控系统建立起整体印象，提高专业知识的综合应用能力和工程实践能力，为今后的工作打下良好基础。

第二章 PLC课程设计指导在学习了电气控制技术、PLC的特点和结构组成、工作原理和指令系统，进行了认识性实验、综合性、设计性实验后，如何根据一个实际的工业控制项目，完成PLC控制系统的设计，使之最大限度地满足机械设备或生产工艺的要求，是学习该课程的根本目的。

为了实现这一目标，还应结合PLC控制技术的特点，进行比较深入的研究与实训。

电气控制与PLC课程设计就是通过简单的工程实例，从工程的角度、操作的角度，尽可能全面地综合考虑问题和处理问题，进而完成PLC控制系统的设计。

一、PLC控制系统设计的基本原则PLC控制系统的设计原则就是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，因此需要全面、系统地考虑系统的控制要求，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。

设计的基本原则如下：1．满足被控对象的要求PLC控制系统设计的首要任务就是要充分满足被控对象对控制系统提出的要求，这也是PLC控制系统设计中最重要的原则。

为了实现系统的控制目标，要求设计人员对被控对象和生产现场做深入细致的调查研究，详细收集有关的设计资料，包括生产现场的作业环境，生产设备的相关参数，控制设备的操作方式和操作顺序，以及相关的管理经验等。

在制订控制方案时，要与现场的管理人员、技术员及操作人员共同研究，紧密配合，共同拟订控制方案，解决设计中的疑难问题和重点问题。

在制订控制系统的控制方案时，要从工程实际出发，要充分考虑系统功能的组成及实现，主要从以下方面考虑。

①机械部件的动作顺序、动作条件、必要的保护和联锁。

②系统的工作方式（如手动、自动、半自动）。

③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。

④ PLC与上位计算机、交／直流调速器、工业机器人等智能设备的关系。

⑤系统的供电方式、接地方式及隔离屏蔽问题。

⑥网络通信方式。

⑦数据显示的方式及内容。

⑧安全保护措施及紧急情况处理。

2．确保系统安全可靠、操作简单确保PLC控制系统的安全可靠、长期稳定地连续运行，这是任何一个控制系统的生命线。

为此，必须在控制方案的制定、控制设备的选择及应用程序的编制方面都要建立在确保控制系统安全可靠的基础上。

在操作上，要保证系统操作的简单有效，尤其是在设计控制程序时，不仅要保证在正常的工作条件下的正确运行，还必须充分考虑到在非正常的工作条件下（如电源突然掉电再上电，操作人员的误操作，非法操作等），系统仍能正常工作。

要求控制程序只能接受合法操作，拒绝非法操作。

3．尽量减少工程成本和维护费用任何一个控制系统都能改善作业环境，提高劳动生产率，改进产品质量。

但是，如何在满足生产工艺要求的前提下，设计一个低成本、低维护费用的PLC控制系统，这也应当是进行PLC控制系统设计时要考虑的一个基本设计原则，使得设计出来的PLC控制系统，既可靠，高效，又经济、实用。

4．适当留有扩展裕量PLC具有易于系统扩展的能力，以PLC作为主控制器的控制系统，要考虑和利用这种易于系统扩展的能力。

在进行PLC控制系统设计时，要考虑到今后生产工艺的改进和控制功能的扩充问题。

在进行控制系统组态时，要留有适当的裕量。

二、控制系统设计的基本内容1．机型选择可编程控制器是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。

机型的选择主要考虑以下几方面。

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。

②系统的控制对象。

·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。

2．系统组态在选定PLC的机型后，就要对所选机型进行系统组态。

CPU组态是指配置PLC系统的部分硬件的功能和参数。

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CPU主机单元对输入／输出系统进行组态。

例如，S7-200系列PLC 对输入／输出系统进行的系统组态，应包括如下方面：·配置I/O点数及模块地址。

·设置输入滤波。

·设置脉冲捕捉。

·配置数字量输出表。

3．编程元件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。

在进行地址分配时，西门子小型机（S7-200PLC）的地址分配与模块的排列顺序有关，一旦模块排列顺序确定，各模块I/O地址就由系统确定下来，我们必须清楚系统分配地址的原则，我们所列写的各模块的I/O地址必须与系统分配的地址一致，具体外部信号连接到那个模块的哪些I/O点，需要从工程实际角度出发，考虑地址分配与电缆布线、程序编制、系统调试及维护检修的联系，使之便于施工布线，便于编制和调试程序，便于维护检修。

（1）单台 PLC系统的输入／输出点的地址分配以一个具有 4台交流电动机控制的 PLC控制系统为例，每台交流电动机需要 14个输入点（其中联锁条件8点，启动停止命令6点），6个输出点（其中启动输出和停止输出2点，电磁阀2点、指示灯 2点），系统的主令控制需要 10个输入点，6个输出点。

共需要 66个输入点，30个输出点。

CPU对输入／输出系统的系统组态为：用 1台 S7-200，CPU224，4台 EM223（16入/16 出）I ／O模块。

如果将输入／输出点统一按顺序进行地址分配，地址分配结果如表2-1所示。

表2-1对输入／输出点按统一顺序进行地址分配模板CPU224 EM223 1 EM223 1～2 EM223 1～3 EM223 2～4输入点I0.0～I1.1 I2.0～I3.5 I3.6～I5.3 I5.4～I7.1 I7.2～I8.7输出点Q0.0～Q0.5 Q2.0～Q2.5 Q2.6～Q3.3 Q3.4～Q4.1 Q4.2～Q4.7控制主令控制1号电动机2号电动机3号电动机4号电动机按照表2-l进行地址分配，则1号电动机涉及到2个EM223模板，2号电动机涉及到2个 EM223模板，而 3号电动机和 4号电动机则涉及到 3个 EM223模板。

这样进行的地址分配，不仅使得各台电动机与I／O模板的布线比较混乱，也不便于编程和维护检修。

如果按控制设备（如电动机）对输入／输出点进行分组，在组内按顺序分配，使同一台控制设备的输入／输出点相对集中，这样不仅布线方便，对于编程、调试及维护检修都很方便。

表2-2对输入／输出点按分组顺序进行地址分配模板CPU224 EM223 （1）EM223 （2）EM223 （3）EM223 （4）输入点I0.0～I1.1 I2.0～I3.5 I4.0～I5.5 I6.0～I7.5 I8.0～I9.5输出点Q0.0～Q0.5 Q2.0～Q2.5 Q4.0～Q4.5 Q6.0～Q6.5 Q8.0～Q8.5控制主令控制1号电动机2号电动机3号电动机4号电动机（2 ）多台 PLC系统的输入／输出点的地址分配在多台PLC控制系统中，应根据整体控制要求，按照控制类别对输入／输出点统一进行分组，规定出每台PLC都要遵循的地址分配原则。

例如某自动化生产线有4道生产工序，虽然每道工序所完成的任务不同，所用的设备也不相同，但是针对控制对象而言，都有非常类似的操作任务，如启动、停止、复位、显示、检测等。

如果能对每台PLC的输入／输出点统一归类分组后再进行地址分配，如表2-3所示的输入／输出点地址分配，对于编程、调试及维护检修是非常方便的。