PLC课设题目基础训练项目.docx
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PLC课设题目基础训练项目
太原科技大学
《PLC控制技术课程设计指导》
编者柏艳红
2015年11月修订
前言
《PLC控制技术课程设计指导》主要用于自动化专业本科生的课程设计，在学完《电器与PLC原理及应用》课程，在学生掌握PLC基本原理、s7-200PLC指令及应用、电气及PLC控制系统设计的基本步骤等内容的基础上开设。
指导书共分六部分。
第一部分介绍基础训练实验系统，第二部分为变频电机和步进电机控制基础实验，给出了详细的实验指导，这两部分是课程设计的基础，要求所有同学都要掌握。
课程设计课题分步进滑台控制、异步电机变频调速控制、实物对象控制、自动化网络控制系统通信四大类，分别在第三部分到第六部分给出，每部分有不同课题，同一课题有不同控制方案要求，每个同学选做一个课题下的一种控制方案。
指导书针对每一设计课题，提出了设计任务和设计要求，并提供了设计提示。
由于编写仓促、编者水平有限，在内容上若有不妥之处，希望老师和同学们赐予宝贵意见。
第1部分基础训练实验平台介绍
1多功能实验平台元件布置图
图1.1多功能实验平台元件布置图
2多功能实验平台接线原理图
图1.2多功能实验平台接线原理图
1）直流开关电源（24V直流电源）
两个直流电源，其中一个专给步进电机驱动器供电。
24P和24N分别表示24V直流电源的正极和负极。
2）按钮
按钮公共端接24P。
红色SB2，SB3为常闭触点，绿色SB4，SB5为常开触点。
图1.3电位器端子图
3）指示灯
指示灯公共端接24N。
4）电位器
图1.3为电位器端子引出接线图。
5）继电器
继电器线圈（13-14）公共端接24N，引出的一组常开触点（1-5）公共端1接24P。
图1.4继电器底座引出端子图图1.5继电器端子图
6）光电接近开关SP（PNP）
图1.6接近开关接线原理图
PLC数字量输入模块一般可分为两类：
一类的公共输入端为电源0V，电流从输入模块流出（日本模式），此时，一定要选用NPN型接近开关；另一类的公共输入端为电源正端，电流流入输入模块，即阱式输入（欧洲模式），此时，一定要选用PNP型接近开关。
实验台要求PLC公共输入端为电源正端，即接近开关为PNP型。
7）接触器
当继电器KA1线圈得电时，接触器KM线圈得电，主触点闭合。
图1.7接触器接线原理图
8）PLC开关量输入输出端子
PLC第二组输入端子公共端24N，第一组输入端子公共端接24P。
PLC为晶体管输出，公共端子按产品说明要求接线，负载公共端子只能接24N。
PLC的开关量输入信号有：
接近开关SP，4个按钮，或者PLC输出的高速脉冲信号。
输出信号有：
继电器线圈，步进电机驱动器的脉冲信号端和方向控制端，变频器的数字量输入端子。
9）固态继电器
固态继电器用来控制台上施加在加热圈上的温度，其接线端子见图1.8。
图1.8固态继电器接线端子
3步进电机驱动直线滑台系统
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1.9。
主要元件包括：
步进电机驱动、步进电机、滑台、2个接近开关、2个限位开关。
步进电机驱动与步进电机之间的接线实验台上已经连好，其原理见图1.10。
图1.9滑台结构示意图
图1.10步进电机及其驱动器接线原理图
4异步电机与变频器
变频器为MM440，通过测速转盘和光电开关可以测量电机转速，测速转盘固定在电机轴上随轴旋转。
变频器与电机和电源之间的接线实验台上已经连好，见图1.11。
图1.11变频器与电机和电源的接线原理图
第2部分变频电机和步进电机控制基础实验
实验一异步电机变频调速基础实验
1实验目的
初步掌握变频器的使用，包括参数设置方法、命令源类型、频率设定方式等；掌握操作面板控制的变频器工作方式；掌握PLC控制（数字量输入端子控制）的变频器工作方式。
实验内容
1）BOP面板控制电机变频调速；
2）PLC控制电机变频调速。
2预习内容
参阅M440变频器手册
仔细阅读以下章节内容：
◆1.2BOP修改参数步骤（P7页）
◆1.4BOP面板控制变频器（P8页）
◆调试步骤（P9-13页）
BOP面板控制电机变频调速
由BOP面板控制电机启停、正反转、调速、电动。
完成表2.1和表2.2参数设置。
表2.1快速调试（设置电机参数、命令源及频率给定源）
参数号
设置值
说明
P0003
1
参数访问等级：
标准级
P0010
?
快速调试
P0304
220
电动机额定电压（V）
P0305
3.48
电动机额定电流（A）
P0307
0.75
电动机额定功率（KW）
P0310
50
电机额定频率（Hz）
P0311
1400
电动机额定转速（rpm）
P0700
?
选择命令给定源（启动/停止）:
BOP
P1000
?
设置频率给定源:
BOP电动电位计给定（BOP面板）
P3900
?
结束快速调试:
电机数据计算，并将除快速调试以外的参数恢复到工厂设定
说明1：
有些参数必须快速调试才能设置，如电机参数；有些参数可以快速调试时设置，也可以直接设置，如P0700和P1000；有些参数只能直接设置，因为快速调试后恢复到出厂值。
说明2：
当变频器所带电机不更换时，只需要在第一次使用或者作出厂恢复后，进行快速调试；在变频器参数设置混乱时或进行出厂恢复。
表2.2面板基本操作控制参数
参数号
出厂值
设置值
说明
P0700
2
由BOP输入设定值（选择命令源）
P1000
2
由键盘（电动电位计BOP）输入设定值
P1080
0
0
电动机运行的最低频率（Hz）
P1082
50
50
电动机运行的最高频率（Hz）
P1040
5
20
设定键盘控制的频率值（Hz）
P1058
5
10
正向点动频率（Hz）
P1059
5
10
反向点动频率（Hz）
P1060
10
5
点动斜坡上升时间（s）
P1061
10
5
点动斜坡下降时间（s）
电机变频调速PLC控制系统设计
由启动按钮、停止按钮、方向按钮控制电机的运行，运行速度固定10Hz。
要求：
①画出接线原理图；②完成变频器参数表；③编写PLC程序。
1）完成变频器参数表
DIN1控制起停，DIN2控制方向，运行频率采用为10Hz固定频率。
查M440说明手册，完成表2.3变频器参数。
表2.3PLC控制变频器参数
参数号
设置值
说明
P0700
P0701
P0702
P1000
P1001
P1002
2）画出接线原理图
选用变频器DIN1控制起停，DIN2控制方向，在图2.1中画出接线原理图。
图2.1PLC控制变频器接线原理图
3）编写PLC程序
参考图2.2程序示例，编写PLC程序。
图2.2PLC程序示例
3实验操作
调试BOP面板实现电机的起/停和正反转调速控制系统
①按图2.3步骤设置表2-1变频器参数
图2.3参数修改流程示意
②操作BOP面板的启动、停止、正反转、点动、加减速按键，观察电机的运行。
调试PLC控制电动机系统
①按图2.1接线，注意M440的28号端子（0V）必须接24N。
②按表2-3重新设置变频器参数。
③输入并下载所设计的PLC程序，置PLC为运行状态。
④操作启动、停止按钮、方向控制按钮，观察电机的运行。
⑤修改固定运行频率为20Hz，观察电机运行状态。
实验二步进电机控制基础实验
4实验目的
了解步进电机驱动器的使用及步进电机的工作原理；掌握高速脉冲输出指令及其在步进电机控制中的应用。
5实验内容
1）调试PWM信号产生程序，掌握PWM输出时特殊寄存器的设置；
2）调试PTO脉冲输出程序，掌握PTO输出时特殊寄存器的设置；
3）步进滑台匀速运行控制实验。
6预习内容
读懂PWM信号产生程序
读图2.4梯形图程序。
程序功能：
在Q0.0输出端，产生周期为1000ms宽度为400ms的PWM信号，由常开按钮SB4（I1.0）控制脉冲输出启动，常闭按钮SB2（I1.2）控制脉冲输出结束。
回答下列问题：
①参考教材，了解PWM输出相关特殊存储器，说明SMB67、SMW68和SMW70的功能。
②SMB67=16#5B的含义。
③该程序如何控制脉冲输出的起动与结束。
图2.4PWM信号产生梯形图
图2.4PWM信号产生梯形图（续）
编程输出固定周期的PTO脉冲
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，常闭按钮可以停止PTO输出，实现急停功能。
要求：
①确定PTO相关特殊寄存器值
●SMB67初值。
要求：
单段PTO输出、时间基准为ms、禁止PTO输出，允许脉冲数和周期更新。
●脉冲数。
参考值：
SMD72=30
●脉冲周期。
参考值：
SMW68=1000ms
②参照图2.4例程，编写PLC程序。
设计步进电机匀速运行PLC控制系统
实验台上滑台装置由步进电机驱动，PLC输出的高速脉冲信号可以控制滑台的速度和位移。
设计控制系统，实现以下功能：
①步进电机低速匀速运行，即没有启动和停止过程的加减速过程。
②按下启动按钮开始运行，按下停止按钮则停止运行，按下方向按钮则改变运行方向。
要求：
①画出接线图
在图2.5中画出PLC控制步进电机的接线图。
（输入按钮分配端子与前面一致，避免重新接线）
图2.5PLC控制步进电机接线图
②确定PTO输出相关特殊寄存器的值
●SMB67初值。
要求：
单段PTO输出、时间基准为us、禁止PTO输出。
●脉冲数。
滑台位移由脉冲数决定，如果滑台运行到终端位置还有脉冲到来，则产生冲击。
本例设有急停按钮，脉冲数可以不限制，但在运行过程中必须观察滑台位置，接近端位时，按急停按钮，让其停止运行。
参考值：
SMD72=20000
●脉冲周期。
脉冲周期决定滑台运行速度：
周期大运行速度慢；滑台运行范围有限，速度大危险，因此，要求速度慢，即PTO周期大。
参考值：
SMW68=1000~8000us
③编写PLC程序
在2.2节程序基础上，修改相关特殊寄存器值，增加运行方向控制（参考图2.2程序）。
7实验操作
调试PWM信号产生程序
调试第2.1节程序的步骤：
①按图2.6在PLC输入端接入按钮；
②输入并下载“PWM信号产生”程序。
将PLC处于运行状态，按下启动按钮，观察Q0.0指示灯是否有脉冲信号，且是否按设定周期和脉宽工作；按下停止按钮，观察指示灯状态。
③修改脉冲周期和宽度，重新下载程序，观察输出脉冲。
调试PTO信号产生程序
在上述基础上，继续以下步骤：
①输入并下载第2.2所编写的“PTO信号产生”程序，将PLC处于运行状态。
②按下启动按钮，观察Q0.0指示灯状态，直到指示灯不再亮，PTO脉冲输完；再次按下启动按钮，在PTO脉冲未输完前，按下停止按钮，观察指示灯状态；
③修改PTO脉冲数及周期，重新下载程序，观察输出脉冲。
调试步进电机匀速运行PLC控制系统
控制滑台运行前，必须先调试程序功能：
在第3.2节基础上按下列步骤调试第2.3节程序：
①输入并下载第2.3节所编写的“步进电机匀速运行”程序，将PLC处于运行模式。
②按下启动和停止按钮，观察Q0.0指示灯状态。
③反复按方向控制按钮，观察Q0.1指示灯状态。
若指示灯状态为：
按亮→再按灭→再按亮→…，则功能实现。
若启/停和方向控制功能都正常，则继续下列步骤：
①在电源开关断开情况下，按图2.7，PLC输出端与驱动器连接。
②合上电源开关，将PLC处于运行模式。
③按下启动按钮，滑台启动运行后，按下停止按钮。
按下方向控制按钮，再次启动运行，观察运行方向，并及时按停止按钮，以免滑台到达端位。
④如果有脉冲输出，但滑台没有动，有两种情况：
一种是脉冲周期太大，运行速度过慢；令一种是脉冲周期太小，频率太高，电机启动转矩小，带不动负载。
这时，调节脉冲周期来解决问题。
⑤修改脉冲周期，重新观察运行速度。
第3部分步进滑台定位控制类设计课题
步进电机驱动的直线滑台也是各种机电设备、自动化生产线广泛应用的装置之一，用于定位控制。
如：
某自动生产线采取步进电机驱动搬运站的机械手装置整体运动，步进电机的运动过程依次为原点、供料站、加工站、装配站、分拣站、原点五个运动过程的循环，为多点定位，为满足定位精度和速度要求，采用加速启动、匀速运行、接近定位点时的减速停车的变速运行方式，通过脉冲数实现定位；某药柱切片机系统的工作台由步进电机驱动，用于夹紧药柱，运行时，工作台向前走一片厚度的距离停止，切刀完成切片后，工作台再进一片厚度尺寸，如此循环工作，直至完成设定切片数，为低速运行多点定位，采用脉冲数实现定位；某物料搬运机械手沿x轴与y轴运动由步进电机控制，要求两台电机顺序动作。
另外，各设备都要求有回原点功能和点动运行功能，这两种情况都采用低速匀速运行，回原点控制采用行程开关定位，点动采用按钮控制定位。
综合各种设备或生产线中定位控制的要求，主要有三类：
两点往复运行、多点定位、多台电机顺序或协调动作。
根据运行速度和定位精度的不同要求，定位方式有低速匀速运行脉冲数定位、低速匀速运行行程开关定位、高速变速运行脉冲数定位和高速变速运行行程开关定位四种。
根据上述定位控制要求，制定了步进滑台定位控制类课程设计课题。
根据不同定位方式、定位切换方式、速度和位置设定方式，给出了一些选择方案，见表3.1。
表3.1步进滑台定位控制训练项目
项目名称
选择方案
步进滑台两点往复运行
定位方式：
匀速脉冲数定位；匀速行程开关定位；变速脉冲数定位；变速行程开关定位。
速度位置设定：
固定速度和位置；TD400设置。
步进滑台多点定位控制
不同多点定位方式；按时间切换定位点；按其它工序的行程开关切换定位点。
一台PLC控制两个步进滑台运行
两台电机顺序动作；两台电机协调动作。
课题一步进滑台两点匀速往复运行PLC控制系统设计
1设计任务
针对自动化工程训练中多功能实验台上的步进电机驱动的直线滑台，设计PLC控制系统，实现直线滑台的两点之间往复运行控制。
根据定位方式分2种控制方案要求。
方案1（1个接近开关）：
按脉冲数定位，具体控制要求如下。
（1）找零功能。
按下找零按钮，滑块低速匀速向下运行，运行至下接近开关停止，实现找零；
（2）往复运行。
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5s，然后匀速下行，下行到位后，停止5s，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）；运行过程中，按下停止按钮则停止运行；
（3）点动运行功能。
上行点动运行按钮控制滑台低速匀速向上点动运行，下行点动运行按钮控制滑台低速匀速向下点动运行；
（4）保护功能。
当滑块碰到上、下限位开关时停止运行；
（5）监控功能。
由TD400C人机界面控制滑台运行，并设定往返运动的位移和速度。
（可选）
方案2（2个接近开关）：
由行程开关定位，具体控制要求如下。
（1）找零功能。
按下找零按钮，滑块低速匀速向下运行，滑块向下运行至下接近开关停止，实现找零；
（2）往复运行功能。
在零位时，按下启动按钮，滑块在上下接近开关之间匀速往返运行，在上位停3s，在下位停3s；运行过程中，按下停止按钮则停止运行；
（3）点动运行功能。
上行点动运行按钮控制滑台低速匀速向上点动运行，下行点动运行按钮控制滑台低速匀速向下点动运行；
（4）保护功能。
当滑块碰到上、下限位开关时停止运行；
（5）监控功能。
由TD400C人机界面控制滑台运行，并设定往返运动速度。
（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，了解PLC控制步进电机的方式及指令，了解步进电机频率和转矩的关系，理解步进电机的丢步问题。
（2）利用实验室条件，构建硬件系统，画出电气原理图、PLC端子分配表及接线原理图。
（3）编写PLC程序，实现任务要求的控制功能。
（4）进行实验调试，修改完善所编程序，实现系统功能。
（5）编写设计说明书。
说明书必须包括以下内容，内容次序自行组织安排：
●系统描述及设计任务说明；
●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；
●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；
●系统调试过程及调试结果；
●总结设计中遇到的问题及解决方法以及本次设计的收获，谈谈对课程设计的建议。
3设计提示
总体方案提示
应用高速脉冲输出指令的PTO或PWM输出，实现步进电机的匀速运行；通过控制步进电机驱动器方向信号输入端的信号，控制电机的正反向运行；通过脉冲输出结束标志位或者接近开关信号实现往复运行；通过脉冲控制字节中使能脉冲输出位控制步进电机的启停；系统为顺序控制，可以采用顺控指令编程。
为避免滑台失控，先在PLC输出端与步进电机驱动器不接线的情况下调试程序，实现急停和双向运行功能。
程序设计参考步骤
采用模块化程序设计方法，分别实现找零、点动运行、多点定位循环运行，调试成功后，采用结构化程序设计思想，应用子程序调用方式整合。
各子模块又可以采用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的方式。
下面为步进滑台匀速往复运行程序设计的参考步骤：
1）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。
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，则输出变为“1”。
接线：
在PLC输入端接入按钮。
编程调试：
参考图2.2程序编程，调试时观察输出指示灯状态的变化。
3）滑台双向匀速运行控制的实现
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1）和2）程序结合；按步进电机运行速度要求，修改相关特殊寄存器值（脉冲周期和脉冲数）。
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。
4）滑台点动运行功能的实现
控制要求：
按下点动运行按钮，滑台开始向上或向下点动运行。
接线：
按设计的接线原理图，在PLC输入端接入点动按钮，PLC输出端与步进电机驱动器连接。
编程：
重点考虑脉冲启动输出和停止输出的条件。
调试：
修改完善程序，直到滑台能够向上或向下点动运行。
5）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，滑台开始向下匀速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。
编程调试：
在上述程序基础上，增加找零运行控制程序。
6）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，只接启动和停止按钮。
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，按照顺序功能图，应用1）~5）调试成功的程序，完成往复运行编程。
调试：
修改完善程序，直到实现要求的功能。
7）组态TD400C，实现对滑台运行状态的监控。
接线原理
步进电机往复运行控制系统PLC接线原理图参考图3.1，注意接近开关的类型。
图3.1步进电机往复运行控制系统PLC接线原理图
课题二步进滑台两点变速往复运行PLC控制系统设计
1设计任务
针对自动化工程训练中多功能实验台上的步进电机驱动的直线滑台，设计PLC控制系统，实现直线滑台的变速往复运行控制。
根据定位方式分2种控制方案要求。
方案1（1个接近开关）：
按脉冲数定位，具体控制要求如下。
（1）找零功能。
按下找零按钮，滑块低速匀速向下运行，运行至下接近开关停止，实现找零；
（2）往复运行。
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2s，然后上行，如此往复运行；（上下行位移脉冲数不同，需要调节，保证相同，否则会跑离滑台）；运行过程中，按下停止按钮则停止运行；
（3）点动运行功能。
上行点动运行按钮控制滑台低速匀速向上点动运行，下行点动运行按钮控制滑台低速匀速向下点动运行；
（4）保护功能。
当滑块碰到上、下限位开关时停止运行；
（5）监控功能。
由TD400C人机界面控制滑台运行，并设定往返运动的位移和速度。
（可选）
方案2（2个接近开关）控制要求：
（1）找零功能。
按下找零按钮，滑块低速匀速向下运行，运行至下接近开关停止，实现找零；
（2）往复运行功能。
在零位时，按下启动按钮，滑块在上下接近开关之间做变速往返运行，变速过程为加速-匀速-减速，在上位停3s，在下位停3s；运行过程中，按下停止按钮则停止运行；
（3）点动运行功能。
上行点动运行按钮控制滑台低速匀速向上点动运行，下行点动运行按钮控制滑台低速匀速向下点动运行；
（4）保护功能。
当滑块碰到上、下限位开关时停止运行；
（5）监控功能。
由TD400C人机界面控制滑台运行，并设定往返运动的位移和速度。
（可选）
2设计要求
同第3部分课题一，另外查阅步进电机定位控制应用相关资料。
3设计提示
总体方案
应用高速脉冲输出指令的PTO多段管线模式，实现步进电机的变速运行控制；通过控制驱动器方向信号，控制电机的正反向运行；通过脉冲输出结束标志位或者接近开关信号实现往复运行；通过脉冲控制字节中使能脉冲输出位控制步进电机的启停。
为避免滑台失控，先在PLC输出端与步进电机驱动器不接线的情况下调试程序，实现急停和双向运行功能。
程序设计参考步骤
采用模块化程序设计方法，分别实现找零、点动运行、多点定位循环运行，调试成功后，采用结构化程序设计思想，应用子程序调用方式整合。
各子模块又可以采用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的方式。
下面为步进滑台变速往复运行程序设计的参考步骤：
1）输出变周期的PTO脉冲
控制要求：
输出3段PTO脉冲，第一段周期由2000ms均匀减小到500ms，周期增量为-100ms；第二段脉冲数为20周期为500ms；第一段周期由500ms均匀增加到2000ms周期增量为100ms，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：
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变周期PTO输出；应用控制字节中脉冲使能位（如SM67.7）控制脉冲输出与停止。
调试：
按下启动按钮，观察输出的脉冲频率及脉冲个数；重新按下启动按钮，在PTO脉冲输完之前按停止按钮，
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