PLC课程设计指导书.docx
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PLC课程设计指导书
可编程控制器原理与实践
课程设计
时间：
每天上午8:
30-11:
30
下午1:
00-4:
30
每周六8:
30-4:
30
东华大学信息学院自动化系
2014.10
可编程序控制器原理与实践
课程设计
一、PLC课程设计目的
（1）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；
（2）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。
（3）通过本次课程设计增进实际动手能力的培养。
（4）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。
二、PLC课程设计要求
（1）理解实际系统的运动过程，分解动作过程使之容易编程。
（2）列写PLC控制系统的I/O配置。
（3）画出硬件电路图，实现PLC与控制装置的连线。
（4）编写梯形图程序，完成系统的调试。
（5）完成课程设计报告。
三、考核方法
（1）平时成绩30%
（2）报告成绩30%
（3）实考成绩40%
四、报告内容
（1）课程设计的目的和要求
（2）PLC的特点和应用简介
（3）设计系统的技术要求及示意图
（4）PLC控制系统原理图
（5）I/O配置表
（6）程序清单（梯形图）
（7）总结体会
PLC课程设计基础实验
实验一
AutomationStudio的使用和基本程序编程及调试
一、实验目的
1、掌握AutomationStudio的基本使用技巧和方法
2、熟悉AutomationStudio的基本命令
3、学会和掌握AutomationStudio程序的调试方法
二、实验设备
PC机一台，装有AutomationStudio编程软件；贝加莱PLC-2003一台；
各PC机与PLC-2003通过RS232电缆连接进行通信。
详见附录A。
三、实验内容
熟悉并练习AutomationStudio的使用，用选定的编程语言编制、调试控制程序。
AutomationStudio是贝加莱公司为其自动化控制设备PLC开发的一种可使用多种编程语言的PLC开发环境，如附录B所示。
1．PLC硬件配置：
根据所给实验装置，使用AutomationStudio对系统硬件进行配置。
配置方法见本指导书附录B。
2．实验程序1：
试用课堂上的梯形图（LAD）实例，观察程序运行结果，从中理解LAD的编程方法。
3．实验程序2：
试用课堂上的AutomationBasic实例，观察程序运行结果，从中理解AutomationBasic的编程方法。
四.思考题
1．在AutomationStudio中为什么要对PLC系统硬件进行配置？
2．为什么要为用户编制的控制程序命名？
3．为用户程序选择循环周期的原则是什么？
4．AutomationStudio为用户提供多种编程语言有什么好处？
实验二
基础实验：
系统输入输出控制
一、实验目的
1．熟悉和掌握梯形图（LAD）的基本使用技巧和方法
2．熟悉和掌握AutomationBasic的基本使用技巧和方法
3．学会和掌握AutomationStudio程序的调试方法
二、实验设备
PC机一台，装有AutomationStudio编程软件；贝加莱PLC-2003一台；
各PC机与PLC-2003通过RS232电缆连接进行通信。
详见附录A。
三、实验内容
熟悉并练习梯形图（LAD）和AutomationBasic的基本使用技巧和方法。
AutomationBasic是贝加莱公司为其自动化控制设备PLC开发的一种文本型高级编程语言，如附录B所示。
1．PLC硬件配置：
根据所给实验装置，使用AutomationStudio对系统硬件进行配置。
配置方法见本指导书附录B。
2．实验程序1：
使用LAD和AutomationBasic编程语言，编制一段小控制程序，实现以下功能：
利用实验装置上的第一个模拟量旋钮（电位器），来控制模拟量输出，当旋转该电位器时，第一个模拟量输出随之变化，旋钮逆时针旋到底时（模拟量输入为最小值0），要求模拟量输出为0（光柱无显示），当旋钮顺时针旋到底时（模拟量输入为最大值32767），要求模拟量输出为最大值（光柱全显示）；同时，第二个模拟量输出的状态正好与第一个模拟量输出相反。
3．实验程序2：
使用LAD和AutomationBasic编程语言，编制一段小控制程序，实现以下功能：
利用实验装置上的两个开关，来控制模拟量输出，当接通（合上）其中一个开关（另一个应处于断开状态）时，第一个模拟量输出从0开始随时间逐渐增大，达到其最大值后，再从0开始…，周而复始；当接通（合上）另一个开关时，第一个模拟量输出从0开始随时间逐渐增大，达到其最大值后，再从0开始…，同时，第二个模拟量输出从其最大值开始随时间逐渐减小，达到0后，再从其最大值开始…，周而复始。
四、思考题
1．在LAD中模拟量输入的最大值和最小值是多少？
2．在LAD中如何实现模拟量的赋值？
3．实验中，模拟量输出指示（LED光条）旁的指示灯正常时应为绿色，但为什么有时会出现红色？
如何才能使该指示灯始终保持绿色？
4．LAD语言中的数据类型之间如何进行相互转换？
课程设计内容介绍
一智能抢答器系统
1．系统概况
实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器。
目前市场上已有的各种各样的智力竞赛抢答器绝大多数是早期设计的，只具有抢答锁定功能的一个电路，以模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品，这部分抢答器已相当成熟。
现在的抢答器具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能。
但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高，显示方式简单（有的甚至没有显示电路），无法判断提前抢按按钮的行为，不便于电路升级换代。
本设计要求就是利用PLC作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用PLC本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。
2．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.
3．设计任务
1）根据控制要求，进行抢答器PLC控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
2）根据控制要求，编制抢答器PLC控制应用程序。
3）编写设计说明.
二、
自动交通灯系统
（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25秒后闪亮了3次（3秒）后,东西黄灯亮4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4秒后循环.
方案2:
南北红灯亮10秒,东西绿灯亮10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.
（三）I/O配置
输入
启动/停止按钮X0~X1
东西红灯Y0东西黄灯Y1东西绿灯Y2
南北红灯Y3南北黄灯Y4南北绿灯Y5
（四）设计要求
理解动作过程，列写I/O配置表，画出硬件电路图，编写梯形图程序，进行系统调试。
三、
小球分拣器系统
（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”）。
（三）设计要求
理解动作过程，列写I/O配置表，画出硬件电路图，编写梯形图程序，进行系统调试。
四、电梯模型
（一）电梯控制系统示意图
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。
（三）I/O配置
输入：
平层信号内呼信号（按钮）外呼信号（按钮）
一层X1X6XA（上）
二层X2X7XB（上）XC（下）
三层X3X8XD（上）XE（下）
四层X4X9XF（下）
下限位X0
上限位X5
开门信号X10开门限位X12
关门X11关门限位X13
输出：
内呼响应外呼响应
一层Y6YA（上）
二层Y7YB（上）YC（下）
三层Y8YD（上）YE（下）
四层Y9YF（下）
电梯上升Y0电梯开门Y2
电梯下降Y1电梯关门Y3
（注：
电梯上移与下移，开门与关门输出必须互相锁定，不能同时导通输出）
（四）设计要求
理解动作过程，列写I/O配置表，画出硬件电路图，编写梯形图程序，进行系统调试。
附录A实验设备简介
东华大学信息学院“贝加莱公司与东华大学工业自动化联合实验室”中贝加莱公司的大、中、小型PLC共有42套，其中：
大型机2010系列共2套，中型机2005系列共有4套，小型机2003系列共有36套。
这42套PLC按照工业控制网络的构架分为三层网络：
36套2003分为两组，每组与2套2005用现场总线CAN相互连接（模拟工业控制网络中的现场控制级）；4套2005分成2组，每组与1套2010用现场总线Profibus_DP相互连接（模拟工业控制网络中的过程监控级）；两套2010及1台工控操作站之间用工业Ethernet相互连接（模拟工业控制网络中的企业生产管理级），整个系统安置在一个实验室中，实验系统的网络结构图如图A-2所示。
原则上学生实验都在2003系列PLC上进行，每台2003PLC旁都配有1台PC机作为该PLC的编程及监控设备（内装各种所需软件）。
每台2003PLC旁还都配置相应的实验装置：
扭子开关（用于数字量的输入）、电位器（用于模拟量的输入）和LED光柱（用于模拟量的输出显示）。
每台2003PLC上均配置了CPU模块、数字/模拟量混合输入输出模块、数字量输入输出模块，见图A-1。
在每台PC机中已装有Windows2000操作系统，以及实验所需的贝加莱PLC的编程软件AutomationStudio和工业监控组态软件WindowsControlCenterV5.0，分别用于对PLC系统的配置编程及人机界面的组态设计监控。
各台PC机分别与各自对应的PLC之间通过RS232接口相连接。
图A-1单套2003实验系统结构图
图A-2工业自动化实验室系统网络结构图
附录BAutomationStudio环境及其操作
一、AutomationStudio简介
AutomationStudio是奥地利贝加莱公司推出的，基于Windows98/2000/NT平台上的，支持用户开发贝加莱PCC（可编程计算机控制器）应用程序的软件包。
AutomationStudio集系统配置、程序编制/编译、调试/诊断为一体，使用户开发、输入、调试和修改应用控制程序都极为方便。
AutomationStudio提供的PCC编程语言非常丰富，有梯形图LAD，指令表IL和高级编程语言：
结构文本ST，顺序功能图SFC，AutomationBasic，ANSIC等，用户可选择一种语言编程，必要时，也可混合使用几种语言来进行编程。
二、AutomationStudio集成开发环境
AutomationStudio的操作界面包含标题栏、菜单条、工具栏、硬件配置窗体、软件配置窗体、信息窗口和状态行等，如下图所示。
图B-1AutomationStudio桌面
图中窗体分为三个部分。
左半部分是工程项目中用到的所有硬件的总览，是关于硬件的配置。
当选定左边窗口中的一个模块时，右边窗口中就会出现相应的硬件模块信息与参数配置。
界面的下方是输出显示窗口及状态栏。
在运行程序后，该窗口可以给出关于程序的一些输出、调试、查找信息。
状态栏给出的是帮助、串口、在线/离线及控制器的类型、操作系统版本的相关信息。
三、AutomationStudio工程项目的建立及系统配置
通过点击计算机桌面上的AutomationStudio图标或从“开始”菜单栏中选择“B&RAutomationStudio”可以直接进入AutomationStudio环境。
第一次使用时将出现如下的画面：
图B-2第一次进入画面
点击菜单“Files”中的“New”进入新建项目的画面：
图B-3新建项目
在此用户可为项目命名。
按“确认”后，将进入PLC的CPU模块选择窗口：
图B-4CPU模块的选择
贝加莱的PCC-2000中有三个系列：
2003、2005和2010系列，用户必须首先在此选择自己所使用的CPU型号（根据实验台上的2003CPU上所标明的型号），“确认”后，就将进入图1所示的画面。
根据各自实验台上PLC的硬件，按顺序依次将所有的硬件都配置好。
然后按下工具栏中的
图标，将刚才配置的硬件信息下载到PCC2003中去。
用鼠标点中CPU的型号，右边窗口中所显示的是CPU中的软件模块信息。
将鼠标放在该窗口，然后按右键，选择“InsertObject”，添加用户控制程序，就进入如下画面：
图B-5添加用户程序
在此可为该程序模块命名，并选择所用的编程语言以及该程序的运行循环周期。
“确认”后即进入相应的编程环境。
图B-6AutomationBasic编程环境
四、AutomationBasic编程语言的基本命令
1．基本概念
AutomationBasic是一种以文本为基础的高级编程语言，语言的结构符合IEC1131-3的标准。
AutomationBasic的命令系列不仅使自动化任务简单化，也使程序易于阅读，这样PCC的编程效率在许多情况下远远高于LAD（梯形图）和IL（语句表）的编程语言。
1数据类型
在AutomationStudio中编程语言所支持的标准数据类型有：
表B-1存储数值
类型名称
位宽
数值范围
应用
BOOL
1
0～1
开关量信号
DINT
32
-2147483648～2147483648
INT
16
-32768～32767
模拟量信号
SINT
8
-128～127
UDINT
32
0～4294967295
UINT
16
0～65535
USINT
8
0～255
REAL
32
-3.4*1038～3.4*1038
表B-2存储文本和日期时间格式
类型名称
位宽
数值范围
应用
STRING
32
2～32767个字符
文本、字符串
TIME
16
0～4294967295毫秒
时间
DATE_AND_TIME
8
从1970年开始
日期
2变量声明
在AutomationStudio的程序中，要定义出每个触点的变量名，而且要使用变量声明表来申明变量名与硬件（输入点、输出点、存储器）之间的关系。
（如下表中定义了两个变量Display和Src）
表B-3变量声明表
变量名称
数据类型
有效范围
属性
初始值
注释
Display
USINT
global
memory
Src
USINT
global
memory
2．基本命令
AutomationBasic编程的命令系列包括：
数学命令、比较命令、逻辑命令、“IFTHEN”命令、“LOOP”命令、机器状态“SELECT”命令、“CASE”命令以及其它命令。
⑴数学命令
在AutomationBasic中，各数学命令应用时应放在两个操作数之间，与通常的使用方法一样。
①=，赋值
②+，加法
③-，减法
④*，乘法
⑤/，除法
⑥mod，取模
⑵比较命令
①=，等于
②<>，不等于
③>,大于
④>=,大于等于
⑤<,小于
⑥<=,小于等于
⑶逻辑命令
①NOT,非
②AND,与
③OR,或
④XOR,异或
⑷“IFTHEN”命令
1简单的if语句（if与then必须在同一行中）
if条件描述then
条件满足时执行的操作
endif
2ifelse语句
if条件描述then
条件满足时执行的操作
else
条件不满足时执行的操作
endif
⑸“case”命令：
这是多分支选择语句。
case表达式of
actionn0...n1:
条件满足时执行的操作A
endaction
actionn2...n3:
条件满足时执行的操作B
endaction
actionconstant:
条件满足时执行的操作C
endaction
elseaction:
以上条件均不满足时执行的操作D
endaction
endcase
⑹“LOOP”循环命令
1增量计数循环语句
loopPV=表达式1to表达式2do
操作语句
endloop
2减量计数循环语句
loopPV=表达式1downto表达式2do
操作语句
endloop
③有条件退出循环语句
loop
操作语句A
exitif退出条件
操作语句B
endloop
⑺“select”状态选择命令
select
state状态1
操作语句1A
when条件1
操作语句1B
next状态2]
state状态2
操作语句2A
when条件2
操作语句2B
next状态3
……
state状态n
操作语句nA
when条件n
操作语句nB
next状态1
endselect
⑻“goto”命令：
（无条件跳转命令）
goto语句标号
五、贝加莱OPC服务器的设置：
从PC机桌面的“开始”菜单栏中选择“OPCConfigurator”，即可打开贝加莱OPC服务器的设置画面（首次进入时的画面）：
图B-7首次进入贝加莱OPC服务器配置环境
选择左边窗体中的“AddressSpace”，按右键，并选择“New”下的“Folder”项，即出现如下所示画面：
图B-8添加组名
此时在右边窗体中的“Name”下可以输入组名（输入名称后需按“Apply”）。
然后，选中窗体左边刚输入的组名，按右键，选择“ImportOnline…” ，出现窗体后按“OK”后，即出现原先在AutomationStudio中所定义的所有变量，如下画面：
图B-9选择变量的路径
在其中选择需要送至OPC客户机（WinCC）中的变量名，按“Import”按钮，并按“确定”后即完成对贝加莱OPC服务器的设置。
为了确认OPC服务器的工作正常，此时可按下工具栏中的
按钮，会出现如下画面（将屏幕下方的表栏中左端的
中打上勾）：
图B-10观察所选OPC变量是否正常
此时改变实验装置上的开关位置，或旋动电位器，则在图中下方表中的“Value”值相应也会出现变化。
这表明OPC服务器工作正常。
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