可编程控制器课程设计任务书.docx
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可编程控制器课程设计任务书
可编程计算机控制器原理
课程设计指导书
信息学院自动化系
2011.12
1课程设计的目的-----------------------------------------3
2开机准备和程序调试的基本步骤---------------------------3
3控制系统设计的基本要求--------------------------------13
4实验报告的要求----------------------------------------14
5课程设计内容------------------------------------------15
附录A实验设备简介---------------------------------------32
附录BAutomationStudio环境及其操作--------------------33
1课程设计的目的
可编程计算机控制器原理是一门实践性很强的课程，通过课程设计的实验环节可以加深对课程知识的进一步理解，锻炼和培养基于可编程控制器的控制系统的设计能力和实际动手能力。
通过课程设计，掌握可编程控制器应用系统一般设计方法，熟悉可编程控制器在工业生产中的应用和控制系统构成，熟悉控制系统硬件和软件的一般开发环境和开发流程，掌握可编程控制器外部控制电路的连接和设计方法，掌握用PCC编程的一般方法和技巧，编制控制系统的控制程序，提高学生分析问题和解决问题的能力，为设计和开发可编程控制器应用系统打下坚实的基础。
2开机准备和程序调试的基本步骤
2.1硬件部分
涉及的输入输出节点共有16I和16O。
电源部分I/O模块部分
操作面板（数字量开关16路模拟量输入旋钮4个模拟量输出4路）
2.2软件操作介绍
（1）双击桌面上的“AutomationStudio”图标，出现
点击File\NewProject后，出现
操作下面的步骤：
1键入创建的项目名称
2选中、从目标中自动上载硬件配置
3确认
（2）确认后显示
其中查看：
CPU---7CP474.60-1
PowerSupplyModule---7CP474.60-1
Name----自己刚取的
VersionoftheV2.49
按图上的Finish确认
（3）出现
其中：
7CM211.7有8DI/8DO数字量输入输出通道和2AI/2AO的模拟量通道
7DM435.7有8DI/8DO
（4）定义各模块的过程变量名。
单击左边的硬件模块如下，在右侧直接进行通道的变量命名。
（5）单击上图左侧硬件的第一项出现图3-44选InsertObject\NewObject后,出现图3-45：
（6）选择“CyclicObject”、next后，出现
填入：
循环任务名如“proj_1”、
Type为“LadderDiagram”梯形图、
因为任务简单，循环等级选默认值“Cyclic#-[10ms]”
点击“finish”完成。
若编程不是以梯形图进行，可以在“Yype”的下拉菜单中选择其它编程形式。
（7）上图设置完成后，单击“Finish”，进入梯形图的编程区：
在图3-47的梯形图编程区上，具体操作：
1使光标变成的十字停在图的最左侧的竖线上，鼠标单击工具栏第一项常
开接点，梯形图上即出现相应的图，在名称框内填入变量名a1，再单击
第六项的输出线圈（）,填入变量名a后如下图所示。
②单击工具栏倒数第二项，继续添加图形如下
③变量声明表的设置
梯形图状态时，菜单栏“Open\Declaration”出现变量声明表，通过“Insert\Newvariable”增加变量（如需用到中间变量时）。
④定时器的选用
TON:
菜单下“Insert\Function\TON”
其中：
a1为选通条件、PT为设定的延时时间、Q为输出。
⑤计时器的选用
TCU：
菜单下“Insert\Function\CTU”
（8）完成梯形图后作编译转换
单击菜单下“Project\Build”或工具栏的图标
，出现编译项目的进程框
编译结束后，如发现程序有语法错误，编译器会在信息窗口显示相关信息。
如无语法错误程序通过编译。
弹出图3-52。
（9）进行下载项目至PCC中。
菜单下“project\TransfertoTarget”。
下载完成后出现“Theentileprojectonthrtargetisnowuptodate!
”，点击“OK”程序已在PCC中。
下面两步可根据情况自己选择：
a）通过操作硬件的输入输出对所编程序做调试。
b）通过监视器观测传送数据及各变量的实时值。
菜单下“View\monitor”
2.3基本指令的练习
1）输入程序Ⅰ（如图1）并运行，将运行结果记录于表0-1中。
2）输入程序Ⅱ（如图2）并运行，将运行结果记录于表0-2中。
图1图2
变量声明表
表0-1程序Ⅰ运行情况记录
输入
输出
输入
输出
X0
X1
X2
X3
Y0
Y1
X0
X1
X2
X3
Y0
Y1
OFF
OFF
OFF
OFF
On
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
on
On
OFF
OFF
on
OFF
OFF
On
OFF
On
OFF
On
OFF
OFF
OFF
On
On
on
OFF
On
On
OFF
On
OFF
OFF
On
On
OFF
OFF
OFF
On
OFF
On
On
On
OFF
On
OFF
On
On
OFF
On
On
On
OFF
OFF
On
on
On
on
On
on
On
表0-2程序Ⅲ运行情况表
X0
X1
X2
X3
X4
输出
Y0=ON
Y1=ON
Y1=OFF
3）定时器指令练习将下图的程序输入到PLC，观察并记录运行结果。
4）计数器指令练习将下图的程序输入到PLC，观察并记录运行结果。
3控制系统设计的基本要求
（1）深入、详细了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求,详细了解系统动作的先后顺序和各动作之间的相互制约；
（2）根据被控对象的控制要求，确定被控对象与可编程控制器之间的信号关系和整个系统的输入、输出设备的数量，从而须确定可编程控制器的I/O点数。
（3）根据要求和I/O点数、程序寄存器的容量、数据区容量、定时器、计数器及其他内部器件的数量等，选择可编程控制器的型号和规格及其他特殊控制要求的功能模块。
还应考虑I/O点数要留有一定的余量，充分估计被控对象今后发展的需要。
（4）对输入/输出元件和内部器件进行分配，建立I/O及内部器件分配表；输入/输出的分配应考虑系统布线，驱动电源类型等方面进行合理配置。
绘制PCC控制系统的输入、输出接线图并接线施工，完成硬件设计。
（5）根据被控对象的控制要求和控制过程的分解并转换成逻辑和时序，依此绘制工序循环图，控制流程图和时序图。
（6）根据工序循环图或用户程序的流程图和时序图，选择合适的编程语言，完成软件设计；
（7）用编程器或计算机输入用户程序，并将用户程序下载到程控器的用户程序存储器中；程序应进行模拟调试，通过模拟各种输入信号观察输出是否满足控制的要求，根据出现的情况进行分析和程序修改，直到满足要求。
（8）进入现场联机调试用户程序；测试程序并提交测试报告；编制技术文件；交付使用。
4实验报告的要求
（1）硬件设计：
根据控制要求，确定被控对象与可编程控器之间的信号关系；选择输入设备（按键、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）、输出设备驱动的扩展对象（电机、电磁阀等）；建立I/O分配表；绘制输入输出接线电路图；完成硬件设计。
（2）软件设计：
按照控制要求,详细了解系统动作的先后顺序和各动作之间的相互制约；理解控制系统的运动过程，分解动作过程使之容易编程；编写变量声明表，内外部器件都应尽可能按一定规则进行编号排序；选择合适的编程语言，完成控制程序设计。
（3）调试用户程序：
用编程器或计算机输入用户程序，并将用户程序下载到可编程控制器的用户程序存储器中，进行模拟调试。
通过模拟各种输入信号观察输出是否满足控制的要求，根据出现的情况进行分析和程序修改，直到满足要求；为了调试方便，可进行分段调试。
（4）编制控制系统技术文件：
文件包括电气图（略）、元件明细表（略）、设计报告（略）、软件使用说明书等。
5课程设计内容
本次课程设计的具体要求：
（1）每人在任务书中按要求每类任选一题共三题进行设计。
其中：
两人一组、每组的两个人内容不能选择相同；
除上述基本要求外，有多余时间可增做思考题或其他题目。
（2）程序设计调试成功后要经老师确认记录登记。
（3）完成课程设计说明书
1）课题名称及要求
2）程序（包括注释）、框图、I/O接线图
3）有关的说明及调试小结等
4）课程设计的心得
（4）成绩计算包括：
出勤、学习态度30%
设计能力30%
课程设计说明书40%
第一部分：
（任选一题）
1.设计一个控制电路，要求第一台电动机启动10s后第二台电动机自动启动，第二台电动机运行10s后第一台电动机停止，继续运行10s后，自动停止。
（1）参考程序和I/O分配表如后附。
（2）将程序输入并作调试后，写出实际运行的过程和观察到的功能。
IN1
SB1
启动按钮
IN2
SB2
停止按钮
OUT1
KM1
接触器1
OUT2
KM2
接触器2
Memory
M
内部线圈
2.设计一小车控制电路，要求当按下运行按钮后，小车从原始位置移动到终端后停止，并且停留5分钟后自动返回原始位置。
（1）参考程序和I/O分配表如后附。
（2）将程序输入并作调试后，写出实际运行的过程和观察到的功能。
I/O
IN1
SB1
启动按钮
IN2
SB2
停止按钮
IN3
ST1
左限行程开关
IN4
ST2
右限行程开关
OUT1
KM1
（右行）接触器
OUT2
KM2
（左行）接触器
Memory
KT
定时器
第二部分：
（任选一题）
1．多种液体自动混合控制系统
（1）三种液体自动混合控制系统的工作示意图如图所
示。
其中：
Y1~Y4是控制液体进出的四个电磁阀；
L1、L2、L3是液位传感器，当液体浸住液位传感
器时，传感器闭合，否则断开；
M是搅拌电动机；
（T是温度传感器，温度高于某一值时，T闭合；
H为加热电炉。
略）
初始状态：
容器是空的，Y1、Y2、Y3和M均为OFF，
液位传感器L1、L2、L3均为OFF。
运行：
按下启动按钮后，电磁阀Y1、Y2打开，开始注入液体A
和B，至液面高度为L2时，停止注入液体A，同时开启电磁阀Y3注入液体C；当液面升至L1时，停止注入，同时开启搅拌机M，搅拌时间为10s；搅拌停止后Y4打开放出混合液，至液体高度降为L3后，再经5s延时停止放出。
按下停止按钮后，当前操作完成后，停止操作，回到初始状态。
（2）I/O地址和参考的控制程序附后。
（3）将程序输入并作调试，写出运行的结果和控制流程。
I/O分配表
编程地址
说明
X0
启动按钮
X4
停止按钮
X1
液位传感器1L1
X2
液位传感器2L2
X3
液位传感器3L3
温度传感器T
y1
电磁阀Y1
y2
电磁阀Y2
y3
电磁阀Y3
y4
电磁阀Y4
M
搅拌器M
加热炉H
y0
运行指示灯
2．自动门控制装置
（1）自动门控制装置的硬件组成：
自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限位开关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构KM1（使直流电动机正转）、关门执行机构KM2
（使直流电动机反转）等部件组成。
光电探测开关为检测到人或物体ON，否则为OFF。
（2）控制要求：
①当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。
②自动门在开门位置停留8s后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运行。
③在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。
④在门打开后的8s等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
⑤开门与关门不可同时进行。
参考程序和I/O分配表附后。
a）将程序输入并作调试，写出运行的结果和主要功能。
输入
输出
K1
门内光电探测开关（有人时通，无人时断）
KM1
开门执行机构
（使直流电动机正转）
K2
门外光电探测开关（同上）
K3
开门到位限位开关（门开足时通）
KM2
关门执行机构
（使直流电动机反转）
K4
关门到位限位开关（门关足时通）
X5
总开关
3．设计一个抢答器系统程序，要求：
抢答器系统是由三个抢答席和一个主持人席组成的，每个抢答席上各有一个抢答按钮和一盏抢答指示灯。
参赛者在允许抢答时，第一个按下抢答按钮的抢答席上的指示灯会亮，且释放抢答按钮后，指示灯仍然亮；此后，另外两个抢答席上即使再按各自的抢答按钮，其指示灯也不会亮。
这样，主持人就可以轻易地知道谁是第一个按下抢答器的。
该题抢答结束后，主持人按下主持人席上的复位按钮（常闭按钮），则指示灯熄灭，这样，又可以进行下一题的抢答比赛。
（1）参考程序和I/O分配表如后附。
（2）将程序输入并作调试后，写出实际运行的过程和观察到的功能。
输入
输出
X00
主持人开始扭
X10
主持人停止钮
X1
参赛人1按钮
Y1
参赛人1抢到时灯亮
X2
参赛人2按钮
Y2
参赛人2抢到时灯亮
X3
参赛人3按钮
Y3
参赛人3抢到时灯亮
4.某霓虹灯共有八盏灯，设计一段程序每次只点亮一盏灯，间隔一秒钟循环往复不止。
（1）利用定时器产生定时脉冲发生。
（2）用脉冲发生器的信号作为计数器的计数输入。
（3）根据计数器的当前值依次驱动各个不同的灯。
各个灯亮的时序图如下：
（1）参考程序和I/O分配表如后附。
（2）将程序输入并作调试后，写出实际运行的过程和观察到的功能。
彩灯
L0
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
输出
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
第三部分：
（任选一题）
1．机械手动作的模拟
（1）控制要求
图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用电磁阀推动气缸完成。
当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，直到线圈失电才停止。
夹紧/放松也如此，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。
设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：
启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯
用发光二极管来模拟。
（2）机械手动作的模拟示意图：
（3）输入/输出接线列表和参考程序如下:
输入：
输出：
启动按钮SB1X0下降阀YV1Y0
停止按钮SB2X5夹紧阀YV2Y1
下限位SQ1X1上升阀YV3Y2
上限位SQ2X2右移阀YV4Y3
右限位SQ3X3左移阀YV5Y4
左限位SQ4X4原位指示HLY5
（4）将程序输入并作调试，写出运行的结果和控制流程。
2.十字路口交通信号灯PLC控制系统
（1）控制要求：
①系统工作受开关控制，起动开关ON则系统工作；起动开关OFF则系统停止工作。
②控制对象有八个：
东西方向红灯两个,南北方向红灯两个，
东西方向黄灯两个,南北方向黄灯两个，
东西方向绿灯两个,南北方向绿灯两个，
东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。
③控制规律：
白天时段按时序图运行，东西向和南北向的灯亮顺序为左转灯、绿灯、黄灯和红灯，绿灯在亮了一段秒数后要闪烁几次才灭，反复循环。
（2）输入程序并作调试，写出主要功能和运行过程。
（3）时序图、I/O端子分配和参考程序如下：
时序图
思考题：
一、三层电梯的自动控制
1.控制要求
电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。
电梯轿厢内设有楼层内选按钮S1～S3，用以选择需停靠的楼层。
L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示，SQ1～SQ3为到位行程开关。
电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。
例如，电梯停在一层，在二层轿厢外呼叫时，必须按二层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到二层），按二层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在三层，在二层轿厢外呼叫时，必须按二层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从三层运行到二层），按二层上升呼叫按钮无效，依此类推。
三层电梯控制系统的模拟示意图
2.输入/输出接线列表：
输入：
序号
名称
输入点
序号
名称
输出点
0
三层内选按钮S3
X000
5
一层上呼按钮U1
X005
1
二层内选按钮S2
X001
6
二层上呼按钮U2
X006
2
一层内选按钮S1
X002
7
一层行程开关SQ1
X007
3
三层下呼按钮D3
X003
8
二层行程开关SQ2
X010
4
二层下呼按钮D2
X004
9
三层行程开关SQ3
X011
输出：
序号
名称
输入点
序号
名称
输出点
0
三层指示L3
Y000
6
二层内选指示SL2
Y006
1
二层指示L2
Y001
7
一层内选指示SL1
Y007
2
一层指示L1
Y002
8
一层上呼指示UP1
Y010
3
轿厢下降指示DOWN
Y003
9
二层上呼指示UP2
Y011
4
轿厢上升指示UP
Y004
10
二层下呼指示DN2
Y012
5
三层内选指示SL3
Y005
11
三层下呼指示DN3
Y013
3.编制控制程序，用指示灯监视运行情况，调试程序直到正确为止。
二、花式喷水池装置PLC控制梯形图的设计
1.花式喷水池示意图
图a）中4为中间喷水管，3为内环状喷水管，2为中环形状喷水管，1为外环形状喷水管。
图b）中的选择开关可有4种选择，可分别用4个开关模拟实现；
单步/连续开关为“1”=单步，“0”=连续，其他为单一功能开关。
2.控制要求：
（1）控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。
按下停止按钮，则
停止喷水。
工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。
（2）“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水池
反复循环运行。
（3）方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，1～4号喷水管的工作方式选择如下：
a）选择开关在位置“1”——按下启动按钮后，4号喷水，延时2s，3号喷水，再延
时2s，2号喷水，再延时2s，1号喷水，接着一起喷水15s为一个循环。
b）选择开关在位置“2”——按下启动按钮后，1号喷水，延时2s，2号喷水，再延
时2s，3号喷水，再延时2s，4号喷水，接着一起喷水30s为一个循环。
c）选择开关在位置“3”——按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4
号同时喷水，1、3号停止喷；交替运行5次后，再1～4号全部喷水30s为一个
循环。
d）选择开关在位置“4”——按下启动按钮后，喷水池1～4号水管的工作顺序为：
1→2→3→4按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s后，1、2、3和4号水管分别延时2s停水，再等待1s，由4→3→2→1反序分别延时2s喷水，然后再一起喷水30s为一个循环。
（4）不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。
3.写出I/O分配表和控制程序并作调试，写出运行的结果和控制流程。
三、污水处理中根据水位的高低进行泵的运行控制示意图如下。
（1）当低水位时停泵并发出低水位报警；
（2）在低水位到高水位之间时，一泵启动并与另一泵定期切换运转（如下波形图）；
（3）在高水位时双泵运行；当超水位（水位超过1500mm相当于模拟量信号为10V）时双泵运行的同时并发出超水位报警。
现有设备为主令开关SB0、水位检测开关（低、高）LK1、LK2;
超水位传感器LK3；
高低水位报警灯两个HL1、HL2、泵M1和泵M2.
写出I/O的配置，并用梯形图设计控制程序。
注：
超水位检测开关将液位信号转换为0～10V的电压输出：
0V输出电压对应液位为0mm；
5V输出对应1500mm；
10V输出对应3000mm.
附录A实验设备简介
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分为四组，每组与1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），整个系统安置在两个实验室中，网络结构图如图A-1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：
钮子开关（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
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