《PLC应用》课程设计指导书.docx
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《PLC应用》课程设计指导书
《PLC应用》课程设计指导书
中原工学院信息商务学院
前言
本课程设计指导书，主要适用于自动化、电气工程及其自动化、测控与仪器、机械制造及其自动化等专业。
通过本课程设计指导书，能够使学生们熟练掌握S7-200PLC的接线方式、程序编写和整体系统调试，从而全面地提高学生们对PLC的软件、硬件等方面的理解，进而增强学生们在实践环节的动手操作能力。
譬如，学生们可以根据实验指导书的要求，完成交通信号灯的硬件设计、PLC型号选择、软件操作、以及整体控制系统调试，并写出完善的课程设计报告。
在进行课程设计之前，要求学生们具备数字电路、模拟电路、电路基础、自动控制、电力电子、电机学、电气控制和PLC等相关课程的知识，并具备一些基本的实践操作水平。
制订：
孙继卫
审订：
赵强松
批准：
李伟锋
一、实验注意事项
（1）本指导书中，所有PLC模块均采用西门子公司生产的S7-200PLC，该模块CPU的型号是CPU224，软件支持是STEP7MicroWINSP3。
（2）软硬件连接时，首先用PC/PPI编程电缆连通计算机和PLC。
（3）将PLC外接220V的交流电源，但实验台上的电源开关开始应置于断开状态。
（4）为了使PLC模块的输入/输出接线柱和螺钉不会因实验的频繁拆装而导致损坏，本课设的实验装置已经将这些节点用固定连接线接到试验台的固定接线柱上。
（5）在计算机上编辑、编译程序（也可提前进行）。
（6）在试验台上的电源开关置于断开状态的情况下，按实课程设计内容的要求接好线，检查接线无误后，合上试验台上的电源开关。
（7）下载已编译的软件。
下载软件时，应将PLC上“RUN”、“STOP”开关置于“STOP”状态。
（8）将PLC上“RUN”、“STOP”开关置于“RUN”状态，则实验开始。
（9）严格要求接线步骤，务必保证正确地接线，否则，将会给人身安全和实验设备带来严重后果。
二、STEP7-Micro/WIN软件的使用
STEP7-Micro/WIN软件是针对西门子S7-200PLC而开发的编程软件。
本节首先熟悉STEP7-Micro/WIN软件的基本操作方法，然后进行PLC的练习实验。
本节给出了PLC控制系统实验要求的例程序，参考电路等PLC练习实验所需要的所有资料，可以通过程序输入、调试、运行，逐步掌握PLC实验的基本方法。
1.课程设计目的
（1）练习STEP7-Micro/WIN编程软件的安装与卸载；
（2）掌握用户程序的输入和编辑方法；
（3）熟悉基本指令的应用；
（4）熟悉语句表指令的应用及其与梯形图等程序的转换；
（5）重点掌握S7-200PLC的接线方式。
2.内容
（1）STEP7-Micro/WIN编程软件有多重版本，本实训采用的是STEP7MicroWINSP6（V4.0）版本，该软件大小约316M，安装和卸载过程比较简单，在此不再赘述。
（2）输入图2.1所示的梯形图，并转换成对应的语句表指令（也可结合教材第5章习题练习）。
（3）为梯形图2.1中网络1和网络2注释，并用符号表为I0.0、I0.1、Q0.0添加符号名（符号名可任意设定）。
图2.1梯形图练习
（4）练习程序的编辑、修改、复制、粘贴的方法。
（5）将图2.1中程序改成图2.2，并转换成语句表程序，分析OLD、ALD语句用法。
图2.2梯形图练习
（6）参考教材5.1.8章，练习栈操作指令的使用方法。
（7）参考教材5.1.10章，练习定时器指令及参数的输入方法。
（8）S7-200PLC的接线方式如下图2.3和图2.4所示（重点）。
图2.3S7-200CPU224外观图
图2.4S7-200CPU224连接器端子接线图
3.实验步骤
（1）开机（打开计算机电源，但不接PLC电源）。
（2）进入S7-200PLC编程软件。
（3）选择编程语言类型（LAD、STL和FBD）。
（4）由主菜单或快捷按钮输入、编辑程序。
（5）给PLC上电，进行计算机和PLC之间的连接，如下图2.5所示。
图2.5计算机和PLC之间的连接
（6）进行程序的编译，并观测编译结果，修改程序，直至编译成功。
4.实验报告内容
（1）以图2.1为例，总结梯形图输入及修改的操作过程。
（2）写出梯形图添加注释及符号名的操作过程。
（3）将图2.1的梯形图转换成语句表和功能块图。
（4）总结OLD、ALD指令和栈操作指令的使用方法。
（5）总结计算机和PLC之间进行连接过程中需要注意的事项。
三．智能抢答器设计
1.课程设计目的
（1）学会用PLC来解决实际问题的思路。
（2）掌握定时器的格式及编程方法。
（3）学会用互锁和自锁电路为基础构成各输出电路。
（4）熟悉PLC装置，S7-200系列可编程控制器的外部接线方法。
2.课程设计所需设备
（1）编程器1台（PC机）。
（2）实验装置1台（含S7-20024点CPU）。
（3）交通灯实验模板一块。
（4）导线若干。
图3.1抢答示意图
3.控制要求及参考
设计一个智力竞赛抢答显示系统，使用参加竞赛人分为儿童组、学生组、成人组,其中儿童两人，学生为一人，成人二人，主持人一人。
控制要求：
当主持人按下SB0后，指示灯L0亮，表示抢答开始，参赛者方可开始按下按钮抢答；为了公平，要求儿童组只需一人按下按钮，其对应的指示灯亮，而成人组需要二人同时按下二个按钮对应的指示灯才亮；当一个问题回答完毕，主持人按下SB1，一切状态复位；成年人一人违例抢答灯L3闪烁；当抢答开始后时间超过30秒，无人抢答，此时铃响，提示抢答时间已过，此题作废。
抢答系统I/O分配表：
类别
元件
元件号
备注
输入
SB0
I0.0
抢答开始
SB1
I0.1
返回原状
SB11
I0.2
儿童抢答
SB12
I0.3
儿童抢答
SB21
I0.4
学生抢答
SB31
I0.5
成人抢答
SB32
I0.6
成人抢答
输出
L0
Q0.0
表示抢答已经开始灯
L1
Q0.1
儿童抢答成功灯
L2
Q0.2
学生抢答成功灯
L3
Q0.3
成人抢答成功灯
铃
Q0.4
抢答时间已过铃
4.课程设计内容及要求
（1）按参考电路图完成PLC电路接线（配合通用器件板开关元器件）。
（2）输入参考程序并编辑。
（3）编译、下载、调试应用程序。
（4）通过实验模板，显示出正确运行结果。
注意：
程序上、下载时，必须给PLC上电，并将CPU置于STOP状态。
5.设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见附录“课程设计报告写作要求”。
6.参考程序
四．交通灯自动控制
1.课程设计目的
（1）练习定时器、计数器的基本使用方法。
（2）掌握PLC的编程和调试方法。
（3）对应用PLC解决实际问题的全过程有个初步了解。
（4）熟悉用组态软件建立监控界面的过程。
2.课程设计所需设备
（1）编程器1台（PC机）。
（2）实验装置1台（含S7-20024点CPU）。
（3）交通灯实验模板一块。
（4）导线若干。
图4.1交通灯模拟控制板
3.控制要求及参考
交通路口红、黄、绿灯的基本控制要求如下：
路口某方向绿灯显示（另一方向亮红灯）10秒后，黄灯以占空比为50％的一秒周期（0.5秒脉冲宽度）闪烁3次（另一方向亮红灯），然后变为红灯（另一方向绿灯亮、黄灯闪烁），如此循环工作。
PLCI/O端口分配：
SB1I0.0起动按钮
SB2I0.1停止按钮
HL1（HL7）Q0.0东西红灯
HL2（HL8）Q0.1东西黄灯
HL3（HL9）Q0.2东西绿灯
HL4（HL10）Q0.4南北红灯
HL5（HL11）Q0.5南北黄灯
HL6（HL12）Q0.6南北绿灯
PLC参考电路：
图4.2红绿灯控制PLC电气原理图
组态王运行系统中的交通灯监控参考画面：
图4.3组态王运行系统中的交通灯监控画面
4.课程设计内容及要求
（1）按参考电路图完成PLC电路接线（配合通用器件板开关元器件）。
（2）输入参考程序并编辑。
（3）编译、下载、调试应用程序。
（4）通过实验模板和组态监考画面，显示出正确运行结果。
注意：
程序上、下载时，必须给PLC上电，并将CPU置于STOP状态。
5.思考练习
（1）要实现一个简单的过程控制，程序编制的思路及步骤有哪些？
（2）定时器、计数器预置值如何设定输入？
如何修改？
（3）简述上机操作步骤。
（4）增设某个方向直通的功能。
6.设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见附录“课程设计报告写作要求”。
7.参考程序
五．电机正反转启停控制
1.课程设计目的
（1）练习定时器、计数器的基本使用方法。
（2）掌握高速脉冲输出指令的用法。
（3）掌握PLC的编程和调试方法。
（4）掌握步进电机运行的控制原理。
2.课程设计所需设备
（1）编程器1台（PC机）。
（2）实验装置1台（含S7-20024点CPU）。
（3）步进电机1台和步进电机驱动器1台。
（4）导线若干。
（5）24V直流电源一个。
图5.1步进电机与步进电机驱动器的接线图参考
图5.2PLC接线图（带驱动器）（参考）
图5.3PLC接线图
（不带驱动器，输出电源电压应与步进电动机额定电压匹配）（参考）
SB1为启动按钮，SB2为停止按钮，SB3为加速按钮，SB4为减速按钮。
3.控制要求及参考
（1）两相步进电动机有2个绕组:
A、B
正转顺序:
AB
反转顺序:
BA
（2）用五个开关控制其工作：
1号开关启动按钮。
2号开关停止按钮
3号开关加速按钮。
4号开关减速按钮。
PLCI/O端口分配：
类别
元件
元件号
备注
输入
SB1
I0.0
启动控制
SB2
I0.1
停止控制
SB3
I0.2
加速控制
SB4
I0.3
减速控制
输出
L0
Q0.0
连接步进电机驱动器脉冲输入正
L1
Q0.2
连接步进电机驱动器的方向输入正
4.课程设计内容及要求
（1）按参考电路图完成PLC与步进电机电路接线（配合通用器件板开关元器件）。
（2）输入参考程序并编辑。
（3）编译、下载、调试应用程序。
（4）通过实验模板，显示出正确运行结果。
注意：
程序上、下载时，必须给PLC上电，并将CPU置于STOP状态。
5.设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见附录“课程设计报告写作要求”。
6.参考程序
附录：
课程设计报告写作要求参考
1引言（主要写课题设计的目的、设计内容及要实现的目标）
2系统总体方案设计………………………………………………………页码
2.1系统硬件配置及组成原理（要有系统组成图）
2.2系统变量定义及分配表
2.3系统接线图设计
2.4系统可靠性设计
3控制系统设计
3.1控制程序流程图设计
3.2控制程序时序图设计
3.3控制程序设计思路
3.4创新设计内容
4上位监控系统设计
4.1PLC与上位监控软件通讯
4.2上位监控系统组态设计
4.3实现的效果
5系统调试及结果分析
5.1系统调试及解决的问题
5.2结果分析
结束语（主要写取得的效果、创新点及设计意义）
参考文献
附录：
带功能注释的源程序
升级会员 