可编程控制器原理与实践

课程设计 实验报告

姓名：杨益伟 班级：自动化1202 学号：120900321 指导教师：张义红

2014年11月

东华大学信息科学与技术学院

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目录

一、 PLC课程设计目的及要求----------------------3 二、 PLC的技术特点及应用------------------------3 三、 课程设计内容--------------------------------5

3.1智能抢答器系统-----------------------------5 3.1.1控制要求

3.1.2 I/O编址，梯形图及运行过程分析

3.1.3 PLC硬件连接图 3.1.4 总结与体会

3.2 自动交通灯系统----------------------------9 3.2.1控制要求

3.2.2 I/O编址，梯形图及运行过程分析 3.2.3 PLC硬件连接图 3.2.4 总结与体会

3.3 小球分拣器系统----------------------------15 3.3.1控制要求

3.3.2 I/O编址，梯形图及运行过程分析 3.3.3 PLC硬件连接图 3.3.4 总结与体会

3.4 电梯模型----------------------------------19 3.4.1控制要求

3.4.2 I/O编址，梯形图及运行过程分析 3.4.3 PLC硬件连接图 3.4.4 总结与体会

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一、 PLC课程设计目的及要求

课程设计目的：

（1） （2） （3） （4）

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； 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。 通过本次课程设计增进实际动手能力的培养。

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。

课程设计要求：

（1） （2） （3） （4） （5）

理解实际系统的运动过程，分解动作过程使之容易编程。 列写PLC控制系统的I/O配置。

画出硬件电路图，实现PLC与控制装置的连线。 编写梯形图程序，完成系统的调试。 完成课程设计报告。

二、PLC的技术特点及应用

PLC是一种数字运算的电子系统，转为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输人和输出。控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关设备，都是按易与工业控制器系统联成一体、易于扩充功能的原则设计。

PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 1. 可靠性高，抗干扰能力强

为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，各PC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。

2. 通用性强，控制程序可变，使用方便

PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。

3. 功能强，适应面广

现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

4. 编程简单，容易掌握

目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。

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5. 减少了控制系统的设计及施工的工作量

由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。

6. 体积小、重量轻、功耗低、维护方便

PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

PLC既可控制简单系统，又可控制复杂系统。它的应用可大致归纳为如下几类： 1．逻辑控制

PLC在开关逻辑控制方面得到了最广泛的应用。用PLC可取代传统继电器系统和顺序控制器，实现单机控制、多机控制及生产自动线控制，如各种机床、自动电梯、高炉上料、注塑机械、包装机械、印刷机械、纺织机械、装配生产线、电镀流水线、货物的存取、运输和检测等的控制。

2．运动控制

运动控制是通过配用PLC的单轴或多轴等位置控制模块、高速计数模块等来控制步进电动机或伺服电动机，从而使运动部件能以适当的速度或加速度实现平滑的直线运动或圆弧运动。可用于精密金属切削机床、成型机械、装配机械、机械手、机器人等设备的控制。

3.过程控制

过程控制是通过配用A／D、D／A转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行单回路或多回路闭环调节控制，使这些物理参数保持在设定值上。在各种加热炉、锅炉等的控制以及化工、轻工、食品、制药、建材等许多领域的生产过程中有着广泛的应用。

4．数据处理

许多PLC具有数学运算(包括逻辑运算、函数运算、矩阵运算等)、数据的传输、转换、排序、检索和移位以及数制转换、位操作、编码、译码等功能，可以完成数据的采集、分析和处理任务。这些数据可以与存储在数据存储器中的参考值进行比较，也可传送给其他的智能装置，或者输送给打印机打印制表。数据处理一般用于大、中型控制系统，如数控机床、柔性制造系统、过程控制系统、机器人控制系统等。

5．多级控制

多级控制是指利用PLC的网络通信功能模块及远程I／O控制模块实现多台PLC之间的 链接、PLC与上位计算机的链接，以达到上位计算机与PLC之间及PLC与PLC之间的指令下达、数据交换和数据共享，这种由PLC进行分散控制、计算机进行集中管理的方式，能够完成较大规模的复杂控制，甚至实现整个工厂生产的自动化。

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课程设计内容

一 智能抢答器系统

1．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.

2.I/O编址，编程并调试。 （1）变量声明表 输入 Remark sysclr 系统清零键 host 主持人抢答开始按键 X0 选手1的抢答键 X1 选手2的抢答键 X2 选手3的抢答键 X3 选手4的抢答键 X4 选手5的抢答键 X5 选手6的抢答键

输出 begin_alarm ansget_alarm noans_alarm Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Remark 抢答开始警报 有人抢答警报 无人抢答警报 锁存1号抢答信号 锁存2号抢答信号 锁存3号抢答信号 锁存4号抢答信号 锁存5号抢答信号 锁存6号抢答信号 5