小车多方式运行的-PLC-控制——PLC控制系统课程设计.doc

东 北 石 油 大 学

课 程 设 计

课 程 PLC控制系统课程设计
题 目 小车多方式运行的PLC控制
院 系 电气信息工程学院
专业班级 自动化 级 班
学生姓名
学生学号
指导教师

年 月 日

东北石油大学课程设计任务书

课程 PLC控制系统课程设计
题目 小车多方式运行的PLC控制
专业 自动化 姓名 学号
主要内容、基本要求、主要参考资料等
主要内容：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等,系统有启动、停止功能；
2.运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
3.用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；
4.进行系统调试，实现小车多方式运行的控制要求。
基本要求：
1.小车起始位置停在x（x=1～4）号站台，SYx传感器为ON;
2.假如y(y=1～4)号站台呼叫，如果：x﹥y，小车左行到呼叫站台停车；x﹤y，小车右行到呼叫站台停车；x=y，小车停止；
3.小车在SY1和SY4处要有可靠的保护功能,自动往返或准确停车，不能向外撞；
4.小车路过每个站台要有指示灯显示；但LB1和LB4灯要闪3次；
主要参考资料：
[1]陈宏钧. 可编程控制器课程设计指导书[M]. 天津: 天津大学出版社，2001.
[2]邓星钟. 机电传动控制[M]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2001.
[3]谭维瑜. 电机与电气控制[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999.

完成期限
指导教师
专业负责人
年 月 日
目 录
第1章 控制工艺流程分析 1
1.1 小车多方式运行控制过程描述 1
1.2 小车多方式运行控制工艺分析 2
第2章 控制系统总体方案设计 3
2.1 系统硬件组成 3
2.2 控制方法分析 3
2.3 I/O分配 3
2.4 系统结线图设计 4
第3章 控制系统梯形图程序设计 5
3.1 控制程序流程图设计 5
3.2 控制程序梯形图设计 6
3.3 控制程序设计思路 6
第4章 监控系统设计 7
4.1 PLC与上位监控软件通讯 7
4.2 上位监控系统组态设计 7
4.3 实现的效果 8
第5章 系统调试及结果分析 9
5.1 系统调试及解决的问题 9
5.2 结果分析 9
课程设计心得 10
参考文献 11
附 录 12

PLC控制系统课程设计
第1章 控制工艺流程分析
1.1 小车多方式运行控制过程描述
小车系统由直流电机、继电器、小车和4个站台组成，每个站台有检测传感器（行程开关）、指示灯和按钮。小车由直流电机拖动，电动机正转，小车右行，电动机反转，小车左行，在生产线上有4个编码为1-4个站点供小车停靠，在每个停靠站安装一个行程开关以检测小车是否到达该站，如果小车到站，该站的指示灯会亮，另外还设有4个呼叫按钮（SB1—SB4）分别与4个停靠站点对应。采用S7-200 PLC进行控制，小车控制系统的控制要求如下：
1. 小车起始位置停在 x（x=1～4）号站台，SYx 传感器为 ON;
2. 假如 y(y=1～4)号站台呼叫，如果：
① x﹥y，小车左行到呼叫站台停车；
② x﹤y，小车右行到呼叫站台停车；
③ x=y，小车停止；
3. 小车在 SY1 和 SY4 处要有可靠的保护功能，自动往返或准确停车，不能向外撞；
4. 小车路过每个站台要有指示灯显示；但 LB1 和 LB4 灯要闪 3 次；

1.2 小车多方式运行控制工艺分析
本课程设计主要是设计两个模块:小车对站台呼叫的反应电路以及小车路过站台时指示灯的显示。出于简化设计方案的考虑，本文在设计之前做出这样的假设：小车停止前仅有一个呼叫的站台起作用。比如当小车从2号站台向3号前进的过程中，1、2、4三个站台不会呼叫，除非小车到达3号站台停止。
在这种假设的基础下，采用模块化的设计思想，对两个模块的电路分别设计，最后将两者整合到一起，即可。

第2章 控制系统总体方案设计
2.1 系统硬件组成
小车系统由直流电机、继电器、小车和 4 个站台等组成，每个站台有检测传感器、指示灯和按钮,采用S7-200 PLC进行控制。
2.2 控制方法分析
本课程设计主要是设计两个模块:小车对站台呼叫的反应电路以及小车路过站台时指示灯的显示。出于简化设计方案的考虑，本文在设计之前做出这样的假设：小车停止前仅有一个呼叫的站台起作用。比如当小车从2号站台向3号前进的过程中，1、2、4三个站台不会呼叫，除非小车到达3号站台停止。
在这种假设的基础下，采用模块化的设计思想，对两个模块的电路分别设计，最后将两者整合到一起，即可。
2.3 I/O分配
经过对控制过程和要求的详细分析，明确了具体的控制过程。
1. 小车起始位置停在 x（x=1～4）号站台，SYx 传感器为 ON;
2. 假如 y(y=1～4)号站台呼叫，如果：
① x﹥y，小车左行到呼叫站台停车；
② x﹤y，小车右行到呼叫站台停车；
③ x=y，小车停止；
3. 小车在 SY1 和 SY4 处要有可靠的保护功能，自动往返或准确停车，不能向外撞；
4. 小车路过每个站台要有指示灯显示；但 LB1 和 LB4 灯要闪 3 次；
如上所述，由此可以得出所需PLC的输入点9个，输出点6个。
本设计使用9个输入继电器，6个输出继电器，6个辅助继电器（各辅助继电器的功能在程序程序对应部分会有说明）。输入输出继电器的选择与对应关系如表2-1：

表2-1 I/O分配表
输入
功能说明
输出
功能说明
SB0
X0
启动/停止
KM1
Y1
左行
SB1
X1
呼叫站台1
KM2
Y2
右行
SB2
X2
呼叫站台2
R1
Y10
第一个站台的指示灯
SB3
X3
呼叫站台3
R2
Y20
第二个站台的指示灯
SB4
X4
呼叫站台4
R3
Y30
第三个站台的指示灯
SQ1
X11
限位1
R4
Y40
第四个站台的指示灯
SQ2
X12
限位2

SQ3
X13
限位3

SQ4
X14
限位4

2.4 系统结线图设计
根据下节软件的设计，选择适合的输入、输出，即可得到系统接线图，如图2-1：

图2-1 系统接线图

11

3.2 控制程序梯形图设计
根据程序流程图可以设计出系统梯形图程序，程序见附录。
3.3 控制程序设计思路
1、小车对站台呼叫的反应电路
取两个寄存器，分别存放呼叫的站台以及小车停靠的站台（本文的设计中这两个寄存器分别为D0和D1），显然，我们可以通过cmp指令进行x，y的大小判断，当x>y时，执行左行命令(即本文设计程序中的SET Y1指令)；当x<y时，执行右行命令(即本文设计程序中的SET Y2指令)；当x=y时，执行左行命令(即本文设计程序中的RST Y1和RST Y2指令)。
在这样的思路下，我们不可避免的将遇到三个问题：如何在D0中存放所呼叫的站台？如何准确获取并在D1中存放小车停靠的位置？执行左行或右行命令后，如何使得小车在指定站台停止,并同时记录下新的停靠位置，即更新D1寄存器的内容？
对于第一个问题，直接运用mov指令即可。方法是设置四个输入继电器x1,x2,x3,x4分别表示第i个站台呼叫，当xi接通时，执行mov Ki D0，(i取1、2、3，4)。
对于第二个问题，解决方法是当小车停止时，即相应的到位开关SQ1、SQ2、SQ3或SQ4接通时，执行mov Ki D1，(i取1、2、3，4)。
第三个问题，判断小车停止的条件是使用到位开关SQ，本文的程序里使用四个继电器x11,x12,x13,x14来表示。
2、小车路过站台时指示灯的显示
本文的程序里用Y10,Y20,Y30,Y40分别表示第1、2、3、4站台的指示灯。根据题目要求，当小车路过站台时，对应的站台的指示灯要亮，对于第2,3站台指示灯，这个效果直接用指令LD X12,OUT Y20;LD X13,OUT Y30即可控制。但是对于第1、4号站台，要求指示灯闪烁三次，则像上面这样简单的指令是不能满足要求的，需要引入定时器（用以控制“闪烁”的间隔时间）和计数器（用以控制闪烁“3次”）。详细控制图和程序见后文。另外，考虑到这两个站台指示灯的功能相同，因此程序里可以使用子程序，以减少定时器、计数器和继电器的个数，同时亦能提高程序运行的效率和可靠性。
第4章 监控系统设计
4.1 PLC与上位监控软件通讯
本次设计上位监控软件采用国产组态王软件。组态王软件是一款功能强大，又易于上手的上位机监控界面组态软件。
S7-200 PLC与上位机通过主机串口COM1采用RS232方式进行通讯，详细设置如下图所示：

4.2 上位监控系统组态设计

4.3 实现的效果
组态王支持C语言的状态命令语言对组态王界面进行编程，从而实现一定的动画效果。在组态王内建立一个内存整数的变量来表示小车的运动位置，然后将此变量作为小车动画连接变量并利用页面命令语言每500毫秒就对该变量根据PLC传给组态王信号来确定该变量的加减，就可以实现小车运动及运动方向的模拟。当该变量增加到一定值时，就对组态王定义的对应PLC的X5~X11的IO变量置1来模仿小车碰触到限位开关（注：由于组态王赋值与PLC的输入输出会相互干扰，故该高电平信号只能短暂维持，与实际情况有所出入，但由于程序部分只需要短时间高电平信号即可，故不对其进行另外处理）由此即可实现利用组态王模拟小车多方式运行工作过程的仿真。即当按下某个位置开关对应的呼叫按钮，指示灯亮，小车即运行到该位置。小车组态王部分程序及设置如下所示。
if(\\本站点\右行)
\\本站点\小车位置=小车位置+5；
if(\\本站点\左行)
\\本站点\小车位置=小车位置-5；
if(\\本站点\小车位置==0)
sq1=1;
else if(\\本站点\小车位置==25)
sq2=1;
else if(\\本站点\小车位置==50)
sq3=1;
else if(\\本站点\小车位置==75)
sq4=1;
else if(\\本站点\小车位置==100)
sq5=1;
if(小车位置>100) 小车位置=100；
if（小车位置<0）小车位置=0；
第5章 系统调试及结果分析
5.1 系统调试及解决的问题
在梯形图程序设计好之后，按要求将梯形图程序通过计算机输入PLC中，检查并编译。本次设计实验里，正确输入梯形图，编译成功。同时通过在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区，然后进行运行调试，在前面正确操作和正常进行的基础上，使PLC进入运行状态，观察运行情况，结果是本PLC设计运行正常，没有未知错误，对于多组不同站台呼叫的检测数据，小车均能够以预想的行动路线运动，即能够实现循环工作。
5.2 结果分析
根据以上调试情况，该小车多方式运行的PLC控制设计较好的满足了设计要求，实现了用较短时间较短行程完成工作台呼叫响应任务，但由于时间关系，仍存在一些不足，没能进一步加以完善。
课程设计心得
通过此次课程设计，让我对PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。课堂上学习的PLC都是极理论的东西，所做过的几个实验也都是在已知程序图的情况下学习使用编程器，这并不能提高PLC的设计水平，而这次的课程设计是从根本上让我们理论联系实际，在这种根据实际状况进行系统设计的情况下能够让我们对PLC有更深刻的认识。
此次课程设计，让我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计相结合，锻炼了综合运用所学的专业基础知识的能力，提高了查阅文献资料、设计手册的能力，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，使得能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，毅力及耐力也都得到了不同程度的提升。当然，本文的设计具有局限性，设计程序里不能将所有的边缘问题都考虑的周到，这是需要我再以后的学习中认识并改正的。这次的课程设计使我对于专业课的学习有了更加深刻的认识，以为现在学的知识用不上就加以怠慢，等到想用的时候却发现自己的学习原来是那么的不扎实。以后努力学好每门专业课，为以后的工作积累了经验，增强了信心。
参考文献
[1]陈宏钧. 可编程控制器课程设计指导书[M]. 天津: 天津大学出版社, 2001.
[2]钟肇新, 王灏. 可编程控制器入门教程[M]. 广州: 华南理工大学出版社, 1999.
[3]邓星钟. 机电传动控制[M]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2001.
[4]谭维瑜. 电机与电气控制[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999.
[5]姜培刚, 盖玉先. 机电一体化系统设计[M]. 北京: 机械工业出版社, 2004.
附 录
小车多方式运行程序的指令表如下:
LD X0
MC N0
M100
LD X1
MOV K1 D0
LD X1
OR M101
MPS
ANI X11
SET M101
MPP
AND X11
MOV K1 D1
LD X2
MOV K2 D0
LD X2
OR M102
MPS
ANI X12
SET M102
MPP
AND X12
MOV K2 D1
LD X3
MOV K3 D0
LD X3
OR M103
MPS
ANI X13
SET M103
MPP
AND X13
MOV K3 D1
LD X4
MOV K4 D0
LD X4
OR M104
MPS
ANI X14
SET M104
MPP
AND X14
MOV K4 D1
LD M101
OR M102
OR M103
OR M104
MPS
CMP D0 D1 M0
MRD
AND M0
SET Y1
MRD
AND M1
RST Y1
RST Y2
MPP
AND M2
RST Y2
LD X12
OUT Y20
LD X13
OUT Y30
LD X11
OUT M105
AND M106
OUT Y10
LD X14
OUT M105
AND M106
OUT Y40
LD M105
CALL P0
FEND
P0
LD M105
RST C1
OUT T1
K5
LD T1
ANI T3
OR C1
OUT T2
K5
LD T2
OUT T3
K5
LD T3
OUT C1
K3
SRET
MCR N0
END

小车多方式运行程序的梯形图如下:

东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
PLC控制系统课程设计
题目名称
小车多方式运行的PLC控制
学生姓名

学号

指导教师姓名

职称

序号
评价项目
指 标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20

2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45

3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5

4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30

总分

评语：

指导教师： 年 月 日