PLC课程设计参考题目
1.停车场车位控制 2.病床呼叫系统 3.自助洗车机控制 4.自动售货机控制系统设计 5.液体混合装置控制系统设计 6.霓虹灯PLC控制系统设计 7.四层电梯PLC控制系统设计 8.车辆出入库控制系统设计 9.全自动洗衣机控制系统设计 10.啤酒包装自动控制系统设计 11.十字路口交通灯控制系统程序设计 12.轧钢机控制系统程序设计 13.挖土机控制系统程序设计
14. 基于PLC的智能交通灯控制系统设计 15. PLC控制的升降横移式自动化立体车库 16. PLC控制的花样喷泉 17. PLC控制的抢答器设计
18. 基于PLC的机械手控制系统设计 19. 自诊断水塔水位自动控制 20. 电子计算器设计 21. 邮件分捡控制
22. PLC控制自动门的设计 23. PLC控制锅炉输煤系统 24. PLC控制变频调速电梯设计 25. 自动送料装车系统PLC控制设计 26. 基于PLC的矿井提升机控制系统设计 27. 多种液体混合加热PLC控制系统设计 28. 成型机全自动控制
29. PLC控制的自动罐装机系统设计 30. 步进电机控制 31. 全自动皮带运输机设计
32. 基于PLC的矿井通风机控制系统设计 33. 基于PLC的矿井排水系统设计 34. 基于PLC的变频恒压供水系统设计 35. 工业污水处理的PLC控制 36. 彩灯广告屏的PLC控制 37. 组合车床的PLC控制系统设计 38. PLC控制的自动售货机
39. 自动装箱生产线的PLC控制系统 40. 加热反应炉的PLC控制
EDA课程设计安排
要求：
1、至少完成一个设计任务，撰写课程设计报告，交A4纸打印稿，字数不限，左侧装订，单独答辩考核，提前完成可提前答辩。
2、课程设计过程：选题、查资料、设计、实验箱上实现(或者自己做实物)、写报告、答辩。
3、参考题目和要求附后，自己选定题目后查阅资料进行设计，需要实验验证的可以到实验室(1C06 325)进行实验验证。
4、可以自己选择参考课题以外的课题，但难度和工作量不能少于参考题目的。
5、辅导答疑：办公室(1C06 321)，具体时间另行安排。
6、实验室开放时间：上午8：30到 下午3：00，与李帅老师联系，进实验室时一定要穿鞋套。
7、课程设计报告必须交，每人单独答辩，考核内容程序设计、仿真调试、硬件实现。
8、答辩时间另行通知。
电话：13846150185 QQ：276432828 邮箱：wq.wangquan@163.com 办公室：1C06 321
EDA课程设计参考题目及要求
可自选其它题目
课程设计题一：八人抢答器
要求：
1、八人抢答逻辑：只有一个最先抢答有效。
2、在主持人控制下，10秒内抢答有效。
3、采用数码管显示抢答10秒倒计时，若有抢答直接结束，显示结果。
4、抢答结束后用数码管显示抢答结果：抢答有效人编号;若有异常(提前抢答，犯规)，显示抢答人编号和E，本次抢答结束 。
5、设主持人控制键、复位键。
控制键：启动抢答
复位键：系统复位
6、开始、正常结束、抢答结束、违规抢答采用声音提示。
课程设计题二：7人多数表决器
要求：
1、7人多数表决逻辑：多数通过。
2、在主持人控制下，10秒内表决有效。
3、采用数码管显示表决10秒倒计时。
4、表决结束后用发光二极管及数码管显示表决结果，数码管显示结果：通过、不通过，同意人数。
5、设主持人控制键、复位键。
控制键：启动表决
复位键：系统复位
6、表决开始、结束采用声音提示。
课程设计题三：日历和数字种
要求：
1、数字钟：时、分，小时用二十四进制显示，分钟用六十进制显示。
2、每月日历为30天，并显示星期几。
3、显示采用动态数码管显示方式或静态显示方式。
动态时显示八位：日期 星期几 小时 分钟
静态时显示四位：分别显示(日期30天 星期)和(小时 分钟)采用控制键切换或周期轮流显示。
4、具有清零的功能，且能够对小时、分钟进行调整(校时)。
5、具有整点、半点报时功能，整点用声音次数报时，半点特殊声音报时。
课程设计题四：LED彩灯控制器设计
要求：
1、至少10个发光管4种花样自动变换，循环往复。
2、彩灯花样变换的快慢节拍可以手动和自动方式控制，手动控制按钮按一次转换一次;自动控制方式每15秒变换一次，1分钟循环一遍。
3、系统复位清零开关。
课程设计题五：汽车尾灯控制器设计
要求：
1、汽车车尾左右两侧各有四盏灯：黄灯、红灯、雾灯、倒车照明灯，前面有照明灯(远光、近光)、黄灯、雾灯
2、白天正常行驶时照明灯都不亮，夜间行驶时两个前照明灯都亮。
3、左转弯时左侧黄灯闪亮(2Hz)，右转弯时右侧黄灯闪亮。
4、汽车刹车时，两个红灯都亮。
5、能见度低或者夜间行驶时雾灯点亮。
6、倒车时红灯、倒车照明灯亮。
课程设计题六：秒表
要求：
1、计时范围：0~59分59.59秒，整数四位数和小数两位数显示;
2、计时精度10毫秒;
3、复位按钮，计时器清零，并做好下次计时准备;
4、可以对两个对象(A、B)计时，具有启/停控制;
3、设开始、停止A、停止B、显示A、显示B、复位按钮。
课程设计题七：交通灯控制器
要求：
1、红灯和绿灯相互转换时经过黄灯，黄灯闪烁三次(6秒);
2、主干道方向通行30秒，辅干道方向通行20秒，单独左转信号15秒;先直行信号，后左转信号。
3、设手动、自动、特殊情况三种方式。
4、特殊情况时所有路口红灯都亮，给120、110等通行。
5、自动时显示各种状态倒计时。
课程设计题八：篮球比赛计分器
要求：
1、两队各三位显示，共计六位数码显示;
2、设A、B队加、减分按键，复位键;
3、加减分实现1分、2分、3分加减。
课程设计题九：循环码编码器和译码器设计
要求：
1、单独设计一个8位循环码编码器;
2、单独设计一个8位循环码译码器;
3、两个模块连在一起工作。
课程设计题十：简易电子琴设计
要求：
1、设置三种音阶：低音、中音、高音控制按键;
2、设计
1、
2、
3、
4、
5、
6、7音(哆来咪法搜拉稀);
3、能弹奏一首简单的儿歌。
课程设计题十一：拔河游戏机设计
要求：
1、电路使用9个发光二极管表示拔河的“电子绳”，开机后只有中间一个发亮，此即拔河的中心点。游戏甲乙双方各持一个按钮，迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。亮点移到任一方终端二极管，这一方就获胜，此时双方按钮均无作用，输出保持，只有复位后才使亮点恢复到中心。
2、由裁判下达比赛开始命令后，甲乙双方才能输入信号，否则，输入信号无效。
3、用数码管显示获胜者的盘数，每次比赛结束自动给获胜方加分。
课程设计题十二：电子密码锁
要求：
1、在锁开的状态下输入密码，设置的密码共4位，用数据开关K1∼K10分别代表数字
1、
2、…、
9、0，输入的密码用数码管显示，最后输入的密
码显示在最右边的数码管上，即每输入一位数，密码在数码管上的显示左移一位。可删除输入的数字，删除的是最后输入的数字，每删除一位，密码在数码管的显示右移一位，并在左边空出的位上补充“0”。
2、用一位输出电平的状态代表锁的开闭状态，绿色发光管指示。
3、为保证密码锁主人能打开密码锁，设置一个万能密码，在主人忘记密码时使用。
二.验证型实验
1.机械手设计： 1.1程序说明
1.2仿真结果
X0闭合一下启动，Y5高电平。X5闭合一下，Y4高电位，Y5复位。X4闭合一下，Y7高电位，Y4复位。X7闭合一下，Y5高电位，Y7复位。X5闭合一下，Y3高电平0.2s，Y4高电平，Y5复位。X4闭合一下，Y6高电位，Y4复位。X6闭合一下，进入下一次循环。
2.交通灯控制
2.1程序说明
2.2仿真结果
3.大小球分拣系统控制
3.1程序说明
3.2仿真结果
1.捡大球：X0闭合一下启动，X2闭合，Y12高电平10s后，Y13高电平5s，Y11高电平。X5闭合一下，Y5高电平。X7闭合一下，Y12高电平，Y5复位。X4闭合一下，Y12Y13复位，放大球5s后，Y11高电平。X5闭合一下，Y11复位，Y4高电平。X3闭合一下，Y4复位，进入下一次捡球过程。
2.捡小球：X0闭合一下启动，X2闭合，Y12高电平10s后。X4闭合一下，Y13高电平5s，Y11高电平。X5闭合一下，Y5高电平。X7闭合一下，Y12高电平，Y5复位。X4闭合一下，Y12Y13复位，放小球5s后，Y11高电平。X5闭合一下，Y11复位，Y4高电平。X3闭合一下，Y4复位，进入下一次捡球过程。
三.设计型实验
1.电动机控制
1.1两台电动机M1.M2的时序运行
1.1.1 I/O连接图及控制电路图
1.1.2 程序及其说明
1.1.3 仿真结果
1.2.三台电动机M1 M2 M3的时序运行
1.2.1 I/O连接图及控制电路
1.2.2 程序及其说明
1.2.3 仿真结果
2 .彩灯控制
2.1 I/O连接图及控制电路
2.2 程序及其说明
2.2仿真结果
彩灯分为4组，编号0到3为第一组，编号4到7为第二组，编号10到13为第三组，编号14到17为第四组;第一组彩灯由编号0—3逐一点亮，点亮后熄灭，隔3秒后逆序逐一点亮，再熄灭，3秒后编号0和编号2与编号1和编号3交替亮，5秒后全部熄灭;第二组彩灯由编号4—7逐一点亮，点亮后熄灭，隔3秒后逆序逐一点亮，再熄灭，3秒后编号4和编号6与编号5和编号7交替亮，5秒后全部熄灭;第三组彩灯由编号10—13逐一点亮，点亮后熄灭，隔3秒后逆序逐一点亮，再熄灭，3秒后编号10和编号12与编号11和编号13交替亮，5秒后全部熄灭;第四组彩灯由编号14—17逐一点亮，点亮后熄灭，隔3秒后逆序逐一点亮，再熄灭，3秒后编号14和编号16与编号15和编号17交替亮，5秒后全部熄灭;最后，奇数号彩灯与偶数号彩灯交替亮，重复了5次全部熄灭。
3 机械手
3.1 I/O连接图及控制电路
3.2 程序及其说明
3.3仿真结果
X0闭合一下启动，Y5高电位。X5闭合，计数器记1，Y4高电位，Y5复位。X4闭合一下，Y7高电平。X7闭合一下，Y5高电平。X5闭合6次，计数器记7，Y3高电平0.2s，Y4高电平。闭合X5五次，闭合X4一下，Y6高电平。闭合X6一下，进入第二次。X5闭合两次，计数器记14，Y4高电位，Y5复位。X4闭合一下，Y7高电平。X7闭合一下，Y5高电平。X5闭合6次，计数器记21，Y3高电平0.2s，Y4高电平。闭合X5五次，闭合X4一下，Y6高电平。闭合X6一下，进入第三次。X5闭合三次，计数器记29，Y4高电位，Y5复位。X4闭合一下，Y7高电平。X7闭合一下，Y5高电平。X5闭合6次，计数器记37，Y3高电平0.2s，Y4高电平。闭合X5五次，闭合X4一下，Y6高电平。闭合X6一下，进入第四次。X5闭合四次，计数器记46，Y4高电位，Y5复位。X4闭合一下，Y7高电平。X7闭合一下，Y5高电平。X5闭合6次，计数器记55，Y3高电平0.2s，Y4高电平。闭合X5五次，闭合X4一下，Y6高电平。闭合X6一下，进入第五次。X5闭合五次，计数器记65，Y4高电位，Y5复位。X4闭合一下，Y7高电平。X7闭合一下，Y5高电平。X5闭合6次，计数器记75，Y3高电平0.2s，Y4高电平。闭合X5五次，闭合X4一下，Y6高电平。闭合X6一下，进入下一轮循环。
四.实验总结
通过两个周的PLC课程实验，加深了我对这门课程的理解与学习，巩固了知识，增长了更深层次的实践基础。这次课程设计设计的内容包括3个验证型的实验和3个设计型的实验。通过程序的输入，编辑，校验，运行，仿真机械手控制，交通灯控制，大小球分拣系统控制以及设计电动机的时序图运行，彩灯控制和机械手控制。这次设计，将我们所学的PLC理论知识用于具体的设计，进一步巩固了所学的理论知识，同时也认识到只有将理论知识运用到实践操作，才能真正的掌握一门课程。每天都在机房上机，同学之间相互讨论，团队协作能力得到加强，老师也认真的辅导我们，同学积极的去认真的完成所布置的任务，整个教室显示出一种认真的氛围。这次课程设计使我受益匪浅，希望以后有更多的机会去完成类似的设计。
课程设计(论文)
三层电梯PLC控制系统设计
THREE LAYERS OF THE ELEVATOR PLC CONTROL SYSTEM DESIGN
学生姓名 学院名称 学号 班级 专业名称 指导教师
乔浩 信电工程学院 20110501146 11电气1
电气工程及其自动化
曹言敬
2014年 12月 15日
徐州工程学院课程设计
摘要
本论文阐述了可编程控制器PLC在电梯控制系统中的应用，介绍了3层楼电梯的PLC控制系统的总体设计方案、设计过程、组成，列出了具体的主要硬件电路、I/O分配表、电梯的控制梯形图及指令表，并给出了系统组成框图和程序流程图。在分析处理随机信号逻辑关系的基础上，进行了PLC的编程方法，设计了一套完整的电梯控制系统方案。
电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少，使电梯运行更加安全、方便、舒适。本课程设计基于西门子(SIEMENS)S7-200 PLC对三层电梯的控制进行了模拟，形成了电梯升降的系统PLC在电梯升降的过程中，主要体现在逻辑开关的功能。由于PLC具有逻辑运算、记数、定时以及输出输入输出的功能，在电梯升降的过程中各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，对电梯实现了控制。
关键词
PLC ;电梯控制;程序设计;梯形图
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徐州工程学院课程设计
目
录
1 绪论 ............................................................................................................................................. 1 1.1 背景知识 ............................................................................................................................... 1 1.1.1 电梯基本结构 ................................................................................................................. 1 1.2 课程设计目的 ....................................................................................................................... 3 1.3 课程设计要求 ....................................................................................................................... 3 1.4 课程设计任务 ....................................................................................................................... 4 1.4.1 控制要求 ......................................................................................................................... 4 1.4.2 系统分析 ......................................................................................................................... 4 1.4.3 硬件设计 ......................................................................................................................... 4 1.4.4 软件设计 ......................................................................................................................... 4 2 电梯控制系统硬件设计 ............................................................................................................. 5 2.1模拟设备面板图展示 ............................................................................................................ 5 2.2选择机型 ................................................................................................................................ 6 2.3 I/O分配表 ............................................................................................................................. 6 2.4 PLC外部接线图 ................................................................................................................... 7 2.5电梯控制系统的安全保护 .................................................................................................... 8 2.5.1 短路保护 ......................................................................................................................... 8 2.5.2 过载保护 ......................................................................................................................... 8 2.5.3 失电压保护 ..................................................................................................................... 8 2.5.4 超程保护 ......................................................................................................................... 9 3 电梯控制系统软件设计 ........................................................................................................... 10 3.1 软件设计流程图 ................................................................................................................. 10 3.2 源代码设计 ......................................................................................................................... 10 3.3 MCGS组态设计.................................................................................................................. 15 3.4 系统调试 ............................................................................................................................. 17 结论 ............................................................................................................................................... 18 致谢 ............................................................................................................................................... 19 参考文献 ....................................................................................................................................... 20
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1 绪论
1.1 背景知识
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。在许多交通设备中，电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。随着现代化生产规模的不断扩大和人民生活水平的不断提高，电能供需矛盾日益突出，节电呼声日益高涨。有关统计数据表明，电动机拖动负载消耗的电能占总耗电量的70%以上。因此，电动机拖动系统节约电能具有特别的社会意义和经济效益。电动机拖动系统节约电能的途径主要有：一是提高电动机拖动系统的运行效率，如风机、水泵调速是以提高负载运行效率为目标的节能措施，再如电梯曳引机采用变频调速取代异步电动机调压调速是以提高电动机运行为目标的节能措施;二是将运动中负载上的机械能(动能、势能)通过能量回馈器变化成电能(再生电能)并回送给交流电网，供附近其他用电设备使用，使电动机拖动系统在单位时间内消耗电网电能下降，从而达到节约电能的目的。
以前的电梯主要采用单片机控制，其性能等各方面都不太完善，现在电梯控制系统多采用PLC，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器(PLC)取代微机实现信号集选控制。由PLC控制代替传统继电器控制已成为发展定局PLC是集计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。它的编程软件采用易学易懂的梯形图语言，控制灵方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，通过对电梯控制系统的研究和设计，可以更加深入的了解和认识PLC技术的核心和未来发展的方向。
1.1.1电梯基本结构
从总的来讲，电梯由机械系统和电气控制系统两部分组成：而电器部分由电力拖动系统，运动逻辑功能控制系统和电器安全保护等系统组成。
1. 曳引系统
电梯曳引系统的功能是输出传动和传递动能，驱动电梯运行。主要由曳引机、曳引钢丝绳导向轮和反绳轮组成。
(1)曳引机
曳引机为电梯的运行提供动能，由电动机、曳引轮和电磁制动器组成。 (2)曳引钢丝绳
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曳引钢丝绳由曳引钢丝、绳股和绳心组成。 (3)导向轮和反向轮
导向轮是将钢丝绳向对重或轿厢的钢丝绳轮，安装在曳引机架或承重梁上。反绳轮是设置再机房上的定滑轮，其作用是根据需要，将曳引钢丝绳绕过反绳轮，用以构成不同的曳引绳传动比。
(4)根据电梯的使用要求和建筑物具体情况，电梯曳引绳传动比、曳引绳在曳引轮上的缠绕方式以及曳引机的安装位置都有所不同。
2. 桥厢和门系统 (1)轿厢
轿厢是用来安全运送乘客及物品到目的的箱体装置，它的运行轨迹是在曳引机钢丝绳的牵引下沿导轨上下运行。
(2)门系统
电梯门分为轿厢门和厅门,轿厢门是用来封住出入口，厅门是为了确保在候梯厅的安全而设置的开闭装置只有在轿厢停层和平层时才能被打开。
3. 重量平衡系统
对重是平衡轿厢重量的平衡重，与轿厢分别悬挂在曳引钢丝绳的两端。对重由以槽钢为主所构成的对重架和用灰铸铁制造的对重快组成。轿厢侧的重量为轿厢自重与负载之和，而负载的大小却在空载与额定负载之间随机变化。因此只当轿厢自重与载重之和等于对重重量时，电梯才处于完全平衡状态。此时的载重称为电梯的平横点，而在电梯处于负载变化范围内的相对平衡状态时，应使曳引绳两端张力的差值小于由曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力所限定的最大值，以保证电梯曳引传动系统工作正常。
4. 导向系统
导向系统由导轨、导靴和导轨架组成，导轨用来在井道中确定轿厢与对重的相互位置，并对他们的运动起导向作用。
5. 保护系统
对现代电梯的运行必须保证安全。为此，设置了由电气安全保护装置和机械安全保护装置组成的电梯安全保护系统。
(1)电气安全保护装置
为了保证电梯的安全运行，在井道中设置有终端超越保护装置。实际上，这是一组防止电梯超越下端或上端站的行程开关，能在轿厢或对重撞底、冲顶之前，通过轿厢打板直接触碰这些开关来切断控制电路或总电源，在电磁制动器的制动抱闸作用下，迫使电梯停止运行。
(2)机械安全保护装置
当电梯电气控制系统由于出现故障而失灵时，会造成电梯超速运行。如果电气超速保护系统也失灵，甚至电磁制动器也不起作用，就会使电梯失控而出现“飞车”，甚至会出现
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曳引钢丝绳严重打滑等严重事故，这时就要靠机械安全保护装置提供最后的安全保护。对于电梯超速的失控现象的机械安全保护装置是限速器和安全钳，这两种装置总是相互配合使用。
6. 电力拖动系统
电力拖动系统由曳引电动机、速度反馈装置、电动机调速控制系统和拖动电源系统等部分组成。其中曳引电动机为电梯的运行提供动力;速度反馈装置是为电动机调速控制系统提供电梯运行速度实测信号的装置，一般为与电动机同轴旋转的测速发电机，或电光脉冲发生器。
7. 运行逻辑控制系统
电梯的电气控制系统由控制装置、操纵装置、平呈装置和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜(屏)上。
1.2 课程设计目的
1. 了解常用电气控制装置的设计方法、步骤和设计原则。
2. 通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。
3. 本次课程设计应强调，在独立完成课程设计的同时，培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力，上网查询信息的能力，运用计算机进行工程绘图的能力，编制技术文件的能力等，从而提高学生解决实际工程技术问题的能力。
1.3 课程设计要求
1. 确定控制方案，设计电气控制装置的主电路。
2. 应用PLC设计电气控制装置的控制程序。可分为5个步骤：
(1)选择PLC的机型及I/O模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力; (2)根据工艺流程图绘制顺序功能图;
(3)列出PLC的I/O分配表，画出PLC的I/O接线图; (4)设计梯形图并进行必要的注释; (5)输入程序并进行室内调试及模拟运行。
3. 设计电气控制装置的照明、指示及报警等辅助电路。系统应具有必要的安全保护措施，例如，短路保护、过载保护、失电压保护、超程保护等。
4. 选择电气元件的型号和规格，列出电气元件明细表。选择电气元件时，应优先选用优质新产品。
5. 绘制正式图样，要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图，用STEP 7-Micro/Win32编程软件编写梯形图。要求图幅选择合理，图、字体排列整齐，图样应按
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电气控制图国家标准有关规定绘制。
6. 编写设计说明书及使用说明书。内容包括阐明设计任务及设计过程，附上设计过程中有关计算及说明，说明操作过程、使用方法及注意事项，附上所有的图表、所用参考资料的出处及对自己设计成果的评价或改进意见等。
1.4 课程设计任务
1.4.1控制要求
1. 电梯由安装在个楼层电梯口的上升下降呼叫按钮(U
1、U
2、D
2、D3)，电梯桥厢内楼层选择按钮(S
1、S
2、S3)，上升下降指令(UP、DOWN),各楼层到位行程开关(SQ
1、SQ
2、SQ3)组成。电梯在上升过程中只响应向上的呼叫，在下降的过程中只响应向下的呼叫，电梯向上或向下的还哦执行完成后再执行反向呼叫。
2. 电梯等待呼叫时，同时有不同呼叫时，谁先呼叫执行谁。 3. 具有呼叫记忆、内选呼叫指示功能。
4. 具有楼层显示、方向指示、到站声音提示功能。
1.4.2系统分析
为了实现上述要求，首先列出PLC的I/O分配表，并画出PLC的I/O接线图，然后选择PLC的机型及I/O模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力。
根据控制要求，编写梯形图及语句表，调试程序直到准确无误。
1.4.3硬件设计
1. 列出PLC的I/O分配表，并画出PLC的I/O接线图;
2. 选择PLC的机型及I/O模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力; 3. 设计必要的安全保护措施，例如，短路保护、过载保护、失电压保护、超程保护等。
1.4.4软件设计
1. 采用模块化程序结构设计软件，首先将整个软件分成若干功能模块; 2. 编写控制系统的逻辑关系图; 3. 绘制各种电路图;
4. 编制PLC程序并进行模拟调试; 5. 现场调试;
6. 编写技术文件并现场试运行。
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2 电梯控制系统硬件设计
2.1 模拟设备面板图展示
图2-1 面板图
+如图2-1，其中S
1、S
2、S3分别为轿厢内一层、二层、三层电梯内选按钮;D
2、D3分别为二层、三层电梯外下降呼叫按钮;U
1、U2分别为一层、二层电梯外上升呼叫按钮;SQ
1、SQ
2、SQ3分别为一层、二层、三层行程开关，模拟实际电梯位置传感器的作用。
L
1、L
2、L3分别为一层、二层、三层电梯位置指示灯;DOWN为电梯下降状态指示灯;UP为电梯上升状态指示灯;SL
1、SL
2、SL3分别为轿厢内一层、二层、三层电梯内选指示灯。
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2.2 选择机型
PLC的种类非常繁多，不同种类之间的功能设置差异很大，这既给PLC机型的挑选提供了十分广阔的空间，同时也带来了一定的难度。机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，力争最好的性价比，并有一定的升级空间。
考虑到本次设计的电梯系统只有3层，且开关量居多，模拟量较少;对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，但是在设计活动中，经常碰到一些估计的指标，在设计活动中需要进行局部调整，另外模块式PLC排除故障所需时间短;我们估算输入输出接口比较多;由于考虑到本次设计的电梯系统只有3层，考虑到工厂造价，我们采用离线编程的方式，以减小软硬件的开销。
统计输入、输出点数并选择PLC型号：
输入信号有10个，考虑到有15%的备用点，即10×(1+15%)=11.5，取整数11，因此共需11个输入点。
输出信号有9个，考虑到有15%的备用点，即9×(1+15%)=10.35，取整数10，因此共需10个输出点。
因此可选用CPU224类型可编程控制器，它有14个输入点，10个输出点，满足本例的要求。
2.3 I/O分配表
表2-3 I/O分配表
电气符号
序号 PLC地址(PLC端子)
(面板端子)
1
23
456
78
9 I0.3 I0.2 I0.1 I0.7 I0.5 I0.6 I0.4 I1.2 I1.1
S3 S2 S1 D3 D2 U2 U1 SQ3 SQ2
三层内选按钮 二层内选按钮 一层内选按钮 三层下呼按钮 二层下呼按钮 二层上呼按钮 一层上呼按钮 三层行程开关 二层行程开关 功能说明
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电气符号
续表2-3 序号 PLC地址(PLC端子)
(面板端子)
功能说明
10
1
112
1
314
1
516
17
18
19
20 I1.0 Q0.3 Q0.2 Q0.1 Q1.0 Q1.1 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7
SQ1 L3 L2 L1 DOWN UP UP1 DN2 UP2 DN3
一层行程开关 三层指示 二层指示 一层指示 轿厢下降指示 轿厢上升指示 一层呼叫灯 二层向下呼叫灯 二层向上呼叫灯 三层呼叫灯 电源正端 主机1M、面板V+接电源+24V 主机1L、2L、3L、面板COM
21电源地端
接电源GND 表2-3电梯由安装在各楼层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。电梯轿箱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，电梯停在由一层运行至三层的过程中，在二层轿箱外呼叫时，若按二层上升呼叫按钮，电梯响应呼叫;若按二层下降呼叫按钮，电梯运行至二层时将不响应呼叫运行至三层，然后再下降，响应二层下降呼叫按钮。
2.4 PLC外部接线图
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图2-4 PLC外部接线图
PLC的输入输出模块与外部用户设备的接线方式分为汇点式和分割式，两种方式的区别在于：选用汇点式接法的系统使用的电源电压唯一，而选用分割式接法的系统电源电压不唯一。
2.5 电梯控制系统的安全保护
电梯控制系统的安全保护主要包括四个方面：短路保护、过载保护、失电压保护和超程保护等。
2.5.1 短路保护
短路时熔断器FU的熔体熔断而切断电路起保护作用。
2.5.2 过载保护
采用热继电器FR。由于热继电器的热惯性较大，即使发热元件流过几倍于额定值得电流，热继电器也不会立即动作。因此在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器不会动作，只有在电动机长期过载时，热继电器才会动作，用它的常闭触头使控制电路断电。
2.5.3 失电压保护
通过接触器KM的自锁环节来实现。当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失电压
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(如停电)时，接触器KM断电释放，电动机停止转动。当电源电压恢复正常时，接触器线圈不会自行通电，电动机也不会自行启动，只有在操作人员重新按下启动按钮后，电动机才能启动。
2.5.4超程保护
超程也叫超行程，术语多用于电力设备断路器。
超程是真空开关触头完全闭合后，动或静触头所能移动的距离。 超程的作用主要有以下几点：
1. 保证触头在电磨损后仍能保持一定的接触压力; 2. 触头闭合时能利用触头弹簧力缓冲，减小弹跳;
3. 在触头分闸时，使动触头获得一定的初始的动能，拉断熔焊点，提高初始分闸速度，减小燃弧时间，从而提高介质恢复的速度。
如果超程太小，就不能保证触头在烧损后应有的触头压力，同时，初始分闸速度变小，会影响真空开关的开断关合和动热稳定性能，甚至产生重合闸弹振。若超程太大，会增加操作机构的合闸功，使合闸变得极不可靠。真空开关的超程取额定开距的15%～40%左右，10 kV级真空开关的超程一般取3～4 mm。
现在的真空开关动静触头之间的接触一般采用平板接触，要保证接触良好，就要保证相当的接触压力，超程是指开关动静触头接触后，触头弹簧的压缩行程，其目的是为了保证接触压力，从而保证开关接触良好。
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3 电梯控制系统软件设计
3.1 软件设计流程图
图3-1 软件设计图
如图3-1，电梯启动时，检测电梯是否停在二或三楼层且有呼叫信号，如果是就等待呼叫信号，如果不是时，电梯自动下降到一层等待呼叫信号。当检测到有呼叫信号时，例如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，接着到达三层，电梯停止。当电梯停前检测到呼叫信号，例如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，准备到达三层时检测到二层呼叫信号，电梯停在三层后继续下降到二层等待呼叫信号。
3.2 源代码设计及MCGS组态设计
由于PLC是由取代继电器开始产生并发展起来的，且早期的PLC绝大部分用于顺序控制，于是许多人习惯把PLC看作是继电器 、定时器、 计数器的集合。把PLC的作用局限地等同于继电控制系统顺控器等， 其实PLC就是工业控制计算机PLC系统具有一切计算机控制系统的功能，大型的PLC系统就是当代最先进的计算机控制系统。
小型的PLC由于运算速度及存贮容量的限制.功能自然稍弱。但为了使PLC在其基本逻辑功能 顺序步进功能之外具有更进一步的特殊功能.以尽可能多地满足PLC用户的
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特殊要求，从80年代开始PLC制造商就逐步地在小型PLC中加入一些功能指令或称为应用指令。这些功能指令实际上就是一个个功能不同的子程序。随着芯片技术的进步，小型PLC的运算速度、存贮容量不断增加，其功能指令的功能也越来越强。 许多技术人员梦寐以求甚至以前不敢想象的功能，通过功能指令就成为极容易实现的现实.从而大大提高了PLC的实用价值。具体程序如下：
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3.3 MCGS组态设计
MCGS是一套基于windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
该界面是用来在教学过程中演示三层电梯工作过程的，全部的运行都在MCGS上控制完成，也就是说用MCGS代替了PLC的程序控制运行过程，所以制作简单，且能很好的展示PLC实训目标。具体步骤如下：
1. 建立MCGS工程
进入组态环境后，建立新工程，在菜单“文件”中选择“工程另存为”选项，把新建工程存为：D：MCGSWORK三层电梯演示。
2. 设计画面流程
新建窗口，设置窗口属性后，进入动画编辑窗口。绘制三层电梯演示界面如下：
图3-1电梯演示图
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3. 动画链接
由对象搭制而成的图像界面是静止不动的，需要对这些对象元件进行动画设计，实时地描述外界对象的状态变化，达到实时监控的目的。实现图像动画设计的主要方法是将用户窗口中元件对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的属性。在系统运行过程中，元件对象的外观和运动特性，由数据对象的实时采集数据驱动，从而实现了图像的动态效果。
(1) 指示灯的属性设置
在用户窗口中，双击五层电梯组态设计窗口进入，选中一层内选指示图标并双击，弹出单元属性设置窗口。
图3-2 指示灯属性设置
(2) 轿厢属性设置
双击界面中表示电梯上升下降的轿厢，弹出属性设置窗口，属性设置如下：
图3-3 轿厢属性设置
(3) 数值型变量的设置
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数值型变量一共有六个，以变量F1LEFT 为例：一层左门的属性设置如下图所示。
图3-4 数值型变量属性设置
3.4 系统调试
1. 检查实训设备中器材及调试程序。
2. 按照I/O端口分配表或接线图完成PLC与实训模块之间的接线，认真检查，确保正确无误。
3. 打开示例程序或用户自己编写的控制程序，进行编译，有错误时根据提示信息修改，直至无误，用PC/PPI通讯编程电缆连接计算机串口与PLC通讯口，打开PLC主机电源开关，下载程序至PLC中，下载完毕后将PLC的“RUN/STOP”开关拨至“RUN”状态。
4. 将行程开关“SQ1”拨到ON，“SQ2”、“SQ3”拨到OFF，表示电梯停在底层。 5. 选择电梯楼层选择按钮或上下按钮。例：按下“D3”电梯方向指示灯“UP”亮，底层指示灯“L1”亮，表明电梯离开底层。将行程开关“SQ1”拨到“OFF”，二层指示灯“L2”亮，将行程开关“SQ2”拨到“ON”表明电梯到达二层。将行程开关“SQ2”拨到“OFF”表明电梯离开二层。三层指示灯“L3”亮，将行程开关“SQ3”拨到“ON”表明电梯到达三层。
6. 重复步骤5，按下不同的选择按钮，观察电梯的运行过程。
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结论
在设计过程中，理论联系了实际。逐渐了解及掌握了电梯的机械设备的结构,控制运动的组成及工作原理。例如在电梯的运动控制过程中，为了满足当今人们的需求，要求电梯运动必须达到“稳、准、快”的要求，这就需要根据整个系统的实际应用和工作情况，让电梯的运行速度、反映时间和停层的准确度达到一定的标准，而对梯的速度、运行状态、安全、可靠进行合理的设计。因此系统的设计要综合考虑曳引机的放置、占用空间及控制系统的可靠性等。这样才能保证系统的正常运行。再次回顾及加深了PLC的学习，了解了PLC的起源，发展及在各种场合上的应用，清楚了如今PLC的动向。
总的来说这次PLC课程设计，考验了我对理论知识的运用能力，锻炼了对故障排除的分析能力，值得感谢的是当我们遇到困难时，老师耐心指导，帮我们一起分析故障，共同解决困难。另外，这课程设计也为了我们以后的毕业设计提供了很好的经验，建立基础，可以说是意义重大，影响深远。
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致谢
整个设计过程很快过去了，我学到了很多可编程控制器的知识，以及许多的课外知识。尤其是在导师指导和同学协助下，才会顺利完成这次设计。在这次设计中，我也发现了自己很多不足之处，例如：知识面较窄，思考问题过于狭隘，思路过于陈旧。因此，在以后的学习生活中，应广泛的学习各种知识，并把它们与自己所学的专业联系在一起，大胆地放开思路，勇于创新求实。我还要感谢舍有对我的帮助与支持，在我遇到困难时总是他们在一旁鼓励我坚持下去。
本文是在指导教师的悉心指导下完成的，从论文选题、实验指导、理论分析到论文修改，无不倾注了老师的辛勤汗水。在此，向所有曾经关心和帮助过我的老师、同学和朋友致以诚挚的谢意!
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参考文献
[1]陈建民.电气控制与PLC应用[M].北京：电子工业出版社，2011. [2]林德杰.过程控制仪表及控制系统[M].北京：机械工业出版社，2010. [3]刘刚.Protel DXP 2004 SP2原理图与PCB设计[M].北京：电子工业出版社，2009.
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二○一二 ～二○一三 学年第 二 学期
信息科学与工程学院
课程设计说明书
课程名称：
PLC技术课程设计
班
级：
自动化1002班
学
号：
201004134070
姓
名：
吴君
指导教师：
刘晓玉
二○一三 年 五 月
一、设计题目： 液位升降自动控制系统设计
二、设计任务和要求
某进出水系统由进水阀门、储水罐及出水阀门组成，储水罐储水高度为50cm。水位升降分为手动控制和自动控制，通过选择开关进行选择。
1、 手动控制
通过上升按钮、下降按钮和停止按钮控制水位高度(1)上升过程：按下上升按钮，进水阀开，水位以1cm/s开始上升，水位满时，进水阀门自动关闭;按下停止按钮，阀门关闭，水位停止在当前位置。(2)下降过程：按下下降按钮，出水阀开，水位以1cm/s开始下降，水位空时，出水阀门自动关闭;按下停止按钮，阀门关闭，水位停止在当前位置。
2、 自动控制
通过启动按钮和停止按钮进行控制：(1)按下启动按钮，进水阀开，水位以1cm/s开始上升;水位满时，进水阀门关，出水阀打开，水位以1cm/s开始下降，水位空，出水阀门关;然后进水阀重新打开，重复以上过程。(2)按下停止按钮，阀门全部关闭，水位停止在当前位置。
3、 报警
手动和自动过程中，当液位达到高低报警值时，进行灯闪烁报警，闪烁频率位0.5s。
三、题目分析
思路
一、利用PLC模拟开关功能，进行开关量的控制，采用传感器来检测液位的位置，然后相应的模拟开关动作。
思路
二、利用PLC的模拟量输入，采用模拟，不需要采用传感器，并且需要的硬件数量较少。
现用思路一，采用分部程序设计方法，利用无参功能编写。
四、流程图和硬件图(见附录1)
五、硬件配置图，及PLC操作步骤
1、建立工程
2、选择CPU
3、添加硬件
4、符号表
5、建立模块
6、复位模块图
7、主程序模块
8，手动控制模块
9、自动控制模块
10、定时模块
六、设计心得体会
通过这次课程设计，巩固《PLC技术》课程学过的知识，了解了一些典型硬件设备，熟悉PLC系统设计流程，能简单运用基本指令。熟悉梯形图的设计和结构思路，在原有的学习基础上，了解了PLC的编程思想，编程结构，在一定程度上在加深对理论联系实际的方面有了一定的认识。
七、参考书目
西门子S7300PLC应用教程
深入浅出西门子S7-300 PLC[M]
PLC的定义及工作原理
⒈定义：可编程控制器，简称PLC(Programmable logic Controller),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置”。它采用可编程序的存储器，用来在其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，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
⒉工作原理: 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行三个阶段。
(一) 输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
(二) 用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。
(三) 输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
随着自动化控制技术和微电子技术的迅猛发展，PLC作为前沿的工业控制器，具有体积小、可靠性高、易操作、灵活性强、抗干扰能力强等一系列优点，广泛用于自动化控制领域。用内部编程取代继电器逻辑控制电路中大量的中间继电器和时间继电器，简化了控制路线，提高了系统控制的可靠性，这是PLC最大的优点。借助于书序控制图和梯形图来编制用户控制程序，实现自动控制系统顺序控制，是PLC的主要功能之一。
实训1
基础试验
1. 两灯交替闪烁 指令表
梯形图
工作过程：
按下启动开关X0，Y0亮，且开始计时,2S后，T0动作，T0常闭断开Y0熄灭，T0常开闭合Y1亮，经过2s，Y0亮;如此循环，直到按下停止开关X1。
2. 利用计数器实现循环
指令表
梯形图
工作过程：
按下启动开关X0，Y0亮，开始计时2S后，T0动作，Y0熄灭，Y1亮，如此循环，直到循环了5次，计数器CO动作，常开触点闭合，整个过程停止。
实训2 十字路口交通灯控制系统
1、实训目的
① 了解PLC基本功能指令使用方法 ②掌握功能指令图的输入方法 ③学会利用功能指令进行设计 2、实训的内容
该实验在十字路口交通信号灯控制实验区内完成,按启动按钮，六盏灯按如下时序工作：第一组绿灯亮5秒后闪烁3次(灭0.5秒，亮0.5秒)，黄灯亮2秒，红灯亮10秒;第二组红灯亮10秒，绿灯亮5秒后闪烁3次(灭0.5秒，亮0.5秒)，黄灯亮2秒。
从时序图可以看出，该系统有一个输入装置和 6个输出装置。下表为输入装置与输出装置与PLC的地址编号对应表。
指令表
⒈ ⒉ ⒊ ⒋ ⒌ ⒍ ⒎ ⒏ ⒐ ⒑ ⒒ LD
M8002 SET
L0 STL
S0 LD
X000 OUT
Y000 OUT
Y003 SET
S21 SET
S31 STL
S21 OUT
Y000 OUT
T0
K50 ⒓ LD
T0 ⒔ SET
S22 ⒕ STL
S22 ⒖ OUT
T1
K30 ⒗ LDI
T1 ⒘ AND
M8013 ⒙ OUT
Y000 ⒚ LD
T1 ⒛ SET
S23 21.STL 22.OUT 23.OUT 24.LD 25.SET 26.STL 27.OUT 28.OUT 29.STL 30.OUT 31.OUT 32.LD 33.SET 34.STL 35.OUT 36.OUT 37.LD 38.SET 39.STL 40.OUT 41.LDI 42.AND 43.UT 44.LD 45.SET 46.STL 47.OUT 48.OUT 49.STL 50.STL 51.LD 52.AND 53.SET 54.RET 55.END S23 Y001 T2
K20 T2
S24
S24 Y002 T3
K100
S31 Y003 T4
K100
T4
S32
S32 Y004 T5 T5 S33
S33 T6
K30
T6
M8013 Y004
T6
S34
S34
Y005
T7
S24
S34
T3
T7
S0
附加任务
机械手手动控制实验
控制要求1：
实现机械手左右移动。
按下向左按钮，机械手向左移动，到达左限位开关后停止;按下向右按钮，机械手向右移动，到达右限位开关后停止。
控制要求2：
实现机械手上下移动。
按下向上按钮，机械手向上移动，到达上限位开关后停止;按下向下按钮，机械手向下移动，到达下限位开关后停止。
控制要求3：
实现机械手左右、上下移动。
按下向左按钮，机械手向左移动，到达左限位开关后停止，按下向右按钮，机械手向右移动，到达右限位开关后停止。
按下向上按钮，机械手向上移动，到达上限位开关后停止;按下向下按钮，机械手向下移动，到达下限位开关后停止。
控制要求4：
实现上述控制后，机械手电磁铁在A位置可吸引提取物料(铁块)或释放物料。机械手电磁铁在B位置同样可吸引提取物料(铁块)或释放物料。
可手动操作实现物料从A位置移动到B位置或从B位置移到达A位置。
总
结
这是一个比较典型的十字路口交通灯的梯形图设计，最为一种设计实践，主要是为PLC在交通控制系统中提出一种设计理论，为以后PLC在复杂的控制系统中提出一种可行的理论方案。在实际应用中，采用PLC控制城市交通信号灯，能根据不同路况要求，随时修改控制程序， 以改变各信号灯的工作时间和工作状况。与继电器或逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更高的可靠性、灵活性和经济实用性。
通过这次设计实践，我巩固了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，当我们把自己想出来的程序与到PLC的时候问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符。通过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解加强了，看到了实践与理论的差距，通过此次课程，让我了解了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，从中找出最合适的设计方法。
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