plc系统课程设计（共8篇）
电科班
一、摘要
随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,大中小城市都在进行亮化工程。企业为宣传自己企业的形象和产品,均采用广告手法之一:霓虹灯广告屏来实现这一目的.当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广告均可以见到,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多中彩色的灯管,另一种为光等管或白炽灯管作为光源,另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果。这些灯的亮灭,闪烁时间及流动方向等均可以通过PLC来达到控制的要求。
随着P
LC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。
PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：
(一)合理的结构型式，(二)
安装方式的选择，(三)相应的功能要求，(四)响应速度要求，(五)系统可靠性的要求，(六)机型尽量统一。
二
.控制系统介绍及控制要求
本控制系统只要是用于控制霓虹灯和边框流水灯的按顺序的闪烁。它能让你在不用人控制的情况下，进行灯的自动闪烁，达到宣传的目的。如图1，八个字能按顺序地进行亮灭，并且边框的灯能同时地隔位闪烁。
1.霓虹灯广告屏示意图
利用s7-200控制由8根灯管，24只流水灯，每4只灯为一组广告牌。，如下图所示：
图1
2.控制要求：
（1）该广告屏中间8根灯管亮灭的时序为：第1根亮→2亮→3亮→……→第8根亮，时间间隔为1s，全亮后，显示10s，再反过来从8→7→……→1按1s间隔顺序熄灭，全灭后停亮2s；再从第8根开始亮，顺序点亮7→6→……→1，时间间隔1s，显示5s，再从1→2→……→8按1s间隔顺序熄灭，全灭后停亮2s，然后重复运行，周而复始。
（2）24只流水灯，4个一组分成6组，从Ⅰ→Ⅱ→……→Ⅵ按1s时间间隔依次向前移动，且点亮时每相隔1灯为亮，即从Ⅰ“、”亮→Ⅱ“、”亮，同时Ⅰ“、”灭→Ⅲ““、”亮，同时Ⅱ“、”灭……，如此移动一段时间（如30s）后，再反过来移动一段时间：Ⅵ“、”亮
→Ⅴ“、”亮，同时Ⅵ“、”灭，……如此循环往复。
（3）系统有单步/连续控制，有起动和停止按钮。
（4）起动时，灯管和流水灯同时起动，关闭时，可同时也可分别关闭。
（5）要求有移位指令的应用
（6）在控制要求1中，若要求将全亮后显示10s改为以0.5s间隔同时闪烁5s，试修改程序。
三.工作原理
1.I/O分配
根据控制要求，PLC控制霓虹灯广告显示屏的输入，输出地址如下表所示，其中SB1为启动开关,SB2为停止开关,SB3为单步连续选择开关SB4为不进按钮开关.Q0.0～Q0.7控制霓虹灯用的发光管模拟显示，Q1.0～Q2.1控制6组流水灯泡。如表1
输入接点
输入开关名称
I0.0
启动按钮SB1
I0.1
停止按钮SB2
I0.3
单步/连续开关SB3
I0.4
步进按钮开关SB4
输出接点
输出名称
Q0.0
灯管1
Q0.1
灯管2
Q0.2
灯管3
Q0.3
灯管4
Q0.4
灯管5
Q0.5
灯管6
Q0.6
灯管7
Q0.7
灯管8
Q1.0
L1.L3流水灯
Q1.1
L2.L4流水灯
Q1.2
L5.L7流水灯
Q1.3
L6.L8流水灯
Q1.4
L9.L11流水灯
Q1.5
L10.L12流水灯
Q1.6
L13.L15流水灯
Q1.7
L14.L16流水灯
Q2.0
L17.L19流水灯
Q2.1
L18.L20流水灯
Q2.2
L21.L23流水灯
Q2.3
L22.L24流水灯
2.PlC型号的选择
由于共由20个端口输出，并且用是交流点的，所以我选择用FX2N-48MR-001.FX2N-48MR-001的主要的技术参数：输入继电器的24点，输出继电器由24点。电源电压为AC100-240V
50/60Hz。
3.硬件接线图
图
4．时序图
5.流程图
6.梯形图及程序
0.1启动
LD I0.1
EU
MOVB 16#1, MB0
MOVW 16#FF, VW0
S M1.0, 1
MOVB 16#81, VB2
I0.2总停止
LD I0.2
MOVB 16#0, MB0
MOVW 16#0, VW0
R M1.0, 2
MOVB 16#0, VB2
8路灯管单独停止
LD I0.2
MOVB 16#0, MB0
MOVW 16#0, VW0
24l路循环灯管单独停
LD I0.3
R M1.0, 2
MOVB 16#0, VB2
8路灯管控制,Q0----7（QB0）为8路灯管输出控制点
LD SM0.0
LPS
A M0.0
LPS
A SM0.5
EU
RLW VW0, 1
LPP
AW= 16#FF00, VW0
EU
RLB MB0, 1
LRD
A M0.1
LPS
TON T37, 100
A T37
A SM0.5
EU
RRW VW0, 1
LPP
AW= 16#FF, VW0
EU
RLB MB0, 1
LRD
A M0.2
LPS
TON T38, 20
A T38
A SM0.5
EU
RRW VW0, 1
LPP
AW= 16#FF00, VW0
EU
RLB MB0, 1
LRD
A M0.3
LPS
TON T39, 50
A T39
A SM0.5
EU
RLW VW0, 1
LPP
AW= 16#FF, VW0
TON T40, 20
LPP
A T40
MOVB 16#1, MB0
LD SM0.0
LPS
A SM0.5
MOVB VB1, QB0
LPP
AN SM0.5
A M0.1
AN T37
MOVB 16#0, QB0
24路循环灯控制，由于2个灯同时亮，所以每2个共用一个输出点。QB1单数灯管，QB2双数灯管（双数的灯管安装顺序与单数灯管相反，即Q1.0-----Q1.5对应灯管1,3-------21,23，Q2.0-----Q2.5对应灯管24.22-------4,2,这样可以省掉一些程序）
LD SM0.0
LPS
A M1.0
LPS
A SM0.5
EU
RLB VB1, 1
LRD
AN M1.1
TON T42, 300
LRD
A T42
EU
S M1.1, 1
LRD
A M1.1
TON T43, 300
LPP
A T43
EU
R M1.1, 1
LRD
AN M1.1
MOVB VB1, QB1
MOVB 16#0, QB2
LPP
A M1.1
MOVB VB1, QB2
MOVB 16#0, QB1
7.主电路
四、设计心得
本程序是用STL图所写的，在启动按钮按下以后，有两步程序同时运行，一个是霓虹灯字的亮灭，一个是四周边框流水灯的亮灭。霓虹灯字的亮灭：在按下启动按钮以后，八个字会按要求亮灭，主要是计时器控制的，在S20和S21中，S20是灯的正序亮反序灭，S21是灯的反序亮正序灭。流水灯的亮灭，状态就比较多了，我是把每一中亮的情况都纳入一个状态的，所以有6中状态，然后在循环，在30秒过后，会由正序的亮转换成反序的亮。反序的亮30秒都又转换成正序的两，这个30秒我是用计数器控制的，因为每一个循环是6秒，那30秒就是5次，计到5次都才会进行正反序的转换。
经过这次的课程设计，使得我对PLC的掌握进一步的增强，加深了对PLC它们的理解，并对PLC产生了浓厚的兴趣，但是我也深深的知道自己的不足之处，比如说对应用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序复杂程度。多在学习过程中不能想通的问题，在PLC调试过程中，终于得以解决。可以看出它对理论教学起到了必要的补充和额拓宽作用，对培养既具有扎实理论功底又具有相当实践能力的人才必不可少。在这次的课程中，我发现PLC在工业控制中的作用很大，它能使人的控制转变成电脑的控制，大大地降低了产品的成本，很大地提高生产效率。
在此过程中我还发现到修改完善程序的重要性。当时编完一个程后感觉是正确的。就是这样还要仔细检查自己的程序。考虑到各种可能发生的情况。
经过这次课程设计培养了我们的设计能力以及全面的考虑问题能力。学习的过程是痛苦的但是收获成功的喜悦更是让人激动的。相信通过这次课程设计它对我以后的学习及工作都会产生积极的影响。
五、参考文献
1．史国生主编
《电气控制与可编程控制器技术》
北京:
化学工业出版社
2005.2
2．尹宏业主编
《PLC可编程控制器教程》
北京：航空工业出版社
1997
3．廖常初主编
《PLC编程及应用
》
北京：机械工业出版社
2002
4．张万忠主编
《可编程控制器应用技术》
北京：
化学工业出版社
2002
5．张凤珊主编
《电器控制及可编程控制器》
北京：中国轻工业出版社
关键词：典型工作任务,课程改革,工学结合
1 引言
应用电子专业是一个宽口径的专业,它具有电子线路设计与剖析、电子产品组装与检测、电子测量与仪器使用、家电维修及电工操作等技能,主要培养“电子行业群”较宽范围适用的高素质、高技能人才。毕业后能在电子系统的设计、生产、装配、调试、检验、维修、经营管理等第一线从事技术工作的高级应用型人才。相关的岗位有维修电工,无线电装接工,PLC系统设计师,计算机辅助设计绘图员,电子产品项目开发,电子设备调试技师,电子销售工程师,单片机系统设计师等。
2 PLC系统控制课程概况
“PLC系统控制”课程是应用电子技术专业的一门非常重要的专业类课程,主要介绍可编程控制器的配置及编址、指令系统及程序设计方法以及实际应用、PLC控制系统的现场维护及新技术。是工业自动化领域不可缺少的技术。
3 课程设计
在以往的教学中主要是采用传统的教学方法,老师是主体,学生被动地接受。经过进一步教学改革,在教学改革中我们的课程改革以工学结合,项目化教学,在项目的实施过程中,学生的专业能力,方法能力以及社会能力得到很大的提高。
针对“PLC系统控制”课程,通过教学单元,多项学习性工作任务的实施,学生能够具备运用PLC基本逻辑指令,程序控制指令(包括顺控指令),功能指令等完成基于PLC的电气控制系统的设计与安装、调试、运行维护。同时具备方案优化,组织实施等方法能力;具备对人员、设备等生产要素的组织协调,团队合作的社会能力。
在课程改革中设置的课程典型工作任务如下图所示:
课程典型工作任务为:
1)机床控制。主要通过“教学做”一体化方法,使学生能正确认知各类机床性能以及其操作要领,根据相关图纸,快速判断故障并提出解决方案。
2)运行小车往返控制。主要通过PLC控制实现系统的运行,使学生初步熟悉PLC系统组成,硬件架构以及软件编程能力。
3)生产输送线控制。主要通过实际生产输送系统,强化PLC指令学习与运用以及系统集成能力。
4)液体混合装置控制。主要通过该系统的控制,强化多种控制方法的选择能力和组织协调能力。
5)机械手自动控制。主要通过机械手的动作实现,使学生具有较强的处理复杂系统的能力,通过各种不同方法的运用,实现系统控制。
在具体方案设计与实施过程中,特别注重学生的自主学习能力的培养,课程学习单元的整体设计如表1(见下页)。
4 结语
通过一系列的课程改革,改变了以往灌输式的教学方法,实现以学生为主体,充分发挥学生的积极性与创造性,并在教学实践中取得了不错的教学效果。教学改革是系统工程,进一步深化课程改革,探索开发学生潜力的方法与举措,为培养高素质的技能型人才而努力。
参考文献
一、重要任务
为进一步深化高职专业建设和课程改革，适应社会和职业发展的需要，进行基于工作过程导向的专业课程设计开发，已经成为高职教育探索和实践的重要任务。
本文按照基于工作过程导向的课程开发理念和开发模式，根据企业调研确定职业岗位，分析典型工作任务，融合国家职业资格技能(应知、应会)的标准要求，将实际的“工作”与“学习”有机地结合在一起，对高职PLC课程内容的结构进行了设计开发。在实训室模拟真实的工作过程进行教学组织实施，实现教学和企业工作岗位的零距离对接。
二、课程开发的背景
可编程控制器(简称PLC)是我院物流工程系“电子信息工程技术”、“物流工程技术”两个专业的专业核心课程，是一门实践性很强的专业课。本课程由继电接触器控制系统和可编程控制器应用两大部分组成。传统教学中，该课程教学内容仅仅是进行验证性实验，脱离实际工作岗位任务要求，学生学起来往往不得法，普遍感到费时费力，难以掌握该技术的实际应用。教师授课以“灌输式”教学方法为主，忽视了学生的主体作用，不注重现代教学理念、方法和手段的应用。这些严重影响了课程教学的效果，不能充分调动学生的学习积极性。
三、课程设计内容开发
根据工业现场与本专业相关的实际工作的需要，本课程以小型PLC应用技术为重点，课程内容围绕设计制作工业现场典型的小型PLC控制系统所需的知识和能力展开。课程强调工艺标准和规范，并贯穿整个教学过程，重视对学生进行创新精神、团队协作精神、创业品质、创造能力的培养，为学生可持续发展奠定良好的基础。
1、PLC课程学习领域确定
本课程以培养学生的职业能力为重点，与行业企业结合进行基于工作过程的课程开发与设计。我们通过对湖南先步科技信息系统有限公司等现代化企业中电气控制、仪表控制等工作领域的调研，提炼电气、仪表等岗位对PLC知识和技能的需求情况，经课程专家的引领、企业专家与专业教师研讨与归纳，并结合我院二个专业教学领域的培养目标，确定了PLC控制技术这一行动领域，并转化成学习领域。如图1所示。
2、PLC课程学习情境的设计
在课程设计的思路上，围绕PLC小型控制系统的设计、安装、调试及维护运行等工作过程，考虑由浅入深、由简单到复杂的原则，设计了7个学习情景，通过学生个体与模拟真实的车间环境互动，达到将认知过程与职业活动结合，逐渐实现专业能力和关键能力的培养。
课程教学情境设计完全体现了PLC课程的教学特色：一是工学结合特色，完全采用工程实例，项目载体即是现场工程项目，做到了理论联系实际：第二是开放性教学特色，在项目完成过程中，教师为学生创造了一个开放的环境，学生可以充分发挥自己的能动性；第三是将职业标准融入教学，PLC应用技能不仅是我院维修电工考证的一个子项目，还是企业维修电工技师考证的必备技能，我们也已将湖南省机电行业技能鉴定中心的维修电工职业技能考核标准纳入到PLC的教学情境及项目中。
3、相关教学资源的开发
课程内容应以工作过程为导向进行重构、序化，体现教、学、做理论实践一体化。我们相继开发了PLC课程教学计划、课程标准、学习情境描述、引导文、授课说明、考核标准、等教学资源。同时还提供了国家标准与规范、PLC资料、低压电器资料、传感器与仪表资料、工程技术文件样本等相关标准、手册与资料，为学生的学习创造了良好的环境，能够满足教学的需要。
课程考核方法：按照岗位职业能力的形成过程，设计课程评价体系进行课程考核。分为教师考核与学生考核两部分组成。学生自评占40％，教师评价占6096。考核内容及方法(见图2)。
4、PLC课程教学组织设计
按照“资讯－计划－决策－实施－检查－评估”完整的“行动”过程来进行教学组织(见图3)。
基于工作过程的完整的教学行动就是在教学过程中模拟企业里真实工作任务并获得工作成果而进行的一个相对完整的流程，围绕1个或多个完整的真实项目而开展的教学活动。先由教师对项目进行分解，并作必要的示范性指导，然后让学生分组围绕各自的工程项目进行讨论、协作、实践、探究性学习，最后以共同完成项目的情况来评价学生是否达到教学目的。它综合了当前传统探究教学、任务驱动教学和案例教学的特点，旨在把学生的学习训练有效融入工程任务完成的过程中，让学生积极学习、自主地进行知识的建构。所有教学活动都是围绕真实的项目展开。
5、教学手段与方法设计
教学过程中，根据学生的个性特征、课程内容及教师的教学特点，灵活运用项目教学法、演示教学法、角色扮演教学法、案例分析教学法等行动导向的教学方法，引导学生积极思考、乐于实践，提高教与学的效果。
a、模拟真实的实践教学环境，紧贴生产实际，提高课程岗位实习的适应能力；
b、采用多媒体技术，直观地展示产品装配工艺过程，规范工艺操作要领，提高对装配工艺缺陷原因的分析能力。
四、结束语
通过“基于工作过程导向”的PLC课程设计与开发，对现代高等职业教育理论和教学观念运用做了有益的尝试，对传统的教学模式进行了改革。基于工作过程的课程设计开发方法是目前高职教育先进的课程设计方法之一，是一个庞大的系统工程，在我国还处于起步阶段，需要我们不断去努力探索。职业教育者要积极思考与探讨，进行课程改革与内涵建设，培养高质量的技能型人才以适应社会发展的需要。
一、控制要求：
1．系统应具备：有司机、无司机、消防三种工作模式。2．系统应具备下列几项控制功能: 1）自动响应层楼召唤信号(含上召唤和下召唤)。2）自动响应轿厢服务指令信号。
3）自动完成轿厢层楼位置显示(二进制方式)。4）自动显示电梯运行方向。
5）具有电梯直达功能和反向最远停站功能。3．系统提供的输入控制信号: AYS 向上行驶按钮 AYX 向下行驶按钮
YSJ 有/无司机选择开关 1YC 一楼行程开关 2YC 二楼行程开关 3YC 三楼行程开关 A1J 一楼指令按钮 A2J 二楼指令按钮 A3J 三楼指令按钮
AJ 指令专用开关(直驶)ZXF 置消防开关 A1S 一楼上召唤按钮 A2S 二楼上召唤按钮 A2X 二楼下召唤按钮 A3S 三楼上召唤按钮 A3X 三楼下召唤按钮
4．系统需要输出的开关控制信号： KM 开门显示 GM 关门显示 MGB 门关闭显示 DCS 上行显示 DCX 下行显示
S 上行继电器(控制电动机正转)X 下行继电器(控制电动机反转)YX 运行显示
A LED 七段显示器 a 段发光二极管 B LED 七段显示器 b 段发光二极管 C LED 七段显示器 c 段发光二极管 D LED 七段显示器 d 段发光二极管 E LED 七段显示器 e 段发光二极管 F LED 七段显示器 f 段发光二极管 G LED 七段显示器 g 段发光二极管 1DJA 一楼指令信号登记显示 2DJA 二楼指令信号登记显示 3DJA 三楼指令信号登记显示 1DAS 一楼上召唤信号登记显示 2DAS 二楼上召唤信号登记显示 2DAX 二楼下召唤信号登记显示 3DAS 三楼上召唤信号登记显示 3DAX 三楼下召唤信号登记显示
二、课题要求：
1．按题意要求，画出 PLC 端子接线图及控制梯形图。
2．完成 PLC 端子接线工作, 并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。3.完成课程设计说明书
三、答辩问题：
1．阐明程序设计思想及工作流程。
2．当层楼数增加，开关量输入和输出的点数将作如何变化 ? 3．若需要电梯只服务于奇数楼层，梯形图将作如何变换 ? 4．若需要电梯只服务于偶数层楼，梯形图将作如何变换 ? 5．若正常运行方式作为方式 A，上述 3、4 题运行方式作为 方式 B、方 式 C、方式 D , 如何采用两个输入开关来任选其中一个作为当前运行方式? 6．电梯控制中清除召唤登记的条件是什么 ? 7．电梯控制中清除指令登记的条件是什么 ?
线路部分
主回路图
PLC接线图
三菱的FX2n-48MR程序
确定I/O接口点数
确定I/O接口点数
1、输入接口：
（1）安全回路
2、输出接口
（1）上行接触器
（2）门锁
（3）检修开关
（4）上平层感应器
（5）下平层感应器
（6）向上按钮
（7）向下按钮
（8）关门按钮
（9）开门按钮
10）上强迫减速限位
11）下强迫减速限位
（12）消号按钮
（13）锁梯钥匙
14）一楼楼层感应器
15）二楼楼层感应器
16）三楼楼层感应器
（17）一楼指令按钮
（2）下行接触器
（3）快车接触器
（4）慢车接触器
（5）一级加速接触器
（6）一级减速接触器
（7）二级减速接触器
（8）三级减速接触器
以上为一组：选用交流220V电压的接触器
（9）开门继电器
（10）关门继电器
（11）JK继电器
（12）蜂鸣器
（13）向上方向显示
（14）向下方向显示
（15）一楼楼层显示
（16）二楼楼层显示
（（（（（（18）二楼指令按钮
（19）三楼指令按钮
（20）一楼向上召唤按钮
（21）二楼向上召唤按钮
（22）二楼向下召唤按钮
（23）三楼向下召唤按钮
（17）三楼楼层显示
（18）一楼指令显示
（19）二楼指令显示
（20）三楼指令显示
（21）一楼上召唤显示
（22）二楼上召唤显示
（23）二楼下召唤显示
（24）三楼下召唤显示
以上合并为一组，选用交流24V电压电源
课程学分：X学分 课程学时：2周
适用专业：电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、计算机科学与技术
《PLC系统课程设计》
Course Design for Programmable Control system
一、课程设计性质与任务
PLC可编程控制器是一门实践性强、应用性广、易于学生增长才干的指选课程，其课程设计是自动化、电气工程及其自动化、机电一体化、计算机科学与技术专业的必修课程。课程设计的任务是对不同的模拟及实际被控对象进行PLC控制系统设计、系统调试等实践环节的训练；课程设计的目的是提高学生理论知识综合运用能力，自动控制系统的设计能力、实践能力、创新能力、分析问题与解决问题的能力。
二、设计内容及要求
PLC可编程实验室为课程设计提供技术环境，PLC可编程控制系统实验装置为课程设计提供了综合设计平台，本课程设计以西门子S7-200可编程控制器为主，课程设计题目供学生选择。1.PLC设计内容
设计1 机械手操作控制设计
设计2 十字路口交通信号灯PLC控制系统设计与调试 设计3 全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试 设计4 LED数码管显示PLC自动控制设计 设计5 液体混合控制系统设计
设计6 专用钻床控制系统设计 设计7 剪板机控制系统设计 设计8 三台电机启动控制设计 设计9 除尘室的PLC控制 设计10 故障报警的实现 设计11 运料小车控制 设计12水塔水位控制 设计13 四节传送带控制 设计14 水塔水位的模拟控制 设计15 抢答器程序设计 设计16 生产线正次品分拣机 设计17 恒压供水的控制 设计18 桥式起重机的控制 设计19 人行横道交通灯程序设计 设计20 通风机组的控制 设计21 模式组灯的控制 设计22 霓虹灯控制 设计23 喷泉的控制 2.PLC系统设计要求(1)控制系统设计 ① 根据上述题目每个班的每个学生选择其中一个题； ② 查阅有关资料，进行系统方案、结构设计； ③ 确定I/O功能表，并设计出系统的接线图； ④ 根据控制功能的要求，设计出系统的控制流程图、时序图； ⑤ 设计出系统的PLC控制程序设计； ⑥ 控制程序调试与修改，直到满足要求为止。
(2)系统调试
将上、下位机建立通讯连接，运行PLC控制系统，进行系统联调，实现上、下位机通讯、控制、监控等功能。(3)创新设计
学生从开发典型的被控对象、制板、控制程序设计、上位监控系统设计
到系统调试的全过程，可全面锻炼学生的创新设计能力。3.PLC设计报告要求(1)引言
(2)系统总体方案设计(要求有系统结构图)(3)控制系统设计（要求有系统方框图，程序流程图等）(4)系统调试及结果分析
结束语、参考文献、附录：带功能注释的源程序等。
三、本设计与其它相关课程的联系与分工
本课程设计是在修完“电子技术、单片机原理及应用、电机及拖动基础、PLC原理及应用”等课程的基础上进行，又为专业系统课“过程控制系统、自动控制系统、毕业设计”等打下良好的基础。
四、课程各教学环节和各篇章(节)学时分配
1、本课程设计时间为2周，具体安排如下：
学习编程软件，仿真软件等准备 1天 布置任务、查阅资料、系统方案设计等 2天 PLC控制系统综合设计与调试 5天 总结、书写课程设计报告、提交报告 2天
2、本设计在课外练习方面的要求
为达到课程设计的目的及要求，本课程课外练习为理解查阅资料、理解题目任务及要求，思考系统方案、控制程序设计的思路等。
五、本设计在使用现代化教学手段方面的要求
根据课题的任务，使用计算机进行控制程序设计等
六、设计参考书
(1)廖常初主编，PLC编程及应用，机械工业出版社，2010(2)于广庆主编，可编程控制器原理及系统设计，清华大学出版社，2004(3)方强等编，PLC可编程控制器技术开发与应用实践，课程设计指导书
七、成绩考核方式
考核方法采用“实际操作+设计报告+现场答辩”的形式，建立实践教学考核标准，重点考核学生理论联系实际的能力、实践动手能力和解决问题的能力。
总成绩以百分制计算，平时实际操作40%，现场操作答辩40%，设计报告20%。
指 导 书
东华大学信息学院自动化、电气电子系
2016.8
第 1页，共
22页
可编程控制系统设计与实践
课程设计
一、PLC课程设计目的
（1）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；（2）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。（3）通过本次课程设计增进实际动手能力的培养。
（4）用 PLC 实现物料分拣、液体混合、码垛堆积、自动挑选放置及自动仓库等模型的
三维虚拟模拟控制系统的程序设计，掌握编程的一般方法和技巧。
二、PLC课程设计要求
（1）理解实际系统的运动过程，分解动作过程使之容易编程。（2）列写 PLC控制系统的 I/O配置。
（3）画出硬件电路图，实现 PLC与控制装置的连线。（4）编写梯形图程序，完成系统的调试。（5）完成课程设计报告。
三、考核方法
（1）平时成绩（2）报告成绩（3）实考成绩
四、报告内容
（1）课程设计的目的和要求（2）所设计系统的技术要求及示意图（3）PLC控制系统原理图（4）I/O配置表（5）程序清单（梯形图）（6）总结体会 30% 30% 40%
第 2页，共
22页
PLC课程设计基础实验
实 验 一
TIA Portal 的使用和基本程序编程及调试
一、实验目的
1、掌握 TIA Portal 的基本使用技巧和方法
2、熟悉 TIA Portal 的基本命令
3、学会和掌握 TIA Portal 程序的调试方法
二、实验设备
PC机一台，装有 TIA Portal编程软件；西门子 PLC S7-300一台； 各 PC机与 S7-300通过网络电缆连接进行通信。详见附录A。
三、实验内容
熟悉并练习TIA Portal的使用，用选定的编程语言编制、调试控制程序。TIA Portal 是西门子公司为其自动化控制设备 PLC 开发的一种可使用多种编程语言的 PLC开发环境，如附录 B所示。1．PLC硬件配置：
根据所给实验装置，使用 TIA Portal对系统硬件进行配置。配置方法见本指导书附录 B。2．实验程序：
试用课堂上的梯形图（LAD）实例，观察程序运行结果，从中理解 LAD的编 程方法。
四.思考题
1．在 TIA Portal中为什么要对 PLC系统硬件进行配置？ 2．为什么要为用户编制的控制程序命名？ 3．为用户程序选择循环周期的原则是什么？
4． TIA Portal为用户提供多种编程语言有什么好处？
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实 验 二
基础实验：系统输入输出控制
一、实验目的
1．熟悉和掌握梯形图（LAD）的基本使用技巧和方法 2．熟悉和掌握 TIA Portal的基本使用技巧和方法 3．学会和掌握 TIA Portal程序的调试方法
二、实验设备
PC机一台，装有 TIA Portal编程软件；西门子 PLC S7-300一台； 各 PC机与 S7-300通过网络电缆连接进行通信。详见附录 A。
三、实验内容
熟悉并练习梯形图（LAD）和 TIA Portal 的基本使用技巧和方法。TIA Portal 是西门子公司为其自动化控制设备 PLC开发的一种编程语言，如附录 B所示。1．PLC硬件配置：
根据所给实验装置，使用 TIA Portal对系统硬件进行配置。配置方法见本指导书附录 B。
2．实验程序 1：
使用 LAD 编程语言，编制一段小控制程序，实现以下功能：利用实验装置 上的第一个模拟量旋钮（电位器），来控制模拟量输出，当旋转该电位器时，第 一个模拟量输出随之变化，旋钮逆时针旋到底时（模拟量输入为最小值 0），要 求模拟量输出为 0（光柱无显示），当旋钮顺时针旋到底时（模拟量输入为最大 值 32767），要求模拟量输出为最大值（光柱全显示）；同时，第二个模拟量输出 的状态正好与第一个模拟量输出相反。
3．实验程序 2：
使用 LAD编程语言，编制一段小控制程序，实现以下功能：利用实验装置上 的两个开关，来控制模拟量输出，当接通（合上）其中一个开关（另一个应处 于断开状态）时，第一个模拟量输出从 0 开始随时间逐渐增大，达到其最大值 后，再从 0 开始…，周而复始；当接通（合上）另一个开关时，第一个模拟量 输出从 0 开始随时间逐渐增大，达到其最大值后，再从 0 开始…，同时，第二
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0后，再从其最大值开始…，周而复始。
四、思考题
1．在 少？ LAD中模拟量输入的最大值和最小值是多2．在LAD中如何实现模拟量的赋值？
3．实验中，模拟量输出指示（LED光条）旁的指示灯正常时应为绿色，但为什么
有时会出现红色？如何才能使该指示灯始终保持绿色？ 4． LAD语言中的数据类型之间如何进行相互转换？
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课 程 设 计 内 容
一、机械手自动装配系统
（一）系统示意图
这一机械手自动装配系统模拟了一个工件的自动装配控制系统，目的是用两种不同工件 组装成一个套件。该系统由一个机械手（加工臂）、一个工件推杆、一个装配转盘和一个输 出传送带等组成，如上图所示。
其工作过程如下：一开始，机械手后退到其后限位，再前进至其工作位（0位），同时 转盘转动到装配位置后停止；然后在转盘的 2点位置放入组件，若转盘的
0点位置上的传感
器未检测到有组件，则转盘一直转动，直至 0点位置检测到有组件；然后工件检测传感器检 测到有工件时，气缸动作通过推杆将工件推到工作台上；接着机械手下降；机械手到位后，其上的吸盘将工件吸住；机械手吸住工件后再上升到移动位置；机械手前进至装配转盘 0 点处的组件第一个孔（1位）上方；机械手下降，吸盘释放，将工件放入组件的第一个孔里； 机械手再上升，并后退到其工作位，此时工作台上工件传感器检测到有工件时，推杆气缸动 作将工件推到工作台上；接着机械手下降；机械手到位后，其上的吸盘将工件吸住；机械手 吸住工件后再上升到移动位置；机械手前进至装配转盘 0点处的组件第一个孔（2位）上方； 机械手下降，吸盘释放，将工件放入组件的第二孔位；机械手再上升，并后退到其工作位„„。装配转盘 0点处的组件上两个孔位都装上工件后，启动装配转盘，使已完成装配的组件转动 到输出传送带上方并自行落在输出传送带，由输出传送带送至下一工位„„。如此，周而复 始自动运行。
（二）控制要求：
1.上电运行时，系统处于停止状态。
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2.紧停按钮：任何时候按下后，立即停止（或关闭）所有动作部件，释放后才可继续运行。3.启动按钮可实现启动控制：系统开始运行。
4.停止按钮可实现停止控制：按下后，系统停止运行（正在装配中的组件应装配完成并送 至输出传送带上后才停止）。
5.切换开关可实现手动/自动控制的切换：初始状态为手动状态。
6.手动运行状态：按下各输出按钮（Y0～Y6）可分别控制图中系统各部分的动作，按一下 动作，再按一下停止。（在无虚拟场景配合的情况下，此时可用 X0～X6作为相应输出的 命令按钮。）
7.自动运行状态：此时系统作连续工作，其具体动作过程控制如下：当
检测无
物体时系统不工作，当 1、2点检测有物体而 0点检测
有物体时，转盘停转→推杆动作（得电），延时 2秒时间后失电→加工臂前进到 吸
盘下压（保持）延时 1秒时间后→吸盘吸合（保持）延时 延时
1秒时间后→吸盘释放延时
1秒时间后→吸盘上升
0位→0、1、2点
0点检测无物体时，转盘旋转。当
秒时间后→加工臂前进到 1位→吸盘下压（保持）延时 1秒
时间后→吸盘上升延时 1秒时间后→加工臂后退到 秒时间后失
0位→推杆动作，延时
2注：1.为提高生产效率，自动运行时，机械手和装配转盘应同时工作并配合控
延时 1秒时间后→加工臂前进到 电→吸盘下压（保持）延时 1秒时间后→吸盘吸合（保持）延时
1秒时间后→吸盘上升
制！
2位→吸盘下压（保持）延时
1秒时间后→2.装配转盘的 2点处有一个组件箱，当组件箱中没有组件时，系统应发出 吸盘释放延
时 缺料报警；工作台上工件传感器若长时间未检测到有工件，则表明缺工1秒时间后→吸盘上升延时
1秒时间后→加工臂后退到限位→转盘旋转→当 A点检测 件，系统也应发出缺料报警。
到物体（转盘旋转判断）启动传送带 A，延时 5秒后传送带
A自停。3.机械手前进和后退是由同一电机正反转实现，故这两个动作必须互锁！
（三）I/O配置
输入：
X0 X1 X2 X3 启动/停止按钮 转盘 0位有物检测
转盘 1位有物检测
转盘 2位有物检测
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X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 加工臂后退到限位检测 加工臂前进 0位检测 加工臂前进 1位检测 加工臂前进 2位检测 传送带 A有物体检测
手动/自动控制选择开关 启动按钮 停止按钮 复位按钮 紧停按钮
输出：
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 转盘旋转 加工臂前进 加工臂后退 推杆动作 吸盘下压 吸盘吸合 传送带 A运行
自动按钮指示灯 复位按钮指示灯
（四）设计要求
理解动作过程，列写 I/O配置表，画出硬件电路图，编写梯形图程序，进 行系统调试。
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二、机械手搬运系统
（一）系统示意图
该机械手搬运控制系统由一个四轴机械臂、一个抓手和两条输出传送带组成，如上图所 示。
该系统工作过程如下（参照下图）：在输入传送带 1的A点检测到来自上一工位的物料
后，机械手将该物料抓起，机械手通过转盘旋转一定角度，到达输出传送带 2的上方，机械 手的抓手旋转 900并下降后将该物料放置在输出传送带 2送向
后续工位„„，这样周而复始。
2上（B点），由输出传送带
（二）控制要求
1.上电运行时，系统处于停止状态。
2.紧停按钮：任何时候按下后，立即停止（或关闭）所有动作部件，释放后才可继续运行。
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3.启动按钮可实现启动控制：系统开始运行。
4.停止按钮可实现停止控制：按下后，系统在将当前物料放在输出传送带 行。
2上后停止运5.切换开关可实现手动/自动控制的切换：初始状态为手动状态。
6.手动运行状态：按下各输出按钮（Y0～Y7）可分别控制图中系统各部分的动作，按一下 动作，再按一下停止。（在无虚拟场景配合的情况下，此时可用 X0～X7作为相应输出的 命令按钮。）
7.自动运行状态：此时系统作连续工作，其具体工作过程控制如下：系统启动且机械手在 初始位置时进入自动运行状态，当 A点检测到有物料时，机械手的工作过程为：机械手 前进到位→机械手下降到位→机械手夹紧延时 2秒时间后→机械手上升到位→机械手顺 转到位→机械手后退到位→转盘顺转（计数 10个脉冲后）到位→机械手前进到位→机械 手下降到位→机械手放松延时 2秒时间后→机械手上升到位→机械手后退到位（同时启 动传送带 2延时
2秒后自停）→机械手逆转到位（转盘逆转到 制过程结束。
这样周而复始，连续运行„„ 下降、转盘顺转/逆转是由相应电机正反转实现，注：机械手前进/后退、上升/
0位），一个控故相应电机的这两个动作必须互锁！
（三）I/O配置
输入：
X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 手动/自动控制选择开关 启动按钮 停止按钮 复位按钮 紧停按钮
第
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转盘顺转脉冲输入 机械手前进到位检测 机械手后退到位检测 机械手上升到位检测 机械手下降到位检测 机械手抓手顺转到位检测 机械手抓手逆转到位检测
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 转盘顺转输出控制 转盘逆转输出控制 机械手前进输出控制 机械手后退输出控制 机械手上升输出控制 机械手下降输出控制 机械手顺转输出控制 机械手逆转输出控制 机械手夹紧控制
Y9 传送带 2运行输出控制
Y10系统运行指示
（四）设计要求
理解动作过程，列写 I/O配置表，画出硬件电路图，编写梯形图程序，进行系统调试。
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附录 A实验设备简介
东华大学信息学院“西门子公司与东华大学工业自动化联合实验室”（在建）
中西门子公司的 S7-300 PLC共有 35套，分为两组，每组各自用 ProfiNet现 场总线相互连接（模拟工业控制网络中的现场控制级）；每台 PLC与工控操作站 之间用工业 Ethernet相互连接（模拟工业控制网络中的企业生产管理级），整 个系统安置在一个实验室中，实验系统的网络结构图如图 A-2所示。
每台 S7-300 PLC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 S7-300 PLC下方还都配置相应的实验装置：16个扭子 开关（用于数字量的输入）、2个电位器（用于模拟量的输入）和 柱
（用于模拟量的输出显示）。每台 indows7S7-300 PLC上均配置了
CPU模块、数在每台 PC机中已装有 W操作系统，以及实验所需的西门子
字、PLC 的编程软件 TIA Portal（V13），用于对 PLC系统的配置编程及人机界面的组态 模拟量输入输出模块，见图 A-1。
设计监控，各台 PC机分别与各自对应的 PLC之间通过工业 Ethernet接口相连 接。
2个
LED光图 A-1单套
S7-300 PLC实验系统结构图
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A-2工业自动化实验室系统网络结构图
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附录B 西门子TIA Portal环境及其操作
一、TIA Portal简介
TIA Portal是德国西门子公司推出的，基于
Windows平台上的，支持用户开发西 门子 PLC（可编程计算机控制器）应用程序的软件包。TIA Portal集系统配置、程序编 制/编译、调试/诊断、监控画面配置为一体，使用户开发、输入、调试和修改应用控制 程序都极为方便。TIA Portal提供的 令表
IL 和高级编程语言：结构文本 SCL，顺序功能图 FBC等，用户可选择一种语言编程，必要 时，也可混合使用几种语言来进行编程。
PLC编程语言非常丰富，有梯形图
LAD，指
二、TIA Portal集成开发环境
TIA Portal的操作界面包含标题栏、菜单条、工具栏、硬件配置窗体、软件配置窗 体、信息窗口和状态行等，如下图所示。
图 B-1 TIA Portal桌面
图中窗体分为三个部分。
左半部分是工程项目中用到的所有硬件的总览，是关于硬件的配置。当选定左边窗 口中的一个模块时，右边窗口中就会出现相应的硬件模块信息与参数配置。
界面的下方是输出显示窗口及状态栏。在运行程序后，该窗口可以给出关于程序的 一些输出、调试、查找信息。状态栏给出的是帮助、串口、在线/离线及控制器的类型、操作系统版本的相关信息。
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STEP 7 工程项目的建立及系统配置
通过点击计算机桌面上的 TIA Portal 图标或从“开始”菜单栏中选择“TIA Portal V13”可以直接进入 TIA Portal环境。
第一次使用时将出现如下的画面：
图B-2 第一次进入画面
点击 “创建新项目”，进入新建项目的画面：
图B-3 新建项目
在此用户可为项目命名，按“创建”后，将进入下一步的选择窗口：
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B-4 组态设备等选择
西门子的 TIA环境允许用户在同一项目中配置使用多种自动化设备，用户必须首先 在此选择自己所使用的设备。首先，应组态 PLC系统，所以先点击“组态设备”，如下：
图B-5 组态或显示已组态的设备
再点击“添加新设备”：
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B-6 添加新设备1 点击“控制器”，并根据自己的 PLC硬件型号选择对应的型号设备配置型号信息：
图B-7 添加新设备2 然后按下“添加”，等待片刻，TIA集成环境将进入如下画面：
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B-8 TIA 主界面
用鼠标点中左边窗口中的“程序块”，即可添加用户控制程序，如下画面：
图B-9 添加用户程序
点中“Main【OB1】”，并按鼠标右键，可选择所用的编程语言，再双击“Main【OB1】” 后即进入相应的编程环境。
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B-10 TIA Portal 的 LAD编程环境
图B-11 TIA Portal 的 LAD在线监视
四、STEP7 SCL 编程语言的基本命令
1．基本概念
TIA Portal SCL是一种以文本为基础的高级编程语言，语言的结构符合 IEC1131-3的标准。TIA Portal SCL的命令系列不仅使自动化任务简单化，也使程 序易于阅读，这样 PLC的编程效率在许多情况下远远高于 LAD（梯形图）和 IL
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（语句表）的编程语言。
① 数据类型
在 TIA Portal SCL中编程语言所支持的标准数据类型有：
表 B-1 存储数值
类型名称 BOOL DINT INT REAL 位 32 16 32 宽
0 ～ 1
147483648 ～ 2147483647，减法 ④ *，乘法 ⑤ /，除法 ⑥ mod，取模 ⑵ 比较命令
① =，等于 ② <>，不等于 ③ > , 大于 ④ >=, 大于等于 ⑤ < , 小于 ⑥ <=, 小于等于 ⑶ 逻辑命令
① NOT , 非 ② AND , 与 ③ OR , 或 ④ XOR , 异或 ⑷ “IF THEN”命令
① 简单的 if语句（if 与then 必须在同一行中）
if 条件描述
then
条件满足时执行的操作;end_if;② if else 语句
if 条件描述
then
条件满足时执行的操作;else
条件不满足时执行的操作;end_if;⑸ “case”命令：这是多分支选择语句。
case 表达式 of n0...n1:
条件满足时执行的操作A;n2...n3:
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条件满足时执行的操作B;else:
以上条件均不满足时执行的操作C;end_case;⑹ “FOR”循环命令
for 变量 := 表达式 1 to 表达式 2(by 增量)do 操作语句;end_for；
语句 by可以省略，如果没有指定增量，则自动指定为 1。⑺ “while do”命令
while 表达式 do 操作语句； end_while;⑻ “goto”命令：（无条件跳转命令）
goto
标识符；
1 CDIO工程教育理念
CDIO是以美国麻省理工学院为首的全球几十所著名大学倡导的现代工程教育框架。它是以工程项目(如产品开发)从研发到运行的生命周期为载体,让学生参与整个研发周期,感受从理论到实践的转化过程。CDIO分别由C(Conceive)构思、D(Design)设计、I(Implement)实现、O(Operate)运作四个环节组成。它既强调对抽象理论知识的“教”和“学”,又注重教学过程中学生“做”的重要意义,改变传统教学中以教师的“教”为中心,而是突出以学生的“做”为中心的主导思想。通过构思、设计、实施和运行四个步骤,不仅强调学生技术知识和职业能力,同时更加关注职业素养、团队协作及在企业环境下运行CDIO系统的能力。
2 CDIO工程教育理念解决中高职课程衔接问题
2.1 科学选取教学内容
目前,中高职人才培养目标是不同的,但都出现了专业课程重复设置、人文课程脱节、实践课程错位等衔接不当的现象。这些现象归根结底都是由于中高职课程内容选取不科学,没有面向学生的持续发展而造成的。CDIO工程教育理念在对学生进行构思、设计、实施和运行四步的培养过程中,注重培养学生理论知识、实践技能的同时,更加关注职业素养和团队协作在企业中运行CDIO的能力。因此,CDIO在中高职教育衔接中起到中轴线的作用,使得中高职课程呈现出相互承接、相互分工、有序衔接的最佳状态,进而实现能力的逐步提升,学生综合素质的稳步提高。
2.2 制定学习效果的评价机制
以往对于学生成绩的评定一般采用期末考试的形式,这样的考核形式偏重理论知识考核,缺少对学生实践能力的评定,以及个人基本能力和实际解决问题的能力的评定,以至于影响日后中、高职课程的顺利衔接。CDIO教育理念下的学生考核评价更贴近工程教育实际,注重过程性评价,还关注学生个人能力以及产品、过程和系统构建能力。这样的评价机制的建立对学生在完成中高职学业后的职业生涯规划有很大的帮助。
3 CDIO工程教育理念在中高职PLC实训教学设计中的应用
3.1 教学项目设计
CDIO是倡导以教学项目作为基础知识传授与基本技能掌握的主要载体,要求学生基于工程项目的全生命周期进行学习和实践。PLC课程教学围绕学生理解PLC工作原理、掌握程序设计技术,并能够开发设计PLC控制系统,针对这一目标形成了三级教学项目。
一级教学项目主要训练CDIO中的C,要求学生通过自己查阅资料,了解PLC技术应用与发展,撰写综述报告,激发学生学习PLC课程的兴趣,并且在查阅文献的过程中,培养其对PLC应用领域的探究兴趣。二级教学项目训练学生能独立进行控制系统分析、程序设计步骤分析,掌握PLC设计方法。在学习的过程中,训练CDIO中的D,让学生充分体验到PLC控制系统设计的实用性和工程性。三级教学项目是通过一个课题,让学生完成一个完整的CDIO项目,即对PLC控制系统方案的构思,系统的设计,程序的编写,软硬件的调试,作品的展示等。在完成整个项目的过程中,充分体现了CDIO的4个步骤。
3.2 教学过程设计
以PLC应用技术课程中音乐喷泉的PLC控制系统设计为例介绍CDIO模式下的中、高职课程教学实践(见表1),重点介绍如何用项目解决中、高职课程衔接问题,利用任务驱动教学方法、启发式教学法、仿真教学法融入CDIO模式的构思、设计、实施和运作4个教学环节中。
3.2.1 项目构思C(Conceive)
要实现中、高职学生能力的递进,需要在教学内容上实现纵横拓展。中职阶段的PLC课程,只需要学生在了解喷泉工作原理的基础上,掌握PLC的基本编程指令。在设计教学通过项目时,选取简易的喷泉控制项目。而对于高职阶段,除了要学生掌握基本编程指令,还需要通过变频器来控制异步电动机实现高、中、低3种转速的调整,具有电动机正反转的控制功能,基于以上的要求,选取“音乐喷泉的PLC控制系统设计”项目。
3.2.2 项目设计D(Design)
在项目设计阶段,学生自主学习基本指令的编程方法以及变频器的接线和使用方法。在这个阶段,变频器的调速方法往往很抽象,这时教师需要采用基于仿真的教学方法,根据SPWM的调制原理,利用Mat Lab软件搭建仿真模型,利用仿真软件演示具体的调制过程,让学生掌握变频器的工作原理。
3.2.3 项目实施I(Implement)
在项目实施阶段,教师要对中职阶段的学生分别指导,包括参数设置、软件编程;对于高职阶段的学生,要在此基础上,实现对硬件的安装、联机调试、系统测试、检查和验证。需要他们采取合作学习方式。
3.2.4 项目运作O(Operate)
中职阶段的学生撰写报告,分组答辩,而高职阶段的学生做好自评和互评,对自己完成的项目进行完善和补充。
3.3 考核方式
传统的考核方式一般采用试卷来测试学生对知识的掌握程度,这样无法体现对学生的实际工程、沟通和团结协作等能力的考核。CDIO的工程教育模式要求培养学生的多种能力,不同能力需要用不同方式进行考核。PLC课程的考核评价包括5个方面:理论知识、实践能力、职业素养、沟通能力以及创新能力,通过作业、课堂讨论、实验、项目训练和期末考试5种形式进行考核。
4 结束语
采用CDIO工程教育模式来实现中、高职课程衔接问题,取得了明显的效果。在这个过程中,中、高职学生在不同阶段都建立起PLC控制系统的思想,能够针对实际应用问题,按照PLC编程设计的步骤进行设计。通过CDIO工程教育模式,使中、高职课程能够有序衔接,培养学生的工程素养,使综合能力稳步提升。
摘要：借鉴CDIO工程教育理念,首先分析了在CDIO工程教育理念视角下解决中高职课程衔接遇到的问题,而后以CDIO工程教育理念为主线,以“音乐喷泉的PLC控制系统设计”项目为例,围绕CDIO对中高职PLC课程衔接进行了实践研究。在CDIO的中轴线的作用下,最终使得中高职课程有序衔接,实现学生能力逐步提升,综合素质稳步提高。
关键词 PCL；自动控制系统；PLC选型；可编程控制器设计
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0107-01
PLC是工业自动化的基础平台。PLC应用系统设计的首要问题是工程选型与编程平台的架构设计。其次，PLC在解决自动化工程问题时首先面临输入输出系统的工程设计正确性问题。对于大量的数字量及模拟量的控制装置，工业现场中的自动控制节点需要事先进行分门别类的工程分析与正确设计。
1 PLC及编程系统的选型设计
在当今行业市场上PLC产品种类众多，除国产品牌以外，国外的品牌有：日本OMRON、FUJI、IDEC、松下、德国的西门子，韩国的LG等等，如何合理选型PLC产品？
1）通讯要求与I/O点数裕量。首先，应该确定系统用PLC单机控制还是用PLC形成网络，由此计算出输入、输出（I/O）点数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上预留10%的余量。
2）I/O负载分析。确定负载类型。根据PLC输出端所带负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或是晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式对系统的稳定运行是极为重要的。
3）运行速度。执行速度。存储容量与指令的执行速度是PLC选型的重要指标，一般存储量越大、速度越快的PLC,其价格就越高，尽管国外各厂家产品大体相同，但也有一定区别。
4）独立I/O公用端口（COM）编组规模。“COM”点的选择。不同的PLC产品，其“COM”端口的点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带1个或2个输出点。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“COM”点带1-2个输出点的产品，当负载种类少，数量多时，采用一个“COM”点带4-8个输出点产品。
5）系统兼容。系统的兼容性。由于各生产厂家的开发软件不同，系统的兼容性也是选购时的重点，目前还没有发现完全兼容的产品，应根据系统合理地选用PLC产品。
6）编程平台。编程器的选购。PLC编程可采取三种方式:一是用一般的手持式编程器。它只能用厂家出厂规定的语句表中的语句来编程,其优点是易于现场调试并且体积小、成本低，但它的效率低，适应机种类型少，比较适用于系统容量小、用量少的系统中。二是图形编程器编程，这种方式采用图形方式编程，方便直观，一般电气人员短期就可以应用自如，但编程器价格较高。三是用IBM及其兼容个人计算机+PLC软件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，也是最常用的一种方式，但大部分软件包价格昂贵。
7）PLC制造商选择。尽量选用大公司的产品。因为大公司的产品，质量有保障，且技术支持好，一般售后服务也较好，有利于以后产品的扩展与软、硬件升级。
2 输入、输出回路的设计
1）本体电源回路。PLC供电一般为AC85-240V（也有DC24V），适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）。
2）外部I/O驱动电源。若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上的DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源，但该电源的“一”端不要与PLC的DC24V电源的“一”以及“COM”端相连，否则会影响PLC的运行。
3）自备I/O驱动电源。各公司PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时应注意容量，同时做好防短路措施（因为该电源的过载或短路将影响PLC的运行）。
4）输入灵敏度。生产厂家对PLC的输入电压和电流都有规定，当输入元件的输入电流大于PLC的最大输入电流或有漏电流时，就会有误动作，降低灵敏度，所以应适用弱电流输入并对漏电流采取防护措施，并且选用输入为共漏型输入的PLC。两线式传感器（光电开关、无触点开关）有LED的限位开关时，输入漏电流会产生错误输入或灯亮，对策为连接泄放电阻降低输入阻抗。
对于晶体管或双向可控硅输出端，若接到一个较大冲击电流的设备上，就必须考虑负载保护。
5）感性负载处理。在输入、输出端接感性负载时，要在负载两端并联一个冲击抑制器或续流二极管。
6）PLC外部驱动电路。对于PLC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路，可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路。另外PLC的输入输出布线也有一定要求，请参照各公司的使用说明书。需要特别指出，对于常见的AC220V感性小负载，例如交流接触器、交流线圈继电器、电磁阀等，尽管技术标称可能符合直接驱动规范，工程上绝对不主张PLC直接驱动的简约设计，应该通过中间继电器间接驱动。
3 扩展模块的选用
对于小的系统，如80点以内的系统，一般不需要扩展;当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块数量都有限制，当扩展仍不能满足需要时，可采用网络结构。同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编程时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请参阅相关技术手册。
4 PLC通讯设计
当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多。首先应选用自己比较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适应实时要求，造成系统崩溃。另外对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要进行必要地考虑。最后，向PLC的厂家寻求网络设计和软件支持及详细技术资料，至于选用几层工作站，依照系统大小而定。
5 软件程序编制
在编制软件前，应首先熟悉所选用的PLC产品说明书，待熟悉后再编程。若采用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可以减少出错，速度也快，编成完成后先空运转，待各个动作正常后，再在设备上进行调试。
在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，在工业现场中自动控制问题中，可编程控制器已成为解决问题的最有效的工具之一。21世纪，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
参考文献
[1]钟肇.可编程控制器原理及应用.华南理工大学出版社.
[2]PLC&FA.2007,4.
[3]梁小布.可编程控制器.水利水电出版社.
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