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1、前 言目前,随着工业控制技术的进步,可编程序控制器已广泛地应用于工业生产过程的自动控制领域, 使得工业自动化程度和生产效率得到极大的提高。可编程序控制器（PLC）技术已经在测控专业、自动化专业、机电一体化专业的教学内容中处于极其重要的地位。为了适应社会的发展，很多高校都开设了可编程控制器技术这门课。并且对应这门课程都有课程设计或毕业设计，以便学生在学完这门知识后将其用与实践。学生可以通过自己动手设计基于PLC的控制系统来加深对这门课程的理解和认识。通过课程设计，也有利于学生拥有一门比较的扎实的技术，在毕业后拥有一个比较高的起点。可编程控制器这门课程是一门实践性很强的学科，实践环节至关重要。只有
2、通过课程设计，进行实际操作，才能学通学透可编程序控制器技术。为提高学生就业能力和培养学生基本素质方面起到很重要的作用。为此安徽理工大学机械工程学院为测控04级部分学生安排了可编程序控制器（PLC）技术的课程设计。本说明书主要介绍用可编程序控制器（PLC）进行“抢答器系统程序设计”课程设计中的一些步骤、方法、操作过程及实际问题分析。本课程设计由马天兵老师指导，在课程设计期间马天兵老师给与了热情指导和关心，在此深表谢意。还有众位同学的帮助,在此也深表感谢！ 张春兵2008年1月与安徽理工大学目 录前 言1第一章 课程设计的意义和目的3 1. 1 课程设计的目的3 1. 2 课程设计意义和要求3第二
3、章 PLC 概述 4 2. 1 PLC的命名与定义4 2. 2 PLC的主要特点和应用范围4 2. 3 PLC的发展趋势5第三章 硬件电路设计6 3. 1 可编程控制器的基本结构6 3. 2 PLC的选择6 3. 3 I /O口分配表7 3. 4 硬件接线原理图8第四章 软件程序设计9 4.1 梯形图程序的设计9 4.2 指令表程序12第五章 模拟实验调试13 5.1 调试前的准备135.2 梯形图程序写入和调试13总 结16参考文献17第一章 课程设计的目的与意义1.1课程设计的目的随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此
4、出现了抢答器。抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。因此我们设计了以PLC为核心的新型智能的抢答器，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构。抢答器又称为第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。1.2课程设计的意义和要求设计意义：在抢答器课程设计中，我运用了可编程序控制器和其他选修课程的理论和实际知识进行设计，加深了对以前所学的知识的理解。掌握了PLC设计的一般规律, 提高了我分析和解决实际问题的能力。通过本次课程设计，我学会了从所实现的目的出发,合理选择所需要的硬件和软
5、件,制订合理的设计方案,省时省力的完成设计。通过课程设计,提高了运用标准、手册、图册和查阅有关技术资料等的能力，提高了可编程控制器设计的基本能力。设计要求：用数据传送、比较指令实现 用六个抢答按钮对应六个抢答指示灯,一个主持人起动按钮和一个复位按钮, 一个准备抢答信号灯和一个犯规信号灯(蜂鸣器),实现先输入有效,后输入无效的抢答器功能。当主持人按下起动按钮时,准备抢答信号灯灭,允许抢答;第一位抢答有效,对应信号灯亮,其他无效。主持人按下复位按钮,回到初始状态,准备抢答信号灯亮。如在准备抢答信号灯亮时抢答,犯规者对应信号灯亮,同时犯规信号灯(蜂鸣器)发光(发声)。第二章 PLC 概述随着微处理器
6、、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到所有的控制领域。现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一需求，生产设备的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性，可编程控制器就顺应而生。 1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。2.1 PLC的命名与定义PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器。国际电工委员会
7、（ IEC）于 1982年11月1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。2.2 PLC的主要特点及应用范围 2.2.1 PLC的主要特点：1高可靠性 所有的I/O 接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离。 各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰。 良
8、好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况CPU立即采用有效措施以防止故障扩大。2丰富的I/O 接口模块 PLC针对不同的工业现场信号如交流或直流、开关量或模拟量等有相应的I/O 模块与工业现场的器件或设备如按钮、行程开关等。 另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等。3采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC 以外，绝大多数PLC 均采用模块化结构，PLC 的各个部件包括CPU 电源I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4 编程简单易学
9、PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5 安装简单维修方便 PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC 相应的I/O 端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。2.2.2 PLC的应用范围开关量逻辑控制是PLC应用最广泛的也是最基本的领域是开关量逻辑控制方面，利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取
10、代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。在其他方面例如：运动控制、过程控制、数据处理、通信联网等方面也有很重要的应用。2.3发展趋势PLC的发展是要配合控制技术和计算机的发展。目前而言： 1高速处理数据、大存储容量是PLC发展的一个方向。 2增加更为丰富的模块技术，比如数控模块、语音处理模块等等，模块自身带有CPU，在工作中可以与主CPU并行工作，有利于PLC扫描速度的提高。 3伴随现在的计算机网络和通讯网络的飞速发展，PLC技术应该迎头赶上，针对工业以太网络技术的PLC技术已经成功应用，但是针对因特网
11、、GSM/CDMA通讯网络，似乎PLC没有跟上脚步，所以针对因特网、GSM/CDMA通讯网络的PLC技术也是PLC发展的一个方向。4由于PLC厂商不同，各个公司的PLC通信联网兼容功能不强，仅仅能够依靠总线方式连接，单纯技术角度而言，PLC实现软、硬件标准化、通用化、开放型是一条可行的道路。第三章 硬件电路设计3.1可编程控制器的基本结构PLC种类繁多，但其组成结构基本相同。用可编程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成
12、。PLC的结构框图如图3.1所示。图3.1 PLC的结构框图3.2PLC的选择在六路抢答器系统的设计中，有8个输入点和8个输出点，我们可以采用FX1N系列的PLC。FX1N系列是功能很强大的微型PLC，可扩展到多达128 I/O点，完全可以满足我们设计的六路抢答起系统的要求。并且FX1N系列PLC还增加特殊功能模块或扩展板，通信和数据链接功能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。PLC装置：SAC-PLC-SYT可编程序控制器PLC系列：FXCPU；PLC类型：FX1N（C）PLC内存容量：2KBPLC内存设置：只读存储器ROM和随机存储器RAM 3.3 I /O
13、口分配表表3-1 I /O口分配输入设备输入点编号输出设备输出点编号抢答按钮1抢答按钮2抢答按钮3抢答按钮4抢答按钮5抢答按钮6启动按钮复位按钮X000X001X002X003X004X005X006X007抢答指示灯1抢答指示灯2抢答指示灯3抢答指示灯4抢答指示灯5抢答指示灯6准备抢答信号灯犯规信号灯Y000Y001Y002Y003Y004Y005Y006Y007 3.4硬件接线原理图图3-1 接线原理图 第四章 软件程序设计4.1梯形图程序的设计1主持人按下启动按钮，准备抢答信号灯灭，允许抢答。根据控制要求我们可以采用置位指令来实现。程序如下：2第一位抢答有效，对应信号灯亮，其他无效。根据
14、控制要求，可利用上升沿微分指令、数据传送指令、比较指令来实现要求，程序如下：3当主持人按下复位按钮，回到初始状态，准备抢答信号灯亮。根据控制要求，回到初始状态即各个抢答信号灯灭，准备抢答信号灯亮。可以首先在程序后加一条由复位按钮控制的复位指令来达到当主持人按下复位按钮，准备抢答信号灯亮的目的。程序如下：若要回到初始状态则应在上升沿微分指令程序中将启动按钮并联一个复位按钮，程序如下：另外，若让复位按钮按下时，犯规信号灯也不亮，还应该加一条程序，如下：4如果准备抢答信号灯亮时抢答，犯规者对应信号灯亮，同时犯规信号灯也发光。根据这个控制要求我们可以结合实现第二条控制要求的程序来设计，程序如下：将上面
15、由对应控制要求所设计的梯形图有机的结合起来，画出总的梯形图，如下所示：4.2指令表程序表4-1指令表程序0 LD X0001 OUT M02 LD X0013 OUT M14 LD X0025 OUT M2 6 LD X0037 OUT M38 OUT M59 LD X00610 SET M2011 LD X00712 RST M2013 LDI M2014 OUT Y00615 LD X00616 OR X00717 PLS M2119 LD M2120 MOV K0 K2M3025 LD M800026 CMP K0 K2M30 M4033 LD M3034 MOV K2M0 K2M303
16、9 LD M3040 OUT Y00041 LD M3142 OUT Y00143 LD M3244 OUT Y00245 LD M3346 OUT Y00347 LD M3448 OUT Y00449 LD M3550 OUT Y00551 LD Y00652 ANI M4153 SET Y00754 LD X00755 RST Y00756 END 第五章 模拟试验调试5.1程序调试前的准备可编程序控制器程序安装后，需对所编写的程序进行调试。调试前的准备工作主要包括下列内容。1外部接线的检查 输入输出线的正确性检查。2 供电系统的检查 包括对可编程序控制器供电电源接线的检查、电压检查和外部
17、供电电源的检查等。3执行机构的运行检查 包括执行机构对输入信号的响应时间、执行机构运行状态检查，有时需与输入信号，例如检测元件和开关等联动检查，以便检查执行机构运行后是否有相应的饿反馈信号变化等。4检测元件和开关的运行检查 包括所有输入到可编程控制器的输入信号的接线检查、信号电平检查，输入信号的状态和响应时间等。5.2 梯形图程序写入和调试程序调试前应把可编程序控制器与上位机连接，接好供电电源。1 输入信号调试 对输入信号的供电再一次检查，保证供电电压正确。输入信号的检查是用手动的方法逐点将有关的开关信号动作，检查和观察输入信号灯是否对应点亮。2 输出信号调试 对执行机构的供电再一次检查，保证
18、供电电压正确。检查输出。3通信系统调试 包括与上位机的通信。4接线：将八个手动控制按钮连接到PLC的输入模块X000X007。其中X000X005分别连接六个抢答按钮，X006连接启动按钮，X007连接复位按钮。将八个手动控制按钮所对应的指示灯分别连接到PLC的输出模块的Y000Y007。其中Y000Y005分别连接六个抢答指示灯，Y006连接准备抢答信号灯，Y007连接犯规信号灯。将+24V电压加在输入模块的公共端COM，+5V电压加到输出模块公共端COM，将-24V电压连接到试验面板区的-24V接口，-5V电压连接到试验面板区的-5V接口。接线完毕后，打开PLC电源。打开计算机中的GX-D
19、eveloper软件，把预先设计好的PLC梯形图程序分别输入到编程软件，打开可编程序控制器教学试验台电源，按下启动电源按钮，先将可编程序控制器设定在STOP状态。变换PLC程序后，将PLC程序写入，如图5-4所示。图5-1 PLC程序写入对该软件具体操作如下：1. 进入GX-Developer软件所在的目录，找GX-Developer执行文件，然后双击，进入GX-Developer工作界面。2. 新建程序文件：单击菜单“工程”下的“创建新工程”创建一个新的PLC程序。在“创建新工程”对话框中，为新程序命名，选择所选用的PLC类型，然后单击“确定”按钮，进入GX-Developer编程窗口。3.
20、 输入程序：选择菜单“编辑”中的“写入模式”进入编辑方式，然后就可以通过梯形图指令输入工具栏输入程序，程序输入完毕后，需要单击“变换”菜单下的“变换”将程序转换为正式格式，转换前的梯形图和转换后的梯形图背景色不同。转换前的梯形图背景色为灰色，而转换后的梯形图背景色为白色。4. 梯形图检查完后，单击菜单“文件”下的“保存”，进行程序存储。 5. 将当前程序写入PLC：将计算机和PLC相连后，单击“再线”菜单下的“PLC写入”，就可以将所编写的程序写入到PLC。6. 程序运行：如果硬件等外部条件已经具备，就可以开始运行程序。 等待写入完成之后，打开可编程序控制器开关，根据控制要求对良种情况分别进行
21、模拟调试。 总 结可编程序控制器课程设计是在可编程序控制器的基础上培养学生自己独立设计，将理论用于实践的一个重要环节。学生通过课程设计可以加深对以前学过的知识的理解和认识，也为以后走向工作奠定了知识和技能基础。这次课程设计，刚开始认为很简单，就没把这次课程设计放在心上。过了一个星期后仔细的看课题时才发现并不是我想象的那么简单：如果马马虎虎的搞课程设计是不难，但是当你要把这个课题搞透彻，对它的每一个细节都清清楚楚的知道就不是那么容易了，这需要花功夫、下苦功仔细研究设计，才能达到理想大效果。通过这次课程设计，我的以前学过的知识得到了巩固加深，对设计一些简单的PLC系统有了一点理解，知道了设计东西的
22、一些规律，这对我们以后设计其他东西是有很大帮助的。参考文献1.何衍庆、戴自祥、俞金寿编.可编程序控制器原理及应用技巧M. 第二版.北京.化学工业出版社. 20032.杨公源编. 可编程序控制器（PLC）原理及应用M. 北京. 电子工业出版社. 20043.廖常初编. 可编程序控制器的编程方法与工程应用M. 重庆. 重庆大学出版社. 20014.陈宇、段鑫编. 可编程序控制器基础及编程技巧M. 第二版. 广州. 华南理工出版社. 20025.高钦和编. 可编程序控制器应用技术与设计实例M. 北京. 人民邮电出版社. 20046.王兆义编. 可编程序控制器教程M. 北京. 机械工业出版社. 1993