中原工学院信息商务学院
课程设计
机电传动控制课程设计设计说明书
学生姓名: ———————————— 学 号: ———————————— 年级专业：———————— 指导教师：———————— 系 别：————————
河南·郑州
提交日期：2010 年7 月
中原工学院信息商务学院 机电传动控制课程设计说明书
目 录
一、
引言…………………………………………………………………………（3）
1.1. 课程设计的目的及意义………………………………………………（3） 1.2. 课题背景………………………………………………………………（3） 1.3. 控制任务和要求………………………………………………………（3） 二、 三、 四、 五、 六、
控制方案的选择……………………………………………………………（5） I/O分配表…………………………………………………………………（5） PLC硬件接线图……………………………………………………………（7） 编写系统控制流程图 ……………………………………………………（8） 编程和调试过程说明 ……………………………………………………（8）
6.1. 编程过程说明………………………………………………………… （8） 6.2. 设计调试过程中的错误…………………………………………………（9） 6.3. 控制面板的操作说明…………………………………………………（9） 结束语 ………………………………………………………………………………（9） 参考文献 ……………………………………………………………………………（10） 附录 …………………………………………………………………………………（11）
附录一 编程梯形图……………………………………………………………（11） 附录二 编程指令………………………………………………………………（16） 附录三 控制面板………………………………………………………………（19）
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一、 引言
1.1 课程设计的目的及意义
随着微电子技术的发展，可编程序控制器（简称PC或PLC）以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已进入过程控制和位置控制等领域，成为一种多功能、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。
我们这次机电传动控制课程设计的主要目的，是通过对某个简单的自动化生产设备、某条简单的自动化生产线、某些简单的工艺过程的调查研究，使我们大家明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。根据这些要求，进行基本的原理设计、工艺设计和操作设计，使我们在课程设计的全过程中，进一步明确设计任务中的各项要求，建立课程设计工作的整体概念，从工程环境、实现手段和操作方式的各个环节入手来设计控制程系统，通过不断的调试和完善软硬件设计，最终能够满足这些要求。
这次课程设计不仅培养了我们的工程应用能力，独立完成工作的能力外，还培养了我们文献信息检索的能力和对所学知识的综合运用的能力，并为我们的毕业设计以及毕业后的工作能力打下良好的基础。 1.2 课题背景
在许多休闲广场、景区或游乐场所里,人们经常看到喷泉按一定的规律喷水,景色迷人;传统的喷泉控制采用单片机控制原理，通过可控硅作为功率开关元件，完成对潜水泵间歇工作的控制，可实现各种花样的喷水，但是这种控制系统在实践中存在以下缺点：由于可控硅承受过电压、过电流的能力差，因而不能长时间运行；需要配置较多的保护电路；程序的增减、修改和运行监视不灵活；抗干扰能力差；功率因数较低等。为有效解决上述问题，确保控制系统的正常运行，我们就可以采用PLC 控制。PLC具有体积小、功能强、可靠性高,且具有较大的灵活性和可扩展性的特点,通过改变喷泉的控制程序或改变方式选择开关,就可以改变花式喷泉的喷水规律,从而变换出各式花样,以适应不同季节、不同场合的喷水要求。 1.3 控制任务和要求
某广场的喷泉如图所示，4号为中间喷头，3号为内环状喷头，2号为1次外环状喷头，1号为外环装喷头。
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1、 按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停止工
作。
2、 喷泉的工作方式由花样选择开关和单步、连续开关决定。
3、 当单步、连续开关在单步控制时，喷泉只能按照花样选择开关设置得方式运行
一个循环。
4、 花样选择开关用于选择喷泉得喷水花样，现考虑4种喷水花样。
1) 花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延迟2s后，3
号喷头喷水，再延迟2s后，2号喷头喷水，又延迟2s后，1号喷头喷水。18s后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。
2) 花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延迟2s后，2
号喷头喷水，再延迟2s后，3号喷头喷水，又延迟2s后，4号喷头喷水。30s后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。
3) 花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头同时喷水，延
迟3s后，2号、4号喷头同时喷水，1号、3号喷头停止喷水。如此交替15s后，4组喷头全喷水，30s后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。
4) 花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1-2-3-4的顺序，以此间
隔2s喷水，然后一起喷水。30s后，按照1-2-3-4的顺序，分别延迟2s依次停止喷水。再经1s延迟时，按照4-3-2-1的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s后停止。如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作
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方式，则继续循环下去。
第二章 控制方案的选择
从工程实际出发，在制定控制系统的方案时，充分考虑功能的组成及实现，主要从机械部件的动作顺序、动作条件、必要的保护和联锁，系统的工作方式（如手动、自动、半自动）和安全保护措施及紧急情况处理着手设计。从而总结了以下几点在梯形图设计过程中的主要思路。
1、 为了便于程序清晰明了，分别调用不同的四个花样，采用了子程序调用指令（CALL P），并通过[SRET]返回原始指令。
2、 不同花样的选择采用手动选择开关，内部通过时间继电器和辅助继电器实现自动化控制来完成各花样内的循环动作。
3、 为了使系统能有单步/连续两种工作方式，例如在花样1中，当时间继电器计完18s后使T11
的常开触点与单步/连续开关X006的常开和常闭触点分别串联。在X006的常闭触点支路中，输出M0，M0的常闭触点分别串到各支路中，当X006闭合时，即可实现连续循环；在X006的常开触点支路中，输出[RST]指令，使M11、M12、M13、M14复位，即可实现单步工作方式。同理，其他花样中也以同样的方式实现单步或连续工作的方式。
4、 在花样3中，使用M30的常闭触点和时间继电器T31结合实现互锁，即当喷头2和4同时喷水时，喷头1和3不喷水；反之，当喷头1和3同时喷水时，喷头2和4不喷水。
5、 当出现紧急情况时，请及时按下停止按钮或关闭电源，立即停止工作。
第三章 I/O分配表
根据课程设计任务书以及控制方案选择的着手点做出PLC控制系统的I/O分配表如下：
表1 输入/输出信号分配表
输 入 信 号 5
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地 址 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6
元 件 SB1 SA2 SA3 SA4 SA5 SB2 SA1 输 出 信 号 功 能 启动按钮 花样选择开关位置1 花样选择开关位置2 花样选择开关位置3 花样选择开关位置4 停止按钮 单步/连续按钮 地 址 Y0 Y1 Y2 Y3 元 件 KM1 KM2 KM3 KM4
功 能 喷头1 喷头2 喷头3 喷头4 表2 控制系统中用到的辅助继电器表
辅 助 继 电 器 元 件 M100/M200/M300/M400/M30 M0 M1 M2 M3 M11 M12 M13 M14 M21 M22 M23 M24 M31 M32 M33 M34 M41 M42 M43 M44 功 能 一般辅助继电器，作为中间过渡作用 辅助继电器，与X006结合， 可分别实现花样1、2、3、4 的连续循环动作 花样1中喷头1的输出继电器 花样1中喷头2的输出继电器 花样1中喷头3的输出继电器 花样1中喷头4的输出继电器 花样2中喷头1的输出继电器 花样2中喷头2的输出继电器 花样2中喷头3的输出继电器 花样2中喷头4的输出继电器 花样3中喷头1的输出继电器 花样3中喷头2的输出继电器 花样3中喷头3的输出继电器 花样3中喷头4的输出继电器 花样4中喷头1的输出继电器 花样4中喷头2的输出继电器 花样4中喷头3的输出继电器 花样4中喷头4的输出继电器 6
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第四章 PLC硬件接线图
根据程序设计要求以及所选的工作元件，由输入/输出信号地址分配表设计出如图硬件接线图：
图1 PLC硬件接线图
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第五章 编写系统控制流程图
根据系统需要以及方案的选择，我将每个花样做成一个程序，最后将四个程序的花样作为子程序用一个主程序调用。以下分别是四种花样的顺序功能流程图：
图5 花样顺序功能流程图
第六章 编程和调试过程说明
6.1. 编程过程说明
此次PLC的课程设计我编写的程序修改很多次，但通过在电脑上用软件不断地调试修改，查阅各种资料，向同学请教，终于编好了各花样的程序。其梯形图见附录一，指令表见附录二。
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6.2. 设计调试过程中的错误
没必要的自锁过多致使程序太长，同时在花样4中若加上M41、M42、M43、M44的自锁，当按下停止按钮X005时，喷泉不能立即停止，鉴于以上原因，删除了一些没必要的自锁。
子程序结束无[SRET]，由于所用软件无法执行调用子程序CALL指令，在调试时也无误，导致自己忽略了[SRET]指令。
程序中出现多个输出信号，致使在调试过程中第一次出现输出信号的继电器M，该亮灯而没有亮灯。经过再次修改调试后以达到所需效果。 6.3. 控制面板的操作说明
（控制面板见附录三）
此控制面板的操作非常简单，一眼就可明了。在启动前首先按下启动按钮，若选择花样1的喷水方式，即将选择开关置于位置1皆可，若想实现花样1的单步工作方式，则将单步连续开关置于单步即可，若想实现花样1的连续工作方式，则将单步连续开关置于连续即可。同理，将选择开关分别置于位置2、 3、 4，选择单步/连续开关也分别可实现花样2、 3、 4的单步或连续工作方式。
结束语
本次课程设计使我复习了这学期学习的《机电传动控制》中的可编程序控制器部分，再次熟悉了所学的内容，以及PLC的构成和工作原理，学习了PLC的使用方法，对PLC的编程方法和过程有了进一步的认识，让我能把所学的知识应用到实际中的PLC编程控制中来，使我加强了实践能力的运用。
在这次课设中自己的学习过程经历了好几个阶段,由刚开始的迷茫到后来的懵懂又经过一连两天的对着电脑看以前学习的编程课件和老师给我们的补充讲义以及一些视频演示。终于两天的付出没有白费，自己编程的思路也逐渐清晰了起来。因为基础不足在调试花样1这么简单的程序时自己也弄了一天的时间，主要是不知道怎么让程序连续循环起来。后来，经过不断地尝试调试，发现把18s的定时器计完后输出地M11的常闭串联到每一个喷头的支路上就实现了循环。但怎么让它停下来的问题又困扰了我半天。后来突然想到复位指令，通过几次的尝试成功地完成了花样1的设计。其实我以上说的问题对老师讲都是很简单的问题，但是因为自己对各指令的运用还不熟练，所以完成花样1的设计自己已经很开心啦，对后面的设计也充满了信心。
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在花样3中遇到的问题是如何让它交替15s，这个我通过在控制喷头1和3同时喷水的支路中加一个计时15s的定时器加以解决。花样4中的设计是我最头疼的一项设计。首先，语义理解“按下启动按钮后，按照1-2-3-4的顺序，以此间隔2s喷水，然后一起喷水”，即在2开始喷水时，1是继续喷水还是喷完2s后停止喷水，按此方式最后在一起喷水呢？最后我选择了前者，第一是前者稍简单但也符合题意，第二是后者我目前还没有好的设计方案。接着就是如何让喷出的水再依次落下去，1s后又按4-3-2-1的顺序再次喷水呢，当时觉得很难，有点想放弃，但是自己还是硬着头皮把它做下来，自己已经做了3个如果做不出第四个岂不是很不完美。而当你做出来之后才发现以前存在的问题都已不是问题，反而很简单。我是通过定时器、时间继电器加以解决，在各支路上按一定方式并联一个常开或常闭的T来实现上述动作。
在此次PLC课程设计中，我所用到的元件种类很少，分别有启动按钮X0，停止按钮X5，单步/连续开关X6，时间继电器T,辅助继电器同时用到了调用子程序指令CALL和复位指令RST。程序简单易懂，可实现单个花样的循环动作。将PLC控制应用于花样喷泉的设计中，具有体积小、重量轻、能耗低的优点，同时还具有很强的自诊断功能，能迅速方便地检测出故障，缩短检修时间，因而，它能确保控制系统的可靠性和稳定性，但成本较高。
在这次课设中我学到了很多，从一个对PLC很陌生的人，到懂得PLC的一些基本原则，指令的运用，并且成功地应用到实际，把这四个花样编程调试成功。她再次向我验证了有志者事竟成，只要你肯下功夫，下够了功夫，功夫不负有心人，你一定能做到的。当然做出来课程设计只是学到了编程的一小部分而已，还有很多自己不会的东西。很感谢老师教会我们PLC，这将对我以后的学习有很大的帮助。我知道自己还存在很多缺点，希望老师能给予指正，使我能够了解到自己的不足之处，从中学习提高，使自己这方面的能力有所提高，也为以后的毕业设计和工作打下一个良好的基础。
参考文献
[1] 郝用兴.机电传动控制[M].1版.武汉:华中科技大学出版社，2010 [2] FX1S，FX1N，FX2N，FX2NC系列编程手册
[3] 殷培峰.基于plc喷泉控制系统设计. 兰州石化职业技术学院学报,2006 http://wenku.baidu.com/view/a374ed0a79563c1ec5da71ca.html
[4] 王传艳.三菱PLC在花式喷泉控制系统中的应用,天津大学自动化学院，2007
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附录
附录一：编程梯形图
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花样1
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花样2
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花样3
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花样4
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附录二：指令表
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附录三：根据使用要求，设计出操作控制面板如下图
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