PLC课程设计配料车控制系统程序设计

0.前言
可编程序控制器（Programmable Logic Controller）是以微处理器为核心，综合了微电子技术、自动化技术、网络通讯技术于一体的通用工业控制器。

英文缩写为PC 或PLC。

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。

1968年，美国通用汽车公司（GM）为适应生产工艺不断更新的需要，提出一种设想：把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置。

这种通用控制装置把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程，使不熟悉计算机的方便使用。

美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于1969年研制成功了第一台可编程序控制器PDP-14，在汽车自动装配线上试用并获得成功。

该设备用计算机作为核心设备。

其控制功能是通过存储在计算机中的程序来实现的，这就是人们常说的存储程序控制。

由于当时主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）。

进入20世纪80年代，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，也使得可编程序控制器逐步形成具有特色的多种系列产品。

系统中不仅有大量的开关量，而且使用了模拟量，其功能已经远远超出逻辑控制、顺序控制的应用范围。

故称为可编程序控制器（Programmable Logic Controller，简称PC）。

但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写。

本课程设计是PLC课程课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。

课程设计的主要目的是通过设计实践，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。

通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。

设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

1.课程设计的任务和要求
1.1课程设计的任务
题目：配料车控制系统程序设计
控制要求：
配料车完成“从配料罐出发，到A处取m车料，再到B处取n车料，送回配料罐进行配料混合”的工作循环。

配料车由三相交流异步电机驱动。

工艺流程图：
图1配料车工作示意图
1.2课程设计的基本要求
（1）设计内容：
1）完成《课程设计指导书》所要求的控制循环。

2）按停止按钮，完成当前循环后再停。

3）按复位按钮，立即返回原位停止。

4）要求可以实现手动、单周期、连续控制。

（2）设计要求：
1）画出端子分配图和顺序功能图
2）设计并调试PLC控制梯形图
3）设计说明书
（3）进度安排：
1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案1天2）PLC梯形图设计与调试3天3）说明书撰写0.5天4）答辩0.5天
图3端子分配图
3.PLC程序设计
3.1设计思想
小车停靠在SQ1，开启启动按钮，小车右行至A，A装料，停留10秒；小车装完A 料，自动左行至SQ1，卸料A，停留10秒；如此往返3次；往返3次结束后，小车右行至B，B装料，停留10秒；小车装完B料，自动左行至SQ1，卸料B，停留10秒；如此往返3次；往返3次结束后，混料。

按连续按钮，小车完成上述一个周期的工作后又开始下一个周期，小车反复连续的工作。

按单周期按钮，小车完成一个周期的工作后，停止。

按手动按钮，按对应的按钮分别独立控制小车对应的运动。

按停止按钮，完成当前循环后再停止。

按复位按钮，立即返回原位停止。

在进入单周期、连续工作方式之前，小车的初始状态应为：小车在最左边，无卸料，无混料。

如果不满足这一条件，可以选择回原点工作方式，然后按启动按钮，使系统自动返回原点状态。

在原点状态，顺序功能图中的初始步M0.0为ON，为进入单周期、连续工作方式做好准备。

3.3 PLC梯形图
图5主程序
图6公用程序
图7手动程序
图8自动程序的梯形图
4.程序调试说明
4.1主程序
图5是主程序，SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执行的。

在手动方式下，I1.3为ON，执行“手动”子程序。

在自动回原点方式下，I1.4为ON，执行“回原点”子程序。

其他两种工作方式下执行“自动”子程序。

4.2公用程序
图6为公用程序，公用程序用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及处理不用工作方式之间的相互切换。

小车原点条件为：左限位开关I0.1的常开触点闭合，表示小车卸料的Q0.3、混料Q0.5的常闭触点闭合，此时“原点条件”M0.5为ON。

开始执行用户程序（SM0.1为ON），或者系统处于手动状态或自动回原点状态（I1.2或I1.4为ON）时，初始步对应的M0.0将被置位，为进入单周期和连续工作方式做好准备。

如果此时M0.5为OFF状态。

M0.0将被复位，初始步不为活动步，无法进入单周期和连续的工作方式。

当系统处于手动工作方式时，必须将图中除初始步以外的各步对应的存储器位（M2.0—M3.2）复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误的动作。

在非连续方式下，I1.6的常闭触点闭合，则启动后表示连续工作状态的标志M0.7复位。

4.3手动程序
图7为手动程序。

在手动工作方式下，按右行到A按钮I0.4，Q0.0线圈“通电”，小车右行，右行到A，中限位开关I0.2的常闭触点断开，停止运行；按右行到B按钮I1.0，Q0.0线圈“通电”，小车右行，右行到B，右限位开关I0.3的常闭触点断开，停止运行；当小车停止在A点时，中限位开关I0.2的常开触点闭合，按A装料按钮I0.5，小车开始A装料；按左行按钮I0.6，小车开始左行，左行到左限位，左限位开关I0.1的常闭触点断开，停止左行；当小车停止在左限位时，左限位开关I0.1的常开触点闭合，按卸料按钮I0.7，小车开始卸料；当小车停止在右限位时，右限位开关I0.3的常开触点闭合，按B装料按钮I0.4，小车开始B装料；按混料按钮I1.2，开始混料。

4.4自动程序
图4是处理单周期、连续工作方式的顺序功能图，图8是用启保停电路设计的程序，
M0.0和M2.0～M3.2用典型的启保停电路控制。

单周期和连续这两种工作方式主要是用“连续”标志M0.7来区分。

4.4.1单周期与连续的区分
在连续工作方式下，I1.6为1状态。

在初始步为活动步是按下启动按钮I2.1，M2.0变为1，小车右行。

与此同时，控制连续工作的M0.7的线圈“通电”并自保持。

当步M3.2混料完成，T41为1状态，因为连续标志位M0.7为1状态，转换条件满足，系统将返回步M2.0，反复连续的工作下去。

按停止按钮I2.2后，M0.7变为0状态，但是小车不会立即停止工作，在完成当前工作周期的全部操作后，小车回到最左边，左限位开关I0.1为1状态，转换条件满足，系统才从步M3.2返回并停留在初始步。

在单周期工作方式下，M0.7一直处于0状态。

当小车在最后一步M3.2返回最左边时，左限位开关I0.1为1状态，转换条件满足，系统返回并停留在初始步。

按一次启动按钮，系统只工作一个周期。

4.4.2单周期工作过程
单周期工作方式下，初始步时按下启动按钮I2.1，在M2.0的启动电路中，M0.0、I2.1、M0.5（原点条件）的常开触点均接通，使M2.0的线圈“通电”，系统进入右行步，Q0.0的线圈“通电”，小车右行；碰到中限位开关I0.2时，转换到A装料步M2.1，Q0.1的线圈“通电”，小车A装料。

同时接通延时定时器T37开始定时，10s后定时时间到，A装料完成，转换条件T37满足，转换到步M2.2。

以后系统将这样一步一步地工作下去。

在混料步M3.2，定时器T41开始定时，10s后混料完成，T41变位1状态，因连续工作标志M0.7为0状态，将返回初始步M0.0，小车停止运动。

4.4.3连续工作过程
连续工作方式下，初始步时按下启动按钮I2.1，在M2.0的启动电路中，M0.0、I2.1、M0.5（原点条件）的常开触点均接通，使M2.0的线圈“通电”，系统进入右行步，Q0.0的线圈“通电”，小车右行；碰到中限位开关I0.2时，转换到A装料步M2.1，Q0.1的线圈“通电”，小车A装料。

同时接通延时定时器T37开始定时，10s后定时时间到，A 装料完成，转换条件T37满足，转换到步M2.2。

以后系统将这样一步一步地工作下去。

在混料步M3.2，定时器T41开始定时，10s后混料完成，T41变位1状态，因连续工作标志M0.7为1状态，小车将进入下一个周期重复上述运动。

4.4.4自动回原点程序
图9、10分别是自动回原点程序的顺序功能图、用启保停电路设计的梯形图。

在回原点工作方式下，I1.4为ON。

按下启动按钮I2.1，M1.0变位ON，小车左行。

左行到左限位开关时，I0.1变为ON，将步M1.0复位，同时将混料Q0.5、卸料Q0.3复位。

这时原点条件满足，M0.5为ON，在公用程序中，初始步M0.0被置位，为进入单周期、连续工作方式做好准备，因此可以认为步M0.0是步M1.0的后续步。

5总结
虽然1周的课程设计就要结束了，但是这次课程设计使我学到很多的的东西，不仅巩固了我以前所学过的知识，而且也学到了许多在课本上学不到的知识，例如最基本的PLC的选型。

通过到图书馆及上网搜索资料，我进一步的掌握了该领域的好多知识。

通过理论分析与实践的相互论证，许多问题都有了更好的解决方案。

我在此次课程设计实践学会了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。

设计系统前，要做一个统筹规划，要明确的知道系统设计的步骤：1.明确控制对象及控制要求；2.制定相应的方案；3.确定输入及输出设备；4选择硬件；
5.设计控制程序；6调试；7.整理文档。

在理论的运用过程中，我们提高了工程素质。

在没有做实践设计以前，我们对知识的理解都是思想上的，对一些细节并不加重视，当我们把自己想出来的程序下载到PLC 时，问题就出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。

通过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解更加深刻了，明白了实践与理相结合的重要性。

我在这次课程设计中更加看到了自己的不足，认识到不管做什么事都需要大胆假设，小心求证，绝不能想当然的猜测。

我懂得了理论与实践相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在以后的学习工作中我都会记住这次课设经验教训，我相信我将会受益匪浅。

参考文献
[1]陈白宁，段智敏，刘文波.机电传动控制基础[M].沈阳：东北大学出版社，2010.。