齐鲁工业大学

课程设计大纲

学院名称              电气控制与自动化学院

课程名称                可编程控制器课程设计

开课院系                                自动化系

执  笔  人                              王斌鹏

审  定  人                           张新荣

修（制）订日期            20##-8-1

《可编程控制器课程设计》大纲

一、课程设计的性质

《可编程控制器课程设计》是自动化专业《电气控制与可编程控制器》课程的后续实践性教学环节，它有效结合现有可编程控制器实验室实验平台，将企业实际控制环节与实验室设备有机结合，使学生进行一次重要工程实践模拟训练。

二、课程设计目的与任务

1、了解常用电气控制装置和PLC系统的设计方法、步骤及设计原则。

2、学以致用，巩固书本知识。通过训练，使学生初步具有设计电气控制与PLC系统的能力，从而培养和提高学生独立工作的能力和创造能力。

3、进行一次工程技术设计的基本训练。培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力。利用图书馆、因特网等查寻信息的能力，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。

三、课程设计内容及要求

1、认真阅读本课程设计任务书（多项任务任选一项，有能力同学可以多选），分析所选课题的控制要求及工艺流程，画出工艺流程图。

2、确定控制方案，设计电气控制装置的主电路图和PLC外部接线图。

3、PLC选型及I/O地址分配；选择电器元件的型号和规格，设计电气控制装置的照明、指示及报警等辅助电路。

4、根据控制要求通过经验法、顺序功能图法或其它方法设计梯形图或指令表，并进行程序修改、调试等工作。

5、了解组态软件（如组态王、MCGS、三维力控、IFIX等）的应用及发展状况，学习组态软件的原理及组态方法，并在课程设计中加以应用。

6、选择一款组态软件进行监控系统组态，并完成组态软件与PLC控制器通讯连接，能够利用组态软件实现现场信号远程监视及现场执行机构远程控制。

7、总结课程设计所做工作，编制课程设计说明书。

四、考核方式与成绩评定标准

课程设计根据多项考核评定成绩，总分100分，内容分为5个部分：

1、设计过程（30分）

2、设计图纸（10分）

3、监控软件组态画面及功能实现（15分）

4、可编程控制器程序设计（15分）

5、设计说明书（30分）

五、教材及主要参考资料

1、王永华.现代电气控制及PLC（第二版）.机械工业出版社.2008.5。

2、廖常初.PLC原理及应用（第三版）.机械工业出版社.2004.10。

3、李乃夫.可编程控制器原理 应用 实验.中国轻工业出版社.2003.10。

4、周美兰.PLC电气控制与组态设计.科学出版社.2003。

5、郑新志、王斌鹏.PLC实验指导书.自动化教研室.2010。

六、参编人员

王斌鹏

齐鲁工业大学

可编程控制器课程设计任务书

学院                   专业                 班级                 

姓名                   学号                 

题目一                  机械手PLC控制系统设计                  

主要内容、基本要求：

机械手在自动生产线上应用十分广泛。本题目主要用于搬动零件的重复动作，以实现生产自动化。本设计采用组态软件及西门子S7-200 PLC组态编程。认真阅读本课程设计任务书，分析机械手的动作过程，设计监控画面并完成控制要求。

一、机械手PLC控制系统的基本组成

1、现场输入输出单元（各种检测信号及执行机构）

2、PLC控制单元

3、上位机监控单元。

二、机械手的动作过程及其控制要求

1、机械手负责将工件由A处传送到B处。其动作包括上升、下降、左移、右移、夹紧、放松等动作。

2、主要控制要求有：手动、单周期、连续三种工作状态；实现各种动作的联锁保护；设计现场急停按钮及故障报警指示灯辅助功能。

3、制定控制方案，确定机械手PLC控制系统的基本组成，确定机械手各输入输出点数，绘制PLC控制系统外部接线图。

4、应用可编程序控制器设计控制程序，主要内容包括绘制顺序功能图、设计梯形图。

5、利用组态软件（如组态王、MCGS、三维力控等）设计上位机监控程序、能实现设备监控及动画演示。

6、模拟调试运行、程序修改完善。

三、课程设计提交材料

通过课程设计，编制课程设计报告（包括程序流程图、外部接线图、具体说明等），并提交相关软件、程序等。

主要参考资料；

1、王永华.现代电气控制及PLC（第三版）.机械工业出版社.2004.5。

2、廖常初.PLC原理及应用（第三版）.机械工业出版社.2004.10。

3、李乃夫.可编程控制器原理 应用 实验.中国轻工业出版社.2003.10。

4、周美兰.PLC电气控制与组态设计.科学出版社.2003。

5、郑新志.PLC实验指导书.自动化教研室.2007。

完成期限：自       年    月     日  至自       年    月     日

指导教师：                     教研室主任：                    

齐鲁工业大学

可编程控制器课程设计任务书

学院                   专业                 班级                 

姓名                   学号                 

题目二                  物料传送控制系统设计                     

主要内容、基本要求：

物料传送控制在自动生产线上应用十分广泛。本题目主要控制对象为四节物料传动带。本设计采用组态软件及西门子S7-200 PLC组态编程。认真阅读本课程设计任务书，分析物料传动的动作过程及控制要求，设计监控画面并完成控制要求。

一、传动带PLC控制系统的基本组成

1、现场输入输出单元（各种检测信号及执行机构）

2、PLC控制单元

3、上位机监控单元。

二、传动带的动作过程及其控制要求

1、由四条皮带运输机组成的传送系统，分别用四台电动机带动。电机具有驱动信号和运行信号（1个DO信号、1个DI信号）

2、主要控制要求有：解锁、联锁两种工作状态；在解锁状态下，能够分别对每一台电机进行启动/停止控制；在联锁状态下，点击总的启动/停止按钮，四台电机按照“逆物料启动、顺物料停止”的方式自动启停；同时实现各电机联锁保护；四台电机启停间隔时间可以通过监控画面进行修改；设计现场急停按钮及故障报警指示灯辅助功能。

3、制定控制方案，确定传送带PLC控制系统的基本组成，确定传送带各输入输出点数，绘制PLC控制系统外部接线图。

4、应用可编程序控制器设计控制程序。

5、利用组态软件（如组态王、MCGS、三维力控等）设计上位机监控程序、能实现设备监控。

6、模拟调试运行、程序修改完善。

三、课程设计提交材料

通过课程设计，编制课程设计报告（包括程序流程图、外部接线图、具体说明等），并提交相关软件、程序等。

主要参考资料；

1、王永华.现代电气控制及PLC（第三版）.机械工业出版社.2004.5。

2、廖常初.PLC原理及应用（第三版）.机械工业出版社.2004.10。

3、李乃夫.可编程控制器原理 应用 实验.中国轻工业出版社.2003.10。

4、周美兰.PLC电气控制与组态设计.科学出版社.2003。

5、郑新志.PLC实验指导书.自动化教研室.2007。

完成期限：自       年    月     日  至自       年    月     日

指导教师：                     教研室主任：                    

齐鲁工业大学

可编程控制器课程设计任务书

学院                   专业                 班级                 

姓名                   学号                 

题目三               十字路口交通信号灯控制系统设计             

主要内容、基本要求：

十字路口交通信号灯在日常生活中随处可见，本题目根据实际情况进行提炼简化，控制十字路口的各交通信号灯。本设计采用组态软件及西门子S7-200 PLC组态编程。认真阅读本课程设计任务书，分析信号灯的动作过程及控制要求，设计监控画面并完成控制要求。

一、信号灯PLC控制系统的基本组成

1、现场输入输出单元（各种检测信号及执行机构）

2、PLC控制单元

3、上位机监控单元。

二、信号灯的动作过程及其控制要求

1、控制对象：东西方向红灯两个、黄灯两个、绿灯两个、左转弯绿灯两个；南北方向红灯两个、黄灯两个、绿灯两个、左转弯绿灯两个；报警灯一个。

2、主要控制要求有：系统工作受开关控制，启动开关“ON”则系统开始工作，启动开关“OFF”则系统停止工作，所有灯关闭。如果发生故障（假设一个故障信号，DI点）系统能自动关闭所有红、绿灯，并转入提示警告方式（所有黄灯闪烁）；系统24小时循环运行，工作规律按时序图运行（见下图，注明：）。

3、制定控制方案，确定传送带PLC控制系统的基本组成，确定十字路口控制系统各输入输出点数，绘制PLC控制系统外部接线图。

4、应用可编程序控制器设计控制程序。

5、利用组态软件（如组态王、MCGS、三维力控等）设计上位机监控程序、能实现设备监控。

6、模拟调试运行、程序修改完善。

三、课程设计提交材料

通过课程设计，编制课程设计报告（包括程序流程图、外部接线图、具体说明等），并提交相关软件、程序等。

主要参考资料；

1、王永华.现代电气控制及PLC（第三版）.机械工业出版社.2004.5。

2、廖常初.PLC原理及应用（第三版）.机械工业出版社.2004.10。

3、李乃夫.可编程控制器原理 应用 实验.中国轻工业出版社.2003.10。

4、周美兰.PLC电气控制与组态设计.科学出版社.2003。

5、郑新志.PLC实验指导书.自动化教研室.2007。

完成期限：自       年    月     日  至自       年    月     日

指导教师：                     教研室主任：                    

 

第二篇：可编程控制器课程设计任务书

可编程控制器课程设计

任务书及指导书

(电子版)

机电控制教研室

20xx年9月

目 录

一、可编程控制器课程设计任务书

二、可编程控制器课程设计指导书

（一）PLC控制系统设计的一般步骤及方法

（二）PLC的选型问题

（三）皮带输送机系统工作流程控制的基本要求

（四）模拟显示屏

（五）I/O分配

（六）控制面板

附录一：PLC控制程序设计指导书

（一）控制程序的结构

（二）初始化程序

（三）自动控制程序

附录三：参考资料

可编程控制器课程设计

任务书及指导书

一、可编程控制器课程设计任务书

（一） 目的

本课程设计是“可编程控制器”课程整个教学环节的重要组成部分，根据教学大纲安排，本课程设计是为帮助学生进一步理解、掌握和深化课堂教学的 内容，配合“港机控制系统”课程，作为加强基本技能训练，和生产实践相结合的教学环节。

要求学生通过课程设计，综合运用所学的基础理论和专业知识，学会PLC控制系统设计的方法和步骤，培养分析问题和解决问题的独立工作能力，完成一名机电工程师初步的设计技术训练。

（二） 题目

中型散货码头皮带输送机系统的工作流程控制

（三） 控制系统设计的有关资料和参数

对象：海运、进出、双向、多功能、中型散货煤码头

码头布置方式：沿岸线平行布置

码头平面图：如中型散货煤码头装卸流程图所示

设计吞吐量：800——1000吨/小时

工作机械：高效卸船机 一台

装船机 一台

斗轮机 二台

皮带输送机 双向 一条

单向 十二条

皮带输送机参数：电机：绕线式异步电动机

电机启动方式：转子串电阻启动

级数 3级

启动时间： 小于60秒

输送皮带： 宽度 1.2米

带速 4米/秒

皮带输送机的故障检测： 电机过载、过流、皮带跑偏、撕裂

计量装置：电子皮带称 三台

（四） 设计任务

1、 完成控制系统操作面板布置图一份。

2、 完成可编程控制器输入输出端子分配表一份。

3、 完成控制系统模拟实验电路原理图一份。

4、 完成经调试的控制系统程序清单一份，其中包括程序结构框图、功能表图，和程序注释等。

以上四项任务均在规定的时间内完成，并汇总整理成课程设计报告，交指导老师审阅，控制系统程序答辩时在模拟装置上演示，根据设计的图表、程序清单和答辩情况由指导老师评定成绩。

（五） 要求

1、 以认真踏实的态度进行课程设计，充分发挥自己的主观能动性，通过课程设计培养分析 和解决问题的独立工作能力，养成严肃认真，实事求是的科学作风。

2、 要认真学习和研究有关的技术资料，包括“帮助”软件，充分利用现场参观的条件、熟悉控制对象的实际使用要求，搞清工作流程控制的具体任务和实际要求。

3、 在确定控制系统设计方案时，小组内应充分展开讨论，搞清每一个细节问题，在此基础上再进行程序设计，切忌仓促.上阵，而后重返工。

4、 提倡独立思考，小组讨论，相互交流；反对拖拉等待，闭门造车，盲目抄袭。

5、 计算书中所采用的符号、数公式可参考有关教材和专业书籍、必须符合国家计量

标准。

6、 系统图、电路图的绘制必须符合国家电气制图标准。图面要求表达清楚、正确，

并力求整洁。

7、 程序设计一律采用梯形图，经调试后打印出来。

8、 课程设计说明书、电路图、程序清单一律采用16开纸整理，书写。

（六） 时间

按教学计划安排为二周。其中讲课、讨论二天；设计、编程、接线、调试、小结六天；考核两天。

具体的步骤和进度计划

第一周： 周一 布置课程设计任务书，讲解指导书

周二 设计操作面板，线路图，程序结构

周三 控制系统程序结构设计指导

周四 单流程程序编写及调试

周五 单流程程序编写及调试

第二周： 周一 单流程程序编写及调试

周二 总体程序编写及调试

周三 总体程序编写及调试，课程设计资料整理

周四 说明书撰写，准备答辩，准备充分的同学可以答辩

周五 课程设计答辩

二、可编程控制器课程设计指导书

（一）PLC控制系统设计的一般步骤和方法

PLC控制系统设计，一般应按下述几个步骤进行：

1、课题调查

在对一个控制系统进行设计之前，首先必须对控制对象进行调查，这样才可能提出符合实际的设计阶段。该阶段的主要任务是摸清应用对象的功能要求、工作流程和信息流程，搞清楚有关细节，并在此基础上提出系统的设计要求（所要达到的目标） 熟悉被控对象，明确控制任务与设计要求是本步骤的主要任务。

2、制定电气控制系统方案

根据生产工况和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式，例如全自动、半自动、手动、单机运行、多机联线运行等工作方式。还要确定电控系统应有的其他功能，例如计量、故障诊断与显示报警、紧急情况的处理、管理功能、联网通信功能等。

3、确定电控系统的输入输出信号

通过研究工艺过程或机械运动的各相关步骤、各种状态、各种功能的发生、维持、结束、转换和其他的相互关系，来确定所需的各种控制信号和检测反馈信号、相互的转换和联系联系信号。并且确定哪些信号需要输入PLC，哪些信号要由PLC输出或者哪些负载要由PLC驱动，分类统计出各输入输出量的性质及参数。

4、PLC的选型与硬件配置

根据以上各步骤所得到的结果，选择合适的PLC型号并确定各种硬件配置。

5、PLC元件的编号分配

对各种输入输出信号占用的PLC输入、输出端点及其他PLC元件进行编号分配。列出PLC的输入、输出信号表，并设计出PLC的外部接线图。

6、程序设计

根据控制任务与设计要求，确定应用程序的基本结构。按程序设计的标准绘制出程序结构框图，然后再根据工艺要求，绘制出各功能单元的详细功能表图。在编写程序过程中，要及时对编写出的程序进行注释，以免忘记其相互关系，随编随注。注释要包括程序的功能、逻辑关系说明、设计思想、信号的来源和去向，以便于阅读和调试。在此基础上逐条编写出梯形图程序或语句表程序。

7、模拟运行与调试程序

将设计好的程序转入PLC后，再逐条检查与验证，并改正程序设计时的语法、数据等错误，然后，可以在实验室进行模拟运行与调试程序，观察在各种可能的情况下各个输入量、输出量之间的变化关系是否符合设计要求。发现问题及时修改设计和已传送到PLC中的程序，直到完全满足功能表图或状态流程图的要求。

在进行程序设计和模拟运行调试的同时，可以平行地进行电控系统的其他部分工作，例如PLC外部电路和电气控制柜、控制台等的设计、装配、安装和接线等工作。

8、现场运行调试

完成以上各项工作后，即可将初步调试好的程序传送到现场使用的PLC储存器中，PLC接入实际输入信号与实际负载，进行现场运行调试，及时解决调试中发现的问题，直到完全满足设计要求，即可交付使用。

（二）PLC的选型问题

见教材内容。

（三）皮带输送机系统工作流程控制的基本要求

1、运行方式

通常要求有自动和手动两种运行方式，前者是正常的工作方式，后种是在设备调试、检修、和故障时必备的工作方式

因此，对每个工作流程都可用自动和手动的两种工作方式来实现。

在自动方式下，选定了工作流程，按下启动按纽，皮带输送机系统实现逆流延时自动启动；按下停机按纽，皮带输送机系统实现顺料流延时自动停机。

在手动方式下，每条输送机都可在中控室或生产线上单独启动或停机。

2、联锁、故障报警与显示

联锁包括运行方式联锁，工作流程间的联锁（指两条不允许同时启动的工作流程）和皮带输送机之间的联锁（即某工作流程中前一条输送带启动过程的完成是后一条输送带允许启动的条件）。

在皮带输送机启动前，要发出设备准备启动的信号，提示现场工人注意安全。

当检测到设备故障时，要能自动紧急停机，同时还应提供适当的报警信号。

3、 正常工况下的启动与停机

系统启动之前，要监视故障指示，工作状态信号，预警号，报警等信号，只有在所有信号指示正常后才能确认启动。

当启动指令发出后，控制系统要判别上次停机是正常停机还是紧急停机，以便决定采用哪种启动方式。启动方式分正常工况下的启动与非正常工况下的启动，前者是正常停机后的启动方式。

正常启动方式有两种方案，（1）逆料流启动， （2）顺料流启动。后者适用于长距离输送带，有利于节能。港口一般采用逆料流启动方式，由输送线的最后一台设备开始启动，然后逐条向前，在给料设备启动之前，整个输送线已经全部启动完毕，故不会出现堆料事故。

正常工况下的停机是顺料流停机方式，先停输送线起始点的第一台设备，如给料机和与它相连的第一条输送带，待上面的物料全部运完后再停机，以后逐条停机，待整个流程上的料全部运完后，最后一台设备停机。

4、 故障情况下的启动和停机

输送线在设备发生严重故障如驱动电机过载、过流、皮带严重跑偏、撕裂时，都要求系统紧急停机。

故障情况下的停机也有二种方案： （1） 全线设备同时紧急停机， （2）分段分别进行紧急停机和顺料流停机。后者也适用于长距离输送带，可避免物料堆积。港口一般采用全线设备同时停机方案。

由于在故障情况下，采用全线设备同时停机方案，故重新启动时，输送带上堆积着大量物料，全线设备均在重载下启动，容易产生故障。

（四）模拟显示屏

工作流程：

流程1：U→B1→B13→B9→B10→L 注：U－卸船机 流程2：U→B1→B2→B3→B4→D1 L－装船机 流程3：U→B1→B11→B12→D2 D－斗轮机 流程4：D1→B4→B5→B6→B7→B8→B9→B10→L B－皮带机 流程5：D2→B12→B6→B7→B8→B9→B10→L

（五） I/O分配

（六） 控制面板（此控制面板仅供参

考，且细节处有误，请照搬的同学谨慎，以免编程及设计出错）

附录一：PLC控制程序设计指导

（一） 控制程序结构

PLC控制程序的结构通常有三种形式，1、线性程序：整个程序连续放置在一个指令块内，程序的结构类似模拟继电器控制的逻辑结构，这种程序结构简单直接，容易理解。

2、分块程序：整个程序分成若干个程序块，每个程序块包含一组设备和一系列工作的逻辑，这种程序便于编写、阅读。3、结构化程序：在程序中具有用户可定义参数的功能块，这种功能块在用户程序中可重复使用，使用时程序将参数传入功能块，这种程序的结构比较先进，使多次重复使用的程序大大简化。

以线性程序为例，皮带输送机流程控制程序的结构如下图所示：

（二） 初始化程序

通常初始化程序包括输出清零、内部辅助继电器复位、系统参数设置等内容。

（三） 自动控制程序

皮带输送机系统流程控制程序设计中必须解决好正常情况下的启、停方式和故障情况下的启、停方式间的切换，可以用一个辅助继电器的状态来记忆系统停止的方式，是正常停机还是紧停，据此来决定下一次启动的方式。

下图是用这种方式编制程序的结构框图（这种方法不是唯一的，仅供参考）。

附录二： 参考资料

1，西门子S7-200 系统手册

Siemens AG 2004

2，PLC编程及应用（第三版）

廖常初 编著 机械工业出版社 2008

3，可编程控制器应用技术

田瑞庭主编 机械工业出版社 1994

4，电机与拖动基础

李发海，王岩编著 清华大学出版社 1994

5， 港口装卸机械

余洲生编

6， 可编程序控制器应用系统设计方法

李景学，金广业编著交通出版社 电子工业出版社 1995