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

 

第二篇：新PLC课程设计题目及任务书

太原理工大学自动化专业 0201—0206

PLC课程设计

题目：皮带的控制

某控制系统中有三个皮带（下图），其电气参数列入表一中

表一

设备 1#皮带皮带皮带 给料机

电机功率 55KW 2.2 电机电压 电机电流 5.4A 启动方式 直接启动 直接启动 直接启动 直接启动

1．系统的控制要求：

A.启动控制 逆流方向启动。即启动按钮按下，PLC的程序按照

3#皮带启动 延时1延时2延时3的顺序，进行控制。

B.停车控制 顺流方向停车。即停车按钮按下，PLC的程序按照

延时1#皮带停车 延时5 2#皮带停车 延时6 3#皮带停车 的顺序，进行控制。

这样的控制，目的有以下几个：

1） 可以避免设备同时启动时，因启动电流太大而对电网的冲击，造成设

备启动失败（注：一台变压器下的电网，当其供电电流太大时，将会

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太原理工大学自动化专业 0201—0206

使该电网电压降低，从而使接触器线圈，因电压降低而产生的电磁吸

力不够，使接触器不能吸合，电机的供电主电路失电停车）。

当采用设备按时间顺序，分别启动，可有效的躲过电机启动时的电流

冲击。

2） 逆流方向启动。可以防止因设备故障而造成的堆料现象（注：如果先

启动给料机，而1#皮带为停车现象，则给料机送出的原料，将被堆放

在1#皮带上,这被认为是一种故障）。

3） 启动时各设备的延时时间，应该按照设备电机功率的大小设定。设备

功率大的时间长一些，小的短一些（见表二）。

4） 顺流停车，其目的也是为了产生堆料现象。即设备全部停车后，各皮

带上因该没有原料。

5） 顺流停车时，各皮带延时的时间，应该按照皮带的大小（长短），进行

设定。皮带长的应延时时间长一些，反之短一些（见表二），以确保皮

带上的原料能全部送完。

表二

设备皮带皮带皮带

启动时间 5秒（延时3）15秒（延时2）10秒（延时1）

送料时间 8秒（延时4）28秒（延时5）16秒（延时6）

C.故障控制 按物流方向，故障点以上的设备，立刻停车；故障点以下的

设备按停车顺序，进行停车。例如，当1#皮带故障发生时，

1#皮带和给料机立刻停车；2#皮带延时28秒（2#皮带送料

时间）后停车；3#皮带在2#皮带停车16秒（3#皮带送料时

间）后停车。依次类推。

D.故障类型 1）过载 由热继电器给出

2）接触器故障 由接触器的辅助触点给出

3）跳闸 由断路器（空气开关）的辅助触点给出 E.紧急停车 系统设有紧急停车按钮。一旦该按钮按下，后，所有设备应

立刻停车（注：停车按钮是一种保持型常开触点开关，一但

按下，该触点闭合并保持闭合状态不变，除非人工采取其他

方法方可复位，使急停按钮信号断开）

F.自动许可信号 每台设备，设有一个选择开关。当这个开关打在就地方式位

置时，表明该设备正处于检修状态，不允许PLC系统启动并

控制设备运行。只有当给料机、1#、2#和3#皮带的4个选

择开关都打到备妥（或集控）位置（状态）时,系统允许PLC

控制。按下启动按钮后，PLC可进行上述控制。否则，按下

启动按钮后，PLC的程序应闭锁其控制。

G.各种指示灯

1）设备正常运行 由接触器的辅助触点控制

2）过载指示 由相应的继电器触点控制

3）跳闸指示 由PLC输出控制（须设计相应的程序）

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太原理工大学自动化专业 0201—0206

2．设计要求及内容

本设计的设计内容及设计说明书应包括以下几方面内容

1）画出系统的主电路图控制回路图及元件表，用表格形式写出所选的接触

器，热继电器、断路器的型号、参数及元件代码。（参见例图2，例表三）；

2）画出I/O清单表（参见例表四）；

3）进行PLC选型，列表并写出所选的PLC各模块型号及相关参数（包括型

号、点数、输入或输出类型等）（参见例表五），给出配置图（参见例图

3）；

4）画出PLC输入输出接线图（参见例图4）

5）写出PLC输入输出地址表及信号内容（参见例表六）

6）按各控制功能，写出其相应的控制程序(参阅例图5)。

例如 启动过程的控制程序

停车过程的控制程序

接触器故障信号的检测程序

过载故障信号的检测程序

跳闸信号的检测程序

7） 用表格形式写出程序中所用各元件（地址）的功能或作用。

（注：不标明者，将进行扣分处理）

8） 写出完整的控制程序，并标明各程序段功能。

（注：不标明各程序段功能者，将进行扣分处理）

3．相关知识及提示

1） 主电路图 主电路图中应包括断路器、接触器、热继电器等电路中所必

需的元器件。

2） PLC的输出。PLC输出应控制一个中间继电器的线圈，然后再由这个中

间继电器的常开触点控制接触器的线圈，从而达到控制电机运行或停车 的目的。

3） PLC检测热继电器的过载信号的方法 在控制电路中由热继电器的常

开触点，控制一个继电器的线圈，然后把这个继电器的触点接入PLC

的输入端。

4） PLC检测断路器的跳闸信号的方法 把断路器的辅助触点送入PLC的输

入端。

5） 根据以上控制要求，每台设备应送入到PLC的信号有

远程许可开关（常开）触点信号 1个

接触器触点 （常开） 信号 1个

热继电器相关（常开）触点信号 1个

断路器 （常开）触点信号 1个

6） 启动停车按钮 均选用常开触点

7） 由例图2，所画的各电路图中，均应以文字符号形式，标明个器件。如

KM1表示是M1电动机的接触器；如KM2表示是M2电动机的接触器。

8） 接触器的主触点、常开辅助触点、线圈；继电器的线圈、常开触点；断

路器的主触点、辅助常开触点；热继电器的主接线触头、辅主常开、常 闭触点以及相关指示灯的图形符号和表示方法，均已在图2种给出示 例。请参考画出设计中要求的完整的电气图

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太原理工大学自动化专业 0201—0206

例图2

例表三 元件表 序号 元件代号 名称 型号 1 KM1 接触器 CJ20-20 2 3

例表四 I/O清单

序号 IO点代号 IO点描述 1 1#PD_S1 1#皮带远程/就地返回信号 2 xxxxx xxxxx 3 1#PD_TA2 1#皮带停止信号

例表五 PLC配置清单 序号 名称 型号 规格 1 开入模块 ID211 16点开关量输入 2 3

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数量 1

类型DI DO 备注

数量 1

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槽号 0 1 2 3 4 CPU机

架 OC211 ID211 CPU42H PA204S 例图3 PLC配置图

例图4 PLC接线图

例表六 I/O地址表

序号 IO点代号 IO点描述

1 1#PD_S1 1#皮带远程/就地返回信号

2 xxxxx xxxxx

3 1#PD_TA2 1#皮带停止信号

5类型DI DO 地址 00400 00300

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例图5 梯形图程序及注释

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4．相关电器元件型号参考表

1）DZ20Y系列断路器 瞬间10xIe 型号 规格 DZ20Y-100/3300 100 100A DZ20Y-100/3300 80 80A DZ20Y-100/3300 60 60A DZ20Y-100/3300 50 50A DZ20Y-225/3300 100 100A

2）接触器 型号 主触点电流 CJ20-20 20A 380V /220V CJ20-40 40A 380V /220V CJ20-60 60A 380V /220V CJ20-100 100A 380V /220V

3）热继电器 型号 电流整定范围 JRS4-09310d 4—6A JRS4-09312d 5.5—8A JRS4-25322d 18—25A JRS4-40353d 23—32A

型号

规格 120A 160A 180A 200A

型号 CJ20-160 CJ20-200 CJ20-260 CJ20-400 主触点电流 160A 380V /220V200A 380V /220V260A 380V /220V400A 380V /220V

型号 LR9F5357 LR9F5369 LR9F5371 LR9F7375 电流整定范围 30—50A 90—150A 132-220A 200-330A

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