課程設計指導書
一、PLC控制系統設計概要
學習PLC的最終目的是能把它應用到實際控制系統中去。對于初學者來說，不知如何入手設計一個控制系統。若遇到實際的工業控制項目，需采用PLC控制，往往不知所措。本指導書將課程設計的選題提供給大家，就是通過自己所學的電氣控制及PLC的基礎知識以及PLC的基本實驗的體會，來進行分析綜合、全面地考慮問題，聯系實際，設計一個經濟、實用及可靠的控制系統。
（一）、PLC控制系統設計的基本原則
在PLC控制系統設計時，應遵循以下基本原則：
1、大限度地滿足被控對象的控制要求。設計前，應深入現場進行調查研究，
搜索資料，并與機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協同解決設計中出現的各種問題。
2、在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、使用及維修方便。
3、保證控制系統的安全、可靠。
4、考慮到生產發展和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應適當留有余量。
（二）、PLC控制系統設計的基本內容
PLC控制系統是由PLC與用戶輸入、輸出設備連接而成的。因此，PLC控制系統的基本內容包括：
1、擇用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關和傳感器等）、輸出設備（繼
電器、接觸器和信號燈等執行元件）以及由輸出設備驅動的控制對象（電動機、電磁閥等）。這些設備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其它課程及有關書籍中已有介紹。
2、PLC的選擇。PLC是PLC控制系統的核心部件，正確選擇PLC，對于保證整
個系統技術經濟性能指標起著重要作用。
選擇PLC應包括機型的選擇、容量的選擇、I/O點數（模塊）的選擇、電源模塊以及特殊功能模塊的選擇等。
3、分配I/O點，繪制電氣連接接口圖，考慮必要的安全保護措施。
4、設計控制程序。包括設計梯形圖、語句表（即程序清單）或控制系統流程
圖。
控制程序是控制整個系統工作的軟件，是保證系統正常工作、安全可靠的關鍵。因此，控制系統的設計必須經過反復調試、修改，直到滿足要求為止。
5、必要時還需設計控制臺（柜）。
6、編制系統的技術文件。包括說明書、電氣圖及電氣元件明細表等。
傳統的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電氣布置圖及電氣安裝圖。在PC控制
系統中，這一部分圖可以統稱為“硬件圖”。它在傳統電氣圖的基礎上增加了PLC部分，因此，在電氣原理圖中應增加PLC的I/O輸入、輸出電氣連線圖（即I/O接口圖）。
此外，在PLC控制系統中，電氣圖還應包括程序圖（梯形圖），可以稱之為“軟件圖”。向用戶提供“軟件圖”，可便于用戶在生產發展或工藝改進時修改程序，并有利于用戶在維修時分析和排除故障。
（三）、PLC控制系統設計的一般步驟
設計PLC控制系統的一般步驟見下圖所示。
1、 流程圖功能說明：
① 根據生產的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動作（動作順序、動作
條件及必須的保護和聯鎖等）、操作方式（手動、自動；連續、單周期及單步等）。
② 根據控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備。拒此確定PLC的I/O點數。
③ 選擇PLC。
④ 分配PLC的I/O點，設計I/O電氣接口連接圖（這一步也可結合第2步進行）。
⑤ 進行PLC程序設計，同時可進行控制臺（柜）的設計和現場施工。
在設計傳統繼電器控制系統時，必須在控制線路（接線程序）設計完成后，才能進行控制臺（柜）設計和現場施工。可見，采用PLC控制，可以使整個工程的周期縮短。
2、 PLC程序設計的步驟
①對于較復雜的控制系統，需繪制系統流程圖，用以清楚的表明動作的順序和條件。對于簡單的控制系統，也可省去這一步。
②設計梯形圖。這是程序設計的關鍵一步，也是比較困難的一步。要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經驗。
③根據梯形圖編制程序清單。
④用編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確。
⑤對程序進行調試和修改，直到滿足要求為止。
⑥待控制臺（柜）及現場施工完成后，就可以進行聯機調試。如不滿足要求，再回去修改程序或檢查接線，直到滿足為止。
⑦編制技術文件。
⑧交付使用。
二、PLC控制系統設計選題
課題一、皮帶運輸機傳輸系統梯形圖控制程序設計與調試
1. 控制要求：
（1）皮帶運輸機傳輸系統由四臺電動機M1，M2，M3，M4帶動
起動時M4 → M3→ M2→ M1 （分別間隔5s）
停止時M1→ M2→ M3→ M4 （分別間隔5s）
（2）當某條皮帶機發生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，而其
后的皮帶機則待料運完后才停止。例如：M2出故障，M2和M1立即停止，經5s
延時后，M3停，再經過5s，M4停
（3）設置故障調試開關
2. I/O編址
3. 編程并調試
4. I/O端子接線圖
課題二、自動門控制裝置PLC梯形圖控制程序的設計與調試
1. 自動門控制裝置的硬件組成：
自動門控制裝置由門內光電探測開關K1、門外光電探測開關K2、開門到位限
位開關K3、關門到限位開關K4、開門執行機構KM1（使直流電動機正轉）、關門
執行機構KM2（使直流電動機反轉）等部件組成。光電探測開關為檢測到人或物
體ON，否則為OFF。
2．控制要求：
（1） 當有人由內到外或由外到內通過光電檢測開關K1或K2時，開門執行
機構KM1動作，電動機正轉，到達開門限位開關K3位置時，電機停止運行。
（2） 自動門在開門位置停留8s后，自動進入關門過程，關門執行機構KM2
被起動，電動機反轉，當門移動到關門限位開關K4位置時，電機停止運行。
（3） 在關門過程中，當有人員由外到內或由內到外通過光電檢測開關K2或
K1時，應立即停止關門，并自動進入開門程序。
（4） 在門打開后的8s等待時間內，若有人員由外至內或由內至外通過光電
檢測開關K2或K1時，必須重新開始等待8s后，再自動進入關門過程，以保證人員安全通過。
（5）開門與關門不可同時進行。
3. I/O編址
4. 編程并調試
5. I/O端子接線圖
課題三、花式噴水池裝置PLC控制梯形圖的設計與調試
1. 花式噴水池示意圖
圖a中4為中間噴水管，3為內環狀噴水管，2為中環形狀噴水管，1為外環形狀噴水管。圖b中的選擇開關可有4種選擇，可分別用4個開關模擬實現；單步/連續開關為“1”= 單步，“0”= 連續，其他為單一功能開關。
2. 控制要求：
(1)水池控制電源開關接通后，按下啟動按鈕，噴水裝置即開始工作。按下
停止按鈕，則停止噴水。工作方式由“選擇開關”和“單步/連續”開關來決定。
（2）“單步/連續”開關在單步位置時，噴水池只運行一個循環；在連續位置時，
噴水池反復循環運行。
(3)方式選擇開關用以選擇噴水池的噴水花樣，1～4號噴水管的工作方式選
擇如下：
a）選擇開關在位置“1”——按下啟動按鈕后，4號噴水，延時2s，3號噴水，再延時2s，2號噴水，再延時2s，1號噴水，接著一起噴水15s為一個循環。
b) 選擇開關在位置“2”——按下啟動按鈕后，1號噴水，延時2s，2號噴水，
再延時2s，3號噴水，再延時2s，4號噴水，接著一起噴水30s為一個循環。
c) 選擇開關在位置“3”——按下啟動按鈕后，1、3號同時噴水，延時3s后，2、4號同時噴水，1、3號停止噴；交替運行5次后，再1～4號全部噴水30s為一個循環。
d) 選擇開關在位置“4”——按下啟動按鈕后，噴水池1～4號水管的工作順
序為：1→2→3→4按順序延時2s噴水，然后一起噴水30s后，1、2、3和4號水管分別延時2s停水，再等待1s，由4→3→2→1反序分別延時2s噴水，然后再一起噴水30s為一個循環。
（4） 不論在什么工作方式，按下停止按鈕，噴水池立即停止工作，所有存儲器復位。
3. I/O編址
4. 編程并調試
5. I/O端子接線圖
課題四、八層電梯樓層定位及顯示的梯形圖控制程序設計與調試
1. 控制要求：
（1） 根據各樓層行程開關的狀態，確定轎廂所在樓層
（2） 用九段LED數碼管作十進制層樓位置顯示，如下圖所示：
2. 九段碼編碼示意圖、真值表、I/O編址
3. 編程并調試
4. I/O端子接線圖
課題五、全自動洗衣機梯形圖控制程序的設計與調試
1. 控制要求：
（1） 按下啟動按扭及水位選擇開關，
（2） 注水直到高（中、 低）水位，關水
（3）2s后開始洗滌
（4）洗滌時，正轉30s，停2s，然后反轉30s，停2s
（5）如此循環5次，總共320s后開始排水，排空后脫水30s
（6）開始清洗，重復（2）～（5），清洗兩遍
（7）清洗完成，報警3秒并自動停機
（8）若按下停車按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數）
輸入點： 輸出點：
啟動 10001 低水位檢測 10009 啟動洗衣機 00001
停止 10002 手動排水 10010 進水閥 00002
高水位 10003 手動脫水 10011 正轉 00003
中水位 10004 反轉 00004
低水位 10005 排水 00005
排空檢測 10006 脫水 00006
高水位檢測 10007 報警 00007
中水位檢測 10008
2. 若要求啟動開關分為標準洗和輕柔洗，試改變有關輸入點，并在程序中加
入輕柔洗功能（輕柔洗過程自定）
3. I/O編址
4.編程并調試
課題六、坐標式機械手的PLC梯形圖控制程序設計與調試
1. 坐標式機械手動作原理圖
2. 控制要求：將物體從位置A搬至位置B
（1）動作順序：機械手從原點位置起始下移到A處下限位→從A處夾緊物
體后上升至上限位→右移至右限位→機械手下降至B處下限位→將物體放置在B處后→上升至上限位→左移至左限位（原點）為一個循環。
（2）上限、A、B下限、左限、右限分別由限位開關控制；機械手設立起動
和停止開關。
（3）機械手夾緊或松開的工作狀態以及到達每一個工位時，均應有狀態顯
示。
(4) 機械手的夾緊和放松動作均應有1s延時，然后上升；機械手每到達一
個位置均有0.5s的停頓延時，然后進行下一個動作。
(5)若機械手停止時不在原點位置，可通過手動開關分別控制機械手的上
升和左移，使之回到原點。
(6)要求循環工作1小時時，判斷機械手是否夾有物體，若沒有，則立即
自動停止工作并警鈴報警；若夾有物體，則繼續工作至物體放置到B位后自動停止工作并警鈴報警。
3. I/O編址并畫出工作框圖
4. 編程并調試
5. I/O端子接線圖
課題七、三相六拍步進電機PLC梯形圖控制程序設計與調試
1. 控制要求：
（1）三相步進電動機有三個繞組：A、B、C，
正轉通電順序為：A→AB→B→BC→C→CA→A
反轉通電順序為：A→CA→C→BC→B→AB→A
（2）要求能實現正、反轉控制，而且正、反轉切換無須經過停車步驟。
（3）具有兩種轉速：
#1開關合上，則轉過一個步距角需0.5s。
#2開關合上，則轉過一個步距角需0.05s。
（4）要求步進電動機轉動100個步距角后自動停止運行
（5）（選）在完成上述功能的基礎上，增加功能：
設置按鈕K1，每按一次K1，轉速增加一檔（即轉動一個步距角所需時間減
少0.01s）設置按鈕K2，每按一次K2，轉速減少一檔（即轉動一個步距角所需時間增加0.01s）
2. I/O編址
3. 編程并借助于PLC實驗箱的發光二極管（LED）進行調試
課題八、五相十拍步進電動機控制程序的設計與調試
1. 控制要求：
（1）五相步進電動機有五個繞組: A、B、C、D、E ,
正轉通電順序: ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
反轉通電順序: ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB
（2）用五個開關控制其工作：
#1開關控制其運行 ( 啟 / 停 )。
#2 開關控制其低速運行 (轉過一個步距角需 0.5 s)。
#3 開關控制其中速運行 (轉過一個步距角需 0.1 s)。
#4 開關控制其低速運行 (轉過一個步距角需 0.03 s)。
#5 開關控制其轉向 ( ON 為正轉，OFF 為反轉 )。
2. I/O編址及工作框圖（或時序圖）
3．編程并借助于PLC實驗箱的發光二極管（LED）進行調試
4. I/O端子接線圖
課題九、大、小球分揀傳送機械PLC控制梯形圖的設計與調試
1. 大、小球分揀傳送機械示意圖
2. 控制要求：
（1）機械臂起始位置在機械原點（見圖），為左限、上限并有顯示。
（2）有起動按鈕和停止按鈕控制運行，設停止時機械臂必須已回到原點。
(3) 起動后，機械臂動作順序為：下降→吸球→上升（至上限）→右行（至
右限）→下降→釋放→上升（至上限）→左行返回（至原點）。
(4)機械臂右行時有小球右限（LS4）和大球右限（LS5）之分；下降時，
當電磁鐵壓著大球時，下限開關LS2斷開（=“0” ）；壓著小球時，下限開關LS2接通（=“1” ）。
3. I/O編址及工作框圖
4. 編程并借助實驗箱上的發光二極管進行調試
5. I/O端子接線圖
課題十、飲料灌裝生產流水線PLC梯形圖控制程序設計與調試
1. 控制要求：
（1）系統通過開關設定為自動操作模式，一旦啟動，則傳送帶的驅動電機
啟動并一直保持到停止開關動作或灌裝設備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅動電機必須自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關動作
（2）當瓶子定位在灌裝設備下時，停頓1s，灌裝設備開始工作，灌裝過程
為5s鐘，灌裝過程應有報警顯示，5s后停止并不再顯示報警；報警方式為紅燈以0.5s間隔閃爍
（3）以每24瓶為一箱，記錄產品箱數。
（4）每隔8小時將記錄產品箱數的計數器當前值轉存至其他寄存器，然后對
計數器自動清零，重新開始計數。
（5）可以手動對計數器清零（復位）。
2. 編程并借助實驗箱上的發光二極管進行調試
3. 畫出I/O端子接線圖
課題十一、物業供水系統水泵梯形圖控制程序設計與調試
某物業供水系統有水泵4臺，供水管道安裝壓力檢測開關K1，K2和K3。K1
接通，表示水壓偏低；K2接通，表示水壓正常；K3接通，表示水壓偏高。
1. 控制要求：
（1）自動工作時，當用水量少，壓力增高，K3接通，此時可延時30s后撤除
1臺水泵工作，要求先工作的水泵先切斷；當用水量多時，壓力降低，K1接通，此時可延時30s后增設1臺水泵工作，要求未曾工作過的水泵增加投入運行；當K2接通，表示供水正常，可維持水泵運行數量。工作時，要求水泵數量最少為1臺，最多不得超出4臺。
（2）各水泵工作時，均應有工作狀態顯示。
（3）手動工作時，要求4臺水泵可分別獨立操作（分設起動和停止開關），并分
別具有過載保護，可隨時對單臺水泵進行斷電控制（若輸入點不夠，可用I/O擴展模塊）
（4）設置“自動/手動”切換開關（ON——手動，OFF——自動），另設自動運行控制開關（ON——自動運行，OFF——自動運行停止）。
2. 畫出運行框圖，I/O編址
3. 編程并借助實驗箱上的發光二極管進行調試
4. 畫出I/O端子接線圖。
課題十二、車庫車輛出入庫管理PLC梯形圖控制程序設計與調試
1. 控制要求：
（1）入庫車輛前進時，經過1#傳感器→2#傳感器后，計數器A加1，后退
時經過2#傳感器→1#傳感器后，計數器B減1；（計數器B的初始值由計數器A送來）只經過一個傳感器則計數器不動作。
（2）出庫車輛前進時，經過2#傳感器→1#傳感器后，計數器B減1，后退
時經過1#傳感器→2#傳感器后，計數器A加1；只經過一個傳感器則計數器不動作 。
（3）車輛入庫或出庫時，均應有警鈴報警，定時3s鐘 。
（4）倉庫啟用時，先對所有用到的存儲單元清零，并應有倉庫空顯示。
（5）若設倉庫容量為50輛車，則倉庫滿時應報警并顯示。
（6）若同時有車輛相對入庫和出庫（即入庫車輛經過1#傳感器，出庫車輛經
過2#傳感器），應避免誤計數。
2. I/O編址
3.編程并調試
4.I/O端子接線圖
課題十三、帶有顯示的十字路口交通信號燈控制程序的設計與調試
1. 系統框圖：
2. 控制要求：
（1） 南北方向為主干道，綠燈亮的時間比東西方向次干道綠燈亮的時間多
一倍，黃燈間隔0.5s閃爍3 s后切換到紅燈，信號燈工作時序圖如下，一次循環共需96s。
（2） 時序圖：
（3） 主干道的數碼顯示應該與紅、黃及綠燈同步，且兩條主、次干道應該
一樣顯示。比如：南北方向綠燈亮時，東西方向和南北方向均應顯示數字63（綠燈亮60s，黃燈亮3s），然后隔秒減1，當減到0時，換成東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，此時，數碼管應顯示33，然后隔秒減1，當減到0時，再進行切換，完成一次工作循環。
（4）*有白天/夜間操作轉換開關、運行/停止開關、緊急操作開關1#、2#，其功能如下：
① 白天/夜間操作轉換開關在“白天”位置時，按上述時序正常工作，在“夜間”位置時，兩邊均只有黃燈閃爍
② 運行開關在接通電源時，方可切換白天/夜間開關
③ 開關在“運行”位置時，系統啟動，在“停止”位置時，系統關閉
④ 當有特殊情況（如事故）需某一方向的綠燈一直亮，則應用緊急操作開關實現次功能。比如：1#開關=“1”，則南北方向綠燈一直亮，東西方向紅燈一直亮，2#開關=“1”，則東西方向綠燈一直亮，南北方向紅燈一直亮，關閉緊急開關，則系統恢復正常。
3. 編程并模擬調試
4. 畫出I/O端子接線圖（用一個I/O擴展模塊）
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
