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电气控制及PLC应用技术课程设计

15
2020年4月19日
文档仅供参考

电气化13届电气控制及PLC应用
技术课程设计

可编程控制器技术的应用

学生姓名 段 美 锋
学 号
所属学院 机械电气化工程学院
专 业 农业电气化与自动化
班 级 电气化13-1
指导教师 罗继东/黄钢
日 期 .12

塔里木大学教务处制

前 言
本设计是基于西门子S7-200 系列PLC构成的自动送料装车系统、自动冲压系统自动售货机控制统，本文阐述了自动送料装车系统、自动冲压系统自动售货机三个设计的功能流程图、画出梯形图、写出语句表、设计总结（分析程序过程）的设计过程。
这学期刚学过现代电气控制及PLC应用技术，为了提高动手实践能力，也为了验证PLC的正确与否和同学们的团队合作能力，我们做了这次课程实习。实习过程中我们总共完成了包括智能抢答器、自动冲压系统、自动送料系统、红绿灯控制系统、自动售货机和电视塔信号灯共六个设计，经过认识松下PLC的梯形图结合系统结构图来了解系统的功能，转化为西门子设计程序并实现其功能，在罗继东和黄钢老师的指导下下我们做的六项设计利用PLC验证，功能基本都能实现。经过这次课程设计同学们受益匪浅都学到了很多平日书本上学不到的实践经验，让大家做PLC课程设计与电气控制接线作对比让大家进一步体会到了PLC的优点：（1）设计具有简单方便，接线少，编程容易，结果能够在电脑上轻松显示出来（2）抗干扰能力强，可靠性好（3）设计、施工、安装调试周期短,维护方便等特点。本文只抽取了，本次课程设计中自己认为比较经典的三个设计进行详细的讲解。

目 录
1自动送料装车系统 1
1.1 功能流程图 1
1.2 I/O 分配表 2
1.3 梯形图 2
1.4 指令表 4
1.5 设计总结 4
1.51程序运行分析 4
1.52实验结果和现象 4
2 自动冲压系统 6
2.1功能流程图 6
2.2 I/O 分配表 6
2.3 梯形图 7
2.4指令表 8
2.5 设计总结 8
2.51 梯形图分析 8
2.52 实验结果 9
3自动售货机 10
3.2 I/O 分配表 10
3.3 梯形图 10
3.4 指令表 13
3.5 设计总结 13
3.51梯形图分析 13
3.52实验结果 13
4 致谢 14

1自动送料装车系统
1.1 功能流程图

S1启动系统
物料检测开关S1
4
5
红灯L1 亮，绿色 L2 灭，传送带驱动电动机 M3 运行；启动T37延时2s
绿灯亮，汽车允许驶入
汽车驶入，汽车检测开关S2动作
汽车重量检测开关S2动作
1
等待
2
进料阀门 （K1）启动进料
3
进料阀门 （K1）关闭进料
T37 2s
7
K2启动打开放料
T39 2s
5
电机M3停止运行

7
K2关闭停止放料
2
3

电动机 M1停止，T41 启动
6
T40 2s
T42 2s
7
T41 2s
电动机 M2停止，T42 启动
电动机 M2运行，T38 启动
6
7
T38 2s
电动机 M1停止，T39启动
（图1-1自动送料装车系统功能流程图）

1.2 I/O 分配表
表1-1 I/O 分配表
输入（I）
输出（O）
系统启动设SB1
I0.0
料斗开关K2
Q0.0
物料检测开关S1
I0.1
红灯（L1）
Q0.1
汽车检测开关S2(自锁)
I0.2
绿灯（L2）
Q0.2

电机MA1
Q0.3

电机MA2
Q0.4

电机MA3
Q0.5

进料阀K1
Q0.6

1.3 梯形图

1.4 指令表

Network 1 //
LD I0.0
O Q0.2
O T42
AN I0.2
= Q0.2
Network 2 //
LD I0.2
EU
O Q0.1
AN T42
= Q0.1
Network 3 //
LD I0.2
EU
O Q0.5
AN T42
= Q0.5
TON T37, 20
Network 4 //
LD T37
O Q0.4
AN M0.2
= Q0.4
TON T38, 20
Network 5 //
LD T38
O Q0.3
AN M0.1
= Q0.3
TON T39, 20
Network 6 //
LD I0.2
ED
O M0.0
AN T40
= M0.0
TON T40, 20
Network 7 //
LD T40
O M0.1
AN T41
= M0.1
TON T41, 20
Network 8 //
LD T41
O M0.2
AN T42
= M0.2
TON T42, 20
Network 9 //
O Q0.6
AN I0.1
= Q0.6
Network 10 //
LD T39
O Q0.0
A I0.2
= Q0.0
Network 11
LD I0.3
R Q0.0, 7

1.5 设计总结
1.51程序运行分析
按下启动按钮，I0.0得电使Q0.2得电，Q0.2常开触点吸合自锁，绿灯亮起，与此同时Q0.6进料阀线圈得电，开始进料，当料斗装满时，检测开关 I0.1断开，进料阀门 线圈Q0.6 失电，进料阀关闭。绿灯亮起汽车进入，汽车检测开关吸合(自锁)I0.2得电，绿灯熄灭，红灯亮起；与此次同时I0.2使Q0.5输出并自锁电动机M3启动，而且T37开始计时2s后，T37延时闭合开关吸合,Q0.4输出并自锁使电机M2启动，T38开始计时；2s后T38延时闭合开关吸合,Q0.3输出并自锁使电机M1启动，T39开始计时，2s后T38延时闭合开关吸合，Q0.0输出并自锁料斗出料，当装料完成时汽车检测开关断开(I0.2断开),Q0.0失电料斗关闭,M0.0输出并自锁，T40得电开始计时，2s后T40线圈得电T40延时断开触点断开，Q0.3失电，电机M1停止；同时T40延时闭合开关吸合，M.1输出而且常开自锁，常闭断开使Q0.4失电，电动机M2停止，T41线圈得电，延时2s后，将M0.1断电同时是自己断电，也给M0.2一个短暂启动脉冲，使 M0.2得电常开吸合自锁，常闭触点断开Q0.5失电，电机M3停止；T42开始延时，时2s后，将M0.2断电同时是自己断电，延时吸合触点吸合， Q0.2得电，常开触点闭合自锁，绿灯从新亮起。允许汽车进入装料…进行循环工作；
1.52实验结果和现象
将 PLC 与实验板正确接线,经检验无误后,接通 PLC 电源,点击下载,将编译正确的程序下载至 PLC 上(程序要确保编译无错误， 否则 无法下载),打开监控,以便观察程序运行中各触点的开合情况,方便检查程序错误,最后将 PLC 置于运行模式,运行程序,开始操作。启动按钮（I0.0）按下进入初始状态：红灯（L1）灭，绿灯（L2）亮，表示允许汽车开进装料，此时，进料阀门 （K1）启动进料阀门 K1 打开料斗进料，料斗装满时，检测开关 S1=1（I0.1），进料阀门 K1 关闭（设 1 料斗物料足够装满 1 车）；料斗阀门（K2） ，电动机（M1，M2，M3）皆为 OFF 状态。 当汽车到来时，检测开关 S2 (I0.2)接通，红色信号 灯 L1 亮，绿色 L2 灭，传送带驱动电动机 M3 运行；2s 后，电动机 M2 运行；再经过 2s， M1 运行，依次顺序起动送料系统。 电动机 M1 运行后，经过2s，K2启动打开放料，物料经过传送带的传送，装入汽车。当装满汽车后，检测开关S2 动作，料斗出料阀门 K2 关闭，电动机 M1 延时2s后断电停 止，2s 后 M2 停止，再过 2s，M3 停止，L2 亮，L1 灭，表示汽车能够开走。下一辆汽车能够进入，进行自动装料工作。

2 自动冲压系统
2.1功能流程图
1

等待
启动按钮S0
2
3
4
电机M0，M1同时输出并自锁
感应开关S1
线圈Y3得电，吸起物体，T37延时1s
T37动作
感应开关S3
电机Y4启动，机械臂右移
5
电机Y4停止，电机Y5启动（S5停），T39开始计时2s
M0.0
6
冲压机Y2启动，T38开始延时，20s后停止，M0.0吸合
T39动作
7
冲压机Y2停止，电机Y4启动，机械臂右移
T38动作
8
M0.0
9
S4动作
8
电机Y4停止，T39开始计时2s
，
T39动作
电机Y4启动，机械臂右移

9
10
S5动作
电机Y4停止，电机Y5启动
10
（图 2-1自动冲压系统功能流程图）

2.2 I/O 分配表
表2-1 I/O 分配表
输入（I）
输出（O）
系统启动设S0
I0.0
左传送带
Q0.0
测开关S1
I0.1
有传送带
Q0.1
停止S2
I0.2
冲压机
Q0.2
检测开关S3
I0.3
电磁线圈
Q0.3
右行程开关S4
I0.4
右行电机
Q0.4
左行程开关S5
I0.5
左行电机
Q0.5
2.3 梯形图

2.4指令表

Network 1 //
LD I0.0
O Q0.0
AN I0.2
= Q0.0
= Q0.1
Network 2 //
LD I0.1
O Q0.3
O M0.1
AN I0.3
AN I0.4
= Q0.3
AN Q0.4
TON T37, 10
Network 3 //
LD I0.3
O M0.2
AN T39
= M0.2
TON T39, 20
Network 4 //
LD T37
O T38
O Q0.4
AN I0.3
AN I0.4
= Q0.4
Network 5 //
LD I0.3
O Q0.5
O I0.4
AN M0.0
AN I0.5
= Q0.5
Network 6 //
LD T39
O Q0.2
AN M0.0
AN T38
= Q0.2
TON T38, 200
Network 7 //
LD T38
O M0.0
AN I0.4
= M0.0
Network 8 //
LD I0.3
O M0.1
A M0.0
= M0.1

2.5 设计总结
2.51 梯形图分析
按下启动按钮S0，I0.0输入，同时给Q0.0、Q0.1输出并自锁，当有工件从左传送带传送至S1时，S1动作，I0.1输入，Q0.3输出，电磁铁得电将工件吸起，时间继电器T37线圈得电，并开始计时1s后，T37延时闭合动作，Q0.4输出并自锁，当右行至S3处，S3动作，Q0.3、Q0.4停止输出，右行电机停转，电磁铁失电工件脱落在工作台上，而且同时T39开始计时，2s后T39延时闭合动作，Q0.5输出机械臂左行至初始位置，触碰S5,Q0.5停止输出，左行电机停止转动；Q0.5输出的同时，Q0.2也输出，冲压机开始工作，并同时启动时间继电器T38开始计时；20s后Q0.2停止输出，同时T38延时闭合给Q0.2、M0.0输入，Q0.2输出右行电机启动，M0.0输出常闭变常开限制小车返回，当右行至S3处，Q0.2停止输出，右行电机停止，S3同时给Q0.3输入，Q0.3输出电磁铁得电将工件吸起，时间继电器T39圈得电，并开始计时1s后，T39延时闭合动作，Q0.4得电输出，右行电机启动，向右行驶S4处，S4动作I0.4输入，Q0.3、Q0.4停止输出、Q0.5输出，右行电机电机停止，电磁线圈断电工件脱落到右传送带上，左行电机同时启动，行至初始位置触碰S5，Q0.5停止输出，左行电机停止，系统回到初始状态等待工件。
2.52 实验结果
自动冲压系统设计结果：按下启动按钮S0，系统启动传送带M0，M1同时转动；在传送带上放上物体，当物体到达检测开关S1初始，电磁线圈Y3得点，将物体吸到机械臂上，1s后机械臂向右移动（Y4电机）至感应开关S3处，S3动作，电磁线圈Y3失电，小车往左行（Y5电机）行至原始位置S5（行程开关）处停止；S3动作2s号，冲压机Y2开始工作，冲压20s，停止冲压机械臂从初始位置开始向右行驶，至S3处停下吸取成型物件，1s后向左行驶，行驶至S4（行程开关）处，S4输入物件脱落，小车向左行驶，回到初始位置停下。

3自动售货机控制系统
3.1 功能流程图
1

等待
2
I0.5/SM0.0
将0写入寄存器AC0（赋值为“0”）
3
１０元
５
４
６
８
９
７
5元
1元
大于１５元
汽水
咖啡
３
４
５
７
６
９
８
加法器将1+AC0写入AC0
加法器将5+AC0写入AC0

加法器将10+AC0写入AC0

汽水指示灯亮能够购买
按下汽水按钮出7s汽水，灯闪
汽水指示灯亮能够购买

按下咖啡出7s咖啡，灯闪

AC大于0
10
找零灯
大于１２元
（图 3-1自动售货机控制系统功能流程图）

3.2 I/O 分配表
表3-1 I/O 分配表
输入（I）
输出（O）
1元投币
I0.0
咖啡输出
Q0.0
5元投币
I0.1
汽水输出
Q0.1
10元投币
I0.2
咖啡指示
Q0.2
汽水选择按钮
I0.3
汽水指示
Q0.3
咖啡选择按钮
I0.4
找零指示
Q0.4
复位将寄存器清空
I0.5

3.3 梯形图

3.4 指令表

Network 1 //
LD I0.5
O SM0.0
EU
MOVB 0, AC0
Network 2 //
LD I0.0
EU
+I 1, AC0
Network 3 //
LD I0.1
EU
+I 5, AC0
Network 4 //
LD I0.2
EU
+I 10, AC0
Network 5 //
LD Q0.1
A SM0.5
O M0.5
= Q0.3
Network 6 //
LDB>= AC0, 12
AN Q0.1
= M0.5
Network 7 //
LD Q0.0
A SM0.5
O M0.4
= Q0.2
Network 8 //
LDB>= AC0, 15
AN Q0.0
= M0.4
Network 9 //
LD I0.4
AB>= AC0, 12
O Q0.1
AN T37
AN M0.2
= Q0.1
TON T37, 70
Network 10 //
AB>= AC0, 15
O Q0.0
AN T38
AN M0.3
= Q0.0
TON T38, 70
Network 11 //
LD Q0.1
EU
-I 12, AC0
Network 12 //
LD Q0.0
EU
-I 15, AC0
Network 13 //
LD Q0.1
EU
O M0.0
AB> AC0, 0
= M0.0
Network 14 //
LD Q0.0
EU
O M0.1
AB> AC0, 0
= M0.1
Network 15 //
LD M0.0
O M0.1
= Q0.4

3.5 设计总结
3.51梯形图分析
程序开始运行时，SM0.0开机扫描时利用上升沿将寄存器AC0置为“0”，I0.0、I0.1、I0.2分别接受1元、5元、10元的脉冲型号，利用加法器进行计算，分解将I0.0、I0.1、I0.2累加的数放入寄存器AC0中，当寄存器中的值等于或超过12时，Q0.3输出，汽水的指示灯亮起，代表能够选择购买汽水，此时按下汽水按钮I0.4输入，指示等开始闪烁，Q0.1输出，汽水流出时间继电器T37开始计时,7s后将汽水输出断开，汽水停止流出，在流出汽水时，指示灯开始闪烁直到汽水停止流出，与此同时当按下利用Q0.1的常开触点的上升沿信号接通进行减法运算，利用你减法器将寄存器AC0中花去的部分减去，接通M0.0显示找零，前提是AC0大于0，才能接通进行运算，否则不显示找零，若接接通Q0.4输出，显示找零；当寄存器中的值等于或超过15时，Q0.2输出，咖啡的指示灯亮起，代表能够选择购买咖啡，此时按下汽水按钮I0.3输入，指示等开始闪烁，Q0.0输出，汽水流出时间继电器T37开始计时,7s后将开非输出断开，咖啡停止流出，在流咖啡水时，指示灯开始闪烁直到汽水停止流出，与此同时当按下利用Q0.0的常开触点的上升沿信号接通进行减法运算，利用你减法器将寄存器AC0中花去的部分减去，接通M0.0显示找零，前提是AC0大于0，才能接通进行运算，否则不显示找零，若接接通Q0.4输出，显示找零；I0.5能够将寄存器AC0置为“0”，不至于出现少付钱的情况。
3.52实验结果
自动售货机设计结果：售货机有1元、5元、10元三个投币口，汽水12元、咖啡15元，售货机上分别有汽水、咖啡两个选择按钮和两个指示灯，当按下所选饮料的选择按钮后，饮料流出时指示灯闪烁，7s后停止流出饮料，投入的钱比购物的币值多时，能够自动找零。

4 致谢
在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢我的指导老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，特别是罗继东老师在自动售货控制系统方面的指点，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不但学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，她们也为我解决了不少我不太明白的设计的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的罗继东老师和黄钢老师。