1、物理與電子工程學院PLC原理與應用課程設計報告書設計題目：基于PLC的電動機順序起動/停止控制設計 專業： 自動化 班 級： XX 學生: XX 學 號: XXXX 指導教師： XX 2013年12月17日物理與電子工程學院 課程設計任務書專業： 自動化 班級： 2班 學生XX學號XX課程名稱PLC原理與應用設計題目基于PLC的電動機順序起動/停止控制設計設計目的、主要容（參數、方法）與要求設計目的：1、掌握PLC功能指令的用法。2、掌握PLC控制系統的設計流程。設計主要容與要求：1、設計一個3臺電動機M1、M2、M3順序起動，逆序停止的控制程序，具體要求如下:（1）按下起按鈕后：M1起動；5

2、S后，M2起動；10S后，M3起動。（2）按下停止按鈕后：M3停止；10S后，M2停止；5S后，M1停止。（3）在起動過程中，若果按下停止按鈕，則立即中止起動過程，對已起動運行的電動機，馬上進行方向順序停止，直到全部結束。2、畫出實現程序流程圖。3、列出輸入、輸出端口。4、寫出梯形圖程序。5、調試程序，直至符合設計要求。工作量2周時間，每天3學時，共計42學時進度安排第1天：明確課程設計的目的和意義，根據課程設計要求查找相關資料第2-3天：學習課程設計中用到的PLC相關知識第4-5天：根據課程設計的要求畫出程序流程圖第6天：列出I/O分配表第7-8天：寫出梯形圖程序，并對程序進行注釋第9-10

3、天：學習西門子S7-200的編程軟件STEP 7 MicroWIN SP6，并在該軟件中編寫梯形圖程序第11天：學習西門子S7-200仿真軟件，并進行程序仿真和調試。第12天：將課程設計中用到的程序在PLC試驗箱上進行運行和調試。第13-14天：撰寫課程設計報告。主要參考資料1廖常初.S7-200 PLC編程與應用M.:機械工業,2013.82梅麗鳳.電氣控制與PLC應用技術M.機械工業,2012.33殷洪義.可編程序控制器選擇設計與維護M.機械工業,2006.1指導教師簽字教研室主任簽字摘 要本文介紹了基于電力拖動的3臺電動機的順序啟動停止的設計方案。我們運用其原理的思路是：用三套異步電機M

4、1、M2和M3，順序啟動、停止控制電路是在一個設備啟動之后另一個設備才能啟動運行的一種控制方法，常用于主、輔設備之間的控制，我們使用了PLC進行控制，當按下SB1時，電動機M1會立即啟動，而M2會延遲幾秒啟動，再延遲幾秒M3啟動。當按下SB2時。電動機M3會停止，而M2會延遲幾秒鐘停止，再延遲幾秒M1會停止。用PLC進行控本設計兩臺電動機的順序啟動/停止可以運用到生活的各個方面這也充分體現了PLC在當今社會對生活的重要之處。本設計在順序控制的基礎上采用PLC對電動機的控制通過合理的選擇和設計提高了電動機的控制水平使電動機達到了較為理想的控制效果。 根據順序功能圖的設計法聯系到現實做出了本設計兩

5、臺電動機順序啟動/停止控制的PLC系統設計。關鍵詞：接觸器；PLC控制；順序啟停目 錄1 課程設計背景11.1 課程設計的定義11.2 課程設計的目的與意義11.3 可編程邏輯控制器簡介12 基于PLC的電動機順序起動/停止控制設計的硬件設計32.1 控制對象與要求32.2 硬件選型32.3 系統I/O分配52.4 PLC端子接線圖53 基于PLC的電動機順序起動/停止控制設計的軟件設計53.1 編程軟件介紹53.2 程序流程圖83.3 程序調試84 心得體會9參考文獻10附 錄1112 / 171 課程設計背景1.1 課程設計的定義課程設計是“針對某一門”課程的要求，對學生進行綜合性訓練的過

6、程，其中包括參考資料的查找、相關工具的應用以與課程設計文本的撰寫和設計的實現或仿真等。1.2 課程設計的目的與意義設計目的：1、掌握PLC功能指令的用法。2、掌握PLC控制系統的設計流程。意義：課程設計的目的在于培養學生運用課程中所學到的理論知識，解決實際問題的能力，培養學生查閱資料文獻的能力，培養學生使用相關軟體的能力，培養學生動手的能力，培養學生規撰寫的能力等。1.3 可編程邏輯控制器簡介可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字

7、或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程邏輯控制器實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機一樣，基本構成為：電源、中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊（如計數、定位等功能模塊）和通信模塊。PLC工作原理：當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應的單元。輸入采樣結束

8、后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入；在用戶程序執行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖

9、所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區別。當掃描用戶程序結束后，可編程

10、邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點。（1）使用方便，編程簡單采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統開發周期短，現場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。（2）功能強，性能價格比高一臺小型PLC有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現非常復雜的控制功能。它與一樣功能的繼電器系統相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。（3）硬件

11、配套齊全，用戶使用方便，適應性強PLC產品已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和小型交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。（4）可靠性高，抗干擾能力強傳統的繼電器控制系統使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點接觸不良，容易出現故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統的1/10-1

12、/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。（5）系統的設計、安裝、調試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法來設計。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，設計梯形圖的時間比設計一樣功能的繼電器系統電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開

13、關來模擬，通過PLC上的發光二極管可觀察輸出信號的狀態。完成了系統的安裝和接線后，在現場的統調過程中發現的問題一般通過修改程序就可以解決，系統的調試時間比繼電器系統少得多。（6）維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執行機構發生故障時，可以根據PLC上的發光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故。2 基于PLC的電動機順序起動/停止控制設計的硬件設計2.1 控制對象與要求電動機的選用首先要了解電動機的機械負載特性根據機械負載的類型和特性來選擇電動機的額定容量、額定轉速、額定電壓以與型式。要為某一生產

14、機械選配一臺電動機首先要合理選擇電動機的功率。通常根據生產機械負載的需要來選擇電動機的功率同時還要考慮負載的工作制問題也就是說所選的電動機應適應機械負載的連續、短時或間斷周期工作性質。功率選用時不能太大也不能太小。選小了保證不了電動機和生產機械的正常工作選大了雖然能保證正常運行但是不經濟電動機容量不能被充分利用而且電動機經常不能滿載運行使得效率和功率因數不高。 其次根據電源電壓條件要求所選用的電動機的額定電壓與頻率同供電電源電壓與頻率相符合。電動機的轉速一定要按生產機械銘牌上的要求選擇否則可能改變生產機械的性能。此外電動機的結構、防護、冷卻和安裝形式應適應使用環境條件的要求并且要力求安裝、調試

15、、檢修方便以保證電機能安全可靠的運行。2.2 硬件選型在電動機順序啟動停止控制系統中，輸入信號有停止按鈕SB1、正轉按鈕SB2，熱繼電器觸點FR，輸出信號有接觸器KM1、KM2、KM3。系統的輸入輸出信號較少，選用S7-200 CPU224(或CPU222）既經濟而且可以滿足要求。常開常閉開關器的選擇：按鈕開關：一種短時接通或斷開小電流電路的電器，它不直接控制主電路的通斷，而在控制電路中發出手動“指令”去控制接觸器、繼電器等電器，再由它們去控制主電路，故稱“主令電器”。 （1）按鈕開關的結構按鈕開關的結構：由按鈕帽、復位彈簧、固定觸點、可動觸點、外殼和支柱連桿等組成。常開觸頭（動合觸頭）：是指

16、原始狀態時（電器未受外力或線圈未通電），固定觸點與可動觸點處于分開狀態的觸頭。常開(動合)按鈕開關，未按下時，觸頭是斷開的，按下時觸頭閉合接通；當松開后，按鈕開關在復位彈簧的作用下復位斷開。在控制電路中，常開按鈕常用來啟動電動機，也稱啟動按鈕。常閉(動斷)按鈕開關與常開按鈕開關相反，末按下時，觸頭是閉合的，按下時觸頭斷開；當手松開后，按鈕開關在復位彈簧的作用下復位閉合。常閉按鈕常用于控制電動機停車，也稱停車按鈕。 復合按鈕開關：將常開與常閉按鈕開關組合為一體的按鈕開關，即具有常閉觸頭和常開觸頭。未按下時，常閉觸頭是閉合的，常開觸頭是斷開的。按下按鈕時，常閉觸頭首先斷開，常開觸頭后閉合；當松開后

17、，按鈕開關在復位彈簧的作用下，首先將常開觸頭斷開，繼而將常閉觸頭閉合。復合按鈕用于聯鎖控制電路中。（2）按鈕開關的安裝和使用1)將按鈕安裝在面板上時，應布置整齊，排列合理，可根據電動機啟動的先后次序，從上到下或從左到右排列：2)按鈕的安裝固定應牢固，接線應可靠。應用紅色按鈕表示停止，綠色或黑色表示啟動或通電，不要搞錯。3)由于按鈕觸頭間距離較小，如有油污等容易發生短路故障，因此應保持觸頭的清潔。4)安裝按鈕的按鈕板和按鈕盒必須是金屬的，并設法使它們與機床總接地母線相連接，對于懸掛式按鈕必須設有專用接地線，不得借用金屬管作為地線。5)按鈕用于高溫場合時，易使塑料變形老化而導致松動，引起接線螺釘間

18、相碰短路，可在接線螺釘處加套絕緣塑料管來防止短路。6)帶指示燈的按鈕因燈泡發熱，長期使用易使塑料燈罩變形，應降低燈泡電壓，延長使用壽命。7)“停止”按鈕必須是紅色；“急停”按鈕必須是紅色蘑菇頭式；“啟動”按鈕必須有防護擋圈，防護擋圈應高于按鈕頭，以防意外觸動使電氣設備誤動作。2.3 系統I/O分配I/O地址分配見表2-3-1所示：輸入輸出名稱符號地址編號名稱符號地址編號停止按鈕SB1I0.0接觸器KM1Q0.0啟動按鈕SB2I0.1接觸器KM2Q0.1熱繼電器觸點FRI0.2接觸器KM3Q0.2表2-3-1 I/O分配表2.4 PLC端子接線圖PLC控制系統的端子接線圖如圖2-4-1所示。圖2

19、-4-1 PLC端子接線圖3基于PLC的電動機順序起動/停止控制設計的軟件設計3.1 編程軟件介紹本設計采用Step7 Micro Win v4.0.4.16 (電子編程)編程軟件進行編程: STEP7MICRO/WIN 編程軟件，強大的工控編程組態軟件在Windows平臺上運行的SIMATIC S7-200軟件簡單、易學，能夠解決復雜的自動化任務 可以快速進入，節省編程時間，具有擴展功能，基于標準的Windows軟件(類似于Winword, Outlook等標準應用軟件。STEP 7-Micro/WIN編程軟件為用戶開發、編輯和監控自己的應用程序提供了良好的編程環境。 1、基本功能： STE

20、P 7-Micro/WIN是在Windows平臺上運行的SIMATIC S7-200 PLC編程軟件，簡單、易學，能夠解決復雜的自動化任務。 適用于所有SIMATIC S7-200 PLC機型軟件編程。 支持IL、LAD、FBD三種編程語言，可以在三者之間隨時切換。 具有密碼保護功能。 STEP 7-Micro/WIN提供軟件工具幫助您調試和測試您的程序。這些特征包括：監視S7-200正在執行的用戶程序狀態，為S7-200指定運行程序的掃描次數，強制變量值等。 指令向導功能：PID自整定界面；PLC置脈沖串輸出(PTO)和脈寬調制(PWM)指令向導；數據記錄向導；配方向導。 支持TD 200和

21、TD 200C 文本顯示界面 (TD 200向導)。 2、其他功能 （1）運動控制 S7-200提供有開環運動控制的三種方式： 脈寬調制（PWM）-置于S7-200，用于速度、位置或占空比控制。脈沖串輸出（PTO）-置于S7-200，用于速度和位置控制。 EM253位控模塊-用于速度和位置控制的附加模塊。 為了簡化您應用程序中位控功能的使用，STEP7-Micro/WIN提供的位控向導可以幫助您在幾分鐘全部完成PWM、PTO或位控模塊的組態。該向導可以生成位控指令，您可以用這些指令在您的應用程序中對速度和位置進行動態控制。對于位控模塊，STEP 7-Micro/WIN還提供了一個控制面板，可以

22、控制、監視和測試您的運動操作。（2）創建調制解調模塊程序使用EM241調制解調模塊可以將S7-200直接連到一個模擬線上，并且支持S7-200與STEP 7-Micro/WIN的通訊。該調制解調模塊還支持Modbus從站RTU協議，該模塊與S7-200之間的通訊通過擴展I/O總線實現。STEP 7-Micro/WIN提供一個調制解調擴展向導，它可以幫助您設置一個遠端的調制解調器，或者設置將S7-200連向遠端設備的調制解調模塊。（3）USS協議庫STEP 7-Micro/WIN指令庫，該指令庫包括預先組態好的子程序和中斷程序，這些子程序和中斷程序都是專門為通過USS協議與驅動通訊而設計的。通過

23、USS指令，您可以控制這個物理驅動，并讀/寫驅動參數。可以在STEP 7-Micro/WIN指令樹的庫文件夾中找到這些指令。當您選擇一個USS指令時，系統會自動增加一個或多個相關的子程序（USS1到USS7）。西門子庫在一單獨的CD上出售，STEP 7-Micro/WIN附加件：指令庫，訂貨號是6ES7 830-2BC00-0YX0。在定購和安裝了1.1版本的西門子庫后，任何后續STEP 7-Micro/WIN V3.2x和V4.0升級都會在不需要附加費用的情況下自動升級您的庫（當增加或修改庫時）。（3）Modbus從站協議指令STEP 7-Micro/WIN指令庫包含有專門為Modbus通訊

24、設計的預先定義的子程序和中斷服務程序，使得與Modbus主站的通訊簡單易行。使用Modbus從站協議指令，您可以將S7-200組態作為Modbus RTU從站，與Modbus主站通訊。可以在STEP 7-Micro/WIN指令樹的庫文件夾中找到這些指令。通過這些新指令，可以將S7-200作為Modbus從站。當選擇一個Modbus從站指令時，會有一個或多個相關的子程序自動添加到您的項目中。西門子庫在一單獨的光盤上出售，STEP 7-Micro/WIN附加件：指令庫，訂貨號為6ES7830-2BC00-0YX0。在定購和安裝了1.1版本的西門子庫后，任何后續的STEP 7-Micro/WINV3

25、.2x和V4.0升級都會在不需要附加費用的情況下自動升級您的庫（當增加或修改庫時）。（4）使用配方STEP 7-Micro/Win軟件中提供了配方向導程序來幫助您組織配方和定義配方。配方存在存儲卡中，而不是PLC中。STEP 7-Micro/WIN軟件和S7-200 PLC已經支持配方功能。STEP 7-Micro/Win軟件中提供了配方向導程序來幫助您組織配方和定義配方。所有配方存在存儲卡中。因此，為了使用配方功能，必須要在PLC中插入一塊64K或者256K的存儲卡。要查閱關于存儲卡的更多信息。（5）使用數據STEP 7-Micro/Win提供數據歸檔向導，將過程測量數據存入存儲卡中。將過程

26、數據移入存儲卡可以節省V存儲區的地址空間，否則這些數據將儲存在V存儲區中。（6）PID自整定和PID整定控制面板S7-200PLC已經支持PID自整定功能，STEP 7-Micro/WIN中也添加了PID整定控制面板。這就大大增強了S7-200PLC的功能，并且使這一功能的使用變得更加容易。可以使用操作員面板中的用戶程序或者PID整定控制面板來啟動自整定功能。在同一時間，不僅僅只有一個PID回路可以進行自整定，如果需要的話，所有8個PID回路可以同時進行自整定。PID自整定算法向您推薦增益值、積分時間值和微分時間值。您也可以為您的調節回路選擇快速響應、中速響應、慢速響應或者極慢速響應等調節類型。用PID整定控制面板，您可以啟動自整定過程，取消自整定過程和在圖表中監視結果。控制面板會顯示所有可能發生的錯誤和警告信息。它也允許您將