《PLC课程设计》指导书
第1章 PLC控制系统的设计与应用概述
在进行了PLC的基础及应用实验后，在掌握指令基本应用的基础上，通过本次综合实训项目的设计训练，达到提高综合应用所学的理论知识分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和拓展知识面。本章实训的内容是结合生产实际设计工业控制小系统，进一步巩固和深化电气控制技术及PLC的理论知识。在实训过程中，要注意掌握工艺过程的分析方法、用PLC设计电控系统的设计原则，设计步骤、程序设计和程序调试方法，从而熟悉用PLC实现工业工艺电控系统设计的全过程。
1.1 PLC控制系统的设计原则
(1) 选用的PLC必须满足控制系统中各种被控对象的控制要求； (2) 选用的PLC要着眼于今后系统的扩展需要； (3) 具有较好的性价比。
1.2 PLC控制系统的设计步骤
(1) 工艺分析：分析被控对象的控制要求，确定输入/输出的类型（DI/DO、AI/AO及特殊功能模块）及I/O点数，并注意留有充分的余地；
(2) 在性价比变化不大的情况下，应选用高一档次的机型（如选S7224，不选S7222），同时应考虑同一个厂（或一个车间）选同一机型，便于维护检修及备品备件储备； (3) 编制I/O分配表，绘制PLC控制系统的电气原理图和接线图（即原理设计和工艺设计）； (4) 绘制用户程序的流程图（根据工艺流程进行）； (5) 设计用户程序并进行模拟调试；
(6) 现场施工：控制柜，PLC主机接线，现场输入输出接线，并进行联机调试用户程序； (7) 编制技术文件：设计说明书和使用说明书； (8) 交付使用
1.3 PLC控制系统的类型
(1) 单机控制系统
1) 被控对象为单一的机械设备或生产流水线，一般不与其它控制系统或计算机通信，但是选用的PLC仍应具备通信功能，以备用；
2) 集中控制系统，即一台PLC控制多个被控对象，这种控制系统必要时应采用冗余系统（双机冷备或热备系统）。 (2) 分布式控制系统
1) 被控对象较多，且经常地交换数据和状态信息；
2) 控制器采用若干个相互之间具有通信联网功能的PLC构成，系统的上位机可采用PLC或IPC。
1.4 PLC控制器的安装，防干扰措施和维护检修
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(1) 系统安装
1) 考虑的主要因素（环境）是湿度、温度、振动、冲击、腐蚀性气体、过电压以及电磁干扰（具体参数参见有关机器的技术指标）。 2) 控制箱的设计原则
① 箱体的物理性能满足要求（强度、刚性、气体的流动性、散热要求等）；
② 箱体提供的环境，尤其应注意箱体内元件的布置和I/O线、信号线及动力线分开安放。 (2) 抗干扰措施
1) 控制箱内的布置要求
① 主机远离高压和动力线（距离>20cm）； ② I/O线分开走，I线远离动力线；
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③ 不同电源线交叉时按90敷设； ④ PLC主机远离热源安放；
⑤ 模拟量I/O最好用屏蔽电缆（或双绞线），且和功率I/O的走线分开。 2) 电源回路
① 采用隔离变压器（加滤波器最佳）对PLC主机和I/O回路供电。以抑制过电压干扰； ② 电源配线宜采用短的双绞线；
③ PLC单独接地：其接地电阻 <10Ω（经验数据）； ④ 注意：
该接地可与仪表盘的地共用，但不允许与高压整流和动力盘共用地线，接地线应采用2mm2以上的电线，尽量短，控制箱也应接地；小型PLC控制系统无接地条件的，可将其接地点悬空。
3) 输入/输出回路
① 输出回路带电感性负载：直流负载两端应加装续流二极管，交流负载两端应加装浪涌吸收器（RC或RV压敏电阻）；
② 对模拟量信号线必须采用屏蔽双绞线，且屏蔽层只能一端接地，以免形成干扰回路； ③ 高压线、动力线远离PLC 20cm（或对PLC屏蔽），I/O线不能接触CPU电路，扩展I/O的电缆应远离其它线；
④ 控制箱外部的配线要求动力线、不同电压等级的信号线分开管道敷设，管道要求接地。 (3) 维护与检修
定期维护将增加系统运行的可靠性。 1) 预防性维护
① 保持PLC安装环境空气的清洁；
② 定期清除PLC主机及I/O模块的灰尘，改善电子元件的散热条件和防止灰尘的导电性引起短路事故；
③ 定期检查配线、插头和端子台的接头是否松脱、锈蚀和接触不良； ④ 5年更换锂电池，并在5分钟内完成；
⑤ 禁止强干扰靠近PLC，以免损坏PLC内部的电子元器件； ⑥ 重要设备应使用双机系统（冷备或热备），以便在系统工作的条件下检修故障设备。 2) 故障检修
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① 利用PLC 的自诊断指示灯判断故障源； ② 利用PLC 的I/O指示灯判断故障部位；
③ 对输出电路首先应观察输出指示灯和熔断器指示灯，然后分级判断故障部位。
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第2章 PLC课程设计安排
2.1教学内容及要求
2.1.1 准备
选题，明确设计任务及要求；学习AUTOCAD的使用。 2.1.2 绘制图纸
用AUTOCAD绘制PLC控制系统电气图。 2.1.3 PLC应用系统程序设计 用编程软件编写PLC程序
2.1.4 应用系统程序调试、修改、测试
对PLC程序进行在线调试，发现问题后进行修改，再调试，再修改，反复进行，直到程序达到最佳效果。
2.1.5 演示、检查、答辩、
程序经指导教师检查后，按要求书写设计报告。 2.1.6 写设计报告
1.主要内容：系统设计依据，绘制图纸的有关说明。
2.基本要求：设计报告包括前言、目录、正文、参考文献等内容，正文采用四级标题如： 1 1.1 1.1.1 1.1.1.1??，前言、目录、参考文献的撰写参考最近出版的教材。
2.2 时间安排
序 号 1 2 3 4 5 6
项 目 内 容 准备 绘制图纸
PLC应用系统程序设计 应用系统程序调试、修改、测试 演示、检查、答辩 写设计说明书 合 计
时间(天) 2 2 2 2 1 1 10
备 注 包括讲课
2.3 考核
考核内容主要包括出勤率、电气图和程序的正确性、控制效果及设计报告的质量等项目，考核结果采用五级记分制（优、良、中、及格、不及格）。具体考核内容包括：考勤（用于扣分）、电气原理图（30%）、PLC程序（40%）和设计报告（30%）。
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第3章 PLC课程设计项目
3.1 翻引纲机械手（简化）PLC控制系统设计
3.1.1 目的和要求
1) 用PLC实现对翻引纲机械手的控制
2) 掌握用PLC设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法
3) 掌握基本逻辑指令的应用和学会使用传感器的检测信号构成故障报警程序的设计方法 4) 训练能综合各种信号实现某种控制规律的编程思路和技巧，提高综合分析问题的能力 3.1.2 翻引纲机械手简介：
翻引钢机械手为我校为攀钢集团公司开发设计的工程系统，获国家发明奖。本简化设计采用S7-200 PLC作为其控制核心部件与液压系统相配合，使控制方式灵活，实现机、电、液控制的协调和配合。图3.1是一个简化了的翻引纲机械手的动作原理图及液压系统电磁阀工况表，从图中可见该机械手具有夹持、翻转、引钢、升降、轧件导向及靠钢等功能。
3.1.3 翻引钢机械手的控制要求：
（1）工作方式： 主要为手动方式，并配以必要的联动以简化其操作，具体要求是夹持器翻转带自动夹紧，回零位带自动微松功能；夹持器放平、下降带自动松开功能，并自动定位以减少夹持器内部运动部件的碰撞次数，延长其使用寿命。若先操作夹紧，则随后的翻转和放平操作均处于夹紧状态；若先操作放松，则随后放平操作时仍可处于放松状态； （2）液压系统要求： 液压系统由三台油泵构成，其中两台泵工作一台泵备用，且要求三台泵均衡运行。当机械手仅夹紧或放松时一台油泵升压供油，其余油泵处于卸荷状态；当机械手处于翻转、放平、左移或右移时，两台工作泵同时升压供油，达到高速运行之目的。
液压系统具有超压（大于6MPa）、失压（小于2MPa）和液位低保护功能，滤油器堵、和油温高报警指示，油泵电机（11KW异步电动机）可直接启动、但要求液压系统处于自动卸荷状态。
（3）电控系统保护：
有短路保护、零位保护（软件实现）、过载保护及联锁保护，并具有完善的报警指示。 （4）电控系统操作的主令控制器定义如下：
①操作SA1主令控制器，机械手夹持器上升或下降。
②操作SA2主令控制器，机械手夹持器夹紧或松开（到位后自动停止）
③操作SA3主令控制器（不操作SA2）系统会自动使工件被夹紧后翻转，使SA3回零位时夹持器微松（8~12mm可调）。
④操作SA4主令控制器，机械手夹持器左移或右移。
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