plc课程设计 自动旋转检测的PLC控制

东 北 石 油 大 学

课 程 设 计

课 程 PLC控制系统课程设计

题 目 自动旋转检测的PLC控制 院 系 电气信息工程学院

专业班级 学生姓名 学生学号

指导教师

2011年11月18日

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东北石油大学课程设计任务书

课程 PLC控制系统课程设计 题目 自动旋转检测的PLC控制 专业 自动化 姓名 学号 主要内容：

1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等； 2.系统有启动、停止功能；

3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序； 4.用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统； 5.程序结构与控制功能自行创新设计；

6.进行系统调试，实现自动旋转检测的控制要求。 基本要求：

本系统由“直流电机、电感式传感器、继电器、指示灯、按钮、接线端子”等组成，采用PLC可编程进行控制，实现对电机的旋转检测、站号控制、脉冲检测、转速控制、转向控制、定位控制等功能。 参考资料：

[1] 孙洪程.过程控制工程设计[M].北京:化学工业出版社，2001.03.

[2] 钟肇新.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2002.11. [3] 马小军.可编程控制器及其应用[M].南京：东南大学出版社，2007.4.

完成期限 2011.11.14—2011.11.18 指导教师 专业负责人

2011年 10 月 24日

目 录

第1章 控制工艺流程分析 ............................................................................................ 1

1.1自动旋转检测控制过程描述 ............................................................................. 1 1.2自动旋转检测的控制工艺分析 ......................................................................... 1 第2章 控制系统总体方案设计 .................................................................................. 2

2.1系统硬件组成 ..................................................................................................... 2 2.2 控制方法分析 .................................................................................................... 4 2.3 I/O分配 ............................................................................................................ 4 2.4 系统接线图设计 ................................................................................................ 5 第3章 控制系统梯形图程序设计 ................................................................................ 6

3.1 控制程序流程图设计 ........................................................................................ 6 3.2 梯形图的设计 .................................................................................................... 7 第4章 监控系统设计 .................................................................................................. 9

4.1 PLC与上位监控软件通讯 .............................................................................. 9 4.2 上位监控系统组态设计 .................................................................................. 10 4.3 实现的效果 ...................................................................................................... 10 课程设计心得 ................................................................................................................ 11 考参文献 ........................................................................................................................ 12 附录 ................................................................................................................................ 13

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第1章 控制工艺流程分析

1.1自动旋转检测控制过程描述

随着我国经济的飞速发展，自动旋转检测技术在人们的生活中的运用越来越广泛，应该于宾馆、酒店、银行、写字楼、医院、商店等。例如旋转门，感应旋转装置等等。检测技术的完善和发展推动了现代科学技术的进步。人们在自然科学的各个领域内从事的研究工作，一般是利用已知的规律对观测、试验的结果进行概括、推理，从而对所研究的对象取得定量的概念，并发现他的规律性，然后上升到理论。因此，现代化检测手段所达到的水平在很大的程度上决定了科学研究的深度和广度。检测技术达到的水平越高，提供的信息越丰富、越可靠，科学研究取得突破性进展的可能性越大。从另外一方面来看，现代生产和科学技术的发展也不断的对检测技术提出新的要求和课题，成为促进检测技术向前发展的动力。科学技术的新发现和新成果不断应用于检测技术中，也有力的促进了检测技术自身的现代化。

自动检测技术是产品检验和质量控制的重要手段。借助于检测工具对产品进行质量评价是人们十分熟悉的，这是检测技术的重要领域。另外，随着新型检测技术的不断成熟和发展，它在大型设备安全经济运行和监测设备，通常在高温、高压、高速和大功率状态下运行，保证这些关键设备的安全运行具有十分重要的意义。为此，通常设置故障检测系统以对温度、压力、流量、转速、振动和噪声等多种参数进行长期的动态监测，以遍及时发挥异常情况，加强故障防御，达到早期诊断的目的。这样做可以避免严重的突发情况，保证设备和人生安全，提高经济效益。随着计算机技术的发展，这类检测技术系统已经发展到故障自诊断系统。可以采用计算机技术来处理监测信息，进行分析、判断，及时诊断出设备故障并自动报警或采用相应的对策。 1.2自动旋转检测的控制工艺分析

自动旋转检测控制分为逐位检测和隔位检测。逐位检测，当电机启动并正转运行，检测传感器检测到相应的位置时，位置指示灯点亮，提示已检测到目标，然后，电机反转运行，进行反向的逐位旋转检测，直至将所有目标被检测后停止。当出现紧急情况时，按下停止按钮，整个旋转检测系统停止，避免造成伤害。隔位检测，当被检测目标为隔位形式时，电机启动并正转运行，位置检测传感器隔位检测，相应指示灯点亮，提示已检测到目标。然后电机反转运行，反向隔位旋转检测。按下停止按钮，整个旋转检测系统停止。

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第2章 控制系统总体方案设计

2.1系统硬件组成

硬件系统由编程计算机(上位机)、S7-200PLC控制器(下位机、数字量输入/ 输出点为24入/16出)和自动旋转检测被控对象等组成。被控对象由“直流电机、电感式传感器、继电器、指示灯、按钮、接线端子”等组成，结构示意图2-1所示。

图2-1 硬件系统结构图

可编程控制器，英文称Programmable Controller，本课题中用S7-200PLC控制器。S7-200 CPU模块包括一个中央处理器单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制。输入和输出是系统的控制点：输入部分从现场设备（例如传感器或开关）中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及工业过程中的其他设备。电源向CPU及其所连接的任何模块提供电力。通讯端口允许将S7-200CPU同编程器或一些设备连接起来。状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行或停止），本机的I/O的当前状态，以及检查出来的系统错误。通过扩展模块可以增加CPU的I/O点数（CPU221不可以扩展）。通过扩展模块可以提供其通讯功能。一些CPU具有内置实时时钟，其他CPU 需要实时时钟卡。EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序传送到另一个CPU中。

PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普通计算机进行入出信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题，入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电控制装置多的多、强的多。PLC集丰富功能

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于一身，是别的电控器所没有的，更是传统的继电控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能，同事，也为自动门行业的远程化、信息化及智能化创造了条件。

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

继电器是一种电子控制器件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。当输入量（如电压、电流等）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电气。可分为电器量（如电流、电压、频率、功率等）继电器及非电气量（如温度、压力、速度等）继电器两大类。它具有控制系统和被控制系统，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

本设计应用电磁式继电器。电磁式继电器一般由铁心、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下客服反悔弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来分区：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。简言之，传感器就是将外界被测信号转换为电信号的电子装置，它由敏感器件和转换期间两部分组成，有的半导体敏感器件可以直接输出电信号，其本身就构成传感器。敏感期间品种繁多，就其感知外界信息的原理而言，可分为：物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应；化学类，基于化学反应的原理；生物类，基于酶、抗体和激素等份子识别功能。通常，根据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、放射线敏感元

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件、色敏元件和味敏元件等十大类。

本设计应用电感式传感器。它是由LC振荡器、开关电路及放大输出电路三大部分组成。振荡器产生一个交变磁场。当外界的金属性导电物体接近这一磁场，并达到感应区时，在金属无题内产生涡流，从而导致振荡衰减，以致停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。 2.2 控制方法分析

逐位自动旋转检测技术：K1～K6为位置检测传感器，L1～L6为位置指示灯。电机启动并正转运行，当检测传感器检测到相应的位置时，位置指示灯点亮，计数循环3次后自动停止。电机反转运行，反向逐位旋转检测，并循环运行下去。在任何时候按下停止按钮，整个系统停止运行。

隔位自动旋转检测技术：电机启动并正转运行，位置检测传感器隔位检测，相应指示灯点亮，并循环运行下去。电机反转运行，反向隔位旋转检测，计数循环3次后自动停止。在任何时候按下停止按钮，整个系统停止运行。 2.3 I/O分配 输入信号 信号元件及作用 启动/停止带锁按钮 正转按钮 反转按钮 位置检测传感器K1 位置检测传感器K2 位置检测传感器K3 位置检测传感器K4 位置检测传感器K5 位置检测传感器K6 接0V DC

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PLC输入口地址 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 1M 输出信号 信号元件及作用 正转继电器zjx 反转继电器fjx 位置指示灯L1 位置指示灯L2 位置指示灯L3 位置指示灯L4 位置指示灯L5 位置指示灯L6 接24V DC PLC输出口地址 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 1L 、2L 表2-1 I/O分配表

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2.4 系统接线图设计

PLC硬件接线原理图2-2所示:

X0 com0 nfb pb1 pb2 X1 com1 X2 com2 com3 X3 com4 Y1 X4 RT X5 Y2 X6 Y3 X8 Y5

X7 Y4 mc1 mc2 mc3 mc4 PL1 PL2 PL3 PL4 BZ RJ AC 220V Y6 Y7 Y10 图 PL 图2-2 PLC硬件接线原理图

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第3章 控制系统梯形图程序设计

3.1 控制程序流程图设计 启动 M8002 L1灯 逐位旋转检测 旋转第二圈 报警步 隔位旋转检测 旋转第三圈 旋转一圈 反转 停止步 图3-1 控制程序流程图 依据设计要求，把整个过程分为十步。M1起始步，M2、M3、M4分别为正转的全电阻启动、部分电阻启动、正转运行；M5、M6、M7分别为逆转的全电阻启动，部分电阻启动、逆运行；M8为热继电器动作时，电动机停止运转，Bz响。由Y5表示L1灯,Y6表示PL2灯,Y7表示PL3动作,Y10表示PL4动作，Y11表示喇叭BZ.T1、T2、T3、T4均表示计时10秒。T100、T101表示闪烁灯Y6计时继电器。用X0表示NFB，Y1、Y2、Y3、Y4分别表示MC1、MC2、MC3、MC4，X6为“1”状态时，表示热继电器动作，X1为点动开关PB1,X2为点动开关PB2，X3为点动开关PB3，X0为保持开关NFB。

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3.2 梯形图的设计

00009 00000 00002 00005 00008 01000 00008

00001 00001 00002 00000 00003 00006 00010 01002

00002 01010 00002 00001 00000 00003 00006 00010 01003 00003 01012 01011 00003 00002 00000 00009 00006 00010 01004 00004 01017 01012 00001 00003 00011 00006 00000 00010 01005 00005 01013

00005 00003 00000 00007 X006 00010 01006 00006 01001 01000 00006 00004 00000 00009 00012 00010 01007 00007 01010

01012 00000 01015 00001 00012 00009 01008

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00004 00011 00001 01009 00007 00010 00008 00010 00002 01013 00003 00004

00005 01014 00006 00007 00002 00101 01015 00003 00005 00006

T100 01016 01006 00001 01017 00008

00009

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第4章 监控系统设计

4.1 PLC与上位监控软件通讯

CPM2A有三种通信联系方式：上位链接系统、同位链接系统、ComPoBus通信系统。工厂自动化系统中常把三种系统复合起来一起使用来实现工厂自动化系统要求的多级功能。复合型PLC网络中，上位链接系统处于最高位，负责整个系统的监控优化。

上位机与CMP2A的通信有两种方式：上位机命令与PLC通信命令。上位机命令方式上位机处于主动,命令由上位机发往PLC。采用上位机命令方式能方便的实现上位机对PLC的监控。2.2 CPM2A的上位通信协议 。CPM2A的数据是以帧的格式发送的，当通信命令小于一帧时，发送格式如图2所示。其中正文最多122个字符。当命令块内容大于一帧时，由起始帧、中间帧、及结果帧组成。起始帧最多131个字符，中间帧及结束帧最多128个字符。起始帧由设备号、命令码、正文、 FCS、和分界符构成。中间帧有正文、FCS、分界符组成。结束帧由正文FCS、结束符组成。上位机每发送完一帧，在收到PLC发回的分界符后再发送下一帧。

命令块中的校验码FCS是８位二进制数转换成的２位ASCⅡ字符。这８位数据是将一帧数据中校验码前的所有字符的ASC Ⅱ码位按连续异或的结果。转换成字符时，按照２位十六进制数转换成对应的数字字符。

PLC接收到上位机发送的命令帧后，自动产生响应块，响应块的格式与图２格式类似，只是在命令码后面多了两位的响应码，响应码表示了上位机命令的出错信息。响应码00表示PLC正常完成上位机命令。

在CPM2A的上位链接系统中，PLC接收指令并被动地给上位机返回响应块。所以作为下位机的PLC不需要编写通信程序。上位机与PLC的通信不能改变PLC的输入状态。为了通过上位机改变PLC的输出，在编写下位机的程序时就要利用PLC的工作位，通过上位机改变工作位的状态来改变PLC的输出，从而达到上位机对PLC输出的控制。在梯形图中加入了工作位3.00，4.00。系统正常工作时3.00，4.00置OFF，当需要实现上位机控制时，把3.00置ON，使PLC的输入端0.00失效，通过工作位4.00的通断来控制系统的输出。

在上位链接系统中，通信一般都是由上位机发起的，按PLC标准通信进行连接。上位机给PLC发送操作指令，PLC按照指令执行相应的操作，同时给上位机返回数据。串口通信流程，编写通信程序可以采用高级语言或者汇编语言，下面给出的例子是用Delphi编写的上位机与CPM2A型PLC通信程序.通信采用标准通信模式。

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4.2 上位监控系统组态设计

根据控制和生产工艺的要求，控制操作包括手动和自动，手动又包括手动停止，控制正转，控制反转。自动控制包括逐步的，隔位的，反复的操作。方式选。各个动作进行的同时均设有动作指示灯。设有正转按钮和反转按钮，另外设有启动停止按钮。 4.3 实现的效果

打开电源，按下起动按钮时，开机复位。输入逐位检测程序，主机向驱动器输入脉冲信号，直流电机正转，进行逐位检测，位置传感器检测到目标，信号灯L1～L6依次亮起。然后PLC向驱动器同时输入脉冲信号和电平信号，直流电机反转，进行逐位检测，信号灯依相反次序亮起。在循环旋转3圈后停止。

打开电源，按下起动按钮时，开机复位。输入隔位检测程序，主机向驱动器输入脉冲信号，直流电机正转，进行隔位检测，位置传感器检测到目标，信号灯L1,L3,L5依次亮起。然后PLC向驱动器同时输入脉冲信号和电平信号，直流电机反转，进行隔位检测，信号灯L6,L4,L2依次亮起。在循环旋转3圈后停止。

当按下停止开关时，检测系统立即停止。

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课程设计心得

课程设计结束了，这次的课程设计让我学会了很多，在老师和同学的指导学习下，终于完成了这一份课程设计。本来以为自己对可编程序控制器原理的知识掌握的还比较好，但是到做课程设计的时候才发现自己存在着诸多不足，其中就有很多基础知识都不是很完善，很多知识都掌握的不是很扎实

我很兴奋，因为整个过程都是我们自己去设计的。设计过程中，通过针对性地查找资料，了解有关电子方面的资料，既增长了自己的知识面，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力和实践能力。对学过的课本理论知识起到了很好的温习作用。控制系统设计的设计，让我很好的运用了PLC的知识，对课本的知识进一步的消化和巩固。这次课程设计终于顺利完成了，这个设计让我获益良多，只要用心去学习，不怕困难，不管多么艰难，我们都能取得成功。

由于设计的计划没有安排好，设计的时间极为仓促，尤其是在硬件调试的过程中出现了很大的问题。另外资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助。

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考参文献

[1] 孙洪程.过程控制工程设计[M].北京:化学工业出版社，2001.03.

[2] 钟肇新.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2002.11. [3] 马小军.可编程控制器及其应用[M].南京：东南大学出版社，2007.4. [4] 廖常初. PLC基础及应用[M].北京：北京机械工业出版社，2004

[5] 史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].北京：北京化学工业出版社，2003

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附录

//程序初始化:

procedure TForm1.Init_PLC（nPort:integer）; begin

if MSComm.PortOpen then MSComm.PortOpen:=False; MSComm.Commport:=nPort; //通信端口选择

MSComm.Settings:=‘9600,e,7,1‘;

//1位起始位，7位数据位，偶效验，2位停止位，9600bps MSComm.PortOpen:=True;//打开串口 end; //FCS校验

function FCS（s:string）:variant; var

i,len,tmpVar:integer; DataCheck:byte; f1,f2:byte; begin f1:=0; f2:=0; DataCheck:=0; len:=length（s）; tmpVar:=0; for i:=1 to len do begin

DataCheck:=ord（DataCheck） xor ord（s[i]）; end;

f1:=DataCheck and $0f; f2:=DataCheck and $f0; f2:=f2 shr 4;

result:=inttostr（f2）+inttostr（f1）;

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end;

// 调用MSComm控件实现PLC通信 procedure TForm1.HandShake_PLC; var

tmpByte1,tmpByte2:char; tmpVar:string; s:string; begin

Init_PLC（1）; s:=Edit1.text;

tmpVar:=s+inttostr（FCS（s））+‘＊‘+chr（13）; MSComm.RThreshold:=0; MSComm.Output:=tmpVar; //向串口输出数据 sleep（1000）;// 延时 tmpVar:=MSComm.Input; //从串口读取数据 tmpByte1:=tmpVar[5]; tmpByte2:=tmpVar[6];

if tmpByte1=chr（48）& tmpByte2:=chr（48）; //校验码等于00,PLC正常完成操作 then begin

Showmessage（‘发送的数据正确‘）; else

Showmessage（‘发送的数据有问题‘）; //end; end;

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ixiv.html