可編程課程設(shè)計指導(dǎo)書

1、可編程序器原理與實踐課程設(shè)計一、PLC 課程設(shè)計目的（1）（2）（3）（4）通過對實際的 PLC系統(tǒng)的編程訓(xùn)練，提高分析問題、解決問題的能力；熟悉工業(yè)生產(chǎn)中 PLC 的應(yīng)用和系統(tǒng)，了解 PLC的電路的設(shè)計方法。通過本次課程設(shè)計增進實際動手能力的培養(yǎng)。用 PLC 實現(xiàn)工件模型，四層電梯模型的運動和模擬系統(tǒng)的程序設(shè)計，掌握編程的一般方法和技巧。二、PLC 課程設(shè)計要求（1）（2）（3）（4）（5）理解實際系統(tǒng)的運動過程，分解動作過程使之容易編程。列寫 PLC系統(tǒng)的 I/O 配置。畫出硬件電路圖，實現(xiàn) PLC 與裝置的連線。編寫梯形圖程序，完成系統(tǒng)的調(diào)試。完成課程設(shè)計報告。三、（1）（2）（3）方法

2、成績報告成績實考成績30%30%40%四、報告內(nèi)容（1） 課程設(shè)計的目的和要求（2） PLC 的特點和應(yīng)用簡介（3）（4）（5）（6）（7）設(shè)計系統(tǒng)的技術(shù)要求及示意圖PLC系統(tǒng)原理圖I/O 配置表程序（梯形圖）總結(jié)體會2第頁 ， 共 28 頁PLC 課程設(shè)計基礎(chǔ)實驗實驗一Automation Studio 的使用和基本程序編程及調(diào)試一、實驗?zāi)康?、 掌握 Automation Studio 的基本使用技巧和方法2、 熟悉 Automation Studio 的基本命令3、 學(xué)會和掌握 Automation Studio 程序的調(diào)試方法二、實驗設(shè)備PC 機一臺，裝有 Automation Stu

3、dio 編程軟件；貝加萊 PLC-2003 一臺；各 PC 機與PLC-2003 通過 RS232 電纜連接進行通信。詳見附錄 A。三、實驗內(nèi)容熟悉并練習(xí) Automation Studio 的使用，用選定的編程語言編制、調(diào)試程序。Automation Studio 是貝加萊公司為其自動化多種編程語言的 PLC 開發(fā)環(huán)境，如附錄 B 所示。1PLC 硬件配置：設(shè)備 PLC 開發(fā)的一種可使用根據(jù)所給實驗裝置，使用 Automation Studio 對系統(tǒng)硬件進行配置。配置方法見本指導(dǎo)書附錄 B。2實驗程序 1：試用課堂上的梯形圖（LAD）實例，觀察程序運行結(jié)果，從中理解 LAD 的編程方法。3

4、實驗程序 2：試用課堂上的 Automation Basic 實例，觀察程序運行結(jié)果，從中理解3第頁 ， 共 28 頁Automation Basic 的編程方法。四. 思考題1 在 Automation Studio 中為什么要對 PLC 系統(tǒng)硬件進行配置？2 為什么要為用戶編制的程序命名？3 為用戶程序選擇循環(huán)周期的原則是什么？4 Automation Studio 為用戶提供多種編程語言有什么好處？4第頁 ， 共 28 頁實驗二基礎(chǔ)實驗：系統(tǒng)輸入輸出一、 實驗?zāi)康?. 熟悉和掌握梯形圖（LAD）的基本使用技巧和方法2. 熟悉和掌握 Automation Basic 的基本使用技巧和方法3

5、. 學(xué)會和掌握 Automation Studio 程序的調(diào)試方法二、實驗設(shè)備PC 機一臺，裝有 Automation Studio 編程軟件；貝加萊 PLC-2003 一臺；各 PC 機與PLC-2003 通過 RS232 電纜連接進行通信。詳見附錄 A。三、實驗內(nèi)容熟悉并練習(xí)梯形圖（LAD）和 Automation Basic 的基本使用技巧和方法。Automation Basic 是貝加萊公司為其自動化設(shè)備 PLC 開發(fā)的一種文本型高級編程語言，如附錄 B 所示。1PLC 硬件配置：根據(jù)所給實驗裝置，使用 Automation Studio 對系統(tǒng)硬件進行配置。配置方法見本指導(dǎo)書附錄 B

6、。2實驗程序 1：使用 LAD 和 Automation Basic 編程語言，編制一段小程序，實現(xiàn)以下功能：利用實驗裝置上的第一個模擬量旋鈕（電位器），來模擬量輸出，當旋轉(zhuǎn)該電位器時，第一個模擬量輸出隨之變化，旋鈕逆時針旋到底時（模擬量輸入為最小值 0），要求模擬量輸出為 0（光柱無顯示），當旋鈕順時針旋到底時（模擬量輸入為最大值 32767），要求模擬量輸出為最大值（光柱全顯示）；同時，第二個模擬量輸出的狀態(tài)正好與第一個模擬量輸出相反。3實驗程序 2：使用 LAD 和Automation Basic 編程語言，編制一段小程序，實現(xiàn)以下功5第頁 ， 共 28 頁能：利用實驗裝置上的兩個開關(guān)，

7、來模擬量輸出，當接通（合上）其中一個開關(guān)（另一個應(yīng)處于斷開狀態(tài)）時，第一個模擬量輸出從 0 開始隨時間逐漸增大，達到其最大值后，再從 0 開始，周而復(fù)始；當接通（合上）另一個開關(guān)時，第一個模擬量輸出從 0 開始隨時間逐漸增大，達到其最大值后，再從 0開始，同時，第二個模擬量輸出從其最大值開始隨時間逐漸減小，達到 0 后，再從其最大值開始，周而復(fù)始。四、思考題1. 在 LAD 中模擬量輸入的最大值和最小值是多少？2. 在 LAD 中如何實現(xiàn)模擬量的賦值？3. 實驗中，模擬量輸出指示（LED 光條）旁的指示燈正常時應(yīng)為綠色，但為什么有時會出現(xiàn)紅色？如何才能使該指示燈始終保持綠色？4 LAD 語言中

8、的數(shù)據(jù)類型之間如何進行相互轉(zhuǎn)換？6第頁 ， 共 28 頁課程設(shè)計內(nèi)容介紹一智能搶答器系統(tǒng)1系統(tǒng)概況實用搶答器的這一是各種競賽活動中不可缺少的設(shè)備，無論是學(xué)校、工廠、還是益智性電視，都會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有的各種各樣的智力競賽搶答器絕大多數(shù)是早期設(shè)計的，只具有搶答鎖定功能的一個電路，以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的，這部分搶答器已相當成熟?，F(xiàn)在的搶答器具有倒計時、定時、自動（或手動）復(fù)位、（即聲響提示，有的以音樂的方式來體現(xiàn)）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種功能。但功能越多的電路相對來說就越復(fù)雜，且成本偏高，故障高，顯示方式簡單(有的甚至沒有顯示電路

9、)，無法提前搶按按鈕的行為，不便于電路升級換代。本設(shè)計要求就是利用 PLC 作為部件進行邏輯及信號的產(chǎn)生，用 PLC 本身的優(yōu)勢使競賽真正達到公正、公平、公開。2要求:1）搶答器同時供 6 名選手或 6 個代表隊比賽，分別用 6 個按鈕 X0 X5 表示。2）設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答開關(guān) X9，該開關(guān)由。3）搶答器具有鎖存功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在 LED 數(shù)碼管上顯示(分別顯示燈為 Y0-Y5)，同時揚聲器發(fā)出聲響(Y6)提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到將系統(tǒng)清除為止。4）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由設(shè)定（如 30 秒）。當啟動開始鍵(X6

10、)后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響(Y9)，聲響持續(xù)的時間 0.5 秒左右。5）參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號，并保持到將系統(tǒng)清除為止。6）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)（Y11）并搶答.7第頁 ， 共 28 頁3設(shè)計任務(wù)1) 根據(jù)要求，進行搶答器 PLC系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括主電路、電路及 PLC 硬件配置電路。2)根據(jù)要求，編制搶答器 PLC應(yīng)用程序。3)編寫設(shè)計說明.8第頁 ， 共 28 頁二、 自動交通燈系統(tǒng)（一）自動交通燈系統(tǒng)示意圖（二）要求1. 上電運行時系統(tǒng)處于停止狀態(tài)。2. 按鈕 start/sto

11、p 可實現(xiàn)系統(tǒng)啟動/停止。方案 1 :南北紅燈亮 20 秒,東西綠燈亮 25 秒后 閃亮了 3次(3 秒)后,東西黃燈亮 4 秒后轉(zhuǎn)為:東西紅燈亮 20 秒;南北綠燈亮 15 秒后閃亮 3 次(3 秒)后滅; 南北黃燈 亮 4 秒后循環(huán).方案 2:南北紅燈亮 10 秒,東西綠燈亮 10 秒后 閃亮了 3 次(3 秒)后,東西黃燈亮 2 秒后轉(zhuǎn)為:東西紅燈亮 10 秒;南北綠燈亮 5 秒后閃亮 3 次(3 秒)后滅; 南北黃燈 亮 2 秒后循環(huán).方案 3:南北和東西黃燈同時亮閃亮 5 秒 1 次.（三）I/O 配置輸入X0X1東西黃燈 Y1啟動/停止按鈕東西紅燈 Y0東西綠燈 Y2南北紅燈 Y3

12、南北黃燈 Y4南北綠燈 Y59第頁 ， 共 28 頁（四）設(shè)計要求理解動作過程，列寫 I/O 配置表，畫出硬件電路圖，編寫梯形圖程序，進行系統(tǒng)調(diào)試。第 10 頁 ， 共 28 頁三、 小球分揀器系統(tǒng)（一）小球分揀系統(tǒng)示意圖(二)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運行，設(shè)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(guān) LS2 斷開（=“0”）；壓著

13、小球時，下限開關(guān) LS2 接通（=”1”）。（三）設(shè)計要求理解動作過程，列寫 I/O 配置表，畫出硬件電路圖，編寫梯形圖程序，進行系統(tǒng)調(diào)試。11第頁 ， 共 28 頁四、電梯模型（一）電梯系統(tǒng)示意圖電梯模型電梯內(nèi)部操作面板（二）要求1.四層電梯按照上與下先請求先響應(yīng)，以及已經(jīng)響應(yīng)向上（或向下）請求必須完成所有的請求后，再響應(yīng)向下的請求（或向下）的原則設(shè)計。2.3.4.當電梯有內(nèi)呼和外呼請求信號時必須有。電梯在通電后，先自動關(guān)門，再升降。在上升過程中，電梯只響應(yīng)大于當前樓層的內(nèi)呼和向上外呼信號。當?shù)竭_所呼樓層時電梯停止，定時 2 秒鐘后自動開門，如無干預(yù) 4 秒鐘后自動關(guān)門，關(guān)門后等待 2 秒鐘

14、后再運行。5. 在下降過程中，電梯只響應(yīng)小于當前樓層的內(nèi)呼和向下外呼信號。當?shù)竭_所呼樓層時電梯停止，定時 2 秒鐘后自動開門，如無干預(yù) 4 秒鐘后自動關(guān)門，關(guān)門后等待 2 秒鐘后再運行。6. 設(shè)置上、下限位開關(guān)以保護電梯，電梯的上升和下降及開門和關(guān)門要軟件互 鎖。7. 電梯在上下運動時不能開關(guān)門，在自動開關(guān)門延時階段可通過開門和關(guān)門按第 12 頁 ， 共 28 頁鈕進行人工干預(yù)開關(guān)門。（三）I/O 配置輸入：平層信號內(nèi)呼信號（按鈕）X6 X7 X8 X9外呼信號（按鈕）X1 X2 X3 X4 X0X5XA XB XDXF一層（上）XC（下）XE（下）二層（上）三層（上）四層（下）下限位上限位X

15、10X12X13開門信號開門限位X11關(guān)門關(guān)門限位輸出：內(nèi)呼響應(yīng)外呼響應(yīng)Y6 Y7 Y8 Y9 Y0Y1YA YB YDYF一層（上）YC（下）YE（下）二層（上）三層（上）四層（下）Y2Y3電梯上升電梯開門電梯下降電梯關(guān)門（注：電梯上移與下移，開門與關(guān)門輸出必須互相鎖定，不能同時導(dǎo)通輸出）（四）設(shè)計要求理解動作過程，列寫 I/O 配置表，畫出硬件電路圖，編寫梯形圖程序，進行系統(tǒng)調(diào)試。第 13 頁 ， 共 28 頁附錄 A 實驗設(shè)備簡介東華大學(xué)信息學(xué)院“貝加萊公司與東華大學(xué)工業(yè)自動化”中貝加萊公司的大、中、小型 PLC 共有 42 套，其中：大型機 2010 系列共 2套，中型機 2005 系

16、列共有 4 套，小型機 2003 系列共有 36 套。這 42 套PLC 按照工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架分為三層網(wǎng)絡(luò)：36 套 2003 分為兩組，每組與 2 套 2005 用現(xiàn)場總線 CAN 相互連接（模擬工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場級）；4 套 2005 分成 2 組，每組與 1 套 2010 用現(xiàn)場總線 Profibus_DP網(wǎng)絡(luò)中的過程級）；兩套 2010 及 1 臺工控操相互連接（模擬工業(yè)作站之間用工業(yè) Ethernet 相互連接（模擬工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的企業(yè)生產(chǎn)管理中，實驗系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖 A-2 所示。級），整個系統(tǒng)安置在一個原則上學(xué)生實驗都在 2003 系列 PLC 上進行，每臺 2003 PLC 旁都配

17、有1 臺PC 機作為該PLC 的編程及設(shè)備（內(nèi)裝各種所需軟件）。每臺2003PLC 旁還都配置相應(yīng)的實驗裝置：扭子開關(guān)（用于數(shù)字量的輸入）、電位器（用于模擬量的輸入）和 LED 光柱（用于模擬量的輸出顯示）。每臺 2003 PLC 上均配置了 CPU 模塊、數(shù)字/模擬量混合輸入輸出模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊，見圖 A-1。在每臺 PC 機中已裝有 Windows 2000 操作系統(tǒng)，以及實驗所需的貝加萊 PLC 的編程軟件Automation Studio 和工業(yè)組態(tài)軟件WindowsControl Center V5.0，分別用于對 PLC 系統(tǒng)的配置編程及人機界面的組態(tài)設(shè)計。各臺 PC 機分

18、別與各自對應(yīng)的 PLC 之間通過 RS232 接口相連接。圖 A-1 單套 2003 實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第 14 頁 ， 共 28 頁EthernetProfibus_DPCAN圖 A-2 工業(yè)自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖第 15 頁 ， 共 28 頁附錄B Automation Studio 環(huán)境及其操作一、Automation Studio 簡介Automation Studio 是奧地利貝加萊公司推出的，基于 Windows98/2000/NT 平臺上的，支持用戶開發(fā)貝加萊 PCC（可編程計算機器）應(yīng)用程序的軟件包。AutomationStudio 集系統(tǒng)配置、程序編制/編譯、調(diào)試/診斷為一體，使用

19、戶開發(fā)、輸入、調(diào)試和修改應(yīng)用程序都極為方便。Automation Studio 提供的 PCC 編程語言非常豐富，有梯形圖LAD，指令表 IL 和高級編程語言：結(jié)構(gòu)文本 ST，順序功能圖 SFC，Automation Basic，ANSIC 等，用戶可選擇一種語言編程，必要時，也可混合使用幾種語言來進行編程。二、Automation Studio 集成開發(fā)環(huán)境Automation Studio 的操作界面包含標題欄、菜單條、工具欄、硬件配置窗體、軟件配置窗體、信息窗口和狀態(tài)行等，如下圖所示。圖 B-1Automation Studio桌面圖中窗體分為三個部分。左半部分是工程項目中用到的所有硬件

20、的總覽，是關(guān)于硬件的配置。當選定左邊窗口中的一個模塊時，右邊窗口中就會出現(xiàn)相應(yīng)的硬件模塊信息與參數(shù)配置。界面的下方是輸出顯示窗口及狀態(tài)欄。在運行程序后，該窗口可以給出關(guān)于程序的一些輸出、調(diào)試、查找信息。狀態(tài)欄給出的是幫助、串口、/離線及器的類型、第 16 頁 ， 共 28 頁操作系統(tǒng)版本的相關(guān)信息。三、Automation Studio 工程項目的建立及系統(tǒng)配置通過點擊計算機桌面上的 Automation Studio 圖標或從“開始”菜單欄中選擇“B&RAutomationStudio”可以直接進入 AutomationStudio 環(huán)境。第一次使用時將出現(xiàn)如下的畫面：圖 B-2 第一次進入

21、畫面點擊菜單“Files”中的“New”進入新建項目的畫面：圖 B-3 新建項目在此用戶可為項目命名。按“確認”后，將進入 PLC 的 CPU模塊選擇窗口：第 17 頁 ， 共 28 頁圖 B-4 CPU 模塊的選擇貝加萊的 PCC-2000 中有三個系列：2003、2005 和 2010 系列，用戶必須首先在此選擇所使用的 CPU 型號（根據(jù)實驗臺上的 2003CPU 上所標明的型號），“確認”后，就將進入圖 1 所示的畫面。根據(jù)各自實驗臺上 PLC 的硬件，按順序依次將所有的硬件都配置好。然后按下工具欄中的圖標，將剛才配置的硬件信息到 PCC 2003 中去。用鼠標點中 CPU 的型號，右

22、邊窗口中所顯示的是 CPU 中的軟件模塊信息。將鼠標放在該窗口，然后按右鍵，選擇“Insert Object”，添加用戶程序，就進入如下畫面：圖 B-5 添加用戶程序第 18 頁 ， 共 28 頁在此可為該程序模塊命名，并選擇所用的編程語言以及該程序的運行循環(huán)周期。“確認”后即進入相應(yīng)的編程環(huán)境。圖 B-6 Automation Basic 編程環(huán)境四、Automation Basic 編程語言的基本命令1 基本概念A(yù)utomation Basic 是一種以文本為基礎(chǔ)的高級編程語言，語言的結(jié)構(gòu)符合IEC1131-3 的標準。Automation Basic令系列不僅使自動化任務(wù)簡單化，也使程序

23、易于閱讀，這樣 PCC 的編程效率在許多情況下遠遠高于 LAD（梯形圖）和IL（語句表）的編程語言。 數(shù)據(jù)類型在 Automation Studio 中編程語言所支持的標準數(shù)據(jù)類型有：表 B-1數(shù)值第 19 頁 ， 共 28 頁類型名稱位寬數(shù) 值 范 圍應(yīng)用BOOL10 1開關(guān)量信號DINT32- 2147483648 2147483648INT16- 32768 32767模擬量信號SINT8- 128 127UDINT320 UINT160 65535表 B-2文本和日期時間格式變量在 Automation Studio 的程序中，要定義出每個觸點的變量名，而且要使用變量聲明表來申明變量名

24、與硬件（輸入點、輸出點、器）之間的關(guān)系。（如下表中定義了兩個變量 Display 和 Src）表 B-3 變量表2 基本命令A(yù)utomation Basic 編程令系列包括：數(shù)學(xué)命令、比較命令、邏輯命令、“IFTHEN”命令、“LOOP”命令、狀態(tài)“SELECT”命令、“CASE”命令以及其它命令。 數(shù)學(xué)命令在 Automation Basic 中，各數(shù)學(xué)命令應(yīng)用時應(yīng)放在兩個操作數(shù)之間，與通常的使用方法一樣。 = ，賦值 + ，加法 - ，減法 * ，乘法第 20 頁 ， 共 28 頁變量名稱數(shù)據(jù)類型有效范圍屬性初始值注 釋DisplayUSINTglobalmemorySrcUSINTglo

25、balmemory類 型 名 稱位 寬數(shù) 值 范 圍應(yīng)用STRING322 32767 個字符文本、字符串TIME160 毫秒時間DATE_AND_TIME8從 1970 年開始日期USINT80 255REAL32- 3.4*1038 3.4*1038 / ，除法 mod ， 取模 比較命令= ，等于，不等于 ,大于=,大于等于 ,小于=,小于等于 邏輯命令 NOT , 非AND,與OR,或XOR,異或 “IF THEN”命令 簡單的 if 語句（if與 then 必須在同一行中）if條件描述then條件滿足時執(zhí)行的操作endif if else 語句if條件描述then條件滿足時執(zhí)行的操作else條件不滿足時執(zhí)行的操作endif “case”命令：這是多分支選擇語句。case 表達式 ofactionn0.n1:條件滿足時執(zhí)行的操作 Aendaction第 21 頁 ， 共 28 頁actionn2.n3:條件滿足時執(zhí)行的操作 Bendactionactionconstant:條件滿足時執(zhí)行的操作 Cendactionelseaction:以上條件均不滿足時執(zhí)行的操作 Dendactionendcase“LOOP”循環(huán)命令 增量計數(shù)循環(huán)語句loopPV = 表達式1to 表