《电气控制及其可编程控制器》课程设计
--四层电梯控制程序设计
预习要求
（1）查阅电梯及控制方面的相关资料，熟悉电梯的工作原理、控制要求。
（2）阅读材料中有关THPLC-DT型四层电梯实物教学模型的有关内容。
（3）根据控制要求，预先设计梯形图。
（4）熟悉三菱PLC GX-DEVELOPER编程软件及其应用。
一、课程设计目的
1、学习PLC程序设计方法；
2、熟练应用GX-DEVELOPER软件进行编程；
3、熟练地掌握PLC的编程和程序调试方法；
4、熟悉四层楼电梯内外按钮控制的编程方法。
二、课程设计实验设备：
1．个人电脑PC。
2．THPLC-1A型 电气控制综合实验台。
3．RS—232数据通信线。
4．THPLC-DT型四层电梯实物教学模型。
5．导线若干。
THPLC-DT型四层电梯实物教学模型面板布置图
输入/输出的地址分配表：
注：
（1）本次课程设计要求按照此地址分配表进行接线和程序编写；
（2）THPLC-1A型 电气控制综合实验台使用的三菱PLC为FX2N-32MR，输入16点/输出16点。因此上表中开、关门开关以及电梯上下降极限位不用。
三、课程设计内容
按以下控制要求编写四层电梯控制程序，程序形式不限。
1、外呼梯控制
开始时，电梯处于任意一层；当有外呼梯信号（按外呼梯上或下按钮）到来时，该外呼梯指示灯亮；电梯响应，上行或下行；到达该楼层时（该楼层的“平层”输入信号为ON），电梯停止运行，该层外呼梯指示灯熄灭，电梯门打开（“开门限位”信号为ON时开门动作结束），延时3S后自动关门（“关门限位”信号为ON时关门动作结束）。
2、内呼梯控制
开始时，电梯处于任意一层；当有内呼梯信号（按内呼梯按钮）到来时，该内呼梯指示灯亮；电梯响应，上行或下行；到达该楼层时（该楼层的“平层”输入信号为ON），电梯停止运行，该层内呼梯指示灯熄灭，电梯门打开（“开门限位”信号为ON时开门动作结束），延时3S后自动关门（“关门限位”信号为ON时关门动作结束）。
3、电梯未平层或运行时，电梯门不能打开；电梯门处于打开状态时，电梯不能运行。若电梯停于某层楼，按该层内外呼，则执行开门动作。
4、顺向截梯功能
在电梯上升（或下降）运行途中，出现同方向的内、外呼梯信号均响应。例如，电梯上升去四楼（响应四楼的内、外呼），在上升到三楼前按下三楼“外呼梯上”按钮，则电梯到达三楼顺停（平层停、开门、延时3S后自动关门），然后继续上行去四楼。如果按三楼“外呼梯下”按钮，则不进行三楼顺停，只有达到四楼返回时才响应三楼“外呼梯下” 的外呼梯信号。
在电梯上升（或下降）运行途中，任何反方向下降（或上升）的内、外呼梯信号均不响应；等到前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼梯信号。
5、一楼等待：若没有内、外呼信号，延时20秒，电梯自动停到一楼但不执行开门动作。
6、其它功能，选其一：
6-A、内呼梯优先功能
如果内、外呼信号同时出现，则优先响应内呼信号，若外呼信号符合顺向的，则适用顺向截梯功能。例如电梯位于二楼，内外呼同时有信号（内呼信号为4楼，外呼为1楼），则优先响应内呼信号，即电梯上行至4楼，然后再下行至1楼；若电梯位于二楼，内外呼同时有信号（内呼信号为4楼，外呼为3楼上），则优先响应内呼信号，即电梯上行，但至3楼时停层，响应外呼为3楼上信号再行至4楼。
6-B，最远反向外呼梯响应功能
例如：电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。
6-C，取消呼梯功能：当按内外呼梯，该呼梯指示灯亮后，在多于一个同向呼梯的情况下若再次按该按钮，则该呼梯指示灯熄灭，取消该呼梯；
6-D，上班高峰呼梯：由M100控制，M100=On时上行不响应二层内呼和二层上外呼，下行正常响应，M100=Off时电梯正常运行。
6-E，下班高峰呼梯：下行不响应二层内呼和二层下外呼；上行正常响应。
四、课程设计的实验步骤
1、接通电梯模型及THPLC-1A型 电气控制综合实验台的电源，观察电梯模型和实验台的供电是否正常，然后关闭电源开关；
2、按照“输入/输出的地址分配表”将电梯模型与PLC连接。检查无误后，重新开启电源，模型、PLC处于待机状态；
3、下载并运行程序；
4、按动电梯模型中的内呼或外呼按钮，若PLC程序编制正确的话，电梯模型将按内、外呼叫指示按控制要求正常运行。若有不正确或故障，需自行对故障现象进行分析并排除。在报告中写出故障原因及故障排除方法。
五、课程设计报告要求
1，购买或领取“学生课程设计资料袋”，内有任务书、成绩表，学生填写除成绩外的栏目。
2，课程设计报告内容包括：课程设计的任务和要求；实验设备；接线图或地址表；程序设计与调试；附程序清单；总结。
第二篇：《电气传动与可编程控制器》实习报告书
四川航天职业技术学院
《电气传动与可编程控制器》实习报告书
专 业： 机械设计制造及其自动化
准考证号：
姓 名： 张 多
指导老师： 赵 威
填表日期： 年 月 日
四川航天职业技术学院制
《电气传动与可编程控制器》实习报告书
时 间： 年 月 日至 月 日 学时：
实习内容：1.PLC控制系统设计的基本原则
2.PLC控制系统设计的一般步骤
实习计划：1.绘制系统的功能图，设计梯形图程序
2．根据梯形图程序写出指令表程序，对程序进行模拟调试，直到满足控制要求为止
目 标：1.巩固FX系列基本指令、步进指令
2．能正确选用PLC型号
要 求：1.了解PLC的基本组成、工作原理、特点、用途
2．掌握PLC的指令系统和编程方法及应用实例
PLC控制系统的设计步骤
与传统的继电器-接触器控制系统相比，PLC控制系统具有更好的稳定性，控制柔性，维修方便性，随着PLC的普及和推广，其应用领域越来越广泛。特别是在许多新建项目和设备的技术改造中，常常采用PLC作为控制装置。
一、PLC控制系统设计的基本原则
任何一种电气控制系统都是为了实现生产设备或生产过程的控制要求和工艺需要，从而提高产品质量和生产效率。因此，在设计PLC应用系统时，应遵循以下基本原则：
1．充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求。
2．在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。
3．保证控制系统安全可靠。
4．应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I／O点数和存储器容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。
二、PLC控制系统设计的一般步骤
设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。
PLC控制系统设计可以按以下步骤进行。
1．熟悉被控对象，制定控制方案 分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对 PLC控制系统的控制要求。
2．确定I／O设备 根据系统的控制要求，确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)由此确定PLC的I／O点数。
3．选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、I／O模块、电源的选择。
4．分配PLC的I／O地址 根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入／输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I／O接线图和编制程序。
5．设计软件及硬件进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此，PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计。
6．联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。开始时，先不带上输出设备（接触器线圈、信号指示灯等负载）进行调试。利用编程器的监控功能，采分段调试的方法进行。各部分都调试正常后，再带上实际负载运行。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部分程序即可，全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改则应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
7．整理技术文件 包括设计说明书、电气安装图、电气元件明细表及使用说明书等。
三、PLC程序设计的一般步骤如下：
1．对于较复杂系统，需要绘制系统的功能图；对于简单的控制系统也可省去这一步。
2．设计梯形图程序。
3．根据梯形图编写指令表程序。
4．对程序进行模拟调试及修改，直到满足控制要求为止。调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。
四、硬件设计及现场施工的步骤如下：
1．设计控制柜及操作面板电器布置图及安装接线图。
2．控制系统各部分的电气互连图。
3．根据图样进行现场接线，并检查。
五、PLC的选择
随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从德国、日本、美国等引进的PLC产品和国内厂家组装自行开发的产品，已有几十个、上百种型号。PLC的品种繁多，其结构形式／性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统技术经济指标有着重要意义。
（一）PLC的机型选择
机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。
1．合理的结构型式
整体式PLC的每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，I／O点数量、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面，选择余地较大。维修时只要更换模块，判断故障的范围也很方便。因此，模块式PLC一般适用于较复杂系统和环境差（维修量大）的场合。
2．安装方式的选择
根据PLC的安装方式，系统分为集中式、远程I／O式和多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I／O硬件，系统反应快、成本低。大型系统经常采用远程I／O式，因为它们的装置分布范围很广，远程I／O可以分散安装在I／O装置附近，I／O连线比集中式的短，但需要增设驱动器和远程I／O电源。多台联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通信模块。
3．相当的功能要求
一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A／D和D／A单元。具有加减算术运算。数据传送功能的增强型低档PLC。
对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般大型机主要用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
4．响应速度的要求
PLC的扫描工作方式引起的延迟可达2－3个扫描周期。对于大多数应用场合来说，PLC的响应速度都可以满足要求，不是主要问题。然而对于某些个别场合，则要求考虑PLC的响应速度。为了减少PLC的I／O响应的延迟时间，可以选用扫描速度高的PLC，或选用具有高速I／O处理功能指令的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。
5．系统可靠性的要求
对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备用系统。
6．机型统一
一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑以下三个方面的问题：
（l）同一机型的PLC，其编程方法相同，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。
（2）同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。
（3）同一机型的PLC，其外围设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。
（二）PLC的容量选择 PLC的容量包括I／O点数和用户存储容量两个方面。
1．I／O点数
PLC的I／O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I／O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用I／O点最少，但必须留有一定的备用量。通常I／O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10％－15％的备用量来确定。
2．用户存储容量
用户存储容量是指PLC用于存储用户程序的存储器容量。需要的用户存储容量的大小由用户程序的长短决定。
一般可按下式估算，再按实际需要留适当的余量（20％－30％）来选择。
存储容量=开关量I／O点总数X10十模拟量通道数X100绝大部分PLC均能满足上式要求。应当要注意的是：当控制系统较复杂。数据处理量较大时，可能会出现存储容量不够的问题，这时应特殊对待。
六、I/O模块的选择
一般I／O模块的价格占PLC价格的一半以上。不同的I／O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格。下面仅介绍有关开关量I／O模块的选择。
（一）开关量输入模块的选择
PLC的输入模块是用来检测接收现场输入设备的信号，并将输入的信号转换为PLC内部接受的低电压信号。
1．输入信号的类型及电压等级的选择 常用的开关量输入模块的信号类型有三种：直流输入、交流输入和交流／直流输入。选择时一般根据现场输入信号及周围环境来决定。
交流输入模块接触可靠，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用；直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接。
PLC的开关量输入模块按输入信号的电压大小分类有：直流5V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。选择时应根据现场输入设备与输入模块之间的距离来决定。一般5V、12V、24V用于传输距离较近场合。如：5V的输入模块最远不得超过10m距离，较远的应选用电压等级较高的模块。
2．输入接线方式选择 接输入电路接线方式的不同，开关量输入模块可分为汇点式输入和分组式输入两种。
汇点式输入模块的输入点只共用一个COM端；而分组式输入模块是将分成若干组，一组共用一个COM，每组之间是分隔的。分组式输入模块的每点价格教高，如果输入信号之间不需要分开，应选择汇点式。
3．同时接通的输入点的数量
对于选用高密度的输入模块（32点、48点），应考虑该模块同时接通的输入点的数量一般不超过点数的60%。
（二）开关量输出模块的选择
输出模块是将PLC内部低电压信号转换为外部输出设备所需的驱动信号。选择时主要应该考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载的状态变化是否频繁等。
1． 输出方式的选择
开关量输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出。继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强。但它属于有触点元件，其动作速度较慢、寿命短，可靠性较差，因此，只能适用于不频繁通断的场合。当用于驱动感性负载时，其触点动作频率不超过1Hz。
对于频繁通断的负载，应该选用双向晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但双向晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。
2．输出接线方式的选择 按PLC的输出接线方式的不同，一般有分组式输出和分隔式输出两种。
分组式输出是几个输出点为一组，共用一个公共端，各组之间是分隔的，可分别使用不同的电源。而分隔式输出的每一个输出点有一个公共端，各输出点之间相互隔离，每个输出点可使用不同的电源。主要应根据系统负载的电源种类的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。
3．输出电流的选择
输出模块的输出电流（驱动能力）必须大于负载的额定电流。用户应根据实际负载电流的大小选择模块的输出电流。如果实际负载电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。
4．同时接通的输出点数量
选择输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值。如一个220V/2A的8点输出模块，每个输出点可以通过2A的电流，但输出公共端允许通过的电流不是16A（8X2）通常要比此值小得多。一般来说，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。
5．输出的最大负载电流与负载类型、环境温度等因素的关系
表为FX系列PLC的输出技术指标，它与不同的负载密切相关。另外，双向晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。
表-FX2系列PLC的输出技术指标
（三）、电源模块及其它外设的选择
1．电源模块的选择 电源模块的选择较为简单，只需考虑电源的额定输出电流就可以了。电源模块的额定电流必须大于CPU模块、I／O模块、及其它模块的总消耗电流。电源模块选择仅对于模块式结构的PLC而言，对于整体式PLC不存在电源的选择。
2．编程器的选择 对于小型控制系统或不需要在线编程的PLC系统，一般选用价格便宜的简易编程器。对于由中、高档PLC构成的复杂系统或需要在线编程的PLC系统，可以选配功能强、编程方便的智能编程器，但智能编程器价格较贵。如果有现成的个人计算机，可以选用PLC的编程软件包，在个人计算机上实现编程器的功能。
3．写入器的选择 为了防止因干扰使锂电池电压变化等原因破坏RAM中的用户和程序，可选用EPROM写入器，通过它将用户程序固化在EPROM中。现在有些PLC或其编程器本身就具有EPROM写入器的功能。