1  引言

1.1 设计任务与要求

本次PLC课程设计任务与要求如下：

一、控制要求

设计三路抢答器控制系统，其控制要求如下：一个三路抢答器，任意一组抢先按下后，显示器能及时显示该组的编号并且指示灯开始闪烁，同时锁住抢答器，使其他组按下无效，抢答器复位后才可重新抢答。     

二、设计I/O点分配           

三、画出PLC的外部接线图

四、设计完整的梯形图

五、编译、下载、运行

1.2 实用价值与理论意义

可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

随着科技的飞速发展，PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。

目前国内外市场上已有很多类型的知识竞赛抢答器，其大致采用模拟电路、数字电路、单片机或者PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。对于采用模拟电路或者数字电路的产品，其技术相当成熟。但是随着功能的增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。对于计算机控制系统来说，其程序简单，反应灵敏，便于参数调节及其功能的升级换代，但鉴于其必须配合计算机实用，可操作性差，没有得到广泛的应用。而对于科技飞速发展的今天，PLC应用的不断深入，带动了传统控制检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点，以PLC为核心的部件成为主流。

本次PLC课程设计的目的与意义在于提高同学们的动手操作能力、巩固课本知识、培养自觉学习能力、提高团队合作意识以及一些基本编程知识的掌握等，主要是对施耐德SomachinePLC编程软件、M218系统等的应用。

2  PLC的介绍

施耐德plc编程软件是施耐德电气自动化的核心产品，它是新一代软硬件自动化平台。其全新的独创设计缩短了开发时间，处理器的灵活性可以实现更高的性能。基于开放性以及对工具的协同式应用，Unity 在软件开发和控制系统运行上达到了更高水平，它将生产率的提高放在首位。

SoMachine是一款专业、高效且开放的OEM解决方案软件，可以在单一的环境中开发，组态和调试整台机器，包括逻辑程序，电机控制，HMI和相关的网络自动化功能。

Somachine基于Codesys，对于M218，M238以及M258机型，UnityPro对应于昆腾等中大型系列。Somachine可以看作施耐德对于小型系统的打包销售，包括HMI以及小型PLC系统，其Somachine附带的驱动盘内有一些针对于不同行业的专用功能块可供直接调用。

M218 编程软件支持6 种IEC 61131 标准编程语言：梯形图(LD)，顺序功能图(SFC)，功能块(FBD)，流程图(CFC)，指令表(IL)，结构化文本(ST)。M218 的程序由用户定义的变量、功能库和用户编写的应用程序代码等构成。M218所有执行的应用程序称为任务，由用户定义的程序段和子程序组成( 根据用户习惯也可以只由一个主程序组成)。根据控制需要定义程序段为主任务，快速任务或事件任务。不同任务扫描方式也不同：触发方式，周期扫描或顺序扫描。

SoMachine 软件的程序结构支持用户编写多个程序段组成一个完整的应用程序。程序段可以是由用户编写的程序代码的POU ( 程序组织单元)。

3  设计思路

3.1 PLC选择

在这次课程设计中，使用的是施耐德SoMachine系列M218编程软件，按控制要求及I/O分配系统采用施耐德公司Somachine系列PLC设计三路抢答器，

LED数码动态显示的基本做法在于分时轮流选通数码管的公共端，使得各数码管轮流导通，在选通响应的数码管后，即显示字段上得到显示字形码。

3.2 工作原理

主持人提出开始抢答时，按下X0，所有线圈均失电，实现复位。当某位抢答者按下按钮时，如X2被首先按下后，Y2线圈得电，对应的线圈Y12、Y15得电，从而显示出相应的号码2,对应的灯泡闪烁。抢答结束后，主持人按下X0，再次复位，进行下一轮抢答。

3.3 外部接线图

图3.1 外部接线图

3.4 I/O地址分配

表3.1  I/O地址分配

3.5 按控制要求设计梯形图

3.5.1 变量声明

图3.2变量声明

3.5.2 梯形图

抢答器：

图3.3 抢答器

选手X1按下抢答器时，X1闭合，Y1得电并自锁。选手X2、X3抢答原理同上。

数码管：

图3.4数码管

当选手X1按下抢答器时，常闭触点Y1断开，只有Y11和Y12通电，数码管显示为“1”。

当选手X2按下抢答器时，常闭触点Y2断开，只有Y12和Y15失电，数码管显示为“2”。

当选手X3按下抢答器时，常闭触点Y3断开，只有Y14和Y15失电，数码管显示为“3”。

闪烁灯：

图3.5 闪烁灯

常开触点Y1闭合时，BLINK产生脉冲,使线圈Y17对应的灯随之闪烁。Y2、Y3原理同上。

4  利用软件仿真

4.1  梯形图对应的指令表

图4.1  指令表

4.2 时序图

下列分别为选手X1、X2、X3的时序图：

图4.2   1号选手X1

图4.3  2号选手X2

图4.4   3号选手X3

图4.5  主持人X0

4.3  触摸屏实现

图4.6   触摸屏

5  课程设计心得体会

作为一名电气工程及其自动化大三的学生，我觉得课程设计是很有意义的而且是很有必要的。在已度过的学期中我们接触的大多数为基础课，没有太多的实践，而课程设计就为我们提供了良好的实践平台。在此次课程设计中，我们主要分为电路设计和仿真，在课堂知识的基础上，我们还查阅了图书馆相关的书籍，很好的将理论应用到了实践，更加深了对PLC的理解和对M218的认识，虽然过程有点困难，但还是学到了不少知识。

通过课程设计，使我深深地体会到，干任何事都必须耐心，细致，在设计过程中只要有一个地方弄错，就会影响最后的结果，使得效率降低。

总之，这次课程设计给我弥补了很多我欠缺的知识，在今后的学习过程中，要更加努力的学习机子的专业知识，多多与同学和老师交流。

附录A：梯形图

附录B：外部接线图

参考文献

[1]  付家才. 电工电子实践教程. 化学工业出版社.2003

[2]  尹勇 李林凌. Multisim电路仿真入门与进阶. 北京：科学出版社.2005

[3]  阎石. 数字电子技术基础（第四版）.高等教育出版社.2004

第二篇：PLC课程设计模板

《PLC原理及应用》课程设计报告

学 院： 沈阳工业大学工程学院

专 业： 电气工程及其自动化

班 级： 0803

姓 名： 孙楠

学 号： 220080612

指导教师： 卢芳飞

起止日期：20xx年12月 22 日～20xx年12月29日

目 录

1.课程设计目的......................................................2

2.课程设计题目和要求................................................ 2

3.设计内容.......................................................... 2

3.1 PLC的介绍......................................................2

3.2 PLC的特点及应用................................................3

3.3 PLC的工作原理..................................................4

3.4 PLC的I/O地址分配..............................................5

3.5 外部PLC接线图.................................................6

3.6 PLC主程序的设计................................................6

3.7花样1子程序....................................................9

3.8花样2子程序....................................................9

3.9花样3子程序....................................................9 3.10控制系统测试与分析............................................12

4.设计总结......................................................... 12

参考书目........................................................... 13

附录............................................................... 14

1

1课程设计目的

在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观，起到广告宣传的作用，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽，用在舞台上增强晚会灯光效果。随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高，人们对于彩灯的要求越来越高，另一方面，随着电子技术的发展，应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展，PLC技术的应用引起电子产品及系统开发的巨大变革。梯形图语言作为可编程逻辑器件的标准语言描述能力强，覆盖面广，抽象能力强，在实际应用中越来越广泛。于是，人们开始追求贯彻整个系统设计的自动化，可以从繁重的设计工作中彻底解脱出来，把精力集中在创造性的方案与概念构思上，从而可以提高设计效率，缩短产品的研制周期。整个过程通过PLC自动完成，大大减轻了设计人员的工作强度，减少了出错的机会，并且提高了设计质量。为了便于学生掌握PLC变成设计，因此需要设计一个霓虹灯闪烁控制系统。 2课程设计题目和要求

课程设计题目，基于PLC的霓虹灯闪烁控制系统

课程设计要求，彩灯L1~L10按如下

花样（1）：先使所有灯都复位（熄灭），然后从L1等开始，每隔0.5秒按顺序增加一个彩灯，直至都亮为一个周期，重复循环3

花样（2）：L1~L5、L6~L10两组彩灯亮灭交替三次，间隔0.5秒

花样（3）：先L1灯亮0.5秒后，L2灯亮L1灭，延迟0.5秒后 L3灯亮L2灭，以此类推，形成单灯跑马效果，循环3次

三种花样连续执行，形成周期循环，直至停止。

3设计内容

3.1 PLC的介绍

世界上公认的第一台PLC是19xx年美国数字设备公司(DEC)研制的。20世纪70年代初出现了微处理器，人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加 2

了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。20世纪70年代中期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术己全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中己获得了广泛的应用。20世纪末期，可编程控制器的特点是更加适应于现代工业控制的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机;从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合;从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元，通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。

在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。

3.2 PLC的特点及应用

PLC是一种专门为了在工业环境下应用而设计的数字运算操作装置。它采用一可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。PLC及有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造 3

和发展的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。

（1） 可靠性高，抗干扰能力强。

（2） 通用性强，使用方便。

（3） 采用模块化结构，使系统组合灵活方便。

（4） 编程语言简单、易学，便于掌握。

（5） 系统设计周期短。

（6） 对生产工艺改变适应性强。

（7） 安装简单、调试方便、维护工作量小

目前，PLC在国内己广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、 汽车、轻纺、交通、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类:

1、开关量的逻辑控制

这是PLC最基本最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控及自动化流水线.

2、数据处理

PLC可以用于对直线运动或圆周运动的位置速度和加速度的控制。

3、运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用开关量I/0模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

4、过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算 PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制，PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

5、控制网络（通信）

随着计算机控制系统的发展，近年来工厂自动化通信联网发展得很快，各个著名的PLC生产厂商推出了自己网络系统。

3.3 PLC的工作原理

LC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。它是一种存储程序的控制 4

器，用

（1） 输入采样 PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。

（2） 程序执行 PLC完成了采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键入到PLC的用户程序存储器中寄存。

PLC扫描工作方式主要分三个阶段：输入采样、程序执行、输出刷新。像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。

（3） 输出刷新 在执行到END的命令时，即执行完用户所有的程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。

3.4 PLC的I/O地址分配

为了使本程序简单，本次设计不使用输入信号，一通电，彩灯即开始进行花样循环；使用10个输出点接L1~L10十个彩灯。分别是L1对应Q0.0,L2对应Q0.1，L3对应Q0.2,L4对应Q0.3,L5对应Q0.4,L6对应Q0.5,L7对应Q0. 6,L8对应Q0.7, L9对应Q1.0, L10对应Q1.1。

表I/O地址分配表

5

3.5 外部PLC接线图

下图3.1为外部PLC接线图，是实物与PLC机个部分的连接。

图3.1 3.6 PLC主程序的设计 第一步为使3个计数器清零。

第二不程序为调用花样1子程序3次。 第三步程序为调用花样2子程序3次。 第四步程序为调用花样3子程序3次。 第五步为彩灯全部熄灭。

6

图3.2为主程序梯形图

7

图3.7.1 8

3.7花样1子程序

如上图3.7.1

第一个网络是第一次循环前辅助继电器触点复位。

第二个网络是第二次循环前辅助继电器触点复位。

第三个网络是第三次循环前辅助继电器触点复位。

网络四到网络九是移位脉冲生成电路。

网络十是继电器移位。

网络十一到网络二十是L1到L10小灯依次点亮。

网络21是10等全灭。

网络22是循环次数计数器。

。

3.8花样2子程序

如图3.8.1

网络一让小灯全部熄灭。

网络二到网络三为脉冲震荡电路。

网络4到网络5为五星彩灯内圈外圈闪烁电路。

网络六为闪烁次数计数器。

网络七为子程序返回。

3.9 花样3子程序

如图3.9.1

网络一为第一次循环前辅助继电器复位。

网络二为第二次循环前辅助继电器复位。

网络三为第三次循环前辅助继电器复位。

网络四到网络九为脉冲生成电路，网络十为寄存器移位。

从网络11到网络20，小灯依次一亮一灭，网络22为循环次数计数器 网络23子程序返回。

9

图3.8.1

10

图3.9.1 11

至此五星霓虹灯闪烁控制系统完成，先使所有灯都复位（熄灭），然后从L1等开始，每隔0.5秒按顺序增加一个彩灯，直至都亮为一个周期，重复循环3次。然后L1~L5、L6~L10两组彩灯亮灭交替三次，间隔0.5秒，再先L1灯亮0.5秒后，L2灯亮L1灭，延迟0.5秒后 L3灯亮L2灭，以此类推，形成单灯跑马效果，循环3次。三种花样连续执行，形成周期循环，直至停止。

3.10控制系统测试与分析

控制系统必须进行调试后才投入实际生产之中，在这之前，以便发现问题及时解决。本系统的调试主要是利用电气工程系的实验设备进行模拟。根据前面的分析，限位开关采用点动开关模拟，输出都采用指示灯表示不同的状态，以模拟系统的工作的正确性。接线图与前面的图3-4外部接线类似，可以采用那种接法进行调试。从分析结果来看，系统基本是按设计要求进行工作，误差在课程设计容许的范围之内

4设计总结

回顾此次PLC课程设计，时间虽比较短暂，但是在此次实习中学到很多有用的东西。我的课题是基于PLC彩灯控制系统设计，当拿到课题时，有点茫然，不知道从何下手，切入点在哪?经过网上搜索相关的资料，逐步了解自己要设计个什么东西，该东西的工作原理，工作设计是什么，各环节的线索是什么？理清线索后，就确定整体设计方案，按方案的步骤着手设计各单元电路，庆幸的是各单元电路的设计比较简单，但是实际按图连线就有些困难，及运行当中出现的问题有点让我们止步，不过最后我们团结互助，不断向老师请教，把一个个难关予以解决。

现在，整个设计虽基本完成，也许结果并不是很令人满意，过程中出现的一些问题，例如延迟时间不是很精确，电路设计得不怎么完善等等。我想我们只有在实践中多去操作，不言弃、不急躁，迎难而上，多总结经验，多尝试，才能将专业知识学得更好，才能学以致用，才能达到学习的真正目的。

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参考书目

[1]魏志精. 可编程控制器应用基础，电子工业出版社.，2006

[2]潘月琴. 全自动洗衣机的维修.北京科学技术出版社.2005

[3]田瑞庭主编.可编程控制器应用技术.北京机械工业出版社，2001

[4]王兆义编著.小型可编程控制实用技术.北京机械工业出版社，2000

[5]徐志军.大规模可编程逻辑器件及其应用.成都：电子科技大学出版社，2004

[6]黄正瑾.在系统编程技术及其应用.南京：东南大学出版社，2005

[7]阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2002

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附录 第一次花样如图： 第二次花样如图： 第三次花样如图：

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《计算机控制技术》课程设计指导教师评语

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