滑台系统控制设计.docx
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滑台系统控制设计
《电气与PLC控制》课程设计任务书（四）
题目：
机械滑台工艺流程控制系统设计
（二）
一、课程设计任务
本课题要求设计机械滑台工艺流程控制系统，具体要求是：
采用S7-300系列PLC和五层电梯模型完成控制任务。
用电梯模型中的桥厢来模拟机械滑台的工作台，工作台由三相异步电机拖动，电机速度、正反转运行由变频器控制。
楼层接近限位开关用于工作台的位置控制。
工作台的工艺流程由任课老师指定。
控制要求：
工作台运行状态分为三种方式：
手动、单周期和自动循环三种控制方式。
其中，运行方式由开关S1、S2确定：
S1断开—手动，S1合上—自动；在自动方式下，S2断开—单周期运行，S2合上—自动循环控制方式。
运行方式切换时，滑台立即停止运行。
手动控制：
（点动）手动控制指示灯A亮，按住SB▲（二层），工作台前进（电梯上升）；按住SB▼（二层），工作台后退（电梯下降）。
（松开按钮立即停止）
单周期运行：
单周期指示灯G亮，滑台位于初始原点（1层），按动启动按钮SB▲（一层），按工艺流程自动运行一周后停在初始原点。
按停止按钮SB▼（五层），立即停止运行。
自动循环控制：
自动循环灯D亮，滑台位于初始原点（1层），按动启动按钮SB▲（一层），按工艺流程自动循环运行，运行一周后回到原点后暂停6秒后再接着运行，按停止按钮SB▼（五层），立即停止运行。
工艺流程中暂停延时需要用指示灯（报警灯）以1HZ的频率闪烁指示。
二、课程设计目的
通过本次课程设计使学生掌握：
1）Step7编程软件的使用方法和梯形图、SFC图编程语言的运用；2）实际程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。
从而提高学生对PLC控制系统的设计和调试能力。
三、课程设计要求
1、完成硬件选型
2、程序设计方法采用状态转移图SFC图进行设计或经验设计法。
3、指令实现采用基于M的SFC梯形图实现或梯形图实现。
4、工艺流程为：
四、课程设计内容
1、熟悉实验模块的基本实验；
2、滑台工艺流程控制系统设计；
3、硬件接线图、程序清单。
五、课程设计报告要求
报告应采用统一的报告纸书写，应包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献。
报告中提供如下内容：
1、目录
2、正文
（1）课程设计任务书；
（2）总体设计方案
（3）I/O分配表，PLC外部接线图，程序中使用的元件及功能表；
（4）程序控制的SFC图、梯形图或指令表清单，注释说明；
（5）调试、运行及其结果；
3、收获、体会
4、参考文献
六、课程设计进度安排
周次
工作日
工作内容
第
一
周
1
布置课程设计任务，查找相关资料
2
熟悉实验台，完成一些相关基本实验
3
根据设计任务，完成总体设计方案（硬件选型、分配IO点等）
4
完成硬件接线，编写程序并调试
5
编写程序并调试
第
二
周
1
编写程序并调试
2
编写程序并调试
3
编写程序并调试及准备课程设计报告
4
完成课程设计报告并于下午两点之前上交
5
答辩
本课题共需两周时间
七、课程设计考核办法
本课程设计满分为100分，从课程设计平时表现、课程设计报告及课程设计答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、20%、60%。
1.对于设计课题的初步理解……………………………………………2
2.机械滑台控制系统的简介及应用说明………………………………3
3.机械滑台的硬件接线图………………………………………………4
4.I/O模块的地址分配……………………………………………….….5
5.使用起保停电路的编程构思及方法…………………………………6
6.各部分的程序及说明…………………………………………………8
7.程序的调试运行及其结果…………………………………………..16
8.本设计中的创新点………………………………………………..…18
9.个人小结……………………………………………………………..19
10.参考文献……………………..………………………………….….20
一．对于设计课题的初步理解
当拿到设计课题时，粗略的看了一下设计要求及其要求实现的功能，由于工艺流程图比较简单，所以心中暗自窃喜应该会比较容易实现，但是在接下来的设计中问题就接踵而至了，比如怎样实现功能FC的调用，怎样分配I/O地址，及怎样衔接FC让程序有一个很好的可阅读性及准确可靠的实现性，这个问题在后期的调试运行中不断的困扰着每一位同学也包括我自己，但是程序这个东西本来就是修修改改，不断完善，不断简化的，这也是我鼓励其他同学放在嘴边的一句话。
为了实现简单，可靠，准确的目的，本设计在初期就确定使用简洁明了的起保停电路来设计，由于连续和单周期的运行流程是一样的，故将这两种工作方式融合在一个程序中，用一个标志来区分它们的工作流程。
还有一个问题在设计时出现了分歧，就是在连续和单周期时要求滑台在原点启动，所以在设计时，我让由手动方式切换到连续或单周期工作时，或在连续与单周期工作方式间相互转换，不需要任何动作，使滑台自动返回原点，我还觉得这样比较方便，但是随着后来的不断深入思考，觉得不应该自动回原点，如果在实际控制中，当工作方式切换时，可能不需要回到原点，而是在某一处立即启动运行，但是本设计程序中要求是需要回原点的，并且要求工作方式切换时要求滑台立即停止，所以我在这里做了一个小小的创新，也不能说是创新吧，也就是和其他同学的一个小小的区别，而在我看来是比较方便的一个改进，即当在一个工作方式切换到另一个时，我不需要切换到手动返回原点，而是用了一个返回原点的程序，只要按一下返回原点的开关就可以回到原点，在实际操作中我想这是更需要的。
还有一点其他的问题，也是一些比较小的问题，比如报警灯的闪烁怎么实现，楼层限位怎么实现。
这就是在初期设计时的一些想法，及设计中的疑惑的难点，但是在后期的设计调试中通过同学的相互研究，老师的指导，都迎刃而解了。
一次PLC设计让我对PLC控制从感性到理性上有了一个新的认识，也是一次难得的机会吧。
得到了许多的锻炼。
二．机械滑台控制系统的简介及应用说明
在这个科技飞速发展的时代，为了满足人们的生活，生产的需求，很多设备都需要设置多种的工作方式，例如手动工作方式，自动工作方式，后者包括连续，单周期，单步，自动返回初始状态的几种工作方式，机械滑台的控制系统在实际工作中也是比较多的，滑台由某一个位置移动到另一个位置，可以实现物品的移动，工件的加工。
回到本设计滑台中，要求滑台可以实现多种工作方式，及其相互的切换，本设计应用五层电梯模型完成控制任务。
滑台控制的应用可以实现多种工作方式的相互转换，每一个工作状态之间互不影响，不会出现任何程序冲突及出现功能出错的现象，这在实际的工程应用中是十分重要的。
PLC的控制特点决定了机械滑台工作的稳定性及可靠性。
本设计的中心思想就是在要求滑台按照流程图一步一步的滑动。
滑台是组合机床，和自动线使用的最多的一种工作机械。
在下面的设计思路及实现方法中将进一步阐明滑台的控制方法及滑台的本设计中的简单的工艺流程。
三．机械滑台的硬件接线图
略
四．I/O模块的地址分配
（1）地址分配
输入设备
输出设备
序号
名称
代号
地址
序号
名称
代号
地址
1
转换开关1
S1
I0.1
1
电机正转
DIN1
Q0.1
2
转换开关2
S2
I0.2
2
电机反转
DIN2
Q0.2
3
二层上呼按钮
SB2▲
I1.1
3
电机低速
DIN3
Q0.3
4
二层下呼按钮
SB2▼
I1.2
4
电机高速
DIN4
Q0.4
5
回原点按钮
SB3▼
I2.0
5
蜂鸣器
P
Q1.0
6
五层下呼（停止）按钮
SB5▼
I1.3
6
一层上呼灯
D1
Q1.6
7
一层定位传感器
SQ1
I2.1
7
五层下呼灯
D5
Q1.5
8
二层定位传感器
SQ2
I2.2
8
手动指示灯
A
Q1.1
9
三层定位传感器
SQ3
I2.3
9
单周期指示灯
G
Q1.2
10
四层定位传感器
SQ4
I2.4
10
连续指示灯
D
Q1.3
11
五层定位传感器
SQ5
I2.5
（2）工作方式开关的切换对照表
S1（I0.1）
S2（I0.2）
工作方式
0
0
不工作
0
1
手动
1
0
单周期
1
1
连续循环
五．使用起保停电路的编程构思及方法
1.程序的总体结构
项目的名称为“机械滑台的工艺流程控制”在主程序的OB1中，调用功能（FC）的方式来实现各种工作方式的切换。
公用程序FC1是无条件调用的，供各种方式公用。
工作方式的选择开关是由S1，S2的拨动开关选择，同时只能选择一种工作方式。
选择手动工作方式时调用手动程序FC2，选择回原点工作方式时调用回原点程序FC3，选择连续，单周期工作方式时调用自动（单周期及连续循环）程序FC4。
2.OB100中的初始化程序
当桥厢在滑台的一楼时，系统处于规定的初始条件，称为“原点条件”此时一楼的限位开关I2.1得电，存储器位M0.5为1状态。
CPU刚进入RUN模式的第一个扫描周期时，执行组织块OB100。
如果此时原点条件满足的时，M0.5为1状态，顺序功能图的初始步对应的M0.0被置位，为进入单周期和连续循环工作方式做好准备，如果M0.5为0状态时，M0.0将被置位，初始步为不活动步，禁止在单周期和连续工作方式工作。
3.公用程序FC1
公共程序主要用于各种方式之间的切换处理，当系统处于手动工作方式或回原点方式时，I0.2和I2.0为1状态。
与OB100中的处理相同，如果此时满足原点条件，顺序功能图的初始步对应的M0.0被置位，反之则被复位。
当系统从自动工作方式切换到手动或回原点工作方式，然后又回到自动工作方式时，可能出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误的动作。
为此在手动或回原点工作方式时，用MOVE指令将顺序功能图中除初始步之外的各步对应的存储器位复位。
同样的原因，在退出回原点工作方式时，将包含回原点的顺序功能图中的各步复位。
在非连续循环方式，即只要I0.1或I0.2中有一个为常闭触点接通，将表示连续工作方式的标志位M0.7复位。
4.手动程序
手动操作时用I1.1和I1.2对应的2个按钮控制滑台的上升与下降，为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了一些必要的联锁：
用一楼和五楼的限位传感器开关I2.1和I2.5的常闭触点限制滑台运动的上下极限位置。
设置上升与下降之间的互锁，用来防止功能相反的两个输出同时为1状态。
5.回原点程序
当工作方式由手动工作方式切换到自动方式时，由于要求只能在原点才能启动自动工作方式，故增加了一个回原点程序，当由手动工作方式切换到自动工作方式时，滑台立即停止，此时滑台可能处于任意位置，当按下回原点启动按钮式时，使电机快速下降（Q0.2,Q0.4得电）当下降到原点即一楼时，一楼的限位传感器检测到信号，是电机停止工作，如果由手动切到自动是滑台正好在原点即满足原点条件，则电机不会工作。
当滑台回到原点的操作结束后，原点条件满足，在公共程序中，M0.5变为1状态，，顺序功能图中的初始步M0,0被置位，为自动工作方式做好准备。
6．自动工作（单周期，连续）程序
单周期，连续工作方式均与顺序功能图有关，因此将这2种工作方式的控制程序合并在自动程序FC4中，用典型的起保停电路来设计控制电路。
单周期，连续这2种工作方式主要是用”连续”标志M0.7来区分的。
（1）单周期与连续的区分
在连续工作方式时，I0.1和I0.2为1状态，在初始状态按下启动按钮I1.1，M2.0变为1状态，滑台上升，与此同时控制连续工作的M0.7的线圈”通电”并自保持。
当滑台在步M2.4返回原点时，I2.1为1状态，因为”连续”标志M0.7为1状态，转换M0.7·I2.1满足，系统将返回到步M2.0，反复连续的工作下去。
在单周期工作方式时，M0.7一直处于0状态，当滑台在步M2.4返回原点时，I2.1为1状态，转换条件M0.7·I2.1满足，系统返回并停留在初始步，按一次启动按钮，系统只工作一个周期。
六．各部分的程序及说明
OB1程序
公共手动
回原点连续及单周期
滑台到达一楼时一楼限位指示灯亮滑台到达五楼时五楼限位指示灯亮
手动工作方式A灯亮单周期工作方式G灯亮
连续工作方式D灯亮不工作时工作指示灯全灭
电机高速运转线圈得电电机反转线圈得电
OB100程序
原点条件初始状态
FC1程序
原点条件由手动切换到单周期时使手动停止
当手动工作，回原点工作时，使MB2非初始步。
单周期与连续循环时使滑台立
即停止
当滑台回原点或连续与单周期相互转换时滑台停止工作
当非连续工作方式时复位连续标志
检测到工作方式切换到单周期时有一个脉冲信号
检测到工作方式切换到连续工作时有一个脉冲信号
手动工作时复位初始条件
当单周期或连续循环时置位初始条件
FC2（手动工作）
手动工作按下上升启动按钮I1.1滑台上升
电梯正转
电机低速
按下下降按钮时I1.2滑台下降
FC3（回原点）
滑台不在原点时按下I2.0电机下降到原点停止
FC4（单周期及连续循环）
当工作在循环时使循环标志得电
滑台上升
暂停6S
滑台下降
滑台上升
滑台下降
单周期运行
回到初始步
连续循环工作方式
报警灯闪烁
电机正转
电机反转
电机低速
电机高速
停止运行
连续及单周期顺序功能图
七.程序的调试运行及其结果
1.手动控制的调试运行及结果
手动控制（点动）：
手动控制指示灯A灯亮，按住二层上呼按钮时（I1.1），滑台上升，当在任意位置（不超过五层）松开按钮时，滑台停止上升，当按住二层下呼按钮时（I1.2），滑台下降，当在任意位置（不低于一层）松开按钮时，滑台立即停止下降。
为了安全考虑所以设计了两个极限位置，当到达五层时，五层限位传感器（I2.5）检测到信号，立即停止滑台上升，当达到一层时，一层限位传感器（I2.1）检测到信号,立即停止滑台下降。
所设计的程序可以完成控制的手动控制。
单周期运行：
单周期控制指示灯G灯亮，滑台需位于原点（1层），按动启动按钮SB2▲（2层），滑台立即高速上升到4层，然后暂停6S，暂停的同时报警灯以1HZ的频率闪烁指示。
之后滑台高速下降到二楼，按后立即共进到3楼，然后高速下降到1楼。
检测每一层是否到达都用到了每一层的限位传感器开关。
所设计的程序可以完成要求控制的单周期控制。
连续循环控制：
连续控制指示灯D灯亮，滑台需位于原点（1层），按动启动按钮SB2▲（2层），滑台立即高速上升到4层，然后暂停6S，暂停的同时报警灯以1HZ的频率闪烁指示。
之后滑台高速下降到二楼，按后立即共进到3楼，然后高速下降到1楼，然后暂停6S之后接着第一步继续反复运行。
2.调试过程中遇到的问题及解决方法解决方法
出现的问题
1在各个工作方式的不断切换过程中会出现功能出错，滑台失控的现象。
2在单周期及连续循环的控制中会频繁的出现滑台突然停止运行的现象，但是对于的输入和输出都已检测到相应动作的信号。
3编程软件出现死机的情况
解决方法
1对于第一个问题的出现经过反复查看程序，发现在每一个工作方式切换之后，没有将其对应的步全部复位，当切换到另一个工作方式时就出现了几个步同时活动的情况，只要加一个复位程序即可。
2第二问题是困扰大家的共同问题，为什么在单周期和连续运行中会出现，而且滑台突然停止的楼层不是固定的，而且，循环几次之后会出现突然停止的也是不固定的，原本以为出现了双线圈问题，但是如果是双线圈问题为什么开始时会可以运行，而是在运行X次之后出现问题，这个问题还未得到根本的解决，期望老师有了答案之后可以给我们一个答案。
3第三问题可能是电脑方面的问题，由于运行的程序过多，操作过于平凡，出现的一种cpu卡机的现象。
八.本设计中的创新点
对于本次设计的滑台控制系统中有一点小小的创新点，也算不上什么创新吧，也就是其他人没有注意到一个小小的细节。
控制要求中要求在单周期和连续这2种控制方式中原点启动（1层），其他的同学使用的方法是切换到手动工作方式，手动回到原点，我觉得这种操作方式在实际应用中比较繁琐，不方便操作，所以我在设计中写了一个回原点的程序，当切换到这2中工作方式时，只要按下回原点开关（I2.0），此时无论滑台位于哪一层，都会自动回到原点，省去了许多时间及切换，使操作变得很方便。
这个创新的点也许很小，但是在实际应用中却很实用。
而且这个程序很小，没有占有很多的内存，不会延长程序的运行时间而影响功能稳定及可靠性。
九．个人小结
这一次的PLC课程设计可以说是大学里比较用心去做的一次，所以相比之下也有了许多感想，2周的时间从一开始的构思到后期的编程调试，遇到了许多问题，能解决的，不能解决的，都在老师同学的帮助下克服了。
滑台的设计中有几点让我感想颇丰的，第一个就是连续循环工作方式下不规律的出现滑台突然停止的工作的情况，而且到目前为止还没有解决的问题。
第二个是一个设计方面的问题，使滑台在每一个楼层的第二个或第三限位传感器处停止，这个问题我想出的解决方法是用减记数器来实现，滑台分为三个接近触点，当第一个触点测到滑台时并不触发动作，而是给减记数器置一个数，当第二个触点检测到滑台时，减记数器输出变为0，此时用一个下降沿检测信号，检测到一个信号，触发滑台动作，从而实现第二个触点触发动作而不是第一个触点触发动作。
第三个问题是这个设计的不足或者可以改进的地方，当滑台在某一个工作方式时停止了，比如说在单周期工作方式时突然按下停止按钮滑台停止工作，为了使其继续工作必须返回原点才能启动，这是不符合实际应用的，应该可以做出当停止后按下启动继续在原有步的动作下接着继续往下运行。
还有个安全方面的问题，就是当出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。
以上就是在设计中有的一些想法，另一个方面就是通过设计使我对PLC控制系统的设计有了非常深的理解，以及对STEP7编程软件的使用方法。
学校可以提供这样一个非常好的机会，以及设备，可以让我们在自己的努力下实现自己的设计任务。
修改，修改，不断地修改，优化，优化，不断地优化，使自己的程序达到最简单而可以实现功能，不出现任何的漏洞，BUG，这让我在编程时费劲了
脑汁，怎样才能不影响这个，也不影响那个，也许这就是编程的魅力吧。
连夜的编程，不断的在宿舍仿真，当看到最后程序不出现错误，按照我的想法一步一步的实现功能时，真的有一种莫名的冲动。
可以说一夜没睡好觉。
转眼就要大四毕业，只有不断地增加自己的实践，不断地提高自己，才能在今后的毕业工作中立于不败之地。
我们在大学里最应该学会的就是快速学习的能力，当你遇到一个问题是要用最短的时间，最简单可行有效地方法去解决它这才是企业所想要看到的，过程其实就不是那么重要了。
这也是我在这次课程设计里更深刻体会到的。
面的困难，而不是回避问题，这才是一个真正的当代大学生应该做的，我做到了。
十．参考文献
⑴廖常初.S7-300/400PLC应用教程——北京：
机械工业出版社，2011.6
⑵廖常初.S7-300/400PLC应用技术——北京：
机械工业出版社，2008.3
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