西门子6ES513-1AL02-0AB0型号介绍

课程设计指导书
一、PLC控制系统设计概要
    学习PLC的终目的是能把它应用到实际控制系统中去。对于初学者来说，不知如何入手设计一个控制系统。若遇到实际的工业控制项目，需采用PLC控制，往往不知所措。本指导书将课程设计的选题提供给大家，就是通过自己所学的电气控制及PLC的基础知识以及PLC的基本实验的体会，来进行分析综合、全面地考虑问题，联系实际，设计一个经济、实用及可靠的控制系统。

（一）、PLC控制系统设计的基本原则
在PLC控制系统设计时，应遵循以下基本原则：
1、大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，
搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。
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、保证控制系统的安全、可靠。
4、考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。
（二）、PLC控制系统设计的基本内容
PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC控制系统的基本内容包括：
1、择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等）、输出设备（继
电器、接触器和信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其它课程及有关书籍中已有介绍。
2、PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC，对于保证整
个系统技术经济性能指标起着重要作用。
选择PLC应包括机型的选择、容量的选择、I/O点数（模块）的选择、电源模块以及特殊功能模块的选择等。
3、分配I/O点，绘制电气连接接口图，考虑必要的安全保护措施。
4、设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）或控制系统流程
图。
控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统正常工作、安全可靠的关键。因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。
5、必要时还需设计控制台（柜）。
6、编制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表等。
传统的电气图，一般包括电气原理图、电气布置图及电气安装图。在PC控制
系统中，这一部分图可以统称为“硬件图”。它在传统电气图的基础上增加了PLC部分，因此，在电气原理图中应增加PLC的I/O输入、输出电气连线图（即I/O接口图）。
此外，在PLC控制系统中，电气图还应包括程序图（梯形图），可以称之为“软件图”。向用户提供“软件图”，可便于用户在生产发展或工艺改进时修改程序，并有利于用户在维修时分析和排除故障。

（三）、PLC控制系统设计的一般步骤
设计PLC控制系统的一般步骤见下图所示。
1、 流程图功能说明：
① 根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作顺序、动作
条件及必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周期及单步等）。
② 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。拒此确定PLC的I/O点数。
③ 选择PLC。
④ 分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图（这一步也可结合第2步进行）。
⑤ 进行PLC程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工。
在设计传统继电器控制系统时，必须在控制线路（接线程序）设计完成后，才能进行控制台（柜）设计和现场施工。可见，采用PLC控制，可以使整个工程的周期缩短。

2、 PLC程序设计的步骤
①对于较复杂的控制系统，需绘制系统流程图，用以清楚的表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统，也可省去这一步。
②设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
③根据梯形图编制程序清单。
④用编程器将程序键入到PLC的用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。
⑤对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。
⑥待控制台（柜）及现场施工完成后，就可以进行联机调试。如不满足要求，再回去修改程序或检查接线，直到满足为止。
⑦编制技术文件。
⑧交付使用。

二、PLC控制系统设计选题

课题一、皮带运输机传输系统梯形图控制程序设计与调试
   1. 控制要求：
（1）皮带运输机传输系统由四台电动机M1，M2，M3，M4带动 
          起动时M4 →  M3→  M2→  M1 （分别间隔5s）
          停止时M1→   M2→  M3→  M4 （分别间隔5s）
（2）当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而其
后的皮带机则待料运完后才停止。例如：M2出故障，M2和M1立即停止，经5s
延时后，M3停，再经过5s，M4停
   （3）设置故障调试开关            
2.  I/O编址
3. 编程并调试
4.  I/O端子接线图

课题二、自动门控制装置PLC梯形图控制程序的设计与调试
1. 自动门控制装置的硬件组成：
   自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限
位开关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构KM1（使直流电动机正转）、关门
执行机构KM2（使直流电动机反转）等部件组成。光电探测开关为检测到人或物
体ON，否则为OFF。
2．控制要求：
（1） 当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行
机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。
（2） 自动门在开门位置停留8s后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2
被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运行。
（3） 在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或
K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。
（4） 在门打开后的8s等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电
检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
   （5）开门与关门不可同时进行。
3.  I/O编址
4.  编程并调试
5.  I/O端子接线图

课题三、花式喷水池装置PLC控制梯形图的设计与调试
1. 花式喷水池示意图

图a中4为中间喷水管，3为内环状喷水管，2为中环形状喷水管，1为外环形状喷水管。图b中的选择开关可有4种选择，可分别用4个开关模拟实现；单步/连续开关为“1”= 单步，“0”= 连续，其他为单一功能开关。
2. 控制要求：
(1)水池控制电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。按下
停止按钮，则停止喷水。工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。
   （2）“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，
喷水池反复循环运行。
(3)方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，1～4号喷水管的工作方式选
择如下：
a）选择开关在位置“1”——按下启动按钮后，4号喷水，延时2s，3号喷水，再延时2s，2号喷水，再延时2s，1号喷水，接着一起喷水15s为一个循环。
b) 选择开关在位置“2”——按下启动按钮后，1号喷水，延时2s，2号喷水，
再延时2s，3号喷水，再延时2s，4号喷水，接着一起喷水30s为一个循环。
c) 选择开关在位置“3”——按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号同时喷水，1、3号停止喷；交替运行5次后，再1～4号全部喷水30s为一个循环。
d) 选择开关在位置“4”——按下启动按钮后，喷水池1～4号水管的工作顺
序为：1→2→3→4按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s后，1、2、3和4号水管分别延时2s停水，再等待1s，由4→3→2→1反序分别延时2s喷水，然后再一起喷水30s为一个循环。
（4） 不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。
  3. I/O编址
4. 编程并调试
5. I/O端子接线图
课题四、八层电梯楼层定位及显示的梯形图控制程序设计与调试
1. 控制要求：
（1） 根据各楼层行程开关的状态，确定轿厢所在楼层
（2） 用九段LED数码管作十进制层楼位置显示，如下图所示：

2. 九段码编码示意图、真值表、I/O编址
3. 编程并调试
4. I/O端子接线图
课题五、全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试
1. 控制要求：
（1） 按下启动按扭及水位选择开关，
（2） 注水直到高（中、 低）水位，关水
         （3）2s后开始洗涤
         （4）洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s
（5）如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s
（6）开始清洗，重复（2）～（5），清洗两遍
（7）清洗完成，报警3秒并自动停机
（8）若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）
        输入点：                                 输出点：
        启动   10001   低水位检测 10009          启动洗衣机 00001
        停止   10002   手动排水   10010          进水阀     00002
        高水位 10003   手动脱水   10011          正转       00003
        中水位 10004                             反转       00004
        低水位 10005                             排水       00005
        排空检测 10006                           脱水       00006
        高水位检测 10007                         报警       00007
中水位检测 10008
2. 若要求启动开关分为标准洗和轻柔洗，试改变有关输入点，并在程序中加
入轻柔洗功能（轻柔洗过程自定）
3. I/O编址
4.编程并调试
课题六、坐标式机械手的PLC梯形图控制程序设计与调试
1. 坐标式机械手动作原理图

2. 控制要求：将物体从位置A搬至位置B
（1）动作顺序：机械手从原点位置起始下移到A处下限位→从A处夹紧物
体后上升至上限位→右移至右限位→机械手下降至B处下限位→将物体放置在B处后→上升至上限位→左移至左限位（原点）为一个循环。
（2）上限、A、B下限、左限、右限分别由限位开关控制；机械手设立起动
和停止开关。
（3）机械手夹紧或松开的工作状态以及到达每一个工位时，均应有状态显
示。
(4)  机械手的夹紧和放松动作均应有1s延时，然后上升；机械手每到达一
个位置均有0.5s的停顿延时，然后进行下一个动作。
(5)若机械手停止时不在原点位置，可通过手动开关分别控制机械手的上
升和左移，使之回到原点。
(6)要求循环工作1小时时，判断机械手是否夹有物体，若没有，则立即
自动停止工作并警铃报警；若夹有物体，则继续工作至物体放置到B位后自动停止工作并警铃报警。
 3. I/O编址并画出工作框图
 4. 编程并调试
 5. I/O端子接线图

课题七、三相六拍步进电机PLC梯形图控制程序设计与调试
1. 控制要求：
（1）三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，
        正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A
  反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A
（2）要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。
（3）具有两种转速：
      #1开关合上，则转过一个步距角需0.5s。
      #2开关合上，则转过一个步距角需0.05s。
（4）要求步进电动机转动100个步距角后自动停止运行
（5）（选）在完成上述功能的基础上，增加功能：
  设置按钮K1，每按一次K1，转速增加一档（即转动一个步距角所需时间减
少0.01s）设置按钮K2，每按一次K2，转速减少一档（即转动一个步距角所需时间增加0.01s）
2. I/O编址
3.  编程并借助于PLC实验箱的发光二极管（LED）进行调试

课题八、五相十拍步进电动机控制程序的设计与调试
1. 控制要求：
（1）五相步进电动机有五个绕组: A、B、C、D、E ,
        正转通电顺序: ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
        反转通电顺序: ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB
（2）用五个开关控制其工作：
      #1开关控制其运行 ( 启 / 停 )。
      #2 开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.5 s)。
      #3 开关控制其中速运行 (转过一个步距角需 0.1 s)。
      #4 开关控制其低速运行 (转过一个步距角需 0.03 s)。
      #5 开关控制其转向 ( ON 为正转，OFF 为反转 )。
2.  I/O编址及工作框图（或时序图）
3．编程并借助于PLC实验箱的发光二极管（LED）进行调试
4.  I/O端子接线图

课题九、大、小球分拣传送机械PLC控制梯形图的设计与调试
    1. 大、小球分拣传送机械示意图
     

  2. 控制要求：
（1）机械臂起始位置在机械原点（见图），为左限、上限并有显示。
（2）有起动按钮和停止按钮控制运行，设停止时机械臂必须已回到原点。
(3) 起动后，机械臂动作顺序为：下降→吸球→上升（至上限）→右行（至
右限）→下降→释放→上升（至上限）→左行返回（至原点）。
(4)机械臂右行时有小球右限（LS4）和大球右限（LS5）之分；下降时，
当电磁铁压着大球时，下限开关LS2断开（=“0” ）；压着小球时，下限开关LS2接通（=“1” ）。
3. I/O编址及工作框图
4. 编程并借助实验箱上的发光二极管进行调试
5. I/O端子接线图

课题十、饮料灌装生产流水线PLC梯形图控制程序设计与调试
1. 控制要求：
（1）系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机
启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作
（2）当瓶子定位在灌装设备下时，停顿1s，灌装设备开始工作，灌装过程
为5s钟，灌装过程应有报警显示，5s后停止并不再显示报警；报警方式为红灯以0.5s间隔闪烁
（3）以每24瓶为一箱，记录产品箱数。
（4）每隔8小时将记录产品箱数的计数器当前值转存至其他寄存器，然后对
计数器自动清零，重新开始计数。
（5）可以手动对计数器清零（复位）。
2. 编程并借助实验箱上的发光二极管进行调试
3. 画出I/O端子接线图

课题十一、物业供水系统水泵梯形图控制程序设计与调试
某物业供水系统有水泵4台，供水管道安装压力检测开关K1，K2和K3。K1
接通，表示水压偏低；K2接通，表示水压正常；K3接通，表示水压偏高。
1. 控制要求：
（1）自动工作时，当用水量少，压力增高，K3接通，此时可延时30s后撤除
1台水泵工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1接通，此时可延时30s后增设1台水泵工作，要求未曾工作过的水泵增加投入运行；当K2接通，表示供水正常，可维持水泵运行数量。工作时，要求水泵数量少为1台，多不得超出4台。
（2）各水泵工作时，均应有工作状态显示。
（3）手动工作时，要求4台水泵可分别独立操作（分设起动和停止开关），并分
别具有过载保护，可随时对单台水泵进行断电控制（若输入点不够，可用I/O扩展模块）
（4）设置“自动/手动”切换开关（ON——手动，OFF——自动），另设自动运行控制开关（ON——自动运行，OFF——自动运行停止）。
2. 画出运行框图，I/O编址
3. 编程并借助实验箱上的发光二极管进行调试
4. 画出I/O端子接线图。

课题十二、车库车辆出入库管理PLC梯形图控制程序设计与调试
1. 控制要求：
（1）入库车辆前进时，经过1#传感器→2#传感器后，计数器A加1，后退
时经过2#传感器→1#传感器后，计数器B减1；（计数器B的初始值由计数器A送来）只经过一个传感器则计数器不动作。
（2）出库车辆前进时，经过2#传感器→1#传感器后，计数器B减1，后退
时经过1#传感器→2#传感器后，计数器A加1；只经过一个传感器则计数器不动作 。             
（3）车辆入库或出库时，均应有警铃报警，定时3s钟 。                 
（4）仓库启用时，先对所有用到的存储单元清零，并应有仓库空显示。
（5）若设仓库容量为50辆车，则仓库满时应报警并显示。
（6）若同时有车辆相对入库和出库（即入库车辆经过1#传感器，出库车辆经
过2#传感器），应避免误计数。
2. I/O编址
3.编程并调试
4.I/O端子接线图                                

课题十三、带有显示的十字路口交通信号灯控制程序的设计与调试
1. 系统框图：

2. 控制要求：
（1） 南北方向为主干道，绿灯亮的时间比东西方向次干道绿灯亮的时间多
一倍，黄灯间隔0.5s闪烁3 s后切换到红灯，信号灯工作时序图如下，一次循环共需96s。
（2） 时序图：

（3） 主干道的数码显示应该与红、黄及绿灯同步，且两条主、次干道应该
一样显示。比如：南北方向绿灯亮时，东西方向和南北方向均应显示数字63（绿灯亮60s，黄灯亮3s），然后隔秒减1，当减到0时，换成东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，此时，数码管应显示33，然后隔秒减1，当减到0时，再进行切换，完成一次工作循环。
（4）*有白天/夜间操作转换开关、运行/停止开关、紧急操作开关1#、2#，其功能如下：
① 白天/夜间操作转换开关在“白天”位置时，按上述时序正常工作，在“夜间”位置时，两边均只有黄灯闪烁
② 运行开关在接通电源时，方可切换白天/夜间开关
③ 开关在“运行”位置时，系统启动，在“停止”位置时，系统关闭
④ 当有特殊情况（如事故）需某一方向的绿灯一直亮，则应用紧急操作开关实现次功能。比如：1#开关=“1”，则南北方向绿灯一直亮，东西方向红灯一直亮，2#开关=“1”，则东西方向绿灯一直亮，南北方向红灯一直亮，关闭紧急开关，则系统恢复正常。
3. 编程并模拟调试
4. 画出I/O端子接线图（用一个I/O扩展模块）