1、绪论
在过去几年中，中国的可编程序逻辑控制器（PLC）市场一直高速增长。这个大约300万美元的市场在可以预见的未来将以稳定的价格，随着繁荣的中国经济和正在进行的基础建设投资继续以每年15~20%的速度增长。不但是PLC市场，包括整体的自动化市场，正在几乎以3倍于中国GDP的速度成长。 在这样快速增长的经济中，PLC 提供了很多隐藏的利益。但是大多数供应商以他们在其他地区销售PLC 的方式在中国销售。他们集中在这样一些领域：如改善自动化、增加生产中的灵活性、提高生产力、减少维修和停机时间及提高通信能力。当这些好处众所周知时，了解特别对中国很重要的隐藏利益对于制造商和供应商来说具有巨大的好处。
随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。
在产品规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型
PLC方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对PLC的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。 PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。
为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。
多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。 PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。
2、课程设计任务及目的
2.1 课程设计任务及要求
1、指示灯实验
某机器设备的状态指示灯为红黄绿三节。当设备闲置时，黄灯以较慢的速度闪烁，红灯与绿灯灭；当设备处于正常运行时，绿灯常亮，红灯与黄灯灭；当设备发生故障时，红灯快速闪烁，同时发出蜂鸣声。状态指示灯如下图所示：
图1 设备指示灯图
设备的运行状态以三个输入开关量来表征，分别为：启动，停止，报警，由输入开关模拟设备处于闲置、正常和故障。所有开关均为触发按钮，当报警发生时，必须停止运行；以三个输出开关量来控制三灯的运行，红灯本身带有蜂鸣器； 2、滚动灯显实验
有7个并排成一列的灯，要求用PLC控制其从1~7依次点亮（当2亮时，1并不熄灭），当7亮起之后，再从1~7依次熄灭，如此不断循环的亮与灭，间隔时间1s（要求有启、停控制）。
3、模拟步进电机控制实验
（1）五相步进电动机的控制要求
五相步进电动机有五个绕组：A、B、C、D、E
正转顺序：ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
反转顺序：ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB
（2）用五个开关控制其工作：
1号开关控制其运行 （启 / 停）。
2号开关控制其低速运行 （转过一个步距角需 1 秒）。
3号开关控制其中速运行 （转过一个步距角需 0.1 秒）。
4号开关控制其高速运行 （转过一个步距角需 0.03 秒）。
5号开关控制其转向 （ON 为正转，OFF 为反转）。
（3）模拟要求
用LED灯代替各相
4、实物制作要求
将上述三组实验做在一块不大于33x33cm的绝缘板上，每组实验可以独立运行。要求布置合理，硬线连接，接线规范标准。
2.2 课题设计的目的和意义
通过实践熟悉PLC及常用低压电气元件的结构特点，掌握其选型原则；了解常见电气控制
电路设计的标准和原则，学习使用常用电气类工具。学习PLC常用指令、输入输出信号与PLC的连接等，掌握PLC程序的编写与调试方法。学习简单工程的工作流程与组织管理，培养学生的工程素养。
PLC 在可靠性、性能、可重复性、可预测性方面的声誉继续推动市场对能够经受恶劣工业环境的简单而坚固系统的需求。另一方面，PLC 已经通过加入开放式标准接口、多区域功能度、分布式模块化结构和现代软件性能而进化。
PLC 通过执行重复性劳动而减少劳动力需求。这减少了在新工厂需要有技术有经验的工人数目，减少了起动成本和时间。为缓解受资源限制、更新速度快的痛苦，一旦PLC就位，要升级自动化能力便不需要“拆开更换”设备。换言之，可以通过使现有的自动化设备的能力最大化并按需要更新硬件和软件能力而开始迁移策略。此方法大大延长了产品的工作周期。
3、系统硬件设计
3.1 设计方案
3.2 输入输出列表
1、指示灯I/O分配表
表3-1 指示灯I/O分配表
逻辑元件 | 作用 | 电气元件 |
X0 | 设备故障 | SB1 |
X1 | 设备正常 | SB2 |
X2 | 设备闲置 | SB3 |
Y0 | 红灯 | RH |
Y1 | 绿灯 | LH |
Y2 | 黄灯 | YH |
| | |
2、滚动灯显I/O分配表
表3-2 滚动灯显 I/O分配表
逻辑元件 | 作用 | 电气元件 |
X0 | 打开 | SB1 |
X1 | 关闭 | SB2 |
Y0 | 灯1 | H1 |
Y1 | 灯2 | H2 |
Y2 | 灯3 | H3 |
Y3 | 灯4 | H4 |
Y4 | 灯5 | H5 |
Y5 | 灯6 | H6 |
Y6 | 灯7 | H7 |
| | |
3、模拟步进电机控制I/O分配表
表3-3 I/O分配表
| 订舱系统 逻辑元件 | 作用 | 电气元件 |
X0 | 打开/关闭 | SQ1 |
X1 | 低速运行开关 | SB1 |
X2 | 中速运行开关 | SB2 |
X3 | 高速运行开关 | SB3 |
X4 | 正反转切换 | SQ2 |
Y0 | 模拟A相绕组 | H1 |
Y1 | 模拟B相绕组 | H2 |
Y2 | 模拟C相绕组 | H3 |
Y3 | 模拟D相绕组 | H4 |
Y4 | 模拟E相绕组 | H5 |
| | |
3.3外部接线图
1、指示灯PLC外部接线图
图3-1 指示灯PLC外部接线图
2、滚动灯显PLC外部接线图
图3-2 滚动灯显PLC外部接线图
3、模拟步进电机控制PLC外部接线图
图3-3 模拟步进电机控制PLC外部接线图
3.4元器件一览表
此实物可实现以上3个实验的要求，为了节省材料和空间，把3个实验集合在一块绝缘板上，把他们焊接在一起。
此实物需要保险丝，它是起对电路保护作用；红灯5个，绿灯1个，黄灯1个；蜂鸣器一个；排针若干，线若干；按钮开关3个，开关2个；焊锡若干。
材料准备好后，首先将原理图设计好，然后在绝缘板上进行合理布局（要求走线尽量是直线，最好在达到要求的同时外观也美观），最后进行相应的调试。在焊接的同时要注意有些元件要区分正负极，元件的串并联等问题，其次焊接时要焊牢固，不能出现虚焊问题。
表3-1 元器件清单
元件名称 | 数量 |
保险丝 | 1个 |
红灯 | 5个 |
绿灯 | 1个 |
黄灯 | 1个 |
蜂鸣器 | 1个 |
按钮开关 | 3个 |
开关 | 2个 |
排针 | 若干 |
线 | 若干 |
焊锡 | 若干 |
| |
3.5实物照片
图3-1 实物正面图
图3-2 实物反面图
4、系统程序设计
4.1梯形图原理说明
4.2指令语句清单
1、指示灯指令语句
LD M8013
ANI Y1
ANI M10
OUT Y2
LD X1
OR Y1
ANI X2
ANI M10
ANI Y0
OUT Y1
LD M8012
AND M10
OUT Y0
LD X0
OR M10
ANI X2
OUT M10
2、滚动灯显指令语句
LD X0
OR M1
ANI X1
OUT M1
LD M1
ANI T201
OUT T200 K50
LD T200
OUT T201 K20
LDF T200
SET M0
LDP T201
SFTL M0 Y0 K7 K1
LD Y6
RST M0
END
3、模拟步进电机控制指令语句
LD X1
OR M0
AND X0
ANI X2
ANI X3
OUT M0
LDI M1
ANI M2
MCS
LD 直升机救援M0
ANI T9
OUT T0 K5
LD T0
OUT T1 K5
LD T1
OUT T2 K5
LD T2
OUT 剑杆织布机 T3 K5
LD T3
OUT T4 K5
LD T4
OUT T5 K5
LD T5
OUT T6 K5
LD T6
OUT T7 K5
LD T7
OUT T8 K5
LD T8
OUT T9 K5
MCR
LD X2
OR M1
AND X0
ANI X1
ANI X3
OUT M1
LDI M0
ANI M2
MCS
LD M1
ANI T29
OUT T20 K1
LD T20
OUT T21 K1
LD T21
OUT T22 K1
LD T22
OUT T23 K1
LD T23
OUT T24 K1
LD T24
OUT T25 K1
LD T25
OUT T26 K1
LD T26
OUT T27 K1
LD T27
OUT T28 K1
LD T28
OUT T29 K1
MCR
LD X3
OR M2
AND X0
ANI X1
ANI X2
OUT M2
LDI M0
ANI M1
MCS
LD M2
ANI T209
OUT T200 K3
LD T200
透射电镜制样OUT T201 K3
LD T201
OUT T202 K3
LD T202
OUT T203 K3
LD T203
OUT T204 K3
LD T204
OUT T205 K3
LD T205
OUT T206 K3
LD T206
OUT T207 K3
LD T207
OUT T208 K3
LD T208
OUT T209 K3
MCR
LD M0
OR M1
OR M2
ANI T0
ANI T20
ANI T200
LD T5
OR T25
OR T205
ANI T9
ANI T29
ANI T209
ORB
ANI X4
LD M0
OR M1
OR M2
ANI T3
ANI T23
ANI T203
LD T8
OR T28
OR T208
ANI T9
ANI T29
ANI T209
ORB
AND X4
ORB
OUT Y0
LD M0
OR M1
OR M2
ANI T2
ANI T22
ANI T202
LD T7
OR T27
OR T207计算机取证工作站
ANI T9
ANI T29
ANI T209
ORB
ANI X4
LD M0
OR M1
OR M2
ANI T1
ANI T21
ANI T201
LD T6
OR T26
OR T206
ANI T9
ANI T29
ANI T209
ORB
AND X4
ORB
OUT Y1
LD M0
OR M1
OR M2
ANI T4
ANI T24
ANI T204
ANI X4
LD T4
OR T24
OR 低频声波吹灰器 T204
ANI T9
ANI T29
ANI T209
AND X4
ORB
OUT Y2
LD T1
OR T21
OR T201
ANI T6
ANI T26
ANI T206
ANI X4
LD T2
OR T22
OR T202
ANI T7
ANI T27
ANI T207
AND X4
ORB
OUT Y3
LD T3
OR T23
OR T203
ANI T8
ANI T28
ANI T208
ANI X4
LD T0
OR T20
OR T200
ANI T5
ANI T25
ANI T205
AND X4
ORB
OUT Y4
5、调试结果
1、指示灯
指示灯由3个开关和3个灯组成（红﹑黄﹑绿），打开SB3时，黄灯闪烁并且速度很慢（设备处于闲置状态）；打开SB2时，绿灯常亮并且其他两个灯熄灭（设备处于正常状态）；打开SB1时，红灯闪烁并且速度很快（设备处于故障状态）。
2、滚动显示
滚动显示由2个开关和7个灯组成，7个灯排成一排。当打开SB1时，第１个灯亮；１秒后第2个灯亮；再过1秒第3个灯亮；就这样一直到第7个灯亮；紧接着从第1个灯开始熄灭，1秒后第2个，再过1秒第3个，就这样一直到第7个熄灭；然后重复前面的循环过程，当关断SB2时，整个过程停止。
3、模拟步进电机控制
模拟布进电机控制由5个开关和5个灯组成，1号开关（控制启/停）；1号按钮开关（低速运行）；2号按钮开关（中速运行）；3号按钮开关（高速运行）；2号开关（正反转切换）。灯1模拟电动机的A相绕组；灯2模拟电动机的B相绕组；灯3模拟电动机的C相绕组；灯4模拟电动机的D相绕组；灯5模拟电动机的E相绕组。当按下开关SQ1和SB1时，1号，2号和3号灯亮→2号和3号灯亮→2号，3号和4号灯亮→3号和4号灯亮→3号，4号和5号灯亮→4号和5号灯亮→1号，4号和5号灯亮→1号和5号灯亮→1号，2号和5号灯亮→1号和2号灯亮。当再打开SQ2时，灯亮会反过来亮，从1号和2号灯亮→1号，2号和5号灯亮→1号和5号灯亮→1号，4号和5号灯亮→4号和5号灯亮→3号，4号和5号灯亮→3号和4号灯亮→2号，3号和4号灯亮→2号和3号灯亮→1号，2号和3号灯亮。但它的速度是低速。
当关闭SQ2和SB1，同时打开SQ1和SB2，灯亮的顺序和低速时是一样的，但它是中速运行；当关闭SQ1和SB2，同时打开SQ1和SB3，灯亮的顺序和低中速时是一样的，但它是高速运行。
6、小结
刚知道题目时自己并没有什么思路和头绪，就只知道一味的查资料，可问题也相继而来，按照网上电路根本就不能成功，后来经过老师的指导，才准自己的方向，不能盲目的急于求成，这样是没有效果的，要明确自己的目标，并为之奋斗。
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