plc课程设计报告抢答器 +交通灯+步进电机.doc

PLC课程设计 专业班级：电气工程及其自动化 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2011年5月29日目 录1.智能竞赛抢答器.31.1学习目标.3 1.2课设内容.3 1.2.1内容概述.3 1.2.2 系统调试.4 1.2.3所需的设备.4 1.2.4抢答系统I/O分配表及I/O接线.4 1.3心得体会.52.交通灯. 6 2.1课设目的.62.2课设设备.62.3控制要求及参考.62.3.1控制要求.62.3.2PLC参考图.72.4组态王简介.8 2.4.1组态王基本特性.8 2.4.2组态王与西门子S7-200的几种通信方式.92.5交通灯系统组态图.102.6交通灯控制时序图.142.7心得体会.143.步进电机.15 3.1步进电机简介及接法.15 3.1.1步进电机的简介.15 3.1.2两相八线步进电机绕组的接法.153.2课设设备.18 3.2.1所需设备.18 3.2.2步进电机驱动器（DM432C）的功能说明 .18 3.3 IO接线图.203.4心得体会.20总结.21参考文献.22附录一：PLC继电器型 ,晶体管型 ,晶闸管型的区别.23附录二：抢答器程序.24附录三：交通灯程序.25附录四：步进电机程序.28附录五：抢答器时序图.30 1.抢答器1.1学习目标1.学会用PLC来解决实际问题的思路。2.掌握定时器的格式及编程方法。 3.学会用互锁和自锁电路为基础构成各输出电路。1.2课设内容1.2.1内容概述 设计一个智能竞赛抢答显示系统，使用参加竞赛人分为儿童组、学生组、成人组,其中儿童两人，学生为一人，成人二人，主持人一人。控制要求：当主持人按下SBO后,指示灯LO亮,表示抢答开始,参赛者方可开始按下按钮抢答；为了公平，要求儿童组只需一人按下按钮，其对应的指示灯亮，而成人组需要二人同时按下二个按钮对应的指示灯才亮；当一个问题回答完毕，主持人按下SB1，一切状态复位；成年人一人违例抢答灯L3闪烁；当抢答开始后时间超过30秒，无人抢答，此时铃响，提示抢答时间已过，此题作废。图1-1 抢答示意图1.2.2系统调试 1.输入程序。按前面介绍的程序输入方法,用手持式编程器(或计算机)正确输入程序。 2.系统调试。按设计的系统接线图正确连接好输出设备,进行系统的调试,观察是否能按照控制要求抢答，否则，检查电路并修改、调试程序,直至能按控制要求显示。1.2.3所需的设备 1CTSC-200 PLC 1台 2编程电缆 1根 3连接导线 若干1.2.4抢答系统I/O分配表及I/O接线 1.I/O分配表 表1-1 I/O分配表类别元件元件号备注输入SB0I0.0抢答开始SB1I0.1返回原状SB11I0.2儿童抢答SB12I0.3儿童抢答SB21I0.4学生抢答SB31I0.5成人抢答SB32I0.6成人抢答输出L0Q0.0表示抢答已经开始灯L1Q0.1儿童抢答成功灯L2Q0.2学生抢答成功灯L3Q0.3成人抢答成功灯铃Q0.4抢答时间已过铃 2.I/O接线 图1-2智力竞赛抢答器接线图1.3心得体会 通过这次课设我对plc有了进一步的了解，而且对V4.0 STEP 7 Micro/WIN SP6编程软件的有了一定了解。这次课设使我们对课本上的知识有了更深的理解。我们自己独立编程使我们知道自锁的重要和在什麽情况下用自锁及自锁的作用。这次课设我学到了V4.0 STEP 7 Micro/WIN SP6编程软件的应用。2交通灯2.1课设目的 1.练习定时器、计数器的基本使用方法。 2.掌握PLC的编程和调试方法。 3.对应用PLC解决实际问题的全过程有个初步了解。2.2课设设备1.编程器1台（PC机）。2.实验装置1台（含S7-200 24点CPU）。3.导线若干。 图2-1 交通灯模拟控制板 2.3控制要求及参考 2.3.1控制要求 交通路口红、黄、绿灯的基本控制要求如下： 路口某方向绿灯显示（另一方向亮红灯）10秒后，黄灯以占空比为50的一秒周期（0.5秒脉冲宽度）闪烁3次（另一方向亮红灯），然后变为红灯（另一 方向绿灯亮、黄灯闪烁），如此循环工作。表2-1 I/O端口分配 PLC I/O端口分配： SB1 I0.0 起动按钮 SB2 I0.1 停止按钮 HL1（HL7） Q0.0 东西红灯 HL2（HL8） Q0.1 东西黄灯 HL3（HL9） Q0.2 东西绿灯 HL4（HL10） Q0.4 南北红灯 HL5（HL11） Q0.5 南北黄灯 HL6（HL12） Q0.6 南北绿灯2.3.2 PLC参考电路图2 -2 红绿灯控制PLC电气原理图2.4组态王简介2.4.1组态王基本特性 1.定义 组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。 2.特点它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。 3.实践1. 使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法： (1)图形界面的设计 (2)构造数据库 (3)建立动画连接 (4)运行和调试 2. 使用组态王软件开发具有以下几个特点: (1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。 (2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。 3.在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面:(1)图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。 (2)数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等。 (3)连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。2.4.2组态王与西门子S7-200的几种通信方式 1.组态王的通讯机制 组态王把每一台与之通讯的设备看作是外部设备，为实现和外部设备的通讯，组态王内置有大量的设备驱动作为外部设备的通讯接口。在开发过程中，只需根据工程浏览器提供的“设备配置向导”，一步步完成连接过程，即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。在运行期间，组态王可以通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据或指令。组态王的驱动程序采用ActiveX技术，每一驱动都是一个COM对象，这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统，从而保证运行系统的高效率，如图1所示。因此，组态王可以与一些常用I/O设备直接进行通讯，如可编程控制器(PLC)、智能模块、板卡、智能仪表等。组态王与I/O设备之间的数据交换采用五种方式:串行通讯方式、DDE方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式。2 组态王与S7-200的PPI通信方式 PPI(Point-to-Point)是西门子专为S7-200系列开发的一个通讯协议，为主/从协议，PC机为主站，S7-200为从站。该方式下有两种硬件连接方法，一种是使用PPI电缆将PC机串口和S7-200的通讯口相连，采用串行通讯方式。另一种是PC机通过CP5611通讯卡与S7-200相连。在第一种方式下，使用PLC编程软件STEP 7-Micro/WIN32安装通讯硬件，在“SET PG/PC Interface”对话框中配置PC/PPI cable,选择Interface Parameter Assignment为PPI，并设置PPI参数默认值,双击通讯框中得刷新图标后建立与S7-200的通信连接。在第二种方式下，将CP5611卡安装在PC机的插槽中，用连接带缆将CP5611卡与S7-200的PORT口相连，安装STEP 7-Micro/WIN32和STEP 7 V5.0 +ServicePack5(或STEP 7 V5.1+ServicePack 2)，运行PG/PC-interface ，将用户界面配置为CP5611 (PPI)方式。这两种方式的上位机组态王的设置基本相同，首先使用“设备配置向导” 定义外部设备，分别选择西门子S7-200系列PPI通信和西门子S7-200系列通讯卡通信，并设定如下通信参数:波特率9600bps,数据位8位，停止位1位，偶校验。在设定PLC地址时，两种方式有所不同，前者将PLC地址设为默认地址2。后者采用“PLC地址.2”地址格式，小数点前的数字为有效地址PLC的地址(即站号)，小数点后为数字2，所设定的地址范围为2.2126.2，其中PLC的地址可通过编程软件STEP 7-Micro/WIN设置来实现。 在组态王的“数据字典”中定义相关变量，选择变量类型为I/O型，并选择连接设备，指定所访问的寄存器名及寄存器类型。注意，组态王只支持V寄存器，如果要监控Q、M寄存器，可以先在PLC程序中将Q、M寄存器传至V寄存器，组态王通过对V寄存器的操作来实现对Q、M寄存器的监控。另外，组态王不支持直接以I/O离散变量的定义，需以字节(BYTE)形式存取，每一BYTE类型(8个BIT位)对应8个开关量的输入或输出状态，即BYTE的07位分别对应输入或输出的07开关量通道，如果要显示或控制某一开关量通道的状态，可以使用组态王提供的BIT()或BITSET()函数进行取位或置位。在制作好的监控画面中，将画面的图素与定义的变量建立“动画连接”，在TouchVew中运行，即可建立实时通信，得到一个反映工业现场的监控画面。2.5交通灯系统组态图 1.普通界面图2-3交通灯系统组态王普通界面 2.演示画面 图2-4交通灯系统组态王演示画面 3.东西绿图2-5东西绿 4.东西黄闪烁图2-6东西黄闪烁 5.南北绿图2-7南北绿 6.南北黄闪烁图2-8南北黄闪烁2.6交通灯控制时序图图2-9交通灯控制时序图2.7心得体会 通过交通灯课设我们有对定时器，计数器从新的学习了一遍。这次课设加强了我们对定时器，计数器的记忆和应用的熟练程度。同时这次课设也让我们对组态王有了一定的了解，通过自己的自学我们能够用组态王做出简单的画面连接。3.步进电机3.1步进电机简介及接法3.1.1步进电机的简介 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。3.1.2两相八线步进电机绕组的接法 1.两相六线，四线，八线步进电机绕组如图3-1。图3-1两相四线，六线，八线步进电机绕组 2.串联接法串联接法比较简单，也容易理解。分别把4相绕组相邻的两相串接起来即可，共有两种接法。绕组的接法如图3-2和图3-3所示。图3-2两相8线电机绕组的串联接法1（错误接法）图3-3两相8线电机绕组的串联接法2（正确接法） 根据接法1和接法2分别接好电路后，发现按照接法1连接后，转子不动； 只有按照接法2连接，电机才能正常转动 2.并连接法并联接法稍复杂些，需将相邻的两相分别并接在一起，如图3-4和图3-5所示。图3-4两相8线电机绕组的并联接法1（错误接法）图3-5两相八线电机绕组的并联接法2（正确接法） 根据接法1和接法2分别接好电路后，发现按照接法1连接后，转子不动；只有按照接法2连接，电机才能正常转动。3.2设备3.2.1所需设备 步进电机（57HS09） 步进电机驱动器（DM432C） 西门子s7-200 x系列plc一个 24伏直流电源 电阻等3.2.2步进电机驱动器（DM432C）的功能说明 1.功能说明 表3-1步进电机驱动器（DM432C）的功能说明 驱动器功能操作说明微步细分数设定由SW5SW8四个拨码开关来设定驱动器微步细分数，其共有15档微步细分。用户设定微步细分时，应先停止驱动器运行。具体微步细分数的设定，请驱动器面版图说明。输出电流设定由 SW1SW3 三个拨码开关来设定驱动器输出电流，其输出电流共有8档。具体输出电流的设定，请驱动器面版图说明。自动半流功能用户可通过SW4来设定驱动器的自动半流功能。off表示静态电流设为动态电流的一半，on表示静态电流与动态电流相同。一般用途中应将 SW4 设成 off，使得电机和驱动器的发热减少，可靠性提高。脉冲串停止后约0.4秒左右电流自动减至一半左右（实际值的60），发热量理论上减至36。信号接口PUL和 PUL为控制脉冲信号正端和负端；DIR和DIR为方向信号正端和负端；ENA和 ENA为使能信号的正端和负端。电机接口A和 A接步进电机A相绕组的正负端；B和B接步进电机B相绕组的正负端。当A、B两相绕组调换时，可使电机方向反向。电源接口采用直流电源供电，工作电压范围建议为1840VDC，电源功率大于100W。指示灯驱动器有红绿两个指示灯。其中绿灯为电源指示灯，当驱动器上电后绿灯常亮；红灯为故障指示灯，当出现过压、过流故障时，故障灯常亮。故障清除后，红灯灭。当驱动器出现故障时，只有重新上电和重新使能才能清除故障。安装说明驱动器的外形尺寸为：116×69.2×26.5mm，安装孔距为109mm。既可以卧式和立式安装，建议采用立式安装。安装时，应使其紧贴在金属机柜上以利于散热。 2.参数设定 DM432C驱动器采用八位拨码开关设定细分精度、动态电流和半流/全流详细描述如下：图3-6DM432C驱动器八位拨码开关 3.驱动器控制电机原理图图3-7驱动器控制电机原理图3.3IO接线图图3-8步进电机IO接线图3.4 心得体会 通过步进电机课设，我进一步的了解到步进电机的功能，种类和接线方式。知道了步进电机驱动器的作用和原理，重要的是我们通过自己查资料，动手操作从中学到了很多东西。这次课设使我们掌握了脉冲产生信号程序的编写。总结通过三周的课程设计，我们不仅加深了对监控组态软件的应用和PLC的编程设计的了解和使用，还学到了许多课本上没有涉及知识，练习了SQL连接的方法和原理。经过一段时间的课程设计，在孙老师的带领下，我们学到了很多知识。让我对之前在课本上很多不明的知识在实践设计中有了新的领悟和认识，才体会到“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的真正含义。我们原来认为自己已基本掌握的东西可能仅仅是一些肤浅的表面或是总体的一个方面，如果没有实践体验，是发现不了这些问题的。这次课程设计给了我们一个很好的机会去学习那些书本上不能学到的知识，增长了我们的见识 ，使我们对设计操作有了一定的直观认识。在做课程设计的组态设计时，由于交通灯系统涉及到的控制变量较多，需要对每个变量进行定义和编程，要考虑函数定义的类型和它所对应的PLC程序中的端口号。开始编程的时候因为考虑不周到，总会丢掉一些变量条件，或是变量定义类型不对，组态运行屡屡失败，经过多次改进和调试，程序终于运行成功。在编步进电机程序时，由于上课时老师没讲到脉冲产生的程序，所以我们在做时遇到了很大的困难。后来经过孙老师的指导我们把课本上东西认真的学了一遍，终于完成了程序的编写。当然，步进电机的接线同样把我们难到了。我们经过查资料和不断地试验调试最后把电机运行成功了。课程设计的过程也是复习和再学习的过程，要完成设计任务，就必须将书本上的知识与实际相结合，这使我们上课学到的知识得到系统的重新认知，让我们更加清晰的记忆了相应的原理和操作运行方式。三周的设计操作中，我们参加了设计的各个方面的讨论和动手实践，获得了宝贵的经验，这是我们在将来的日子里最需要拥有的财富，同时，我们小组成员的协力合作，也使我们体会到了团队精神的重要性。经过这段时间的锻炼，我们熟悉了一个设计的整个流程，提高了自己的动手能力，为以后的设计打下了基础。参考文献1殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护.北京：机械工业出版社，20022戴仙金.西门子S7-200系列PLC应用与开发.北京：中国水利水电出版社，20073廖常初. PLC基础及应用.北京：机械工业出版社 4史国生. 电气控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，2003 5孙振强. 可编程控制器原理及应用教程.北京：清华大学出版社 6阮友德. 电气控制与PLC实训教程.北京：人民邮电出版社，20067王宇 . PLC电气控制与组态设计. 北京：电子工业出版社 ，2010PLC继电器 ,晶体管 ,晶闸管的区别1.负载电压、电流类型不同 负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。 电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A。 电压：晶体管可接直流24V（一般最大在直流30V左右，继电器可以接直流24V或交流220V。 2.负载能力不同 晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。 3.晶体管过载能力小于继电器过载的能力 一般来说，存在冲击电流较大的情况时（例如灯泡、感性负载等），晶体管过载能力较小，需要降额更多。 4.晶体管响应速度快于继电器 继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms）。 晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至更小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服步进等，用于动作频率高的输出：如温度控制， 主要用在步进电机控制，也有伺服控制，还有电磁阀控制（阀动作频率高）。 5. 在额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制 继电器是机械元件所以有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。 6. 晶体管输出的价格稍贵一点. 抢答器程序 交通灯程序步进电机程序抢答器时序图