PLC课程设计报告书

山东交通学院 PLC课程设计山东交通学院电控与PLC课程设计报告书院(部)别 信息科学与电气工程学院 姓 名 Donald George 指导教师 王长顺 课 程 设 计 任 务 书题 目 基于PLC的机械手控制（天煌） 基于PLC的多通道温湿度监控装置（天煌）基于步进电机控制的PLC实现（东疆教仪） 院 (部) 信息科学与电气工程学院 学生姓名 Donald George 5 月 27 日至 6 月 7日 共2 周指导教师(签字) 院 长(签字) 一、 设计内容及要求1. 基于PLC的机械手控制（天煌）机械手工作示意图如下：控制过程如下：分别有总的启、停按钮，开始时，按下启动按钮SB后，机械手处于原始位置，Y3亮，过2秒钟，变为放松状态，则Y1亮，Y7亮，准备2秒钟后，机械手开始顺序动作，SW1 按键实现“多次循环/一次循环”的切换，“多次循环”可自动循环完成整个过程，直至按停止按钮复原。“一次循环”实现一次完整工作过程，若仍需工作，则需按键控制。“停止”按钮应设有两个，一个实现立即完全停止，完全停电，而另一个停止按钮按下时，先完成整个工作过程，然后停止。1、机械手下降：延时1秒后，Y1灭，按SQ1，表示到下限位的检测信号，则Y2亮。2、机械手夹紧：延时3秒后， Y3亮，表示夹紧。3、机械手上升：延时1秒后，Y2灭，按SQ2，表示到上限位的检测信号，则Y4亮。4、机械手右行：延时1秒后，Y4灭，按SQ3，表示到右限位的检测信号，则Y5亮。5、机械手下降：延时1秒后，Y5灭，按SQ1，到下限位后，则Y6亮，6、机械手放松：延时2秒后，Y3灭，Y7亮，7、机械手上升：Y6灭，按SQ2，到上限位后，则Y8亮，延时1秒，Y8灭。8、机械手左移：按SQ4，到左限位后，则Y1亮，回到原始位置。2. 基于PLC的多通道温湿度监控装置（天煌）用稳压器给定3路输入信号为0-5V标准直流电压信号，表示为温度、湿度对应的电压信号。分别经过2个EM235转换之后（表示8路以上），用2位LED交替显示相应电压值的个位和第一个小数位，要实现可自动每隔2秒交替，也可手动按键交替显示。 要保证显示精度。当某一路电压值大于2V时，LED闪烁显示，以示报警。同时自动启动鼠笼式三相异步电动机开关温湿度控制阀门。此外，电动机应能单独手动控制启停。3. 步进电机控制的PLC实现（东疆教仪）掌握步进电机的工作原理，提供的设备中东疆的是四相八拍的步进电机，设计程序实现对步进电机启动、停止、正转、反转的控制，及实现3档调速即快速、中速、慢速。控制模块中的步进电机工作方式为四相八拍，电机的四相线圈分别用A、B、C、D表示，公共端已接地。当电机正转时，其工作方式如下：AABBBCCCDDDAA。当电机反转时，其工作方式如下：A-ADDDCCCBBBAA。用LED显示电机档位。二、设计原始资料PC机THSMS-1型可编程控制器实验箱/台机械手EM235稳压器三、设计完成后提交的文件和图表系统原理说明；I/O端子分配图；外部接线结构图；梯形图及每一网络相应的注释；设计中遇到的问题，解决方法；总结；四、进程安排教学内容 学时 地点集中学习 1天 PLC实验室资料查阅与学习讨论 2天 PLC实验室设计及调试 6天 PLC实验室成果验收 1天 PLC实验室五、主要参考资料1 王永华，现代电气控制及PLC应用技术M，北京，北京航空航天大学出版社 2007年 11月。2 所用四相电机，步进电机等原理介绍3 电控与PLC课程设计指导书成绩评定表指导教师成绩答辩小组成绩总评成绩目录摘要1第一章 基于PLC 的机械手控制（天煌）31.1总体设计要求31.2设计目的31.3 I/O分配41.4梯形图及STL语句41.5实验照片121.6实验心得12第二章基于S7-200 PLC的多通道温湿度监控装置（天煌）132.1总体设计要求132.2设计目的132.3 EM235的使用132.4 I/O分配202.5主程序及子程序结构框图202.6梯形图222.7 实验照片262.8实验心得26第三章 基于PLC的步进电机的控制（东疆教仪）273.1总体设计要求273.2设计目的273.3 I/O分配273.4工作及设计原理283.6实验照片353.7实验心得36第四章 设计总结37参考文献38摘要电控与PLC课程设计主要基于PLC的控制实验，结合理论知识从而对其有更好的认识，以至于在工作中更好的运用。可编程控制器（PLC）把计算机的功能完备、通用性和灵活性好等优点和继电器控制系统的操作方便、简单易懂、价格低廉等优点结合起来，因此它是一种适应与工业环境的通用控制装置。现在的可编程序控制器和原来的控制系统相比，增加了算术运算、数据转换、过程控制、数据通讯等功能，已可以完成大型而复杂的控制任务。可编程序控制器作为工业自动化的技术支柱之一，在工业自动控制领域占有十分重要的地位。 S7-200 PLC属于小型PLC,其主机的基本结构是整体式，其主机有一定数量的输入/输出（I/O）点，一个主机就是一个系统。它还可以灵活的扩展，如果I/O点不够，则可增加I/O扩展模块。S7-200 PLC强大的功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂的控制功能。由于其具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得s7-200 PLC可以近乎完美的满足小规模的控制要求。本次课程设计是要实现三个设计，他们是基于S7-200 PLC的机械手控制，基于EM235的温湿度监控系统，基于PLC的步进电机的控制。关键词：PLC EM235 机械手 四相八拍步进电机39AbstractElectrical control and PLC curriculum design is mainly based on the control experiment of PLC, combined with theoretical knowledge so as to have a better understanding of it, so that better use at work. Programmable logic controller (PLC) the advantages of computer functions, universality and good flexibility and relay control system simple and easy to understand, easy to operate, low price etc. together, so it is a kind of adaptation and general control device for industrial environment. Now the programmable controller and the original control system, increased the arithmetic operations, data conversion, process control, data communication and other functions, can complete large and complex control tasks. The programmable controller is one of the pillars of industrial automation technology, in industrial automatic control field occupies a very important position. S7-200 PLC is a small PLC, the basic structure of the host is integral, the host has a certain number of input / output (I/O), a host is a system. It also can be extended, if not I/O points, you can increase the I/O extension module. S7-200 PLC powerful feature that allows it to operate independently, or connected into a network can realize complex control functions. Because of its compact design, good scalability, low price, abundant function module and powerful instruction system, makes the S7-200 PLC can be almost perfect to meet the control requirements of small scale.This course is designed to achieve three design, they are S7-200 manipulator control based on PLC, temperature and humidity monitoring system based on EM235, the control of stepping motor based on PLC.Key words: PLC EM235 Manipulator stepper motor第一章 基于PLC 的机械手控制（天煌）1.1总体设计要求机械手工作示意图如下：控制过程如下：开始时，机械手处于原始位置，且为放松状态，则Y0亮，Y7亮。按下启动按钮后，机械手开始顺序动作：1、机械手下降：延时1秒后，Y0灭，Y9亮，到下限位时，按S3,则Y9灭，Y1亮。2、机械手夹紧：延时3秒后，Y7灭，Y6亮，3、机械手上升：Y1灭，Y8亮，到上限位后，按S4，则Y8灭，Y2亮，4、机械手右行：Y2灭，Y10亮，到右限位后，按S5，则Y10灭，Y3亮，5、机械手下降：Y3灭，Y9亮，到下限位后，按S3，则Y9灭，Y4亮，6、机械手放松：延时3秒后，Y6灭，Y7亮，7、机械手上升：Y4灭，Y8亮，到上限位后，按S4，则Y8灭，Y5亮，8、机械手左移：Y5灭，Y11亮，到左限位后，按S6，则Y11灭，Y0亮，回到原始位置。1.2设计目的（1） 了解PLC控制系统设计以及软件程序设计加深对PLC的认识。（2） 了解机械手的构成以及工作原理（3） 学习PLC的硬件连接与机械手的接线（4） 熟悉PLC编程的工作原理、规则、技巧和方法等1.3 I/O分配输入定义输入端口输出定义输出端口启动I0.0Y1Q0.0循环切换I1.0Y2Q0.1完全停止I0.1Y3Q0.2SQ1I0.2Y4Q0.3SQ2I0.3Y5Q0.4SQ3I0.4Y6Q0.5SQ4I0.5Y7Q0.6一次停止I0.6Y8Q0.71.4梯形图及STL语句Network 1 / 启动、停止/ 网络注释LD I0.0O M0.1AN I0.1AN C20= M0.1Network 2 / 转换开关（拨动）LD I1.0O M1.4AN C20= M1.4Network 3 / 一次循环按钮LD I0.6A M1.4LD C20CTU C20, 1Network 4 / 启动，置位Y3亮LD M0.1LPSAN T37= Q0.2LPPTON T37, 20Network 5 / 两秒后，变为放松状态，Y1，Y7亮LD T37LPSAN M0.2= Q0.0LPPLDN Q0.2O T43ALD= Q0.6Network 6 LD T38TON T39, 10Network 7 / 机械手下降：延时1秒后，Y1灭，按SQ1，表示到下限位的检测信号，则Y2亮。LD T39A I0.2LDN M1.1A M0.2OLD= M0.2Network 8 LD M0.2= M0.3AN M0.4= Q0.1Network 9 / 机械手夹紧：延时3秒后， Y3亮，表示夹紧。LD M0.3LPSAN T43A T50= Q0.2LPPTON T50, 30Network 10 / 机械手上升：延时1秒后，Y2灭，按SQ2，表示到上限位的检测信号，则Y4亮，LD T50TON T40, 10Network 11 LD T40A I0.3O M0.4AN M1.1LPSAN M0.5= Q0.3LPP= M0.4Network 12 / 机械手右行：延时1秒后，Y4灭，按SQ3，表示到右限位的检测信号，则Y5亮，LD M0.4TON T41, 10Network 13 / M0.5：Y5标志位LD T41A I0.4LD M0.5AN M1.1OLDLPSAN M0.6= Q0.4LPP= M0.5Network 14 / 机械手下降：延时1秒后，Y5灭，按SQ1，到下限位后，则Y6亮，LD T41TON T42, 10Network 15 LD T42A I0.2LDN M1.1A M0.6OLDLPSAN M1.0= Q0.5LPP= M0.6Network 16 / 机械手放松：延时2秒后，Y3灭，Y7亮，LD M0.6AN M1.1TON T43, 20Network 17 / 机械手上升：Y6灭，按SQ2，到上限位后，则Y8亮，延时1秒，Y8灭，LD M1.0AN M1.1O I0.3LPSAN T44AN Q0.3= Q0.7LPP= M1.0 Network 18 LD M1.0TON T44, 10 Network 19 LD M1.1A I0.5O I0.6O I0.1O C20= M1.11.5实验照片1.6实验心得这个实验，接线简单，只是逻辑较为复杂，容易写乱，而且前后控制较为复杂，但也使我熟悉，熟练的掌握了各种指令，使我充分理解了课本内容。遇到问题：程序逻辑紊乱，前后不能完美配合。解决：反复熟悉课本指令，熟练应用。收获：PLC是一个容易的科目，通过这个实验我能够明白每个指令的功能和使用方法，能掌握定时器、计数器、线圈对应的触点的使用。第二章基于S7-200 PLC的多通道温湿度监控装置（天煌）2.1总体设计要求用稳压器给定3路输入信号为0-5V标准直流电压信号，表示为温度、湿度对应的电压信号。分别经过2个EM235转换之后（表示8路以上），用2位LED交替显示相应电压值的个位和第一个小数位，要实现可自动每隔2秒交替，也可手动按键交替显示。 要保证显示精度。当某一路电压值大于2V时，LED闪烁显示，以示报警。同时自动启动鼠笼式三相异步电动机开关温湿度控制阀门。此外，电动机应能单独手动控制启停。2.2设计目的（1）通过对EM235模块对PLC控制的更深刻的认识（2）熟悉PLC编程的工作原理、规则、技巧和方法等。（3）通过各器件的联系对可编程控制的熟悉以及模数信号之间的转换2.3 EM235的使用主要包括以下内容：1、模拟量扩展模块接线图及模块设置2、模拟量扩展模块的寻址3、模拟量值和A/D转换值的转换4、编程实例模拟量扩展模块接线图及模块设置EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图，如图1。图1图1演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X和X；对于电流信号，将RX和X短接后接入电流输入信号的“”端；未连接传感器的通道要将X和X短接。对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辨率。（后面将详细介绍）EM235的常用技术参数：模拟量输入特性模拟量输入点数4输入范围电压（单极性）010V 05V 01V 0500mV 0100mV 050mV 电压（双极性）10V 5V 2.5V 1V 500mV 250mV 100mV 50mV 25mV电流020mA数据字格式双极性 全量程范围-32000+32000单极性 全量程范围032000分辨率12位A/D转换器模拟量输出特性模拟量输出点数1信号范围电压输出 10V电流输出020mA数据字格式电压-32000+32000电流032000分辨率电流电压12位电流11位下表说明如何用DIP开关设置EM235扩展模块，开关1到6可选择输入模拟量的单/双极性、增益和衰减。由上表可知，DIP开关SW6决定模拟量输入的单双极性，当SW6为ON时，模拟量输入为单极性输入，SW6为OFF时，模拟量输入为双极性输入。SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择，而SW1，SW2，SW3共同决定了模拟量的衰减选择。根据上表6个DIP开关的功能进行排列组合，所有的输入设置如下表：6个DIP开关决定了所有的输入设置。也就是说开关的设置应用于整个模块，开关设置也只有在重新上电后才能生效。输入校准模拟量输入模块使用前应进行输入校准。其实出厂前已经进行了输入校准，如果OFFSET和GAIN电位器已被重新调整，需要重新进行输入校准。其步骤如下：A、 切断模块电源，选择需要的输入范围。B、 接通CPU和模块电源，使模块稳定15分钟。C、 用一个变送器，一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。D、 读取适当的输入通道在CPU中的测量值。E、 调节OFFSET（偏置）电位计，直到读数为零，或所需要的数字数据值。F、 将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，读出送到CPU的值。G、 调节GAIN（增益）电位计，直到读数为32000或所需要的数字数据值。H、 必要时，重复偏置和增益校准过程。EM235输入数据字格式下图给出了12位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置图2可见，模拟量到数字量转换器（ADC）的12位读数是左对齐的。最高有效位是符号位，0表示正值。在单极性格式中，3个连续的0使得模拟量到数字量转换器（ADC）每变化1个单位，数据字则以8个单位变化。在双极性格式中，4个连续的0使得模拟量到数字量转换器每变化1个单位，数据字则以16为单位变化。EM235输出数据字格式图3给出了12位数据值在CPU的模拟量输出字中的位置：图3数字量到模拟量转换器（DAC）的12位读数在其输出格式中是左端对齐的，最高有效位是符号位，0表示正值。模拟量扩展模块的寻址每个模拟量扩展模块，按扩展模块的先后顺序进行排序，其中，模拟量根据输入、输出不同分别排序。模拟量的数据格式为一个字长，所以地址必须从偶数字节开始。例如：AIW0，AIW2，AIW4、AQW0，AQW2。每个模拟量扩展模块至少占两个通道，即使第一个模块只有一个输出AQW0,第二个模块模拟量输出地址也应从AQW4开始寻址，以此类推。图4演示了CPU224后面依次排列一个4输入/4输出数字量模块，一个8输入数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块，一个8输出数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块的寻址情况，其中，灰色通道不能使用。图4模拟量值和A/D转换值的转换假设模拟量的标准电信号是A0Am（如：420mA），A/D转换后数值为D0Dm（如：640032000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系Af（D）可以表示为数学方程：A（DD0）（AmA0）（DmD0）A0。根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系Df（A）可以表示为数学方程：D（AA0）（DmD0）（AmA0）D0。具体举一个实例，以S7-200和420mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是640032000，即A04，Am20，D06400，Dm32000，代入公式，得出：A（D6400）（204）（320006400）4假设该模拟量与AIW0对应，则当AIW0的值为12800时，相应的模拟电信号是6400162560048mA。又如，某温度传感器，1060与420mA相对应，以T表示温度值，AIW0为PLC模拟量采样值，则根据上式直接代入得出：T=70（AIW06400）2560010可以用T 直接显示温度值。模拟量值和A/D转换值的转换理解起来比较困难，该段多读几遍，结合所举例子，就会理解。为了让您方便地理解，我们再举一个例子：某压力变送器，当压力达到满量程5MPa时，压力变送器的输出电流是20mA，AIW0的数值是32000。可见，每毫安对应的A/D值为32000/20，测得当压力为0.1MPa时，压力变送器的电流应为4mA，A/D值为（32000/20）46400。由此得出，AIW0的数值转换为实际压力值（单位为KPa）的计算公式为：VW0的值(AIW0的值6400)(5000100)/(320006400)100（单位：KPa）编程实例您可以组建一个小的实例系统演示模拟量编程。本实例的的CPU是CPU222，仅带一个模拟量扩展模块EM235，该模块的第一个通道连接一块带420mA变送输出的温度显示仪表，该仪表的量程设置为0100度，即0度时输出4mA，100度时输出20mA。温度显示仪表的铂电阻输入端接入一个220欧姆可调电位器，简单编程如下：温度显示值（AIW0-6400）/256编译并运行程序，观察程序状态，VW30即为显示的温度值，对照仪表显示值是否一致。就该气体检测系统而言，使用SW1，SW6为ON状态，A+,D+接直流稳压电源的+5V，A-,D-接直流稳压电源的负端并且接地，L接电源+24V，M接地。2.4 I/O分配输入定义输入地址输出定义输出地址启动按钮I0.0整数位QB.0停止按钮I0.1小数位QB.3温湿度手动显示（复位开关）I0.2电机Q2.1温湿度自动切换（复位开关）I0.3LED报警Q2.0单独电机控制（拨动开关）I0.42.5主程序及子程序结构框图主程序：开始初始化LED灯闪烁是否大于2V？电机转动信号采集是否子程序：开始05V输入取小数输出取整输出2.6梯形图子程序2.7 实验照片2.8实验心得该课题设计逻辑性不是很强，但是各模块的使用不是很清楚，以及连线还算可以.通过上网查阅了EM235的使用，对其有更深的理解。其实其并不难，只是当我看到它时无从下手，但是通过借助资料才发现原理很简单，接线也很容易。第三章 基于PLC的步进电机的控制（东疆教仪）3.1总体设计要求掌握步进电机的工作原理，提供的设备中东疆的是四相八拍的步进电机，设计程序实现对步进电机启动、停止、正转、反转的控制，及实现3档调速即快速、中速、慢速。控制模块中的步进电机工作方式为四相八拍，电机的四相线圈分别用A、B、C、D表示，公共端已接地。当电机正转时，其工作方式如下：AABBBCCCDDDAA。当电机反转时，其工作方式如下：A-ADDDCCCBBBAA。用LED显示电机档位。3.2设计目的（1）通过对步进电机的控制设计，加深对PLC的认识。（2）熟悉PLC编程的工作原理、规则、技巧和方法等。（3）将理论知识与实践相结合 3.3 I/O分配输入定义输入端口输出定义输出端口启动I0.0数码管显示QB.0停止IO.1电机A相Q2.0正传I0.2电机B相Q2.1反转I0.3电机C相Q2.2慢速I0.4电机D相Q2.3中速I0.5快速I0.63.4工作及设计原理 利用高速脉冲PTO设计。3.5梯形图主程序：PTO初始化子程序：子程序：中断程序：3.6实验照片3.7实验心得通过这次基于PLC高速脉冲对步进电机的控制的课程设计，让我了解了PLC梯形图，PTO及PWM的使用方法和注意事项，掌握了PTO的初始化及特殊寄存器的使用方法。掌握了外部接线以及四相八拍步进电机的原理。第四章 设计总结本次课程设计让我对PLC的认识从课本转移到了实践中，对其有更深层次的了解。本学期的第14、15周进行了PLC课程设计，在这为期两周的课程设计中我做了基于PLC的机械手控制、基于S7-200 PLC的多通道温湿度监控，基于PLC的步进电机的控制的三个设计，我从中收获颇多。PLC应用技术是一门实践性很强的专业课，可PLC编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。 经过这次设计我学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。而且通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强、功能强大，成本低控制系统结构简单，适用性强、编程方便、易于使用设计、施工、调试的周期短，改造方便、维护方便体积小，重量轻，能耗低的特点。因此在工业中有重要的地位。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。参考文献1 王永华，现代电气控制及PLC应用技术M，北京：北京航空航天大学出版社，2007年 11月；2 陈立定、吴玉香、苏开才，电气控制与可编程控制器，广州：华南理工大学出版社，2001年2月；3 郁汉琪，电气控制与可编程控制器应用技术，江苏：东南大学出版社， 2003；4 王曙光、魏秋月、张高记，S7-200PLC应用基础与实例，北京：人民邮电出版社，2007年9月；5 王淑英，S7-200西门子PLC基础教程 ，北京：人民邮电出版社，2009； 6 廖常初，S7-200 PLC基础教程 ，北京：机械工业出版社，2006；7 郁汉琪,机床电气及可编程控制器实验，北京：高等教育出版社，2001；8 廖常初,可编程序控制器的编程方法与工程应用，重庆：重庆大学出版社，2001。