PLC課程設計報告書

1、山東交通學院電控與PLC課程設計報告書院(部)別 信息科學與電氣工程學院 姓 名 Donald George 指導教師 王長順 課 程 設 計 任 務 書題 目 基于PLC的機械手控制（天煌） 基于PLC的多通道溫濕度監(jiān)控裝置（天煌）基于步進電機控制的PLC實現(xiàn)（東疆教儀） 院 (部) 信息科學與電氣工程學院 學生姓名 Donald George 5 月 27 日至 6 月 7日 共2 周指導教師(簽字) 院 長(簽字) 一、 設計內容及要求1. 基于PLC的機械手控制（天煌）機械手工作示意圖如下：控制過程如下：分別有總的啟、停按鈕，開始時，按下啟動按鈕SB后，機械手處于原始位置，Y3亮，過2

2、秒鐘，變?yōu)榉潘蔂顟B(tài)，則Y1亮，Y7亮，準備2秒鐘后，機械手開始順序動作，SW1 按鍵實現(xiàn)“多次循環(huán)/一次循環(huán)”的切換，“多次循環(huán)”可自動循環(huán)完成整個過程，直至按停止按鈕復原。“一次循環(huán)”實現(xiàn)一次完整工作過程，若仍需工作，則需按鍵控制?！巴Ｖ埂卑粹o應設有兩個，一個實現(xiàn)立即完全停止，完全停電，而另一個停止按鈕按下時，先完成整個工作過程，然后停止。1、機械手下降：延時1秒后，Y1滅，按SQ1，表示到下限位的檢測信號，則Y2亮。2、機械手夾緊：延時3秒后， Y3亮，表示夾緊。3、機械手上升：延時1秒后，Y2滅，按SQ2，表示到上限位的檢測信號，則Y4亮。4、機械手右行：延時1秒后，Y4滅，按SQ3，表

3、示到右限位的檢測信號，則Y5亮。5、機械手下降：延時1秒后，Y5滅，按SQ1，到下限位后，則Y6亮，6、機械手放松：延時2秒后，Y3滅，Y7亮，7、機械手上升：Y6滅，按SQ2，到上限位后，則Y8亮，延時1秒，Y8滅。8、機械手左移：按SQ4，到左限位后，則Y1亮，回到原始位置。2. 基于PLC的多通道溫濕度監(jiān)控裝置（天煌）用穩(wěn)壓器給定3路輸入信號為0-5V標準直流電壓信號，表示為溫度、濕度對應的電壓信號。分別經過2個EM235轉換之后（表示8路以上），用2位LED交替顯示相應電壓值的個位和第一個小數(shù)位，要實現(xiàn)可自動每隔2秒交替，也可手動按鍵交替顯示。 要保證顯示精度。當某一路電壓值大于2V時

4、，LED閃爍顯示，以示報警。同時自動啟動鼠籠式三相異步電動機開關溫濕度控制閥門。此外，電動機應能單獨手動控制啟停。3. 步進電機控制的PLC實現(xiàn)（東疆教儀）掌握步進電機的工作原理，提供的設備中東疆的是四相八拍的步進電機，設計程序實現(xiàn)對步進電機啟動、停止、正轉、反轉的控制，及實現(xiàn)3檔調速即快速、中速、慢速。控制模塊中的步進電機工作方式為四相八拍，電機的四相線圈分別用A、B、C、D表示，公共端已接地。當電機正轉時，其工作方式如下：AABBBCCCDDDAA。當電機反轉時，其工作方式如下：A-ADDDCCCBBBAA。用LED顯示電機檔位。二、設計原始資料PC機THSMS-1型可編程控制器實驗箱/臺

5、機械手EM235穩(wěn)壓器三、設計完成后提交的文件和圖表系統(tǒng)原理說明；I/O端子分配圖；外部接線結構圖；梯形圖及每一網(wǎng)絡相應的注釋；設計中遇到的問題，解決方法；總結；四、進程安排教學內容 學時 地點集中學習 1天 PLC實驗室資料查閱與學習討論 2天 PLC實驗室設計及調試 6天 PLC實驗室成果驗收 1天 PLC實驗室五、主要參考資料1 王永華，現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術M，北京，北京航空航天大學出版社 2007年 11月。2 所用四相電機，步進電機等原理介紹3 電控與PLC課程設計指導書成績評定表指導教師成績答辯小組成績總評成績目錄摘要1第一章 基于PLC 的機械手控制（天煌）31.1總體設

6、計要求31.2設計目的31.3 I/O分配41.4梯形圖及STL語句41.5實驗照片121.6實驗心得12第二章基于S7-200 PLC的多通道溫濕度監(jiān)控裝置（天煌）132.1總體設計要求132.2設計目的132.3 EM235的使用132.4 I/O分配202.5主程序及子程序結構框圖202.6梯形圖222.7 實驗照片262.8實驗心得26第三章 基于PLC的步進電機的控制（東疆教儀）273.1總體設計要求273.2設計目的273.3 I/O分配273.4工作及設計原理283.6實驗照片353.7實驗心得36第四章 設計總結37參考文獻38摘要電控與PLC課程設計主要基于PLC的控制實驗，

7、結合理論知識從而對其有更好的認識，以至于在工作中更好的運用?？删幊炭刂破鳎≒LC）把計算機的功能完備、通用性和靈活性好等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的操作方便、簡單易懂、價格低廉等優(yōu)點結合起來，因此它是一種適應與工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置?，F(xiàn)在的可編程序控制器和原來的控制系統(tǒng)相比，增加了算術運算、數(shù)據(jù)轉換、過程控制、數(shù)據(jù)通訊等功能，已可以完成大型而復雜的控制任務?？删幊绦蚩刂破髯鳛楣I(yè)自動化的技術支柱之一，在工業(yè)自動控制領域占有十分重要的地位。 S7-200 PLC屬于小型PLC,其主機的基本結構是整體式，其主機有一定數(shù)量的輸入/輸出（I/O）點，一個主機就是一個系統(tǒng)。它還可以靈活的擴展，如果I/O點不夠

8、，則可增加I/O擴展模塊。S7-200 PLC強大的功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜的控制功能。由于其具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格、豐富的功能模塊以及強大的指令系統(tǒng)，使得s7-200 PLC可以近乎完美的滿足小規(guī)模的控制要求。本次課程設計是要實現(xiàn)三個設計，他們是基于S7-200 PLC的機械手控制，基于EM235的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，基于PLC的步進電機的控制。關鍵詞：PLC EM235 機械手 四相八拍步進電機AbstractElectrical control and PLC curriculum design is mainly based on the con

9、trol 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

10、 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, c

11、an 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

12、 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 d

13、esign, 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

14、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 的機械手控制（天煌）1.1總體設計要求機械手工作示意圖如下：控制過程如下：開始時，機械手處于原始位置，且為放松狀態(tài)，則Y0亮，Y7亮。按下啟動按鈕后，機械手開始順序動作：1、機械手下降：延時1秒后，Y0滅，Y9亮，到下限位時，按S3,則Y9滅，Y1亮。2、機械手夾緊：延時3秒后，Y7滅，Y6亮，3、機械手上升：Y1

15、滅，Y8亮，到上限位后，按S4，則Y8滅，Y2亮，4、機械手右行：Y2滅，Y10亮，到右限位后，按S5，則Y10滅，Y3亮，5、機械手下降：Y3滅，Y9亮，到下限位后，按S3，則Y9滅，Y4亮，6、機械手放松：延時3秒后，Y6滅，Y7亮，7、機械手上升：Y4滅，Y8亮，到上限位后，按S4，則Y8滅，Y5亮，8、機械手左移：Y5滅，Y11亮，到左限位后，按S6，則Y11滅，Y0亮，回到原始位置。1.2設計目的（1） 了解PLC控制系統(tǒng)設計以及軟件程序設計加深對PLC的認識。（2） 了解機械手的構成以及工作原理（3） 學習PLC的硬件連接與機械手的接線（4） 熟悉PLC編程的工作原理、規(guī)則、技巧和

16、方法等1.3 I/O分配輸入定義輸入端口輸出定義輸出端口啟動I0.0Y1Q0.0循環(huán)切換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梯形圖及STL語句Network 1 / 啟動、停止/ 網(wǎng)絡注釋LD I0.0O M0.1AN I0.1AN C20= M0.1Network 2 / 轉換開關（撥動）LD I1.0O M1.4AN C20= M1.4Network 3 / 一次循環(huán)按鈕LD I0.6A M1.4LD C20CTU C20, 1Network

17、 4 / 啟動，置位Y3亮LD M0.1LPSAN T37= Q0.2LPPTON T37, 20Network 5 / 兩秒后，變?yōu)榉潘蔂顟B(tài)，Y1，Y7亮LD T37LPSAN M0.2= Q0.0LPPLDN Q0.2O T43ALD= Q0.6Network 6 LD T38TON T39, 10Network 7 / 機械手下降：延時1秒后，Y1滅，按SQ1，表示到下限位的檢測信號，則Y2亮。LD T39A I0.2LDN M1.1A M0.2OLD= M0.2Network 8 LD M0.2= M0.3AN M0.4= Q0.1Network 9 / 機械手夾緊：延時3秒后， Y3

18、亮，表示夾緊。LD M0.3LPSAN T43A T50= Q0.2LPPTON T50, 30Network 10 / 機械手上升：延時1秒后，Y2滅，按SQ2，表示到上限位的檢測信號，則Y4亮，LD T50TON T40, 10Network 11 LD T40A I0.3O M0.4AN M1.1LPSAN M0.5= Q0.3LPP= M0.4Network 12 / 機械手右行：延時1秒后，Y4滅，按SQ3，表示到右限位的檢測信號，則Y5亮，LD M0.4TON T41, 10Network 13 / M0.5：Y5標志位LD T41A I0.4LD M0.5AN M1.1OLDLP

19、SAN M0.6= Q0.4LPP= M0.5Network 14 / 機械手下降：延時1秒后，Y5滅，按SQ1，到下限位后，則Y6亮，LD T41TON T42, 10Network 15 LD T42A I0.2LDN M1.1A M0.6OLDLPSAN M1.0= Q0.5LPP= M0.6Network 16 / 機械手放松：延時2秒后，Y3滅，Y7亮，LD M0.6AN M1.1TON T43, 20Network 17 / 機械手上升：Y6滅，按SQ2，到上限位后，則Y8亮，延時1秒，Y8滅，LD M1.0AN M1.1O I0.3LPSAN T44AN Q0.3= Q0.7LP

20、P= M1.0 Network 18 LD M1.0TON T44, 10 Network 19 LD M1.1A I0.5O I0.6O I0.1O C20= M1.11.5實驗照片1.6實驗心得這個實驗，接線簡單，只是邏輯較為復雜，容易寫亂，而且前后控制較為復雜，但也使我熟悉，熟練的掌握了各種指令，使我充分理解了課本內容。遇到問題：程序邏輯紊亂，前后不能完美配合。解決：反復熟悉課本指令，熟練應用。收獲：PLC是一個容易的科目，通過這個實驗我能夠明白每個指令的功能和使用方法，能掌握定時器、計數(shù)器、線圈對應的觸點的使用。第二章基于S7-200 PLC的多通道溫濕度監(jiān)控裝置（天煌）2.1總體設計

21、要求用穩(wěn)壓器給定3路輸入信號為0-5V標準直流電壓信號，表示為溫度、濕度對應的電壓信號。分別經過2個EM235轉換之后（表示8路以上），用2位LED交替顯示相應電壓值的個位和第一個小數(shù)位，要實現(xiàn)可自動每隔2秒交替，也可手動按鍵交替顯示。 要保證顯示精度。當某一路電壓值大于2V時，LED閃爍顯示，以示報警。同時自動啟動鼠籠式三相異步電動機開關溫濕度控制閥門。此外，電動機應能單獨手動控制啟停。2.2設計目的（1）通過對EM235模塊對PLC控制的更深刻的認識（2）熟悉PLC編程的工作原理、規(guī)則、技巧和方法等。（3）通過各器件的聯(lián)系對可編程控制的熟悉以及模數(shù)信號之間的轉換2.3 EM235的使用主要

22、包括以下內容：1、模擬量擴展模塊接線圖及模塊設置2、模擬量擴展模塊的尋址3、模擬量值和A/D轉換值的轉換4、編程實例模擬量擴展模塊接線圖及模塊設置EM235是最常用的模擬量擴展模塊，它實現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。下面以EM235為例講解模擬量擴展模塊接線圖，如圖1。圖1圖1演示了模擬量擴展模塊的接線方法，對于電壓信號，按正、負極直接接入X和X；對于電流信號，將RX和X短接后接入電流輸入信號的“”端；未連接傳感器的通道要將X和X短接。對于某一模塊，只能將輸入端同時設置為一種量程和格式，即相同的輸入量程和分辨率。（后面將詳細介紹）EM235的常用技術參數(shù)：模擬量輸入特性模擬量輸入點數(shù)

23、4輸入范圍電壓（單極性）010V 05V 01V 0500mV 0100mV 050mV 電壓（雙極性）±10V ±5V ±2.5V ±1V ±500mV ±250mV ±100mV ±50mV ±25mV電流020mA數(shù)據(jù)字格式雙極性 全量程范圍-32000+32000單極性 全量程范圍032000分辨率12位A/D轉換器模擬量輸出特性模擬量輸出點數(shù)1信號范圍電壓輸出 ±10V電流輸出020mA數(shù)據(jù)字格式電壓-32000+32000電流032000分辨率電流電壓12位電流11位下表說明如何用D

24、IP開關設置EM235擴展模塊，開關1到6可選擇輸入模擬量的單/雙極性、增益和衰減。由上表可知，DIP開關SW6決定模擬量輸入的單雙極性，當SW6為ON時，模擬量輸入為單極性輸入，SW6為OFF時，模擬量輸入為雙極性輸入。SW4和SW5決定輸入模擬量的增益選擇，而SW1，SW2，SW3共同決定了模擬量的衰減選擇。根據(jù)上表6個DIP開關的功能進行排列組合，所有的輸入設置如下表：6個DIP開關決定了所有的輸入設置。也就是說開關的設置應用于整個模塊，開關設置也只有在重新上電后才能生效。輸入校準模擬量輸入模塊使用前應進行輸入校準。其實出廠前已經進行了輸入校準，如果OFFSET和GAIN電位器已被重新調

25、整，需要重新進行輸入校準。其步驟如下：A、 切斷模塊電源，選擇需要的輸入范圍。B、 接通CPU和模塊電源，使模塊穩(wěn)定15分鐘。C、 用一個變送器，一個電壓源或一個電流源，將零值信號加到一個輸入端。D、 讀取適當?shù)妮斎胪ǖ涝贑PU中的測量值。E、 調節(jié)OFFSET（偏置）電位計，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)字數(shù)據(jù)值。F、 將一個滿刻度值信號接到輸入端子中的一個，讀出送到CPU的值。G、 調節(jié)GAIN（增益）電位計，直到讀數(shù)為32000或所需要的數(shù)字數(shù)據(jù)值。H、 必要時，重復偏置和增益校準過程。EM235輸入數(shù)據(jù)字格式下圖給出了12位數(shù)據(jù)值在CPU的模擬量輸入字中的位置圖2可見，模擬量到數(shù)字量轉換器

26、（ADC）的12位讀數(shù)是左對齊的。最高有效位是符號位，0表示正值。在單極性格式中，3個連續(xù)的0使得模擬量到數(shù)字量轉換器（ADC）每變化1個單位，數(shù)據(jù)字則以8個單位變化。在雙極性格式中，4個連續(xù)的0使得模擬量到數(shù)字量轉換器每變化1個單位，數(shù)據(jù)字則以16為單位變化。EM235輸出數(shù)據(jù)字格式圖3給出了12位數(shù)據(jù)值在CPU的模擬量輸出字中的位置：圖3數(shù)字量到模擬量轉換器（DAC）的12位讀數(shù)在其輸出格式中是左端對齊的，最高有效位是符號位，0表示正值。模擬量擴展模塊的尋址每個模擬量擴展模塊，按擴展模塊的先后順序進行排序，其中，模擬量根據(jù)輸入、輸出不同分別排序。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個字長，所以地址必須從偶

27、數(shù)字節(jié)開始。例如：AIW0，AIW2，AIW4、AQW0，AQW2。每個模擬量擴展模塊至少占兩個通道，即使第一個模塊只有一個輸出AQW0,第二個模塊模擬量輸出地址也應從AQW4開始尋址，以此類推。圖4演示了CPU224后面依次排列一個4輸入/4輸出數(shù)字量模塊，一個8輸入數(shù)字量模塊，一個4模擬輸入/1模擬輸出模塊，一個8輸出數(shù)字量模塊，一個4模擬輸入/1模擬輸出模塊的尋址情況，其中，灰色通道不能使用。圖4模擬量值和A/D轉換值的轉換假設模擬量的標準電信號是A0Am（如：420mA），A/D轉換后數(shù)值為D0Dm（如：640032000），設模擬量的標準電信號是A，A/D轉換后的相應數(shù)值為D，由于是

28、線性關系，函數(shù)關系Af（D）可以表示為數(shù)學方程：A（DD0）×（AmA0）（DmD0）A0。根據(jù)該方程式，可以方便地根據(jù)D值計算出A值。將該方程式逆變換，得出函數(shù)關系Df（A）可以表示為數(shù)學方程：D（AA0）×（DmD0）（AmA0）D0。具體舉一個實例，以S7-200和420mA為例，經A/D轉換后，我們得到的數(shù)值是640032000，即A04，Am20，D06400，Dm32000，代入公式，得出：A（D6400）×（204）（320006400）4假設該模擬量與AIW0對應，則當AIW0的值為12800時，相應的模擬電信號是6400×1625600

29、48mA。又如，某溫度傳感器，1060與420mA相對應，以T表示溫度值，AIW0為PLC模擬量采樣值，則根據(jù)上式直接代入得出：T=70×（AIW06400）2560010可以用T 直接顯示溫度值。模擬量值和A/D轉換值的轉換理解起來比較困難，該段多讀幾遍，結合所舉例子，就會理解。為了讓您方便地理解，我們再舉一個例子：某壓力變送器，當壓力達到滿量程5MPa時，壓力變送器的輸出電流是20mA，AIW0的數(shù)值是32000。可見，每毫安對應的A/D值為32000/20，測得當壓力為0.1MPa時，壓力變送器的電流應為4mA，A/D值為（32000/20）×46400。由此得出，A

30、IW0的數(shù)值轉換為實際壓力值（單位為KPa）的計算公式為：VW0的值(AIW0的值6400)(5000100)/(320006400)100（單位：KPa）編程實例您可以組建一個小的實例系統(tǒng)演示模擬量編程。本實例的的CPU是CPU222，僅帶一個模擬量擴展模塊EM235，該模塊的第一個通道連接一塊帶420mA變送輸出的溫度顯示儀表，該儀表的量程設置為0100度，即0度時輸出4mA，100度時輸出20mA。溫度顯示儀表的鉑電阻輸入端接入一個220歐姆可調電位器，簡單編程如下：溫度顯示值（AIW0-6400）/256編譯并運行程序，觀察程序狀態(tài)，VW30即為顯示的溫度值，對照儀表顯示值是否一致。就

31、該氣體檢測系統(tǒng)而言，使用SW1，SW6為ON狀態(tài)，A+,D+接直流穩(wěn)壓電源的+5V，A-,D-接直流穩(wěn)壓電源的負端并且接地，L接電源+24V，M接地。2.4 I/O分配輸入定義輸入地址輸出定義輸出地址啟動按鈕I0.0整數(shù)位QB.0停止按鈕I0.1小數(shù)位QB.3溫濕度手動顯示（復位開關）I0.2電機Q2.1溫濕度自動切換（復位開關）I0.3LED報警Q2.0單獨電機控制（撥動開關）I0.42.5主程序及子程序結構框圖主程序：開始初始化LED燈閃爍是否大于2V？電機轉動信號采集是否子程序：開始05V輸入取小數(shù)輸出取整輸出2.6梯形圖子程序2.7 實驗照片2.8實驗心得該課題設計邏輯性不是很強，但是

32、各模塊的使用不是很清楚，以及連線還算可以.通過上網(wǎng)查閱了EM235的使用，對其有更深的理解。其實其并不難，只是當我看到它時無從下手，但是通過借助資料才發(fā)現(xiàn)原理很簡單，接線也很容易。第三章 基于PLC的步進電機的控制（東疆教儀）3.1總體設計要求掌握步進電機的工作原理，提供的設備中東疆的是四相八拍的步進電機，設計程序實現(xiàn)對步進電機啟動、停止、正轉、反轉的控制，及實現(xiàn)3檔調速即快速、中速、慢速?？刂颇K中的步進電機工作方式為四相八拍，電機的四相線圈分別用A、B、C、D表示，公共端已接地。當電機正轉時，其工作方式如下：AABBBCCCDDDAA。當電機反轉時，其工作方式如下：A-ADDDCCCBBBAA。用LED顯示電機檔位。3.2設計目的（1）通過對步進電機的控制設計，加深對PLC的認識。（2）熟悉PLC編程的工作原理、規(guī)則、技巧和方法等。（3）將理論知識與實踐相結合 3.3 I/O分配輸入定義輸入端口輸出定義輸出端口啟動I0.0數(shù)碼管顯示QB.0停止IO.1電機A相Q2.0正傳I0.2電機B相Q2.1反轉I0.3電機C相Q2.2慢速I0.4電機D相Q2.3中速I0.5快速I0.63.4工作及設計原理 利用高速脈沖PTO設計。3.5梯形圖主程序：P