PLC課程設計系部名稱： 專業班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 201 年 月 日 學院課程設計目 錄第一章 智能競賽搶答器1.1設計目的 3 1.2設計內容 31.3設計程序 5第二章 交通燈2.1 設計目的 72.2設計設備，組態王簡介及要求 72.3設計程序及組態圖 13第三章 步進電機3.1步進電機簡介及接法 183.2接線圖 243.3設計程序 24附錄 設計總結 26基于軟PLC的交通信號燈控制設計任務書27步進電機的PLC控制設計任務書28參考文獻 29第一章 智能競賽搶答器1.1 設計目的1）.學會用PLC來解決實際問題的思路。2）.掌握定時器的格式及編程方法。3）.學會用互鎖和自鎖電路為基礎構成各輸出電路。4）.熟悉PLC裝置，CTSC-200系列可編程控制器的外部接線方法。1.2設計內容設計一個智能競賽搶答顯示系統，使用參加競賽人分為兒童組、學生組、成人組,其中兒童兩人，學生為一人，成人二人，主持人一人。控制要求：當主持人按下SBO后,指示燈LO亮,表示搶答開始,參賽者方可開始按下按鈕搶答；為了公平，要求兒童組只需一人按下按鈕，其對應的指示燈亮，而成人組需要二人同時按下二個按鈕對應的指示燈才亮；當一個問題回答完畢，主持人按下SB1，一切狀態復位；成年人一人違例搶答燈L3閃爍；當搶答開始后時間超過30秒，無人搶答，此時鈴響，提示搶答時間已過，此題作廢。圖1-1 搶答示意圖1.2.1 設計要求:l.設計程序根據系統的控制要求及PLC的1/0分配表，并設計合適的程序。2.設計接線圖根據1/0分配表,連接系統接線圖。3.系統調試（1） 輸入程序。按前面介紹的程序輸入方法,用手持式編程器(或計算機)正確輸入程序。（2）系統調試。按設計的系統接線圖正確連接好輸出設備,進行系統的調試,觀察是否能按照控制要求搶答，否則，檢查電路并修改、調試程序,直至能按控制要求顯示。所需的設備1CTSC-200 PLC 1臺2編程電纜 1根3連接導線 若干訓練內容搶答系統I/O分配表：類別元件元件號備注輸入SB0I0.0搶答開始SB1I0.1返回原狀SB11I0.2兒童搶答SB12I0.3兒童搶答SB21I0.4學生搶答SB31I0.5成人搶答SB32I0.6成人搶答輸出L0Q0.0表示搶答已經開始燈L1Q0.1兒童搶答成功燈L2Q0.2學生搶答成功燈L3Q0.3成人搶答成功燈鈴Q0.4搶答時間已過鈴I/O接線: 智力競賽搶答器接線圖1.3 設計程序第二章 交通燈2.1 設計目的（1）練習定時器、計數器的基本使用方法。（2）掌握PLC的編程和調試方法。（3）對應用PLC解決實際問題的全過程有個初步了解。2.2 設計需求設備，組態王簡介及要求2.2.1 實驗設備（1）編程器1臺（PC機）。（2）實驗裝置1臺（含S7-200 24點CPU）。（3）導線若干。 圖1 交通燈模擬控制板 2.2.2 控制要求及參考 交通路口紅、黃、綠燈的基本控制要求如下： 路口某方向綠燈顯示（另一方向亮紅燈）10秒后，黃燈以占空比為50的一秒周期（0.5秒脈沖寬度）閃爍3次（另一方向亮紅燈），然后變為紅燈（另一 方向綠燈亮、黃燈閃爍），如此循環工作。PLC I/O端口分配： SB1 I0.0 起動按鈕 SB2 I0.1 停止按鈕 HL1（HL7） Q0.0 東西紅燈 HL2（HL8） Q0.1 東西黃燈 HL3（HL9） Q0.2 東西綠燈 HL4（HL10） Q0.4 南北紅燈 HL5（HL11） Q0.1 南北黃燈 HL6（HL12） Q0.6 南北綠燈PLC參考電路：圖2 紅綠燈控制PLC電氣原理圖2.2.3 組態王簡介 定義:組態王開發監控系統軟件，是新型的工業自動控制系統，它以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統。 特點： 它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點。通常可以把這樣的系統劃分為控制層、監控層、管理層三個層次結構。其中監控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現對現場的實時監測與控制，且在自動控制系統中完成上傳下達、組態開發的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數據、動畫。通過對監控系統要求及實現功能的分析，采用組態王對監控系統進行設計。組態軟件也為試驗者提供了可視化監控畫面，有利于試驗者實時現場監控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構成監控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設備驅動程序和靈活的組態方式、數據鏈接功能。實踐： 使用組態王實現控制系統實驗仿真的基本方法：(1)圖形界面的設計(2)構造數據庫 (3)建立動畫連接 (4)運行和調試 使用組態王軟件開發具有以下幾個特點: (1)實驗全部用軟件來實現,只需利用現有的計算機就可完成自動控制系統課程的實驗,從而大大減少購置儀器的經費。 (2)該系統是中文界面,具有人機界面友好、結果可視化的優點。對用戶而言,操作簡單易學且編程簡單,參數輸入與修改靈活,具有多次或重復仿真運行的控制能力,可以實時地顯示參數變化前后系統的特性曲線,能很直觀地顯示控制系統的實時趨勢曲線,這些很強的交互能力使其在自動控制系統的實驗中可以發揮理想的效果。 在采用組態王開發系統編制應用程序過程中要考慮以下三個方面: (1)圖形,是用抽象的圖形畫面來模擬實際的工業現場和相應的工控設備。 (2)數據,就是創建一個具體的數據庫,并用此數據庫中的變量描述工控對象的各種屬性,比如水位、流量等。 (3)連接,就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現場設備的運行,以及怎樣讓操作者輸入控制設備的指令組態王與西門子S7-200的幾種通信方式：1.組態王的通訊機制 組態王把每一臺與之通訊的設備看作是外部設備，為實現和外部設備的通訊，組態王內置有大量的設備驅動作為外部設備的通訊接口。在開發過程中，只需根據工程瀏覽器提供的“設備配置向導”，一步步完成連接過程，即可實現組態王和相應外部設備驅動的連接。在運行期間，組態王可以通過驅動接口和外部設備交換數據，包括采集數據和發送數據或指令。組態王的驅動程序采用ActiveX技術，每一驅動都是一個COM對象，這種方式使驅動和組態王構成一個完整的系統，從而保證運行系統的高效率，如圖1所示。因此，組態王可以與一些常用I/O設備直接進行通訊，如可編程控制器(PLC)、智能模塊、板卡、智能儀表等。組態王與I/O設備之間的數據交換采用五種方式:串行通訊方式、DDE方式、板卡方式、網絡節點方式、人機接口卡方式。圖1 組態王與外部設備通訊示意圖2 .組態王與S7-200的PPI通信方式： PPI(Point-to-Point)是西門子專為S7-200系列開發的一個通訊協議，為主/從協議，PC機為主站，S7-200為從站。該方式下有兩種硬件連接方法，一種是使用PPI電纜將PC機串口和S7-200的通訊口相連，采用串行通訊方式。另一種是PC機通過CP5611通訊卡與S7-200相連。在第一種方式下，使用PLC編程軟件STEP 7-Micro/WIN32安裝通訊硬件，在“SET PG/PC Interface”對話框中配置PC/PPI cable,選擇Interface Parameter Assignment為PPI，并設置PPI參數默認值,雙擊通訊框中得刷新圖標后建立與S7-200的通信連接。在第二種方式下，將CP5611卡安裝在PC機的插槽中，用連接帶纜將CP5611卡與S7-200的PORT口相連，安裝STEP 7-Micro/WIN32和STEP 7 V5.0 +ServicePack5(或STEP 7 V5.1+ServicePack 2)，運行PG/PC-interface parameterisation，將用戶界面配置為CP5611 (PPI)方式。這兩種方式的上位機組態王的設置基本相同，首先使用“設備配置向導” 定義外部設備，分別選擇西門子S7-200系列PPI通信和西門子S7-200系列通訊卡通信，并設定如下通信參數:波特率9600bps,數據位8位，停止位1位，偶校驗。在設定PLC地址時，兩種方式有所不同，前者將PLC地址設為默認地址2。后者采用“PLC地址.2”地址格式，小數點前的數字為有效地址PLC的地址(即站號)，小數點后為數字2，所設定的地址范圍為2.2126.2，其中PLC的地址可通過編程軟件STEP 7-Micro/WIN設置來實現。 在組態王的“數據字典”中定義相關變量，選擇變量類型為I/O型，并選擇連接設備，指定所訪問的寄存器名及寄存器類型。注意，組態王只支持V寄存器，如果要監控Q、M寄存器，可以先在PLC程序中將Q、M寄存器傳至V寄存器，組態王通過對V寄存器的操作來實現對Q、M寄存器的監控。另外，組態王不支持直接以I/O離散變量的定義，需以字節(BYTE)形式存取，每一BYTE類型(8個BIT位)對應8個開關量的輸入或輸出狀態，即BYTE的07位分別對應輸入或輸出的07開關量通道，如果要顯示或控制某一開關量通道的狀態，可以使用組態王提供的BIT()或BITSET()函數進行取位或置位。在制作好的監控畫面中，將畫面的圖素與定義的變量建立“動畫連接”，在TouchVew中運行，即可建立實時通信，得到一個反映工業現場的監控畫面。2.3 設計程序及組態圖2.3.1 設計梯形圖：2.3.2 組態王畫面：普通界面：演示畫面： 東西綠燈界面：東西黃閃爍：南北綠：南北黃閃爍：第三章 步進電機3.1 步進電機簡介及接法3.1.1 步進電機的簡介步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。3.1.2 兩相八線步進電機繞組的串聯接法和并聯接法1.串聯接法串聯接法比較簡單，也容易理解。分別把4相繞組相鄰的兩相串接起來即可，共有兩種接法。繞組的接法如圖1和圖2所示。兩相八線步進電機繞組及外接線:圖1相8線電機繞組的串聯接法1（錯誤接法）圖2相8線電機繞組的串聯接法2（正確接法）根據接法1和接法2分別接好電路后，發現按照接法1連接后，轉子不動；只有按照接法2連接，電機才能正常轉動。2.并連接法并聯接法稍復雜些，需將四相繞組相鄰的兩相分別并接在一起，共有兩種接法。繞組的接法如圖4和圖5所示。圖4相8線電機繞組的并聯接法1（錯誤接法）圖5相8線電機繞組的并聯接法2（正確接法）根據接法1和接法2分別接好電路后，發現按照接法1連接后，轉子不動；只有按照接法2連接，電機才能正常轉動。分析總結:圖7所示為SMD2001步進電機驅動器2相8線步進電機的接線圖。從圖中可以看出，驅動器給步進電機發送脈沖的順序為Phase 1 - Return 1 - Return 2 - Phase 2 - Phase 3 - Return 3 - Return 4 - Phase4，因而，只有圖2和圖5所對應的接法正確。圖7. SMD2001驅動器與2相8線電機連接的接線圖串聯連接的電機，由于每一相繞組電阻增大，電流較小，一般將驅動器的電流設定為電機相電流的0.7倍，這種接法的電機發熱量小，低頻力矩較大；并聯連接的電機，電感較小，一般將驅動器的電流設定為電機相電流的1.4倍，所以啟動、停止速度較快，高頻力矩有所增大，但電機發熱量大。但是步進電機有點溫度是正常的，只要低于電機的消磁溫度就行，一般步進電機的消磁溫度在105度左右。設計所需設備:步進電機（57HS09） 步進電機驅動器（DM432C） 西門子s7-200 x系列plc一個 24伏直流電源 電阻等步進電機驅動器（DM432C）的功能說明： 驅動器功能操作說明微步細分數設定由SW5SW8四個撥碼開關來設定驅動器微步細分數，其共有15檔微步細分。用戶設定微步細分時，應先停止驅動器運行。具體微步細分數的設定，請驅動器面版圖說明。輸出電流設定由 SW1SW3 三個撥碼開關來設定驅動器輸出電流，其輸出電流共有8檔。具體輸出電流的設定，請驅動器面版圖說明。自動半流功能用戶可通過SW4來設定驅動器的自動半流功能。off表示靜態電流設為動態電流的一半，on表示靜態電流與動態電流相同。一般用途中應將 SW4 設成 off，使得電機和驅動器的發熱減少，可靠性提高。脈沖串停止后約0.4秒左右電流自動減至一半左右（實際值的60），發熱量理論上減至36。信號接口PUL和 PUL為控制脈沖信號正端和負端；DIR和DIR為方向信號正端和負端；ENA和 ENA為使能信號的正端和負端。電機接口A和 A接步進電機A相繞組的正負端；B和B接步進電機B相繞組的正負端。當A、B兩相繞組調換時，可使電機方向反向。電源接口采用直流電源供電，工作電壓范圍建議為1840VDC，電源功率大于100W。指示燈驅動器有紅綠兩個指示燈。其中綠燈為電源指示燈，當驅動器上電后綠燈常亮；紅燈為故障指示燈，當出現過壓、過流故障時，故障燈常亮。故障清除后，紅燈滅。當驅動器出現故障時，只有重新上電和重新使能才能清除故障。安裝說明驅動器的外形尺寸為：11669.226.5mm，安裝孔距為109mm。既可以臥式和立式安裝，建議采用立式安裝。安裝時，應使其緊貼在金屬機柜上以利于散熱。參數設定 DM432C驅動器采用八位撥碼開關設定細分精度、動態電流和半流/全流參數設定 DM432C驅動器采用八位撥碼開關設定細分精度、動態電流和半流/全流詳細描述如下：3.2 接線圖X0 X1 X2 為西門子s7-200的I0 I1 I2 ， Y0 Y1 Y2為西門子s7-200的Q0 Q1 Q23.3 設計程序啟動:：正反轉控制:停止:設計總結通過三周的課程設計，我們不僅加深了對監控組態軟件的應用和PLC的編程設計的了解和使用，還學到了許多課本上沒有的知識，練習了SQL連接的方法和原理。經過一段時間的課程設計，在老師的帶領下，我們學到了很多知識。讓我對之前在課本上很多不明的知識在實踐設計中有了新的領悟和認識，才體會到“紙上得