电控与PLC课程设计报告.doc

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1、 摘 要 PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。PLC采用了可编程程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数、和算术运算等操作的指令。并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC存在许许多多的的优点，因此，PLC已经在工业市场占有一大片领域。随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广目前，PLC在国

2、内外已经广泛应用于钢铁，石油化工，建材，机械制造，交通运输等各个行业。 为了将我们的编程能力提升到一个更高的水平，深化面向对象的编程思维和解决问题的能力，值此课程设计周期间，进行基于基于EM235的两路测温系统和基于PLC的交通灯的设计，对PLC的基本指令和基础知识进行回忆和熟悉。关键词：PLC 电机启动及能耗制动 EM235 目录 1、 基于PLC的多通道温湿度监控装置1.1题目要求31.2方案说明31.3 EM235模块 31.4温湿度监控的实现71.5程序设计81.6 图片11 2、 基于PLC实现智能交通灯控制 2.1 题目要求12 2.2方案说明12 2.3电机的启动及能耗制动12

3、2.4智能交通的实现13 2.5程序设计14 2.6图片25三、 总结四、 参考文献五、 成绩评定表PLC的介绍0.1 PLC的定义 可编程逻辑控制器，简称PLC (Programmable logic Controller)，,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装，一种数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部

4、存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 PLC的种类很多，其实现的功能、内存容量、控制规模、外型等方面均存在较大的差异。因此，PLC的分类没有一个严格的统一标准，而是按照结构形式、控制规模、实现的功能进行大致的分类。0.2 PLC的特点及重要性PLC具有一下几个特点：1) 可靠性高，抗干扰能力强2) 通用性强，控制程序可变3) 使用方便功能强，适应面广编程简单4) 容易掌握体积小、重量轻、功耗低、维护方便、价格便宜

5、由于PLC的自身特点，PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电气、建材机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各行业，无论其船上还是路上都有其广泛应用0.3 西门子S7-200介绍 S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。 S7-200应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。 S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供使用。CPU 226

6、 本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。 1.4 PLC的发展方向 随着计算机科学的发展和工业自动化愈来愈高的需求，可编程控制技

7、术得到了飞速的发展，其技术和产品日趋完善。仅仅将PLC理解为开关量控制的时代己经过去，PLC不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，其功能也日趋完善。今后，PLC将主要朝着以下两个方向发展:一个是向超小型专用化和低价格方向发展;另一个是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。总的趋势如下阶：1) 可编程控制技术的标准化2) CPU处理速度进一步加快可编程控制技术的智能化3) 系统的开放性和兼容性通用性和专业化的结合4) 可靠性进一步提高5) 控制系统分散化控制与管理功能一体化1、 基PLC的多通道温湿度监控装置1.1题目要求： 用稳压器给定2路输入信号

8、为0-5V标准直流电压信号分别表示为温度、湿度对应的电压信号。分别经过EM235转换之后，用2位LED交替显示相应电压值的个位和第一个小数位（静态显示方式），要实现可自动每隔2秒交替，也可手动按键交替显示。把其中的一路模拟量输入，通过EM235的模拟量输出端直接输出，可用万用表测量。要保证显示精度。要有启动和停止按钮！1.2方案说明EM235模块的要点： 温度湿度对应的电压信号可以自动实现2S交替，也可以用手动控制，二个手动按钮分别控制温度与湿度对应的电压信号，输出的电压信号经过EM235的转换把模拟量转换成数字量，在通过数码管分别显示个位与小数点第一位。1.3 EM235模块的要点： EM2

9、35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，如下图1所示。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

10、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。EM235开关 单/双极性选择增益选择衰减选择SW1SW2SW3SW4SW5SW6ON单极性OFF 双极性OFF OFF X1OFF ONX10 ONOFF X100ONON无效ON

11、OFF OFF 0.8OFF ONOFF 0.4OFF OFF ON0.2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：单极性满量程输入分辨率SW1 SW2SW3 SW4 SW5 SW6 ONOFFOFFONOFFON0到50mV 12.5V OFFONOFFONOFFON0到100mV 25V ONOFFOFFOFFONON0到500mV125uA

12、 OFFONOFFOFFONON0到1V 250VONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mV ONOFFOFFOFFOFFON0到20mA 5AOFFONOFFOFFOFFON0到10V 2.5mV 双极性满量程输入分辨率SW1 SW2SW3SW4SW5SW6ONOFF OFF ONOFF OFF 25mV 12.5V OFF ONOFF ONOFF OFF 50mV 25VOFF OFF ONONOFF OFF 100mV 50V ONOFF OFF OFF ONOFF 250mV 125VOFF ONOFF OFF ONOFF 500 250VOFF OFF ONOFF ONOF

13、F 1V 500V ONOFF OFF OFF OFF OFF 2.5V 1.25mV OFF ONOFF OFF OFF OFF 5V 2.5mV OFF OFF ONOFF OFF OFF 10V 5mV 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

14、，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

15、。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

16、也应从AQW4开始寻址，以此类推。1.4 温湿度监控的实现接口：功能接口功能接口自动交替I0.0小数点后一位QB2停止I0.1个位显示QB0手动交替I0.2显示小数点Q1.0I0.31.5程序设计： 1.6图片：2、基于PLC实现智能交通灯控制2.1题目要求： 着至关重要作用。我们负责设计的交通灯控制系统，原是采用继电器线路控制系统，该系统故障率高，不易维修，另外继电器寿命短，更换元件不方便，综上原因就严重影响生产效益，因此对本设备进行自动化控制就首当其冲。南北方向为主干道，东西方向为次干道。要有启动和停止按钮 交通灯是交通中一种比较普遍的设备，它在工艺生产上起 东西方向红灯亮20s，南北方向

17、绿灯亮13s，闪4次（每次0.5s亮，0.5s灭），黄灯亮3s；然后，东西方向绿灯亮8s，闪3次（每次0.5s亮，0.5s灭），黄灯亮3s，南北方向的红灯亮14s；再然后，东西方向红灯亮20s，南北方向绿灯亮13s，闪4。这样东西南北交通灯循环运行； 当人行道上有人要过马路时，按相应人行道按钮（注：当要过路口已经为绿灯，按下无效），所有灯变为红灯，延时3s钟后（为了给正行驶在马路上的机动车通过时间）相应马路、人行道变绿灯，而垂直方向变红灯，延时6s钟后，垂直方向马路灯及人行灯变绿灯恢复正常循环运行（系统接着按人行道按钮前状态运行）； 用LED正序显示南北方向红灯时间；每次按下人行道按钮后，三相

18、异步电动机自动全压启动，各交通灯恢复正常时间后，电机停止（停止方式为能耗制动）；同时，应设有电机独立启动、停止按钮，并设有电机自动启动、手动启动指示灯。2.2方案说明： 2.2.1 对交通灯采用自动化控制时，可选比较先进而又稳定的单片机和PLC控制，但采用单片机控制还要附加配套的集成电路I/O接口，又必须完成大量硬件设计和制作工作，而且单片机的维修对工人的知识水平要求较高，据当前国情，经深思熟虑，我组用经济的PLC控制。2.2.2. 信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯都熄灭。并且在南北和东

19、西方向设置人行道过街，并伴有LED数码管显示。2.3电机的启动及能耗制动：2.3.1 三相笼式异步电动机单向全压启动控制线路，主电路由自动开关、接触器的主触点、热继电器的热元件和电动机构成。控制线路由热继电器的常闭触点、停止按钮、启动按钮、接触器常开触点及它的线圈组成。2.3.2 能耗制动就是在电机脱离三相交流电源后，定子绕组上加一直流电压，即通入直流电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。根据能耗制动时间原则，用PLC中时间继电器进行控制。2.4智能交通的实现：简化时序原理图如下：输入功能输出功能I0.0开始，停止QB0数码管段选I0.1东西过马路按钮，接SW2/SW4Q1.

20、1/Q1.0主道东西/南北红灯，接R2/R1I0.2南北过马路按钮，接SW1/SW3Q2.0/Q2.2主道东西/南北绿灯，接G2/G1I0.5电机独立启动按钮Q2.1/Q2.3主道东西/南北黄灯，接Y2/Y1I0.6电机独立停止按钮Q2.4人行道东西红灯，接R4,R6Q2.5人行道东西绿灯，接G4，G6Q2.6人行道南北红灯，接R3，R5Q3.0人行道南北绿灯，接G3，G5Q3.1电机启动继电器Q3.2能耗制动继电器Q3.6电机自启动指示灯Q3.7电机手动启动指示灯2.5程序设计：2.6图片：二、 总结：通过本次课程设计使我更加扎实的掌握了PLC方面的知识，让我对PLC的了解有了一个更加深入的

21、了解，由书本上晦涩的知识转化为可见、可/可操作的东西。虽然在课程设计初期遇到的困难不少，但是通过参考书本上的例子，加之请教同学、老师，使我弥补了自己知识及课程设计思路中的问题，让我更加认识到了控制对象中的开启及关断条件对程序设计的重要性。任何案例，只要定义好I/O端口，找出控制对象中的开启及关断条件，程序就大概出来了，再加上一些总的控制及一些细节条件程序就出来了，器件连线中要严格按照程序定义中的I/O端口对应，还要注意形成闭合回路，公共端要连接，器件要完全了解其作用及实现的功能。具体到各个程序，第二个程序逻辑控制比较复杂，但所涉及知识点较少，经过了反复的实验最终达到设计要求，在能耗制动设计上遇到不小困难，但在老师的耐心指导下最终也顺利完成。第一个程序相比第二个比较简单，其中EM235的资料掌握我花费了不少的时间才真正搞懂，加上第一个程序中的数码管显示环节，自己整理后才得出了最终的结果。最后感谢在本次课程设计中韩老师的细心指导，没有您的耐心教导我是不可能弄出最终结果的，课程实际确实不易，但有做出结果我真的很开心，谢谢您！三、 参考文献：1、 (第2版) 王永华 北京:北京航空航天大学出版社 . 2008.22、 西门子公司 SIMATIC S7-200 课编程控制器程序手册 . 2004.63、 电机学（第四版）汤蕴璆 机械工业出版社。 2008.3