基于PLC的步进电机-交通灯-四层电梯控制.doc
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1、目录摘要11、课程设计概述21.1 PLC概述21.2 SIEMENS S7-200简介32、基于PLC 的步进电机控制32.1 设计要求32.2 三相六拍步进电机的工作原理32.3 步进电机各按键的作用42.4 基于PLC 的步进电机控制程序梯形图52.5 问题及解决方法73、PLC 实现智能交通灯控制3.1设计要求83.2系统运行过程分析83.3系统时序图93.4 输出地址分配103.5 PLC 实现智能交通灯控制程序梯形图103.6 问题及解决方法144.1 系统原理说明144.11 原理144.1.2 四层电梯要求154.1.3 I/O端子分配图154.2 基于PLC 的四层电梯控制程
2、序梯形图164.3问题及解决方法19课程设计总结20参考文献21致谢22摘要个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。 上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为3040%。在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动
3、化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。特别在四层电梯、智能交通灯和水塔水位控制中应用广泛。通过这次课程设计使我们了解了更多的关于PLC的知识,不仅让我们明白了好多PLC使用的方法,也让我们了解了PLC的发展史。在通过我们本学期对PLC这门课程的学习,才让我们有了这次课程设计,虽然我们还是对PLC缺少一些了解,但是本次课程设计已经帮助我们了解了很多的知识,我想通过这次课程设计,让我们在以后的生活中,在以后的工作中,都能够很好的完成我们要做的很多关于PLC的任务。关键词 可编程控制器 PLC 控制 应用1、课程设计概述1.1 PLC概述由于PLC在不断发展,因此,对它下一个确
4、切的定义是困难的。1980年PLC问世后,由美国电气制造商协会(National Electric ManufacturerAssociation NEMA)对PLC下过如下的定义:PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令,实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能,用来对各种机械或生产过程进行控制。1982年,国际电工委员会(International Electrical Committee IEC)颁布了PLC标准草案,1985年提交了第2版,1987年的第3版对PLC作了如下的定义: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
5、以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、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人和输出,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按照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。目前,在电梯的控制方式上,主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。而PlC实际上是一种专用计算机,它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务,而且依靠程序运行,这就保证只有正确的程序才能运行,否则电梯不会工作;又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元,即无线圈又无触点,使用次数不受限制,属无触点运行,因此,它
6、比继电器控制有着明显的优越性,运行寿命更长,工作更加可靠安全,自动化水平更高。PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式,它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代,是电梯控制系统中理想的控制新技术。一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量,带来巨大的经济效益和社会效益,但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此,在满足控制要求的前提下,一方面要注意不断地扩大工程的效益,另一方面也要注意不断地降低工程的成本。总之,电梯的控制是比较复杂的,可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备,随着PLC应
7、用技术的不断发展,将使得它的体积大大减小,功能不断完善,过程的控制更平稳、可靠,抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内。因此,它已经成为电梯运行中的关键技术。1.2 SIEMENS S7-200简介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。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。 CPU 226: 24V DC电源,24V DC输入,24V DC输出,
8、100230V AC电源 24V DC输入,继电器输出。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。2、基于PLC 的步进电机控制2.1 设计要求学习步进电机的工作原理,提
9、供的设备中南京工学院仪器为三相六拍的,设计程序实现对步进电机启动、停止、正转、反转的控制,及用1个按键实现3 档调速即快速、中速、慢速。同时用一位数码管显示当前的速度状态:快、中、慢分别用1、2、3 表示。2.2 三相六拍步进电机的工作原理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,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。结构: 电机转子均匀分布着很多小齿,
10、定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3,C与齿3向右错开2/3。旋转: 如A相通电,B,C相不通电时,由于磁场作用,齿1与A对齐,(转子不受任何力以下均同)。 如B相通电,A,C相不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3,此时齿3与C偏移为1/3,齿4与A偏移(-1/3)=2/3。如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C对齐,此时转子又向右移过1/3,此时齿4与A偏移为1/3对齐。 如A相通电,B,C相不通电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3 这样经过A、B、C、A
11、分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到A相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按A,B,C,A通电,电机就每步(每脉冲)1/3,向右旋转。如按A,C,B,A通电,电机就反转。 由此可见:电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过,出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A这种导电状态,这样将原来每步1/3改变为1/6。甚至于通过二相电流不同的组合,使其1/3变为1/12,1/24,这就是电机细分驱动的基本理论依据。2.3 步进电机各按键的作用序号名称输入口序号名称输出口1脉冲数控制I0.05A相输入Q0.02
12、起停按键I0.16B相输入Q0.13正反转按键I0.27C相输入Q0.24低速输入控制I0.38低速脉冲输出Q0.45中速输入控制I0.49中速脉冲输出Q0.56高速输入控制I0.510高速脉冲输出Q0.62.4 基于PLC 的步进电机控制程序梯形图2.5 问题及解决方法步进电机是我们本次课程设计的第一个课题,刚开始对步进电机的工作原理不明白,不知道脉冲如何发送,经过上网查询和图书馆查阅相关资料解决了此问题,明白了步进电机的工作原理,我们的使用的是三相六拍的步进电机,通过给步进电机输入脉冲使它转动,当有一个脉冲时步进电机转动一个角度。同时,对于调速输入脉冲数无法控制,经过查阅资料和实践琢磨也将
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