基于PLC控制的交通灯设计课程设计word格式.doc

专业课程设计报告专业课程设计报告 题目：题目：plcplc 应用应用 系系 别别 信息工程系 专业班级专业班级 自动 092 学生姓名学生姓名 郑帅兵 指导教师指导教师 孙继卫 提交日期提交日期 2012 年 05 月 25 日 2 目录目录 引言1 1.设计目的： .1 2.设计内容： .1 3要实现的目标 1 4. 课设意义 .2 软件须知2 第一章3 （一） 、智能抢答器设计.3 1. 课程设计目的 3 2. 课程设计所需设备 3 3. 控制要求及参考 3 4.软件介绍 .4 5.控制程序时序图和流程图 .4 6.控制程序梯形图 .6 7. 控制程序仿真结果 8 8.控制程序结果分析 .9 第二章.10 （二） 交通灯自动控制10 1课程设计目的 .10 2. 课程设计所需设备 .10 3. 控制要求及参考 .10 4. 课程设计内容及要求 .11 5软件介绍 .11 6.控制流程图和时序图 13 7. 控制程序梯形图 15 8. 控制程序仿真结果 .17 9. 控制程序结果分析 19 第三章.20 （三）. 电机正反转.20 1. 课程设计目的 .20 2. 课程设计所需设备 .20 3. 控制要求及参考 .21 4. 课程设计内容及要求 .22 5. 控制时序图和流程图 22 6. 控制程序梯形图 25 7. 控制程序结果分析 .27 实验心得.27 1 引言 1.设计目的： 熟练使用各基本指令，根据控制要求，掌握 PLC 的编程方法和程序 调试方法，了解使用 PLC 解决一个实际问题的全过程。 2.设计内容： 2.1 基本内容： 学习采用 Setp7 软件的编程方法，掌握 PLC 控制系统设计基 本流程；完成 I/O 配置、梯形图、PLC 接线图设计； 相关内容的基本要求： 学会查阅相关手册和资料，以便进一步熟悉 S7-200PLC 指令系 统及 S7-200PLC 相关硬件模块。培养如何使用所学知识解决实 际问题的能力；认真撰写总结报告，培养工程技术人员需具备 的严谨的工作作风。 2.2设计内容 （1）智能抢答器设计 （2）交通灯控制设计 （3）完成电机正反转 3要实现的目标 第一：使三组抢答人员在要求下完成抢答，符合课题要求。 第二：完成交通灯的走向控制，并且利用组态王监控软件对路况进行监控。 第三：完成电机的正反转，使其有加速、减速阶段。 2 4. 课设意义 通过对课程设计的学习，达到：加深学生对 PLC 课程的理解；使学生掌握 可编程控制器逻辑控制系统编程方法；使学生具备应用可编程控制器的初步能 力，为将来 所从事的工作打下坚实的基础，并为后可编程控制器实训课打下坚 实基础 软件须知 （1）本实验中，所有 PLC 模块均采用西门子公司生产的 S7-200PLC，该 模块 CPU 的型号是 CPU 224 ，软件支持是 STEP 7 MicroWIN SP3。 （2）软硬件连接时，首先用 PC/PPI 编程电缆连通计算机和 PLC。 （3）将 PLC 外接 220V 的交流电源，但实验台上的电源开关开始应置于断 开状态。 （4）为了使 PLC 模块的输入/输出接线柱和螺钉不会因实验的频繁拆装而 导致损坏，本课设的实验装置已经将这些节点用固定连接线接到试验台的固定 接线柱上。 （5）在计算机上编辑、编译程序（也可提前进行） 。 （6）在试验台上的电源开关置于断开状态的情况下，按实课程设计内容的 要求接好线，检查接线无误后，合上试验台上的电源开关。 （7）下载已编译的软件。下载软件时，应将 PLC 上“RUN”、 “STOP”开关 置于“STOP”状态。 （8）将 PLC 上“RUN”、 “STOP” 开关置于“RUN”状态，则实验开始。 （9）严格要求接线步骤，务必保证正确地接线，否则，将会给人身安全和 实验设备带来严重后果。 3 第一章 （一）、智能抢答器设计 1. 课程设计目的 （1）学会用 PLC 来解决实际问题的思路。 （2）掌握定时器的格式及编程方法。 （3）学会用互锁和自锁电路为基础构成各输出电路。 （4）熟悉 PLC 装置，S7-200 系列可编程控制器的外部接线方法。 2. 课程设计所需设备 （1）编程器 1 台（PC 机） 。 （2）实验装置 1 台（含 S7-200 24 点 CPU） 。 （3）智能抢答器实验模板一块。 （4）导线若干。 3. 控制要求及参考 设计一个智力竞赛抢答显示系统，使用参加竞赛人分为儿童组、 学生组、成人组,其中儿童两人，学生为一人，成人二人，主持人一人。 控制要求：当主持人按下 SB0 后，指示灯 L0 亮，表示抢答开始，参赛 者方可开始按下按钮抢答；为了公平，要求儿童组只需一人按下按钮， 其对应的指示灯亮，而成人组需要二人同时按下二个按钮对应的指示 灯才亮；当一个问题回答完毕，主持人按下 SB1，一切状态复位；成 年人一人违例抢答灯 L3 闪烁；当抢答开始后时间超过 30 秒，无人抢 答，此时铃响，提示抢答时间已过，此题作废。 4 4.软件介绍 S7200 概述概述 S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检 测、监测及控制的自动化。S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或 相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 S7-200 系列具有极高的性能/价格比。 适用范围适用范围 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。 5.控制程序时序图和流程图 5 图图 1-1 时时序序图图 6 图图 1-2 流流程程图图 7 6.控制程序梯形图 8 图图 1-3 梯形图梯形图 9 7. 控制程序仿真结果 图图 1-4 仿真结果仿真结果 10 8.控制程序结果分析 首先从总体考虑抢答的思路，运用已学的 plc 知识进行一个思想上的概括， 分为四个步骤，第一:儿童抢答，第二：学生抢答，第三：成人抢答，第四：成 人违例。 再一个就是思考抢答对其他两对的影响，其中抢答要用到定时器，这样我 们也学习了定时器的应用， 最后就是运用软件进行编译、调试，直到没有错误。 11 第二章 （二）交通灯自动控制 1课程设计目的 （1）练习定时器、计数器的基本使用方法。 （2）掌握 PLC 的编程和调试方法。 （3）对应用 PLC 解决实际问题的全过程有个初步了解。 （4）熟悉用组态软件建立监控界面的过程。 2. 课程设计所需设备 （1）编程器 1 台（PC 机） 。 （2）实验装置 1 台（含 S7-200 24 点 CPU） 。 （3）交通灯实验模板一块。 （4）导线若干。 3. 控制要求及参考 交通路口红、黄、绿灯的基本控制要求如下： 路口某方向绿灯显示（另一方向亮红灯）10 秒后，黄灯以占空比 为 50的一秒周期（0.5 秒脉冲宽度）闪烁 3 次（另一方向亮红灯） ， 然后变为红灯（另一方向绿灯亮、黄灯闪烁） ，如此循环工作。 PLC I/O 端口分配： SB1 I0.0 起动按钮 SB2 I0.1 停止按钮 HL1（HL7） Q0.0 东西红灯 HL2（HL8） Q0.1 东西黄灯 12 HL3（HL9） Q0.2 东西绿灯 HL4（HL10） Q0.4 南北红灯 HL5（HL11） Q0.5 南北黄灯 HL6（HL12） Q0.6 南北绿灯 4. 课程设计内容及要求 （1）按参考电路图完成 PLC 电路接线（配合通用器件板开关元器件） 。 （2）输入参考程序并编辑。 （3）编译、下载、调试应用程序。 （4）通过实验模板和组态监考画面，显示出正确运行结果。 5软件介绍 组态王： 组态王开发监控系统 软件，是新型的工业 自动控制系统 ，它以标准 的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。 特点 图图 2-1 组组态态王王 它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通 常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监 控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控 制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三 13 方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采 用组态王对监控系统进行设计。 组态软件也为试验者提供了可视化监控画 面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows 的图形编 辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报 警窗口、实时趋势 曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的 设备 驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。 图图 2-2 组组态态王王 1.使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法： (1)图形界面的设计 (2)构造数据库 (3)建立动画连接 (4)运行和调试 2.使用组态王软件开发具有以下几个特点 : (1)实验全部用软件来实现 ,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系 统课程的实验 ,从而大大减少购置仪器的经费。 (2)该系统是中文界面 ,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户 而言,操作简单易学且编程简单 ,参数输入与修改灵活 ,具有多次或重复仿真 运行的控制能力 ,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线 ,能很直观地 显示控制系统的实时趋势曲线 ,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的 实验中可以发挥理想的效果。 3.在采用组态王开发系统编制 应用程序过程中要考虑以下三个方面 : (1)图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。 (2)数据,就是创建一个具体的数据库 ,并用此数据库中的变量描述工控对 象的各种属性 ,比如水位、流量等。 (3)连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及 14 怎样让操作者输入控制设备的指令。 6.控制流程图和时序图 图图 2-3 流程图流程图 15 图图 2-4 时序图时序图 16 7. 控制程序梯形图 17 图图 2-5 梯形图梯形图 18 8. 控制程序仿真结果 19 图图 2-6 仿真结果仿真结果 20 9. 控制程序结果分析 首先分析一下它的循环周期，就是说红灯亮的时候，另一路上是绿灯和 黄灯间接亮，而且所用时间和红灯亮的时候时间相等，从这一点进行切入， 是一个比较好的思路。 下一步就是分析闪烁过程，首先理解一个问题，闪烁是在绿灯亮结束的 时候，将要变为绿灯的时候的一个间接转变，他同时有一个闪烁过程，这就 用到了计数器与定时器，首先我们必须知道他们是如何用的，以及他们的作 用，这样我们就可以用他们完成这个闪烁电路的需要。 最后呢我们需要用组态王软件进行对这个结果的一个画面监控，在这之 前我们也应该熟悉组态王软件的一个应用过程，进而才能对交通灯的一个控 制。 21 第三章 （三）. 电机正反转 1. 课程设计目的 （1）练习定时器、计数器的基本使用方法。 （2）掌握高速脉冲输出指令的用法。 （3）掌握 PLC 的编程和调试方法。 （4） 掌握步进电机运行的控制原理。 2. 课程设计所需设备 （1）编程器 1 台（PC 机） 。 （2）实验装置 1 台（含 S7-200 24 点 CPU） 。 （3）步进电机 1 台和步进电机驱动器 1 台。 （4）导线若干。 （5）24V 直流电源一个。 图图 3-13-1 步进电机与步进电机驱动器的接线图参考步进电机与步进电机驱动器的接线图参考 22 PLC SB1 SB2 COM I0.0 I0.1 SB3 I0.2 SB4 I0.3 步进电 动机驱 动器 M Q0.1 Q0.0 PLS DIR 图图 3-2LC 接线图（带驱动器）接线图（带驱动器） PLC SB1 SB2 COM I0.0 I0.1 SB3 I0.2 SB4 I0.3 Q0.0 COM Q0.1 Q0.2 M A B C 图图 3-3PLC 接线图接线图 （不带驱动器，输出电源电压应与步进电动机额定电压匹配） SB1 为启动按钮，SB2 为停止按钮，SB3 为加速按钮，SB4 为减速按钮。 3. 控制要求及参考 （1）两相步进电动机有 2 个绕组: A、B 正转顺序: AB 反转顺序: BA （2）用五个开关控制其工作： 1 号开关启动按钮。 2 号开关停止按钮 3 号开关加速按钮。 4 号开关减速按钮。 23 PLC I/O 端口分配： 4. 课程设计内容及要求 （1）按参考电路图完成 PLC 与步进电机电路接线（配合通用器 件板开关元器件） 。 （2）输入参考程序并编辑。 （3）编译、下载、调试应用程序。 （4）通过实验模板，显示出正确运行结果。 5. 控制时序图和流程图 时序图时序图 类别元件元件号备注 SB1I0.0启动控制 SB2I0.1停止控制 SB3I0.2加速控制 输入 SB4I0.3减速控制 L0Q0.0连接步进电机驱动器脉冲输入 正 输出 L1Q0.2连接步进电机驱动器的方向输 入正 24 图图 3-4 时序图时序图 25 控制流程图 图图 3-5 控制流程控制流程 26 6. 控制程序梯形图 图图 3-6 梯形图梯形图 27 图图 3-6 梯形图梯形图 28 7. 控制程序结果分析 电机正反转利用了 plc 的置为功能，给电机以开、断的指令，进而达到电 机正反转的作用。 通过对电机的开始正转指令，电机进行正转，当给电机一个反转指令的时 候，首先呢点击开始减速过程，然后在进行反转。