THPFXC1A型小车运动控制系统实训模型实训指导书.docx
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THPFXC1A型小车运动控制系统实训模型实训指导书
Tianhuang
TeachingApparatuses
天煌教仪
THPFXC-1A型
小车运动控制系统实训模型
实训指导书
天煌教仪
浙江天煌科技实业有限公司
目录
实训一 传感器特性认识3
实训二 直流电机特性认识6
实训三小车手动运行控制8
实训四小车自动运行控制11
实训五小车综合运行控制13
附录一THPFXC-1A型小车运动控制系统实训模型使用说明书15
实训一 传感器特性认识
一、实训目的
了解认识传感器的测量结构及传感器的工作原理与检测过程；
二、实训设备
1.THPFXC-1A型小车运动实训模型一套
2.导线若干
三、实训原理
（一）传感器定义
能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是当今控制系统中实现自动化、系统化、智能化的首要环节。
（二）传感器的主要技术指标
检测距离：
被测物体按一定方式移动时，从基准位置（传感器的感应表面）到传感器动作时测得的位置的空间距离。
复位距离：
被测物体按一定方式移动时，从基准位置（传感器的感应表面）到传感器最远可动作时测得的位置的空间距离。
差动距离：
复位距离与检测距离之差。
响应时间：
从物体进入可检测区间到传感器有信号输出之间的时间差T1，或从物体推出可检测区间到传感器输出信号消失之间的时间差T2。
（三）电感式传感器
电感式传感器由三大部分组成：
LC高频振荡器、开关电路及放大输出电路。
振荡器产生一个交变磁场。
当金属目标物体接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致电感式传感器振荡衰减，以至停振。
振荡器振荡及停振的参数变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，进而控制开关的通或断。
这种传感器所能检测的物体必须是金属物体。
其工作流程框图如下：
（四）电容式传感器
电容式传感器的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，两者构成一个电容器，该电容接入后级RC振荡器中；当被测物体靠近电容式传感器时，该电容器的容量增加，使振荡器开始振荡，通过后级电路的处理，将停振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。
（五）光电式传感器
光电式传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现检测物体有无的接近开关；其集发射器和接收器于一体，当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。
四、实训步骤
1.在“THPFXC-1A型小车运动实训模型”中找到电感式、电容式、光电式传感器，记录其外形及数据输出格式；
2.手动运行小车（将小车模型通电后，短接“慢速”、“电机正传[或电机反转]”与电源COM端），使塑料、铝质检测体分别靠近电感式传感器及电容式传感器，记录其各自得“检测距离”及“复位距离”，并比较两种传感器对不同材料的监测能力。
3.重复上一步骤，使塑料、铝质检测体的不同监测面靠近光电式传感器，观察并记录光电传感器对不同夹角的监测面的响应状况。
五、实训总结
将记录的实训数据加以整理，总结各种传感器的监测特性。
实训二 直流电机特性认识
一、实训目的
了解直流减速电机的工作原理与控制方式；
二、实训设备
1.THPFXC-1A型小车运动实训模型一套
2.导线若干
三、实训原理
（一）直流电机
实现将直流电能转换为机械能的电机被称为直流电动机。
由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。
其构造的主要特点是具有一个带换向器的电枢。
直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。
其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。
直流电机的转子则由电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。
其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。
电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。
换向器是一种机械整流部件。
由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型为一个整体。
各换向片间互相绝缘。
上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。
定子与转子之间有一气隙。
在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。
换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。
换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。
在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
如用外部直流电源，经电刷换向器装置将直流电流引向电枢绕组，则此电流与主磁极N.S.产生的磁场互相作用，产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机运行。
（二）直流齿轮减速电机
直流齿轮减速电机是一般直流微型电机安装上齿轮减速箱组合而成。
其具有以下特性：
1.转矩大
一般直流微型电机的转矩非常小，带有大负载时，很容易堵转，从而不适合带动工业控制中的负载。
由于加上齿轮减速箱之后，将力矩放大为减速比的大小倍数，从而可以达到0.5～54Kg.cm的转矩（0.05～5.4N.m）。
2.速度低
直流微型电机的转速一般为1500～23000转/min，转速在工业控制中的应用领域不大，在工业控制中转速在1～300转/min的速度应用比较多。
3.简化设计和节约空间
由于减速箱和电机结合在一起，所以体积很小，使用安装空间很小，而且不用再设计减速机构。
四、实训步骤
1.在“THPFXC-1A型小车运动实训模型”中找到直流减速电机，记录其铭牌数据；
2.将小车模型通电后，短接“慢速”、“快速”及“电机正传[或电机反转]”与电源COM端，选择“慢速”时，控制电路加在电机控制端的电压为DC12V，选择“快速”时，控制电路加在电机控制端的电压为DC24V，比较在两种状态下电机的运行速率与运行方向的异同点。
3.通过网络、书面资料及其他途经查询不同的直流减速电机在工业中的不同应用。
实训三小车手动运行控制
一、实训目的
1.了解和认识现代直线运动控制系统的组成；
2.掌握可编程控制器在实际小车手动运行控制系统中的应用。
二、实训设备
1.THPFXC-1A型小车运动实训模型一套
2.可编程控制器（含数字量10入/8出以上）一台
3.安装有PLC编程软件的计算机一台
4.PLC编程电缆一根
5.实训导线若干
三、控制要求
系统启动，进入手动状态，点动“1、2、3、4”定位按钮时，小车能运动至指定位置。
如：
当小车停止在3号位置右侧时，点动“3”号定位按钮，小车左行至3号位置；当小车停止在3号位置左侧时，点动“3”号定位按钮，小车右行至3号位置；
四、程序流程图
序号
PLC地址
PLC-OUT
对象-IN
面板端子
功能说明
1.
COM1
+24V
DC24V电源+
2.
COM2
+24V
DC24V电源+
3.
IN0
1
“１”号键值信号输出
4.
IN1
2
“２”号键值信号输出
5.
IN2
3
“３”号键值信号输出
6.
IN3
4
“４”号键值信号输出
7.
IN4
A（传感器信号）
左侧电感式传感器信号输出
8.
IN5
B（传感器信号）
电容式传感器信号输出
9.
IN6
C（传感器信号）
光电式传感器信号输出
10.
IN7
D（传感器信号）
右侧电感式传感器信号输出
11.
IN8
手/自动
手动／自动模式选择开关
12.
IN9
启动/停止
启动/停止选择开关
13.
OUT0
OUT0
IN0
A（位置显示）
数码显示控制端子A
14.
OUT1
OUT1
IN1
B（位置显示）
数码显示控制端子B
15.
OUT2
OUT2
IN2
C（位置显示）
数码显示控制端子C
16.
OUT3
OUT3
IN3
电机正转
电机电源端附加正向电压
17.
OUT4
OUT4
IN4
电机反转
电机电源端附加反向电压
18.
OUT5
OUT5
IN5
快速
电机电源端附加＋24V电压
19.
OUT6
OUT6
IN6
慢速
电机电源端附加＋12V电压
20.
OUT7
OUT7
IN7
报警
系统报警信号输出
21.
+VDC
V+
+24V
DC24V电源+24V
22.
COM
COM
GND
DC24V电源GND
五、端口分配及接线图
六、实训步骤
1.按照端口分配表及接线图连接PLC与小车运动实物模型；下载“3.Manual”手动程序，并将主机切换至“RUN”状态。
2.将“启动／停止”及“手动/自动”开关拨至“启动”、“手动”状态，系统进入手动运行状态；小车先复位至离小车最近的位置，复位完成后点击“1、2、3、4”键值输出按钮，观察小车运动状态；
3.尝试编译新的控制程序，实现与示例程序不同的控制效果。
七、实例程序（参见配套光盘）
实训四小车自动运行控制
一、实训目的
1.了解和认识现代直线运动控制系统的组成；
2.掌握可编程控制器在实际小车自动运行控制系统中的应用。
二、实训设备
1.THPFXC-1A型小车运动实训模型一套
2.可编程控制器（含数字量10入/8出以上）一台
3.安装有PLC编程软件的计算机一台
4.PLC编程电缆一根
5.实训导线若干
三、控制要求
1.
系统启动，进入自动状态，小车以下列方式运行：
2.小车在快速运行时，系统报警；
四、
程序流程图
五、端口分配及接线图
参见实训三
六、实训步骤
1.按照端口分配表及接线图连接PLC与小车运动实物模型；下载“4.Auto”手动程序，并将主机切换至“RUN”状态。
2.将“启动／停止”拨至“ON”状态，将“手动/自动”开关拨至“自动”状态，系统进入自动运行状态，观察小车运行状态，记录小车运行规律；
3.点击“1、2、3、4”键值输出按钮，观察小车运动状态及系统报警状态；
4.尝试编译新的控制程序，实现与示例程序不同的控制效果。
七、实例程序（参见配套光盘）
实训五小车综合运行控制
一、实训目的
1.了解和认识现代直线运动控制系统的组成；
2.学习子程序在编程中的应用；
3.掌握可编程控制器在实际小车综合运行控制系统中的应用。
二、实训设备
1.THPFXC-1A型小车运动实训模型一套
2.可编程控制器（含数字量10入/8出以上）一台
3.安装有PLC编程软件的计算机一台
4.PLC编程电缆一根
5.实训导线若干
三、控制要求
1.系统启动，小车复位运行至位置4处；下载“5.All”手动程序，并将主机切换至“RUN”状态。
2.当选择“手动运行”时，系统调用“手动子程序”，进入手动运行状态，小车按手动方式运行；
3.当选择“自动运行”时，系统调用“自动子程序”，进入自动运行状态，小车按自动方式运行；
4.位置显示单元实时显示当前小车所处位置。
四、程序流程图
五、端口分配及接线图
参见实训三
六、实训步骤
1.按照端口分配表及接线图连接PLC与小车运动实物模型；
2.将“启动／停止”拨至“ON”状态，将“手动/自动”开关首先拨至“自动”状态，观察小车运行状态，记录小车运行规律；
3.将“手动/自动”开关首先拨至“自动”状态，点击“1、2、3、4”键值输出按钮，观察小车运动状态及系统报警状态；
4.尝试编译新的控制程序，实现与示例程序不同的控制效果。
七、实例程序（参见配套光盘）
附录一THPFXC-1A型小车运动控制系统实训模型使用说明书
一、概述
本小车运动控制系统实训教学模型由运动小车、同步带轮传动机构、直流电机、光电传感器、电感式传感器、电容式传感器、行程开关等组成，通过传感检测、PLC编程，实现运动距离测量、传动控制、键值优化比较行走控制、定向控制、定位控制、点动控制、位置显示控制等，能实现小车的精确定位。
该系统外观精美，体积紧凑，重量轻，能满足大中专院校可编程控制器技术的教学、课程设计和毕业设计。
二、
系统配置
（一）安装底板：
用于安装各种执行器及控制器的支撑体；
（二）导轨：
用于固定同步带/轮，牵曳滑块小车运动及定义滑块小车的运行轨迹；
（三）滑块小车：
整套系统的被控对象；
（四）直流减速电机：
整套系统的执行机构，用于带动被控对象小车；
（五）操作盒：
安装有各种控制输入及输出显示机构；如下图所示：
（六）传感器机构：
安装有各种传感器，例如电感式、电容式、光电式等，用于检测控制对象的位置信息；
（七）可编程控制器（用户自备）
本系统采用可编程控制器（PLC）作为控制机构元器件，它负责整个系统输入、输出信息的处理和储存、控制。
它验证不同的系统控制信息（启动/停止、手动/自动等）从而使系统以不同的控制模式运行；另外，它还接受系统各种请求信息，并根据不同的请求信息进行不同的响应等。
注：
本实训模型的实例程序提供西门子、三菱、欧姆龙三种PLC程序。
（八）上位计算机（用户自备）
安装有PLC编程软件的计算机作为上位编程工具，对PLC进行不同类型的编程，使PLC实现不同的控制功能。
三、注意事项
1.实训期间，模型应保持整洁，不可随意放置杂物，特别是导电的工具和多余的导线等，以免发生短路等故障。
2.实训完毕，应及时断开电源输入，并及时清理实训板面，整理好连接导线并放至规定的位置。
3.若不能排除故障请联系售后服务，在无把握时请勿随意改动模型结构及电路。
附录二RSLinx通讯组态与RSLogix5000软件使用帮助
一、关于RSLINX
RSLINX也是基于Windows软件程序，用作PLC与RSVIEW的数据驱动程序、RSLOGIX500与PLC的程序数据驱动程序。
RSLINX也是为在MicrosoftWindows2000,WindowsNT,及WindowsXP环境下使用而设计的。
二、使用1756-CP3电缆进行通讯
请检查I/O模块，处理器模块安装正常；CPU和PC机之间用1756-CP3电缆或自制RS323串口线连好。
点击任务栏上的
或桌面上
的，打开RSLinx软件。
然后CompactlLogix控制器机架上电。
在工具栏上点击
，打开驱动器组态对话框，在可用驱动器类型中选择“RS-232DF1devices”，再点击“addnew”选项。
选择OK。
在弹出的“ConfigureRS-232DF1devices”表中点击“Auto-Configure”，等待运行结果显示“Auto-ConfigureSuccessful”后选择OK。
点击工具栏上的小图标
RSWho，就会弹出整个工业网络的树状浏览画面。
三、RSLogix5000软件应用
1．新建工程
1）点击
，打开RSLogix5000编程软件。
2）选择File→New，或者点击“新建”工具，创建一个工程。
点击这里
3）新建控制器，选择控制器类型、版本和槽号，并输入控制器的名称、描述（可选），指定框架类型和项目保存目录，然后点击OK。
4）树形目录项目管理器
控制器文件夹
I/O组态文件夹
数据类型文件夹
任务文件夹
2．I/O配置
1）组态本地数字量I/O模块，右键点击“CompactBusLocal”，然后选择NewModule。
在模块类型列表中选择1769-IO16（数字量直流输入模块），单击“确定”；
选中IO模块，类型应该和框架上的实际模块相符
2）右键点击“CompactBusLocal”，然后选择NewModule。
在模块类型列表中选择11769-OB16（数字量直流输出模块），单击“确定”；
3）这样，一个本地数字量输入输出模块就组态好了，项目管理器中将出现该模块的图标，用户可以通过右键点击该图标然后选择“属性”来更改组态信息。
3．创建并管理任务
1）新建一个例程（Routine）。
在程序文件夹上点击右键，然后选择Newroutine，输入例程名称、描述（可选），选择例程的编程语言等，然后点击OK。
2）Type：
RSLogix5000支持梯形图、功能块、结构文本和顺序功能图四种编程语言，新建例程默认的编程语言是梯形图。
3）每个程序都应有一个主例程。
控制器启动相关联的任务并调用该程序时，主例程是首先执行的例程。
在主例程里可以使用如JSR这样的跳转指令来调用其他例程。
4）组态某个程序时可以指定该程序的主例程。
在这里指定某个程序的主例程
在这里指定某个程序的故障例程
4．编辑梯形图逻辑
1）
在这里选择需要的指令
双击某一个例程打开相应的梯形图逻辑编辑窗口，使用指令工具栏可以在梯级中添加所需的逻辑。
双击这里指定标签变量
符号e表示梯级处于编辑状态
在这里选择需要的指令集
2）添加了一个指令后，要为指令指定操作数，即指定标签变量。
在问号上双击，然后输入相应的标签名称或从数据库列表中选择。
全局变量定义：
局部变量定义，在本控制程序内使用：
5．下载工程
1）下载工程之前，首先要确保已经用网络连接好了控制器，并且在RSLinx中组态了相应的通讯驱动（RSLinx通讯组态）。
在菜单中点击Communications，然后选择WhoActive，指定从开发工程的设备到控制器的通讯路径。
选择“活动项”
2）下载工程的时候，控制器必须处于编程或者远程编程的状态（通过旋转处理器上的钥匙来选择控制器处于Run、Rem还是Test，处于Run和Test的时候不能下载工程）。
3）下载完成后，工程的控制器状态栏便处于在线状态，显示控制器的状态信息。
同时，梯级执行线变成绿色的两条线。
4）这样，便可以通过改变输入条件来控制输出。
6．故障处理
1）控制器面板上的LED指示灯显示了控制器的当前状态，我们可以通过监控LED指示灯来直接诊断某些控制器故障。
指示灯的状态如下：
指示灯
颜色
说明
RUN
熄灭
没有任务在运行or控制器处于编程方式或者测试方式
绿色
有一个或多个任务在运行or控制器处于Run方式
I/O
熄灭
没有组态的I/O或通讯
绿色
与所有组态的设备通讯
绿色闪烁
有一个或者多个设备未响应
红色闪烁
没有与任何设备通讯or控制器故障
RS232
熄灭
未激活
绿色
正在接收数据或者传送数据
BAT
熄灭
电池可以支持内存
红色
没有电池or需要更换电池
OK
熄灭
未接通电源
红色闪烁
可恢复故障
红色
控制器故障or清除故障or清除内存or更换控制器
绿色
控制器OK
2）使用项目管理器中的I/O组态文件夹查看确定那一个模块没有响应。
该文件夹中显示控制器已组态的模块，如果控制器检测到错误条件或者某一个模块存在故障，将在相应模块上显示一个黄色的警告符号。
附录三1769-L32E以太网首次联机设置
一、硬件说明
1.计算机一台
2.带电源模块的1769-L32E控制器一台
3.网线（平行）一根
4.编程电缆1756-CP3一根
二、软件说明
1.设置IP软件BOOTP-DHCPServerV2.3.2.0
2.通讯软件RSLinxClassicV2.54
3.编程软件RSLogix5000ChineseV16.00
4.windowsXPSP3系统
三、设置步骤
1.用网线、编程电缆连接计算机的网卡与1769-L32E控制器，并接通PLC的电源。
2.打开BOOTP-DHCP软件，设置掩码：
SubnetMask255.255.255.0；网关Gateway、主地址解析地址Primary根据实际情况设置。
3.重新启动机架电源就看到RequestHistory有信息返回，双击其中一条，设置1769-L32E的IP地址，样例中计算机的IP为172.16.2.112，故此处设置为172.16.2.6。
注意这时候的设置并没有设置在模块里，只是在软件上有一些记录并没有效。
4.把刚才设置在RelationList下的选中，按EnableBOOTP,返回有可能是失败消息，当Status显示Commandsuccessful时，表示IP地址已经设置到模块中。
5.在开始菜单的“运行”中输入CMD,在命令提示符对话框中输入PING172.16.2.6，可观察丢失数据0%，表示模块的IP地址设置成功。
6.打开Rslinx然后增加一个硬件驱动，选择Ethernetdevice。
7.单击“Configure”设置IP地址172.16.2.6
8.设置完成后可在“Communications”菜单下的“RSWho”中可找到AB_ETH-1,Ethernet下找到以太网接口。
9.打开RSLogix5000Chinese,把通讯方式设置为以太网通讯。
在“通讯”菜单下，“活动项”在AB_ETH-1,Ethernet找到控制器，选择“联机”。
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