单片机课程设计报告.docx

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单片机课程设计报告

山东交通学院

电控与PLC课程设计

报告书

院（部）别信息科学与电气工程学院

班级电升131

学号130817126

姓名王宜猛

指导教师王常顺

时间2013.12.16-2013.12.29

课程设计任务书

题目基于PLC控制的步进电机（天煌）

基于PLC的多通道温湿度监控装置（天煌）

院（部）信息科学与电气工程学院

专业电气工程及其自动化

班级电升131

学生姓名王宜猛

学号130817126

12月16日至12月29日共2周

指导教师（签字）

院长（签字）

2013年12月26日

一、设计内容及要求

1、基于PLC控制的步进电机（天煌）

掌握步进电机的工作原理，提供的设备为南京工学院的三相六拍步进电机，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。

要实现正转反转的直接切换。

每次按启动按钮后，电机不转动，需按下正转或反转后启动。

用一位数码管显示当前的速度状态：

快、中、慢分别用3、2、1表示。

当步进电机正转时，三相异步电动机定子串电阻降压启动，当步进电机反转时，三相异步电动机停止。

三相异步电动机可单独控制。

用EM235模拟量输出当前速度所对应的数值，即1速输出1V，2速输出2V，3速输出3V。

2、基于PLC的多通道温湿度监控装置（天煌）

用稳压器给定2路输入信号为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。

二、设计原始资料

PC机、西门子S-200PLC、THSMS-1型可编程控制器实验箱/台、

南京工学院三相六拍步进电机、三相电机、启动电阻、EM235、稳压器。

三、设计完成后提交的文件和图表

系统原理说明；

I/O端子分配图；

外部接线结构图；

梯形图及每一网络相应的注释；

使用的中间继电器、定时器、计数器等用途说明；

结合具体使用的I/O，定时器，计数器等做系统原理的详细说明；

设计中遇到的问题，解决方法；

设计心得总结；

四、进程安排

教学内容学时地点

集中学习0.5天PLC实验室

资料查阅与学习讨论2天PLC实验室

设计及调试6.5天PLC实验室

成果验收1天PLC实验室

五、主要参考资料

[1]王永华，现代电气控制及PLC应用技术[M]，北京，北京航空航天大学出版社2007年11月;

[2]所用三相电机，步进电机等原理介绍;

[3]电控与PLC课程设计指导书;

成绩评定表

指导教师成绩

答辩小组成绩

总评成绩

摘要

电控与PLC课程设计主要基于PLC的控制实验，结合理论知识从而对其有更好的认识，以至于在工作中更好的运用。

可编程控制器（PLC）把计算机的功能完备、通用性和灵活性好等优点和继电器控制系统的操作方便、简单易懂、价格低廉等优点结合起来，因此它是一种适应与工业环境的通用控制装置。

现在的可编程序控制器和原来的控制系统相比，增加了算术运算、数据转换、过程控制、数据通讯等功能，已可以完成大型而复杂的控制任务。

步进电机步距值不受各种干扰因素的影响。

如电压的大小，电流的数值、波形、温度的变化等。

误差不长期积累。

步进电机每走一步所转过的角度与理论步距之间总有一定的误差，从某一步到任何一步，也总有一定的累积误差，但是，每转一圈的累积误差为零，所以步距的累积误差不是长期的累积下去。

控制性能好，启动、停车、翻转都是在少数脉冲内完成，在一定的频率范围内运行时，任何运动方式都不会丢失一步。

温湿度监控装置主要实现对空气中温湿度的测量，并对测量的结果进行编译显示，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。

关键词：

PLCEM235三相六拍步进电机多通道温湿度监控装置

第1章基于PLC控制的步进电机（天煌）

1.1设计要求

掌握步进电机的工作原理，提供的设备为南京工学院的三相六拍步进电机，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。

要实现正转反转的直接切换。

同时用一位数码管显示当前的速度状态：

快、中、慢分别用3、2、1表示。

每次按启动按钮后，电机不转动，需按下正转或反转后启动。

1.2设计原理

本课题要求步进电机是三相六拍运行。

步进电机的速度控制是通过改变输入脉冲的频率高低实现的。

当发生脉冲的频率减小时，步进电机的速度就下降;当频率增加时，速度就加快。

还可以用过频率的改变来提高步进电机的位置精度。

以移位指令为步进控制的主体进行程序设计，可较好的满足上述设计要求。

三相步进电动机有三个绕组：

A,B,C,正转通电顺序为：

A→AB→B→BC→C→CA→A，反转通电顺序为：

A→CA→C→BC→B→AB→A

1个按键实现3档调速。

要实现正转反转的直接切换。

三相六拍正转通电顺序为：

A→AB→B→BC→C→CA

三相六拍反转通电顺序为：

A→CA→C→BC→B→AB

1.3系统控制流程

控制系统的要求可以给出控制系统的程序流程图3-2:

步进电机的速度控制是通过改变输入脉冲的频率高低实现的。

当发生脉冲的频率减小时，步进电机的速度就下降;当频率增加时，速度就加快。

还可以用过频率的改变来提高步进电机的位置精度。

以移位指令为步进控制的主体进行程序设计，可较好的满足上述设计要求。

三相步进电动机有三个绕组：

A,B,C,正转通电顺序为：

A→AB→B→BC→C→CA→A，反转通电顺序为：

A→CA→C→BC→B→AB→A

1个按键实现3档调速。

要实现正转反转的直接切换。

1.4I/O口分配

图1.4-1I/O编址如下表所示

输入端子

输入端

输出端子

输出端

I0.0

步进电机正转启动

Q0.0

控制A相绕组

I0.1

步进电机反转启动

Q0.1

控制B相绕组

I0.2

总停止和清零

Q0.2

控制C相绕组

I0.3

总启动

Q1.0

数码管a

I0.4

一键一速

Q1.1

数码管b

I0.4

一键二速

Q2.0

数码管c

I0.4

一键三速

Q2.1

数码管d

I0.5

异步电动机单独启动

Q2.2

数码管e

I0.6

异步电动机单独启动

Q2.3

数码管g

同时用一位数码管显示当前的速度状态：

快、中、慢分别用3、2、1表示,每次按启动按钮后，电机不转动，需按下正转或反转后启动。

用一位数码管显示当前的速度状态：

快、中、慢分别用3、2、1表示。

1.5梯形图

1.6实验效果图

第2章基于PLC的多通道温湿度监控装置（天煌）

2.1设计要求

用稳压器给定2路输入信号为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。

2.2EM235的使用

EM235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，如图2.2-1；

图2.2-1；

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，如图2.2-2；

图2.2-2EM235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）0～10V0～5V0～1V0～500mV0～100mV0～50mV

电压（双极性）±10V±5V±2.5V±1V±500mV±250mV±100mV±50mV±25mV

电流0～20mA

数据字格式

双极性全量程范围-32000～+32000

单极性全量程范围0～32000

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0～20mA

数据字格式

电压-32000～+32000

电流0～32000

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，如图2.2-3；

表2.2-1

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：

表2.2-2

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。

下图给出了12位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置；

图2.2-3

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。

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。

下图给出了12位数据值在CPU的模拟量输出字中的位置：

图2.2-4

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。

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也应从AQW4开始寻址，以此类推。

下图演示了CPU224后面依次排列一个4输入/4输出数字量模块，一个8输入数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块，一个8输出数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块的寻址情况，其中，灰色通道不能使用。

图2.2-5

假设模拟量的标准电信号是A0—Am（如：

4—20mA），A/D转换后数值为D0—Dm（如：

6400—32000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系A＝f（D）可以表示为数学方程：

A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0。

根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。

将该方程式逆变换，得出函数关系D＝f（A）可以表示为数学方程：

D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0。

具体举一个实例，以S7-200和4—20m