自动旋转plc课设报告.docx
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自动旋转plc课设报告
摘要……………………………………………………………………………2
第一章PLC简介………………………………………………………………3
一、PLC的定义及特点………………………………………………………3
二、FX2N系列PLC的基本结构………………………………………………3
三、工作原理………………………………………………………………4
第二章四层电梯的设计…………………………………………………………7
一、四层电梯控制要求………………………………………………………7
二、自动电梯简介……………………………………………………………8
三、输入输出分配表…………………………………………………………9
四、程序流程及功能实现……………………………………………………10
五、总梯形图………………………………………………………………13
第三章自动旋转检测控制………………………………………………………17
一、组态王简介………………………………………………………………17
二、组态王实现步骤…………………………………………………………18
三、控制要求…………………………………………………………………18
四、自动旋转检测系统的实现…………………………………………………19
第四章变频器相关知识………………………………………………………32
一、变频器的定义……………………………………………………………32
二、变频器的工作原理………………………………………………………32
三、变频器的控制方式………………………………………………………33
四、工作范围………………………………………………………………35
总结………………………………………………………………………………36
参考文献…………………………………………………………………………36
摘要
PLC是可编程逻辑控制器的英文缩写。
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。
它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。
PLC可以灵活而方便地应用于生产实践，在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。
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。
分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。
具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，还可实现过流、过压、过载保护等保护功能。
本报告主要介绍用三菱FX1S系列plc设计了四层电梯自动控制，利用组态王软件设计了电机的自动旋转检测系统，同时介绍了变频器的一些知识。
关键字：
PLC组态王变频器自动旋转检测
第一章PLC简介
一、PLC的定义及特点
可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统。
专门为在工业环境下应用而设计。
它采用可编制程序的存储器，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。
具有可靠性高，抗干扰能力强，通用性强，使用方便，设计周期短，安装简单，调试方便、维护工作量小灯特点。
二、FX2N系列PLC的基本结构
可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，可编程逻辑控制器及其硬件结构基本上与微型计算机相同。
FX2N系列PLC的主机称为基本单元，包括CPU、存储器、输入/输出口及电源，是PLC的主要部分。
为主机备有扩展其输出/输入的扩展单元、扩展模块及特殊功能模块单元。
下面对各个部分做简要介绍：
1.中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是可编程逻辑控制器的控制中枢。
它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
执行完毕之后各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
2．存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
3.输入输出接口电路
现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道；现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
4.电源
可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
三、工作原理
当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
1.输入采样阶段
在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2.用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
3.输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。
四、功能特点
可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点：
1.系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。
2.使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。
另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
3.能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
五、应用领域
随着PLC技术的进步，它的应用领域不断扩大。
PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制与治理。
1.用于开关量控制
PLC控制开关量的能力是很强的。
所控制的进出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点。
由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能控制。
用PLC进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有产业行业都需要用到它。
目前，PLC首用的目标，也是别的控制器无法与其相比的，就是它能方便并可靠地用于开关量的控制。
2.用于模拟量控制
PLC进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的A／D、D／A单元。
它是特殊的I/O单元。
A/D单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送进PLC。
D/A单元，是把PLC的数字量转换成模拟量，再送给外电路。
这样，用PLC实现模拟量控制是完全可能的。
控制的单位值可小到212分之一的丈量程值，多数也是足够的。
PLC进行模拟量控制，还有A/D、D/A组合在一起的单元，并可用PID或模糊控制算法实现控制，可得到很高的控制质量。
3.用于数字量控制
实际的物理量，除了开关量、模拟量，还有数字量。
PLC也是基于计算机的技术，并日益完善。
故它也完全可以用于数字量控制。
PLC可接收计数脉冲，频率可高达几k到几十k赫兹。
可用多种方式接收这脉冲，还可多路接收。
有的PLC还有脉冲输出功能，脉冲频率也可达几十k。
有了这两种功能，加上PLC有数据处理及运算能力，若再配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环形分配器、功放、步进电机），则完全可以依NC的原理实现种种控制。
4.用于数据采集
随着PLC技术的发展，其数据存储区越来越大。
庞大的数据存储区，可以存储大量数据。
数据采集可以用计数器，累计记录采集到的脉冲数，并定时地转存到DM区中去，也可用A/D单元，当模拟量转换成数字量后，再定时地转存到DM区中。
PLC还可配置上小型打印机，定期把DM区的数据打出来，或与计算机通讯，由计算机把DM区的数据读出，并由计算机再对这些数据作处理。
这时，PLC即成为计算机的数据终端。
5.用于进行监控
PLC自检信号很多，内部器件也很多，完全可利用它进行PLC自身工作的监控，或对控制对象进行监控。
6.用于联网、通讯
PLC可与个人计算机相连接进行通讯，可用计算机参与编程及对PLC进行控制的治理，可组成局部网,网间的结点可直接或间接地通讯、交换信息。
联网、通讯，正适应了当今计算机集成制造系统（CIMS）及智能化工厂发展的需要。
它可使产业控制从点（Point）、到线（（Line）再到面（Aero），使设备级的控制、生产线的控制、工厂治理层的控制连成一个整体，进而可创造更高的效益。
第二章四层电梯的设计
一、四层电梯控制要求
如电梯模拟实验台结构所示，其动作要求如下：
【1】电梯上行：
①当电梯停于1楼（1F）或2F、3F时，4楼呼叫．则上行到4楼碰行程开关后停止。
②电梯停于1F或2F，3F呼叫、则上行，到3F行程开关控制停止。
②电梯停于1F，2F呼叫，则上行，到2F行程开关控制停止。
④电梯停于lF，2F、3F同时呼叫，则电梯上行到2F后，停3秒种，继续上行到3F停止。
⑤电梯停于1F，3F、4F同时呼叫，电梯上行到．3F，停3秒，继续上行到4F停止。
⑥电梯停于1F，2F、4P同时呼叫，电梯上行到2F，停3秒，继续上行到4F停止
⑦电梯停于1F，2F、3F、4F同时呼叫，电梯上行到2F，停3秒，继续上行到3F，停5秒，继续上行到4F停止。
⑧电梯停于2F、3F，4F同时呼叫，电梯上行到3F停3秒，继续上行到4F停止。
【2】电梯下行：
①电梯停于4F或3F或2F，1F呼叫，电梯下行到1F停止。
②电梯停于4F或3F，2F呼叫，电梯下行到2F停止。
③电梯停于4F，3F呼叫，电梯下行到3F停止。
④电梯停于4F，3F、2F同时呼叫，电梯下行到3F，停3秒，继续下行到2F停止
⑤电锑停于4F，3F、1F同时呼叫，电梯下行到3F，停3秒，继续下行到1F停止
⑥电梯停于4F，2F、1F同时呼叫，电梯下行到2F，停3秒，继续下行到1F停止。
⑦电梯停于4F，3F、2F、1F同时呼叫，电梯下行到3F，停3秒，继续下行到2F停3秒，继续下行到lF停止。
【3】各楼层运行时间应在15秒以内，否则认为有故障。
【4】电梯停于某一层，数码管应显示该层的楼层数。
【5】设计电梯停于2F,3F时，电梯运行状态。
（上下同时呼叫时，采取先上后的原则）
二、自动电梯简介
电梯以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。
也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。
电梯是机电一体化产品。
其机械部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。
电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。
随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。
电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。
PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。
由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。
在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对的控制。
三、输入输出分配表
输入
输出
主机
实验模块
注释
主机
实验模块
注释
X1
LAY1
一楼行程开关
Y0
DJB
电机下行
X2
LAY2
二楼行程开关
Y1
DJA
电机上行
X3
LAY3
三楼行程开关
24V
24V
X4
LAY4
四楼行程开关
GND
GND
X5
IN1
一层内按钮
Y6
A
数码管段码
X6
IN2
二层内按钮
Y7
B
X7
IN3
三层内按钮
Y10
C
X10
IN4
四层内按钮
Y11
D
X12
2UP
二层上呼
Y12
E
X13
3UP
三层上呼
Y13
F
X11
1UP
一层上呼
Y14
G
X12
2DN
二层下呼
Y2
L1
一楼指示灯
X13
3DN
三层下呼
Y3
L2
二楼指示灯
X14
4DN
四层下呼
Y4
L3
三楼指示灯
X0
RST
复位
Y5
L4
四楼指示灯
COM
COM
GND
COM
24V
LEDCOM
GND
LEDCOM
GND
表2-1输入输出分配表
四、程序流程及功能实现
四层电梯的自动控制主要应用步进梯形指令来控制。
并将功能分为四个模块：
开机分支模块、五秒等待模块、呼叫执行模块、报警模块和楼层呼叫指示灯。
下面对各个模块一一介绍。
一、开机分支模块：
开机后，通过限位开关X1、X2、X3、X4跳到楼层相应子程序，如果在某两楼层之间时，则下行。
二、五秒等待模块：
当电梯行驶或停靠在某一楼层时，数码管显示出对应的楼层号，利用输出端口Y6——Y14输出数码管显示信号到数码管，即可显示出电梯当前所在的楼层；当某一楼层有呼叫，电梯到达呼叫楼层，停留五秒后跳转到所在楼层相应的呼叫执行模块，并将呼叫复位。
三、呼叫执行模块：
比较呼叫楼层与所在楼层的位置关系，判断电机上移还是下移，并跳转到相应楼层的子程序中。
四、报警模块：
对电机工作连续时间定时15S，超出15S则报警。
五、楼层呼叫指示灯：
L1——L4对应四个楼层的呼叫指示灯，哪一层有呼叫，哪一层的指示灯就亮，电梯行进到这一层后，指示灯即熄灭。
五、总梯形图
第三章、自动旋转检测控制
一、组态王简介
组态王是一款开发监控系统软件，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。
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。
具有可视化操作界面、能自动建立I/O点、具有分布式存储报警和历史数据、设备集成能力强，并可连接几乎所有设备和系统
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。
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:
图形、数据、连接。
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；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；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,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。
二、组态王实现步骤
1、图形界面的设计
图形界面的设计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。
由于我们的任务是设计一个控制钻孔动力钻头的动画，因此我们在创建动画时需要绘制出电动机、动力钻头、指示灯、限位开关、定时装置等内容。
由于组态王当中提供了图库，但是对于那些图库里没有的图片，我们需要去网上搜索素材，整理后再应用组态王中的点位图等工具进行编辑。
。
2、构造数据库
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。
在我的题目中我们需要定义的变量有：
传感器工作灯、信号指示灯、控制电机、各个控制开关、转速显示器等等。
当我们创建动画时需要用这些变量将不同的画面之间建立联系。
变量的类型选择需要根据具体的应用来选择，由于此次课程设计我们实验室的PLC试验箱不能实现与组态王相连接，因此定义的变量类型均为内存型。
3、建立动画连接
当我们完成控制工程的图画设计与变量定义之后，要想建立动画还应该将这些图画与定义的变量进行连接，应用组态王的编程语言，通过编程来实现对变量的控制，进而实现了对画面运行的控制。
程序的设计是基于工程控制来进行的，以实际情况为基础我们建立的动画应满足实际情况。
这样，我们就完成了对工业控制过程的模拟，如果与外设相连还可以对控制过程进行监测和控制。
4.运行和调试
当建立动画连接完成后，就可以对动画进行运行和调试了。
三、控制要求
本系统由“直流电机、电感式传感器、继电器、指示灯、按钮、接线端子”等组成，采用PLC可编程进行控制，实现对电机的旋转检测、站号控制、脉冲检测、转速控制、转向控制、定位控制等功能。
1.逐位自动旋转检测控制；
2.隔位自动旋转检测控制；
3.旋转检测3圈自动停止；
4.启动/停止，正/反转运行。
四、自动旋转检测系统的实现。
一、组态王设计主画面
组态王设计主画面
二、变量定义（数据词典）
变量定义（数据词典）
三组态王仿真结果
1.初始状态：
初始状态仿真图
二、工作状态
进入初始状态之后，打开PLC控制柜，按下电源按钮，电源指示灯亮，即开始进入工作状态。
对工作状态的各个阶段进行截图，分别如下：
工作状态仿真图
逐位正转状态仿真图
隔位正传状态仿真图
转速显示仿真图
三、复位状态
手动复位仿真图
四、画面命令语言
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