单片机课程设计报告.docx

1、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P

2、LC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0-5

3、V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；

4、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

5、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

6、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：PLC EM235 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

7、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：AABBBCCCAA，反转通电顺序为：ACACBCBABA 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：AABBBCCCA 三相六拍

8、反转通电顺序为：ACACBCBAB1.3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：AABBBCCCAA，反转通电顺序为：ACACBCBABA 1个按键实现3档调速。要实现正转反转的直接切换。1.4 I/O口分配图1.4-1 I/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

9、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aI0.4一键一速Q1.1数码管bI0.4一键二速Q2.0数码管cI0.4一键三速Q2.1数码管dI0.5异步电动机单独启动Q2.2数码管eI0.6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

10、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。2.2 EM235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

11、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2.2-2 EM235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）010V 05V 01V 0500mV 0100mV 050mV 电压（双极性）10V 5V 2.5V 1V 500mV 250mV 100mV 50mV 25mV电流020mA数据字格式双极性 全量程范围-32000+32000单极性 全量程范围032000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

12、输出 10V电流输出020mA数据字格式电压-32000+32000电流032000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2.2-26个DIP开关决定了所有的输入设置。也就是说开关的设

13、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

14、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A0Am（如：420mA），A/D转换后数值为D0Dm（如：640032000），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Af（D）可以表示为数学方程：A（DD0）（AmA0）（DmD0）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Df（A）可以表示为数学方程：D（AA0）（DmD0）（AmA0）D0。具体举一个实例，以S7-200和420m