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可编程控制器课程设计指导书
可编程控制器
课程设计指导书
乔志刚
二○○九年十二月
前言
可编程控制器是电气控制技术中的关键技术。
《可编程控制器》为“自动化和电气工程及其自动化”专业的一门重要专业课。
通过本课程的学习,使学生掌握工厂电气控制设备技术和可编程控制器的使用、分析和设计自动生产过程中的控制电路,掌握其使用方法。
课程设计以培养工程应用能力为主,在独立完成设计任务的同时,还要进行诸方面能力的培养和提高,为毕业设计打下良好的基础。
这些能力包括:
●独立工作能力;
●综合运用所学过的基础知识和专业知识,提高解决工程应用问题的能力;
●运用各种现代化手段,获取相关资料的能力;
●调试程序的能力;
●工程绘图的能力;
●编写技术资料的能力;
●创新能力。
PLC课程设计的主要目的,是通过对某个简单的自动化生产设备、某条简单的自动化生产线、某些简单的工艺过程的调查研究,使学生明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。
根据这些要求,进行PLC控制系统的原理设计、硬件配置及软件编程设计。
通过不断地调试和完善程序来满足生产工艺的要求。
本课程设计提供了设计的备选课题。
通过课程设计,使学生进一步熟悉PLC控制系统的应用,并培养学生决实际问题的能力,掌握系统设计的思路及方法。
第一部分:
课程设计总体安排
1.1学时分配进度安排
序号
阶段内容
时间安排
1
课前辅导
1月11日1-2节
2
设备的选型(PLC型号.电源和I/O模块)
1月11日3-4节
3
控制程序设计(梯形图和语句表)
1月11日5-6节——1月13日
4
系统调试
1月14日
5
答辩
1月15日
1.2实验室(五教308)使用安排
时间
班次
时间
班次
2010年1月11日1-2节
全体在一教307进行设计前的统一辅导
2010年1月13日下午
自动化1072
2010年1月11日下午
自动化1071
2010年1月14日上午
自动化1073
2010年1月12日上午
自动化1072
2010年1月14日下午
自动化1072、1072、1073
2010年1月12日下午
自动化1073
2010年1月15日全天
全体答辩(五教308)
2010年1月13日上午
自动化1071
第二部分:
备选课题
2.1课题一:
十字路口交通灯的控制
2.1.1设计目的
⑴综合应用所学PLC知识设计一个交通灯控制系统;
⑵通过自行编程调试掌握PLC控制系统的设计方法。
2.1.2任务描述:
某十字路口的东西方向和南北方向分别安装红、绿、黄交通信号灯,设置如下图1.1所示:
图1.1十字路口交通灯设置示意图
2.1.3控制要求:
交通信号灯在白天和夜晚的工作方式不同,由选择开关SA进行控制。
⑴白天工作模式:
具体控制要求为:
当SA选在白天位置时,信号灯按照预先规定的时序循环往复地工作,具体控制要求见表1-1,控制时序图见图1.2
表1-1交通信号灯的具体控制要求
东西方向
信号灯
绿灯亮
绿灯闪烁
黄灯亮
红灯亮
信号时间
25S
3S
2S
30S
南北方向
信号灯
红灯亮
绿灯亮
绿灯闪烁
黄灯亮
信号时间
30S
25S
3S
2S
表中绿灯闪烁的频率为1HZ,亮500MS灭500MS循环。
图1.2交通信号灯白天工作时的时序图
⑵夜晚工作模式:
当SA选择夜晚工作模式时,红灯和绿灯停止工作,只有黄灯一直闪烁,闪烁的频率为1HZ(亮500MS灭500MS循环)。
2.1.4程序设计方案要求:
⑴要求用线性化编程和结构化编程两种编程方法来实现。
⑵在结构化编程中,以某一方向的红灯和另一方向的绿灯和黄灯为控制对象编制FC1,OB1中调用FC1。
并且东西向和南北向灯只能调用同一个FC1。
2.1.5课程设计报告的主要内容:
⑴目录
编制课程设计的目录,目录的各级标题按照章节顺序排列,列到三级标题即可。
⑵引言
课程设计正文前的简短介绍。
包括本课题的设计目的、设计的主要过程及主要的设计内容。
⑶电路设计
要求画出PLC的输入/输出接线图。
⑷PLC硬件组态
要求列出硬件组态表。
⑸PLC编程元件的地址分配
首先对输入/输出点进行地址分配,然后对其他编程元件也进行地址分配,如位存储器M,定时器T,计数器C等。
编程中要使用符号地址,所以在OB1中要编辑符号表(包括输入继电器、输出继电器、定时器及位存储器(或叫辅助继电器),在FC1中要编辑变量声明表。
⑹编写控制程序
要求
①编写线性化程序;
②在结构化编程中分别编制OB1和FC1;
③在程序段中添加注释。
⑺程序调试说明
对设计中遇到的主要问题及解决方法、调试过程及方法、在调试过程中对对原设计程序做了哪些有意义的改进及调试的结果几方面进行阐述。
⑻结束语
对本课程设计进行总结,写出设计中的体会。
⑼主要参考文献
写出完成设计任务过程中参考的主要参考文献,注意参考文献的格式。
2.2课题二.基于PLC的步进电机的开环控制系统设计
2.2.1设计目的
⑴了解步进电机的工作原理及步进电机的开环控制原理。
⑵综合应用所学PLC知识设计基于PLC的步进电机开环控制系统;
⑶通过自行编程调试掌握PLC控制系统的设计方法。
2.2.2任务描述:
⑴步进电机原理简述
步进电动机是一种将数字式电脉冲信号转换成机械角位移的机电元件,每一个脉冲信号可以使步进电机前进一步,转过的角度与控制脉冲的个数呈严格的正比关系。
其运行速度与控制脉冲频率呈严格的正比关系,正是这个特点,使其可以和现代数字控制技术相结合,成为比较理想的执行元件。
步进电机主要应用于开环位置控制系统中。
目前步进电机在数控机床、计算机外围设备、钟表、包装机械、食品机械中得到广泛的应用。
步进电机由定子和转子两部分组成。
以二相步进电机为例,定子上有两组相对的磁极,每对磁极缠有同一绕组,形成一相。
定子和转子上分布着大小、间距相同的多个小齿。
当步进电机某一相通电形成磁场后,在电磁力的作用下,转子被强行推动到最大磁导率(或最小磁阻)的位置。
步进电机接收到一个脉冲信号,就驱动步进电机转过一个步距角θ,对于一个m相n拍的步进电机来说,每走完n拍,转子就转过一个齿距角φ,所以齿距角φ与步距角θ的关系为:
从控制原理上,步进电机可以分为反应式、永磁式和混合式步进电机三大类;按照控制绕组的相数可以分为两相、三相、四相……。
⑵本设计中涉及到的步进电机主要参数
①相数:
产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数,用m表示。
②拍数:
完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态,或指步进电机走过一个齿距角所需脉冲数,用n表示。
③齿距角:
步进电动机的转子上均匀地分布着许多小齿,相邻两个小齿的中心线间的角度称为齿距角,用φ表示。
④步距角:
对应一个脉冲信号,步进电机转过的角位移,用θ表示。
⑶本设计中用到的步进电机
本设计中用到的步进电机为两相步进电机。
该步进电机转子共有50个齿,所以齿距角为7.2°。
电机每相电流为0.2A,相电压为5V。
⑷步进电机驱动电路
本设计中用到的步进电机的驱动电路图如图2.1所示
图2.1两相步进电机驱动电路图
图中TL1~TL6对应的是面板上的插孔。
图中标注的A及
,B及
分别表示步进电机的定子的两相绕组的四个端子。
⑸两相步进电机的通电方式:
①单四拍通电方式:
每次只有一相绕组通电,四拍构成一定循环。
两相绕组按照A—B—
—
—A的次序轮流通电。
每拍转子转动
转子齿距。
②双四拍通电方式:
每次有两相绕组同时通电,两相控制绕组按AB—B
—
—
A—AB的次序轮流通电。
每拍转子转动的角度与单四拍相等都是
转子齿距,但与单四拍的空间定位不重合。
③单、双八拍的通电方式:
上两种通电方式的循环拍数等于4,称为满步通电方式。
若通电方式等于8,称为半步通电方式,即按A—AB—B—B
—
—
—
—
A—A的次序通电。
每拍转子转动
转子齿距。
⑹在上述通电方式中,改变通电的循环方向即可改变步进电机的转动方向,改变通电的频率,即可改变步进电机的转速。
2.2.3控制要求:
⑴能够实现步进电机的起动和停止、正转和反转及改变转速。
⑵能够实现步进电机的单四拍、双四拍、单双八拍运行。
⑶当按下按钮SB1时,步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止;
当按下按钮SB2时,步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率逆时针方向运行30步后停止;
当按下按钮SB3时,步进电机以双四拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止;
当按下按钮SB4时,步进电机以双四拍方式和500MS/步的频率和逆时针方向运行30步后停止;
当按下按钮SB5时,步进电机以单双八拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止;
当按下按钮SB6时,步进电机以单双八拍方式和500MS/步的频率逆时针方向运行30步后停止;
任何时刻按下按钮SB7,步进电机停止。
2.2.4编程设计方案要求:
⑴要求用线性化编程和结构化编程两种编程方法来实现。
⑵在结构化编程中,一种通电方式编写一个FC,三种通电方式共编写3个FC,OB1中调用三个FC。
同一种通电方式的正反转使用同一个FC。
2.2.5课程设计报告的主要内容:
⑴目录
编制课程设计的目录,目录的各级标题按照章节顺序排列,列到三级标题即可。
⑵引言
课程设计正文前的简短介绍。
包括本课题的设计目的、设计的主要过程及主要的设计内容。
⑶电路设计
要求画出步进电机的驱动电路及PLC的输入/输出接线图。
⑷PLC硬件组态
要求列出硬件组态表。
⑸PLC编程元件的地址分配
首先对输入/输出点进行地址分配,然后对其他编程元件也进行地址分配,如位存储器M,定时器T,计数器C等。
编程中要使用符号地址,所以在OB1中要编辑符号表(包括输入继电器、输出继电器、定时器及位存储器(或叫辅助继电器),在FC1中要编辑变量声明表。
⑹编写控制程序
要求
①编写线性化程序;
②在结构化编程中分别编制OB1和FC1、FC2和FC3;
③在程序段中添加注释。
⑺程序调试说明
对设计中遇到的主要问题及解决方法、调试过程及方法、在调试过程中对对原设计程序做了哪些有意义的改进及调试的结果几方面进行阐述。
⑻结束语
对本课程设计进行总结,写出设计中的体会。
⑼主要参考文献
写出完成设计任务过程中参考的主要参考文献,注意参考文献的格式。
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