指示灯实验滚动灯显实验模拟步进电机控制实验.docx
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指示灯实验滚动灯显实验模拟步进电机控制实验
1、绪论
在过去几年中，中国的可编程序逻辑控制器（PLC）市场一直高速增长。
这个大约300万美元的市场在可以预见的未来将以稳定的价格，随着繁荣的中国经济和正在进行的基础建设投资继续以每年15~20%的速度增长。
不但是PLC市场，包括整体的自动化市场，正在几乎以3倍于中国GDP的速度成长。
在这样快速增长的经济中，PLC提供了很多隐藏的利益。
但是大多数供应商以他们在其他地区销售PLC的方式在中国销售。
他们集中在这样一些领域：
如改善自动化、增加生产中的灵活性、提高生产力、减少维修和停机时间及提高通信能力。
当这些好处众所周知时，了解特别对中国很重要的隐藏利益对于制造商和供应商来说具有巨大的好处。
随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。
在产品规模方面，向两极发展。
一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC。
以适应单机及小型自动控制的需要。
另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型PLC方向发展。
随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对PLC的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。
PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。
PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。
目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。
各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。
PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。
为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。
多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。
PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP（制造自动化协议）靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。
2、课程设计任务及目的
2.1课程设计任务及要求
1、指示灯实验
某机器设备的状态指示灯为红黄绿三节。
当设备闲置时，黄灯以较慢的速度闪烁，红灯与绿灯灭；当设备处于正常运行时，绿灯常亮，红灯与黄灯灭；当设备发生故障时，红灯快速闪烁，同时发出蜂鸣声。
状态指示灯如下图所示：
图1设备指示灯图
设备的运行状态以三个输入开关量来表征，分别为：
启动，停止，报警，由输入开关模拟设备处于闲置、正常和故障。
所有开关均为触发按钮，当报警发生时，必须停止运行；以三个输出开关量来控制三色灯的运行，红灯本身带有蜂鸣器；
2、滚动灯显实验
有7个并排成一列的灯，要求用PLC控制其从1~7依次点亮（当2亮时，1并不熄灭），当7亮起之后，再从1~7依次熄灭，如此不断循环的亮与灭，间隔时间1s（要求有启、停控制）。
3、模拟步进电机控制实验
（1）五相步进电动机的控制要求
五相步进电动机有五个绕组：
A、B、C、D、E
正转顺序：
ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
反转顺序：
ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB
（2）用五个开关控制其工作：
1号开关控制其运行 （启 / 停）。
2号开关控制其低速运行 （转过一个步距角需 1 秒）。
3号开关控制其中速运行 （转过一个步距角需 0.1 秒）。
4号开关控制其高速运行 （转过一个步距角需 0.03 秒）。
5号开关控制其转向 （ON 为正转，OFF 为反转）。
（3）模拟要求
用LED灯代替各相
4、实物制作要求
将上述三组实验做在一块不大于33x33cm的绝缘板上，每组实验可以独立运行。
要求布置合理，硬线连接，接线规范标准。
2.2课题设计的目的和意义
通过实践熟悉PLC及常用低压电气元件的结构特点，掌握其选型原则；了解常见电气控制电路设计的标准和原则，学习使用常用电气类工具。
学习PLC常用指令、输入输出信号与PLC的连接等，掌握PLC程序的编写与调试方法。
学习简单工程的工作流程与组织管理，培养学生的工程素养。
PLC在可靠性、性能、可重复性、可预测性方面的声誉继续推动市场对能够经受恶劣工业环境的简单而坚固系统的需求。
另一方面，PLC已经通过加入开放式标准接口、多区域功能度、分布式模块化结构和现代软件性能而进化。
PLC通过执行重复性劳动而减少劳动力需求。
这减少了在新工厂需要有技术有经验的工人数目，减少了起动成本和时间。
为缓解受资源限制、更新速度快的痛苦，一旦PLC就位，要升级自动化能力便不需要“拆开更换”设备。
换言之，可以通过使现有的自动化设备的能力最大化并按需要更新硬件和软件能力而开始迁移策略。
此方法大大延长了产品的工作周期。
3、系统硬件设计
3.1设计方案
3.2输入输出列表
1、指示灯I/O分配表
表3-1指示灯I/O分配表
逻辑元件
作用
电气元件
X0
设备故障
SB1
X1
设备正常
SB2
X2
设备闲置
SB3
Y0
红灯
RH
Y1
绿灯
LH
Y2
黄灯
YH
2、滚动灯显I/O分配表
表3-2滚动灯显I/O分配表
逻辑元件
作用
电气元件
X0
打开
SB1
X1
关闭
SB2
Y0
灯1
H1
Y1
灯2
H2
Y2
灯3
H3
Y3
灯4
H4
Y4
灯5
H5
Y5
灯6
H6
Y6
灯7
H7
3、模拟步进电机控制I/O分配表
表3-3I/O分配表
逻辑元件
作用
电气元件
X0
打开/关闭
SQ1
X1
低速运行开关
SB1
X2
中速运行开关
SB2
X3
高速运行开关
SB3
X4
正反转切换
SQ2
Y0
模拟A相绕组
H1
Y1
模拟B相绕组
H2
Y2
模拟C相绕组
H3
Y3
模拟D相绕组
H4
Y4
模拟E相绕组
H5
3.3外部接线图
1、指示灯PLC外部接线图
图3-1指示灯PLC外部接线图
2、滚动灯显PLC外部接线图
图3-2滚动灯显PLC外部接线图
3、模拟步进电机控制PLC外部接线图
图3-3模拟步进电机控制PLC外部接线图
3.4元器件一览表
此实物可实现以上3个实验的要求，为了节省材料和空间，把3个实验集合在一块绝缘板上，把他们焊接在一起。
此实物需要保险丝，它是起对电路保护作用；红灯5个，绿灯1个，黄灯1个；蜂鸣器一个；排针若干，线若干；按钮开关3个，开关2个；焊锡若干。
材料准备好后，首先将原理图设计好，然后在绝缘板上进行合理布局（要求走线尽量是直线，最好在达到要求的同时外观也美观），最后进行相应的调试。
在焊接的同时要注意有些元件要区分正负极，元件的串并联等问题，其次焊接时要焊牢固，不能出现虚焊问题。
表3-1元器件清单
元件名称
数量
保险丝
1个
红灯
5个
绿灯
1个
黄灯
1个
蜂鸣器
1个
按钮开关
3个
开关
2个
排针
若干
线
若干
焊锡
若干
3.5实物照片
图3-1实物正面图
图3-2实物反面图
4、系统程序设计
4.1梯形图原理说明
4.2指令语句清单
1、指示灯指令语句
LDM8013
ANIY1
ANIM10
OUTY2
LDX1
ORY1
ANIX2
ANIM10
ANIY0
OUTY1
LDM8012
ANDM10
OUTY0
LDX0
ORM10
ANIX2
OUTM10
2、滚动灯显指令语句
LDX0
ORM1
ANIX1
OUTM1
LDM1
ANIT201
OUTT200K50
LDT200
OUTT201K20
LDFT200
SETM0
LDPT201
SFTLM0Y0K7K1
LDY6
RSTM0
END
3、模拟步进电机控制指令语句
LDX1
ORM0
ANDX0
ANIX2
ANIX3
OUTM0
LDIM1
ANIM2
MCS
LDM0
ANIT9
OUTT0K5
LDT0
OUTT1K5
LDT1
OUTT2K5
LDT2
OUTT3K5
LDT3
OUTT4K5
LDT4
OUTT5K5
LDT5
OUTT6K5
LDT6
OUTT7K5
LDT7
OUTT8K5
LDT8
OUTT9K5
MCR
LDX2
ORM1
ANDX0
ANIX1
ANIX3
OUTM1
LDIM0
ANIM2
MCS
LDM1
ANIT29
OUTT20K1
LDT20
OUTT21K1
LDT21
OUTT22K1
LDT22
OUTT23K1
LDT23
OUTT24K1
LDT24
OUTT25K1
LDT25
OUTT26K1
LDT26
OUTT27K1
LDT27
OUTT28K1
LDT28
OUTT29K1
MCR
LDX3
ORM2
ANDX0
ANIX1
ANIX2
OUTM2
LDIM0
ANIM1
MCS
LDM2
ANIT209
OUTT200K3
LDT200
OUTT201K3
LDT201
OUTT202K3
LDT202
OUTT203K3
LDT203
OUTT204K3
LDT204
OUTT205K3
LDT205
OUTT206K3
LDT206
OUTT207K3
LDT207
OUTT208K3
LDT208
OUTT209K3
MCR
LDM0
ORM1
ORM2
ANIT0
ANIT20
ANIT200
LDT5
ORT25
ORT205
ANIT9
ANIT29
ANIT209
ORB
ANIX4
LDM0
ORM1
ORM2
ANIT3
ANIT23
ANIT203
LDT8
ORT28
ORT208
ANIT9
ANIT29
ANIT209
ORB
ANDX4
ORB
OUTY0
LDM0
ORM1
ORM2
ANIT2
ANIT22
ANIT202
LDT7
ORT27
ORT207
ANIT9
ANIT29
ANIT209
ORB
ANIX4
LDM0
ORM1
ORM2
ANIT1
ANIT21
ANIT201
LDT6
ORT26
ORT206
ANIT9
ANIT29
ANIT209
ORB
ANDX4
ORB
OUTY1
LDM0
ORM1
ORM2
ANIT4
ANIT24
ANIT204
ANIX4
LDT4
ORT24
ORT204
ANIT9
ANIT29
ANIT209
ANDX4
ORB
OUTY2
LDT1
ORT21
ORT201
ANIT6
ANIT26
ANIT206
ANIX4
LDT2
ORT22
ORT202
ANIT7
ANIT27
ANIT207
ANDX4
ORB
OUTY3
LDT3
ORT23
ORT203
ANIT8
ANIT28
ANIT208
ANIX4
LDT0
ORT20
ORT200
ANIT5
ANIT25
ANIT205
ANDX4
ORB
OUTY4
5、调试结果
1、指示灯
指示灯由3个开关和3个灯组成（红﹑黄﹑绿），打开SB3时，黄灯闪烁并且速度很慢（设备处于闲置状态）；打开SB2时，绿灯常亮并且其他两个灯熄灭（设备处于正常状态）；打开SB1时，红灯闪烁并且速度很快（设备处于故障状态）。
2、滚动显示
滚动显示由2个开关和7个灯组成，7个灯排成一排。
当打开SB1时，第１个灯亮；１秒后第2个灯亮；再过1秒第3个灯亮；就这样一直到第7个灯亮；紧接着从第1个灯开始熄灭，1秒后第2个，再过1秒第3个，就这样一直到第7个熄灭；然后重复前面的循环过程，当关断SB2时，整个过程停止。
3、模拟步进电机控制
模拟布进电机控制由5个开关和5个灯组成，1号开关（控制启/停）；1号按钮开关（低速运行）；2号按钮开关（中速运行）；3号按钮开关（高速运行）；2号开关（正反转切换）。
灯1模拟电动机的A相绕组；灯2模拟电动机的B相绕组；灯3模拟电动机的C相绕组；灯4模拟电动机的D相绕组；灯5模拟电动机的E相绕组。
当按下开关SQ1和SB1时，1号，2号和3号灯亮→2号和3号灯亮→2号，3号和4号灯亮→3号和4号灯亮→3号，4号和5号灯亮→4号和5号灯亮→1号，4号和5号灯亮→1号和5号灯亮→1号，2号和5号灯亮→1号和2号灯亮。
当再打开SQ2时，灯亮会反过来亮，从1号和2号灯亮→1号，2号和5号灯亮→1号和5号灯亮→1号，4号和5号灯亮→4号和5号灯亮→3号，4号和5号灯亮→3号和4号灯亮→2号，3号和4号灯亮→2号和3号灯亮→1号，2号和3号灯亮。
但它的速度是低速。
当关闭SQ2和SB1，同时打开SQ1和SB2，灯亮的顺序和低速时是一样的，但它是中速运行；当关闭SQ1和SB2，同时打开SQ1和SB3，灯亮的顺序和低中速时是一样的，但它是高速运行。
6、小结
刚知道题目时自己并没有什么思路和头绪，就只知道一味的查资料，可问题也相继而来，按照网上电路根本就不能成功，后来经过老师的指导，才找准自己的方向，不能盲目的急于求成，这样是没有效果的，要明确自己的目标，并为之奋斗。
回顾起此次课程设计，我仍感慨颇多，的确，从理论到实践，在两个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对开发板不太了解，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
这次课程设计能够让我在理论联系实际的中学习，开阔了眼界，提高了对PLC知识的理解水平。
此外，此次次课程设计又让我体会到了合作与团结的力量，当遇到不会或是设计不出来的地方，我们就会在QQ群里讨论或者是同学之间相互帮助。
团结就是力量，无论在现在的学习中还是在以后的工作中，团结都是至关重要的，有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在老师那里我学得到很多实用的知识，在此我表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和指导老师再次表示忠心的感谢！
参考文献
[1]吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用.机械工业出版社,2004
[2]马小军．可编程控制器及其应用．南京：
中国水利水电出版社，2006．
[3]熊幸明．电气控制与PLC．北京：
机械工业出版社，2011．
[4]张兵，韩霞．电气控制与PLC应用．北京：
电子工业出版社，2015．
附录
附录1指示灯梯形图
附录2滚动灯显梯形图
附录3模拟步进电机控制梯形图
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