基于PLC的开放式综合实验系统设计
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・大学生实验园地・基于P LC的开放式综合实验系统设计3冯刘中33,肖阳柳,杨 波,丁国富,张静海(西南交通大学机械工程学院,成都 611756)摘要:设计了基于西门子S7-200系列P LC的开放式综合实验系统。
运用区域化、模块化的设计方法,实现系统的开放性、综合性的设计。
文中介绍了该实验系统的硬件结构、特点、功能和应用,对实验设计与开发作了大体上的规划,并给出了相应的基础实验、综合实验和创新实验的实例。
最后对实验系统所用的软件作了简略的说明。
关 键 词:可编程逻辑控制器;综合;实验;系统;开放式中图分类号:TP27 文献标识码:A 文章编号:1672-4550(2007)04-0153-03Desi gn of Open and Syntheti c Exper i m ent Syste m Based on P LCFENG L iu2zhong,X I A O Yang2liu,Y ANG Bo,D I N G Guo2fu,ZHANG J ing2hai(School of Mechanical Engineering,Southwest Jiaot ong University,Chengdu 611756,China)Abstract:An open and synthetic experi m ent system based on Sie mens S7-200P LC has been designed and characterized with open2 ness and synthesis in the way of secti on and modularity.The structure of the hard ware,the characteristics,the usage and the app lica2 ti ons of the syste m are intr oduced in this article.The design and devel opment of the experi m ents are p recented in general and s ome ex2 a mp les of fundamental experi m ent,synthetic experi m ent and revoluti onary experi m ent are illustrated.A ls o the s oft w are used in the sys2 te m is briefly intr oduced in the end.Key words:P LC;experi m ent;synthesis;syste m;open pattern1 引 言P LC(可编程逻辑控制器)已成为现代工业自动化的三大支柱(P LC、机器人、CAD/CAM)之一。
P LC相关课程不但结合了机、电方面的知识,而且实践性要求很强。
因此,在该类专业的教学活动中,实验教学环节非常重要。
在P LC实验中,其实验设备的专用性很强,一种设备只能开设一个或少数几个实验。
而P LC的学习,是一个从简到繁,从易到难的过程。
其中有相当多的实验,包括基础性实验、综合性实验等等。
这给实验教学和实验设备管理都增加了很大的难度。
这一套开放式综合实验系统,其目的就为解决这一问题。
2 实验系统概述211 系统结构系统采用区域化、模块化设计,它分为设备区与操作区。
设备区共有6个模块:机械手模块、小车模块、交通灯模块、数码管模块、LE D指示灯模块、电源模块(DC24V、DC12V、AC220V各1只)。
操作区共有6个模块:P LC控制器模块、P LC输入输出模块、按钮模块、控制接插口(机械手控制接口、小车控制接口、交通灯控制接口、数码管控制接口、指示灯控制接口等)模块、继电器模块、实验扩展模块。
硬件布局如图1所示。
图1 实验系统硬件构成示意图 212 系统特点实验系统在硬件布局上的特点是:区域化、模・351・第5卷 第4期实验科学与技术3 33收稿日期:2007-05-19;修改日期:2007-06-22作者简介:冯刘中(1985-),男,本科生,专业方向:机械设计制造及自动化。
块化设计。
此举解决以往一些实验设备由于各模块分布广而带来的接线困难和易碰撞损坏实验设备等一系列问题。
实验系统在实验设计开发上的特点是:开放性、综合性。
开放性实现了实验系统的易于扩展性。
在有必要的前提下,可以引入其他更多的实验功能模块,从而完成更多的实验。
此举增加了实验系统的实用性、灵活性与适应性。
综合性实现了实验系统在有限的设备前提下,能完成尽可能多的P LC实验,包括基础实验、综合实验、创新实验等,实现了P LC的从基础到综合、从易到难的一系列实验设置。
213 连线设计与说明系统接插口采用直插式。
每一个模块都有其相应的接插口,并且都分布在P LC插口的周围。
此举省去不必要的连线的麻烦。
各模块的传感器在背面共阳,并接好了相应的电阻。
实验过程中需要传感器信号时,从传感器接口区直接引入即可。
214 系统功能该系统可以实现P LC的一系列基础实验、综合实验和创新性实验。
综合实验包括:送料小车控制实验、电梯自动控制实验、竞赛抢答器实验、交通灯控制实验、机械手搬运实验、P LC数码管显示控制实验、继电器控制实验等。
创新性实验是通过有机的组合,比如:机械手与运料小车的结合组成自动装车送料系统控制实验、运料小车与交通灯的结合组成智能小车控制实验等。
通过扩展模块,与外加的功能模块连接,还可以做更多的实验,比如:异步电动机的P LC控制实验,水塔水位自动控制实验等。
该系统可以用于从易到难的P LC实验教学,也可以用于一般的科研项目调试。
3 实验设置311 基础实验在基础实验中,通过对程序的上载、下载与在线监控等操作,熟悉可编程控制器及相应软件。
实验结果可通过LED来指示,或用功能模块进行简单直观的指令练习。
例如在“触点及线圈指令”学习中,可作最简单的实验:通过“开始”、“停止”按钮控制一个电机工作。
此实验中,被控制的电机可以用“机械手”中的电机,也可以用“小车”来代替,更简单直接的方法是用一个LE D来指示。
312 综合实验实现对一些功能模块的控制。
通过对这些功能模块的编程控制,对P LC有更深一步的了解与掌握,并且加深对P LC基本指令的学习。
系统中用到的功能模块有:机械手模块、小车模块、交通灯模块、数码管模块、继电器模块等。
通过对这些有限的功能模块的不同定义,可以完成许多不同的综合实验。
以小车模块实现的“3层电梯P LC控制实验”为例。
实验中以小车代替电梯,水平左右的运动代替垂直的上下运动。
31211 控制要求完成对3层楼电梯的自动控制,电梯上、下由一台电动机驱动:电机正转则电梯上升;电机反转则电梯下降。
每层楼设有呼叫按钮S B1、S B2、S B3,和到位行程开关LS1,LS2和LS3。
电梯上升途中只响应上升呼叫,下降途中只响应下降呼叫,任何反方向呼叫均无效。
响应呼叫时呼叫楼层的呼叫指示灯亮,电梯到达呼叫楼层时指示灯熄灭;呼叫无效时,呼叫楼层的指示灯不亮。
31212 电梯模型控制端口列表I0101层请求上楼;I0112层请求上楼;I0122层请求下楼;I0133层请求下楼;I014电梯内呼1层;I015电梯内呼2层;I016电梯内呼3层;I110厢体到达1层;I112厢体到达2层;I113厢体到达3层;O010厢体向上运行;O011厢体向下运行;O012当前厢体在1层;O013当前厢体在2层;O014当前厢体在3层。
限于篇幅,实验的设备连线图与程序略去。
・451・实验科学与技术2007年8月313 创新实验利用多种功能模块的组合使用来实现。
其中涉及程序更复杂,需要考虑的控制因素更加繁琐,因此创新实验在一个与现实控制系统更加接近的水平上来锻炼学习者。
实验中可以用系统自带的不同功能模块进行组合,也可通过扩展区引入更多的功能模块,来完成创新实验。
现以机械手模块、小车模块与交通灯模块的结合为例。
31311 控制要求小车往返由一台电机驱动:电机正转则小车向右前进;电机反转则小车向左返回。
左右两端设有行程开关LS1、LS2,分别用于左端的小车到位控制与装货请求、右端的小车到位控制与卸货请求。
小车上有传感器L1,用于检测小车上货物的装卸状况。
机械手载物台上设有传感器L2,用于检测载物台上的货物准备状况。
机械手的转动、升降均分别由其内部电机的正反转实现。
红绿灯处有一行程开关LS3,用于检测小车是否处于十字路口。
红绿灯处引出信号L3,用于检测小车处于十字路口时红绿灯状态。
为使整个系统不过于复杂,红绿灯的状态由手动随机控制。
而红绿灯的状态识别在不用传感器的前提下,直接从红绿灯控制接口处引出电平信号L4到P LC输入接口中。
小车在前进与返回的途中,若绿灯亮,L4高电平,则小车继续运行;若绿灯灭,L4为低电平,则小车暂停运行。
31312 系统控制端口列表I010小车到位与装货请求I011载物台货物检测信号I012小车货物状态检测信号I013十字路口行程开关I014红绿灯检测信号I015小车到位与卸货请求O010小车前进运行O011小车返回运行O012机械手正转O013机械手反转O014机械手水平外移O015机械手水平内移O016机械手垂直上移O017机械手垂直下限于篇幅,实验的设备连线图与程序略去。
4 所用软件系统使用的是STEP7-M icr o/W in32编程软件。
该软件是基于W indows的应用软件,运行于W indows95、98、ME以及2000等操作系统的计算机,内存8MB以上,硬盘空间50MB以上,VG A 显示器,支持鼠标,具有RS232口或RS B口,都可以安装。
详细的使用方法请参考相关的书籍。
5 结束语目前市场上已有一些用于P LC学习的实验装置。
其中有箱型和柜子型的。
箱型的实验设备总体体积较小,但其受设备空间的制约,只能做部分简单的基础实验以及综合实验的仿真;柜子型的实验设备,设备较为齐全。
但由于其内部装有诸如异步电动机等一些体积大、重量大的设备,其总体积与重量都很大,并且成本过高。
而且市场上的这些实验装置的扩展能力都很弱,适应性不强。
本实验系统设计成一个平台式,底面面积为0155m×014 m。
将各功能模块拆卸下时,自身就成为一个箱子。
系统紧凑,成本中等,实验操作方便,易于扩展。
此实验系统可以为广大的P LC学习者及一般的科研者提供很大的帮助。
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