PLC课程设计报告

题目：S7-300PLC与S7-200PLC主-从站的闭环变频调速系统设计(用PID配置向导)

姓名：

班级：

学号：

指导老师：

时间：20##年9月6日

地点：第二实验楼PLC实验室

                             目  录

1 引言   

  1.1实验目的：

  通过本次课程设计，学生掌握PLC控制技术、PLC主-从站设计技术、变频调速技术、上位监控技术、系统调试技术等。

  1.2设计内容： 

    1.2.1 S7-200PLC从站程序设计

   ① S7-200PLC的模拟量输出信号0～10V作为MM440变频器的模拟量输入，来控制输出频率从0 Hz～50 Hz之间变化，转速由S7-200PLC的控制程序给定，电机转速由光电编码器检测到并反馈到PLC的I0.0和I0.1，构成闭环变频调速系统。

   ② 采用指令向导中的PID配置指令进行PID算法编程，用传送指令输出电压控制量到变频器的模拟量输入口。

   ③ 采用指令系统中的HDEF、HSC指令进行PID算法编程，进行高速计数器中断程序设计，高速计数器设为HSC1和模式10，增计数，实时采集并存储光电编码器反馈的A、B两相正交脉冲数。

   1.2.2 S7-300PLC主站程序设计

    要求采用MOVE指令进行主—从站的数据交换，通过S7-300PLC主站进行写操作(如系统启动/停止，转速给定等)，并能读取S7-200PLC从站的参数；S7-200PLC能接收S7-300PLC主站的指令；实现主-从站读/写(接收/发送)操作，驱动三相电动机运行。

2  系统总体方案设计

   2.1 系统硬件配置及组成原理

    选用S7-300PLC作为主站控制器，由电源模块，CPU模块(CPU为315-2DP，通讯为PROFIBUS-DP)，32点数字量输入模块，32点数字量输出模块等组成；选用S7-200PLC作为从站控制器，CPU为226，数字量输入为24点DC输入，数字量输出为16点晶体管输出，扩展EM277 DP模块；主-从站采用PROFIBUS-DP通讯。被控对象为松下变频器和三相异步电动机。

 

 

                           

图2.1硬件配置组成结构图

2.2 系统变量定义及分配表

表2.2PLC地址分配表

 

    2.3 系统电气接线图设计

 

2.3 系统电气接线图

3  控制系统设计

   3.1 控制程序流程图设计

图3.1 程序流程图

  

  3.2控制程序设计思路

  PLC的模拟量输出0～10VDC(对应数字量0～32000)，作为变频器的模拟量输入0～10VDC，对应数字量对应变频器频率0～50Hz；对应电动机转速0～1500转/分。光电编码器实时检测电动机的转速，并转换成脉冲数反馈到PLC的I0.0和I0.1高速计数口，与转速给定进行比较，其偏差按PID算法计算出控制量，实时控制变频器，从而实现速度闭环控制。

 

 

图3.2 PLC变频调速闭环系统结构图

3.3实现设计内容

 PLC300与200通讯未能实现。实现了PLC200控制变频器PID调速，由上位机控制启停和转速给定。

4  上位监控系统设计

  

4.1 PLC与上位监控软件通讯

   4.2 上位监控系统组态设计

   4.3 实现的监控效果（要有通讯图、数据变量图、工艺画面图、趋势图等）

5 系统调试及结果分析

   5.1 系统调试及解决的问题

   5.2 结果分析

结束语 （主要写取得的效果、创新点及设计意义）

参考文献：

附录：带功能注释的源程序

第二篇：基于plc交通灯控制系统课程设计报告

目录

第一章 绪论......................................................... 2

第二章：交通灯控制系统简介.......................................... 3

2.1交通灯控制系统的背景 .......................................... 3

2.2 交通灯控制系统的作用 .......................................... 3

第三章：交通灯控制系统的设计........................................ 5

3.1、 设计要求 .................................................... 5

3.1.1基本要求 .................................................. 5

3.1.2附加要求 .................................................. 5

3.2 设计思路、状态机变化图 ........................................ 5

3.3设计流程 ...................................................... 6

3.4 设计步骤及程序 ................................................ 7

3.5 硬件实现及调试结果 ........................................... 13

第四章：课程设计总结............................................... 14

参考文献 ......................................................... 15

1

第一章 绪论

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。 EDA技术已有30年的发展历程，大致可分为三个阶段。70年代为计算机辅助设计（CAD）阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作。80年代为计算机辅助工程（CAE）阶段。与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。CAE的主要功能是：原理图输人，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。90年代为电子系统设计自动化（EDA）阶段。

“自顶向下”的设计方法。10年前，电子设计的基本思路还是选用标准集成电路“自底向上”地构造出一个新的系统，这样的设计方法就如同一砖一瓦建造金字塔，不仅效率低、成本高而且容易出错。

所谓数字系统，是指交互式的以离散形式表示的具有存储、传输、处理信息能力的逻辑子系统的集合物。一台数字计算机就是一 个最完整的数字系统。显然，数字系统的功能、性能、规模远远超出了一般中小规模数字逻辑电路的范围。基本步骤包括：系统需求分析、算法设计、算法描述、系统结构选择、具体设计、系统仿真与实验。

2

第二章：交通灯控制系统简介

2.1交通灯控制系统的背景

近年来城市街道车辆大幅度增长，给城市交通带来巨大压力，而街道各十字路口，又是车辆通行的瓶颈所在，研究车辆通行规律，找出提高十字路口车辆通行效率的有效方法，对缓解交通阻塞，提高畅通率具有十分现实的意义。本设计是交通灯控制系统，随着社会的不断的进步，社会的不断发展。交通也日渐复杂，交通的自动化也不断更新，交通的一些指挥系统光靠人来完成是远远不够的，这就需要设计各种交通指挥自动化系统来完成这些复杂的工作。

2.2 交通灯控制系统的作用

交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。

2.3 交通灯控制系统的构成

3

图2-1

图2-2

4

第三章：交通灯控制系统的设计

3.1、 设计要求

3.1.1基本要求

1. 能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿灯的指示状态，用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯；

2. 南北向为主干道，每次通行时间为30S，东西向为支干道，每次通行时间为20S；

3. 能实现正常的倒计时功能，用两组数码管作为东西、南北向的倒计时显示。其中，黄灯：5S。

4. 能实现特殊状态的功能。按下SP键后，能实现以下特殊功能：

（1）显示倒计时的两组数码管闪烁；

（2）计数器停止计数并保持在原来的状态；

（3）东西、南北路口均显示红灯状态；

（4）特殊状态解除后能继续计数；

5. 能实现全清零功能。按下reset键后，系统实现全清零，计数器由初状态计数，对应状态的指示灯亮；

6. 用VHDL语言设计上述功能的交通灯控制器，并用层次化方法设计该电路；

7. 仿真、验证设计的正确性。

3.1.2附加要求

时钟输入：clkin=1KHz

采用分频器分成：1Hz，然后提供给系统

3.2 设计思路、状态机变化图

交通灯控制器的电路控制原理框图如图3-1所示，主要包括置数器模块、定时计数器模块、主控制器模块和译码器模块。置数器模块将交通灯的点亮时间预

5

置到置数电路中。计数器模块以秒为单位倒计时，当计数值减为零时，主控电路改变输出状态，电路进入下一个状态的倒计时。核心部分是主控制模块。

图3-1 电路控制原理框图

图3-2 状态机变化图

3.3设计流程

由以上要求可以得到该系统的程序流程图如图3-3所示。其中，GA、RA、YA表示A支路的绿灯、红灯、黄灯，GB、RB、YB表示B支路的绿灯、红灯、黄灯，S表示特殊功能按键，T表示计时的时间。

图3-3 程序流程图

6

3.4 设计步骤及程序

1. 启动QuartusⅡ6.0

2. 编辑文件

单击菜单栏中的File\New命令，打开“Block Diagram\Schematic File”文件。

3. 输入原理图

画出如图3-5所示原理图

图3-5

4 . 输入程序

1）控制部分的设计 --ledcontrol.vhd源程序 library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity ledcontrol is

port(reset,clk,urgen:in std_logic;

state :out std_logic_vector(1 downto 0);

sub,set1,set2 :out std_logic);

end ledcontrol;

architecture a of ledcontrol is

signal count: std_logic_vector(6 downto 0);

signal subtemp: std_logic;

begin

sub<=subtemp and (not clk);

7

statelabel:

process(reset,clk)

begin

if reset='1'then

count<="0000000";

state<="00";

elsif clk'event and clk='1'then

if urgen='0'then count<=count+1;subtemp<='1';else subtemp<='0';end if; if count=0 then state<="00";set1<='1';set2<='1';

elsif count=25 then state<="01";set1<='1';

elsif count=30 then state<="10";set1<='1';set2<='1';

elsif count=45 then state<="11";set2<='1';

elsif count=50 then count<="0000000";else set1<='0';set2<='0';end if; end if;

end process statelabel;

end a;

2）显示部分的设计 --ledshow.vhd源程序

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity ledshow is

port(clk,urgen :in std_logic;

state :in std_logic_vector(1 downto 0);

sub,set1,set2 :in std_logic;

r1,g1,y1,r2,g2,y2 :out std_logic;

led1,led2 :out std_logic_vector(7 downto 0)); end ledshow;

architecture a of ledshow is

signal count1,count2:std_logic_vector(7 downto 0);

8

signal setstate1,setstate2:std_logic_vector(7 downto 0);

signal tg1,tg2,tr1,tr2,ty1,ty2 :std_logic;

begin

led1<="11111111"when urgen='1'and clk='0' else count1;

led2<="11111111"when urgen='1'and clk='0' else count2;

tg1<='1'when state="00"and urgen='0' else '0';

ty1<='1'when state="01"and urgen='0' else '0';

tr1<='1'when state(1)='1'or urgen='1' else '0';

tg2<='1'when state="10"and urgen='0' else '0';

ty2<='1'when state="11"and urgen='0' else '0';

tr2<='1'when state(1)='0'or urgen='1' else '0';

setstate1<= "00100101"when state="00"else

"00000101"when state="01"else

"00100000";

setstate2<= "00010101"when state="10"else

"00000101"when state="11"else

"00110000";

label2:

process(sub)

begin

if sub'event and sub='1'then

if set2='1'then

count2<=setstate2;

elsif count2(3 downto 0)="0000" then count2<=count2-7;else count2<=count2-1; end if;

g2<=tg2;

r2<=tr2;

y2<=ty2;

end if;

end process label2;

9

label1:

process(sub)

begin

if sub'event and sub='1'then

if set1='1'then

count1<=setstate1;

elsif count1(3 downto 0)="0000" then count1<=count1-7;else count1<=count1-1;end if;

g1<=tg1;

r1<=tr1;

y1<=ty1;

end if;

end process label1;

end a;

3）分频器部分的设计

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use work.p_alarm.all;

entity divider is

port(clk_in:std_logic; reset:in std_logic; clk:out std_logic);

end divider;

architecture art of divider is

constant divide_period:t_short:=1000;

begin

process(clk_in,reset) is variable cnt:t_short; begin if(reset='1')then

10

cnt:=0; clk<='0'; elsif rising_edge(clk_in)then if(cnt<=(divide_period/2))then clk<='1'; cnt:=cnt+1; elsif(cnt<(divide_period-1))then clk<='0'; cnt:=cnt+1; else cnt:=0; end if; end if; end process;

end art;

p_alarm程序包

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

package p_alarm is

subtype t_digital is integer range 0 to 9; subtype t_short is integer range 0 to 65535;

type t_clock_time is array(5 downto 0)of t_digital; type t_display is array(5 downto 0)of t_digital; end package p_alarm;

5. 创建工程

1）打开工程向导

2）将设计文件加到工程中

3）选择目标芯片

4）选择仿真器和综合器类型

11

5）结束设置

6. 目标芯片的配置

7. 编译

8. 仿真

1）建立波形文件

2）打开波形编辑器

3）输入信号节点

4）编辑输入波形

5）启动仿真及阅读仿真报告

图3-6

9. 指定芯片管脚

图

3-7

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3.5 硬件实现及调试结果

在进行硬件测试时，按键k1对应复位端reset，按键k2对应紧急开关urgent。

EDA实验开发系统上的时钟cp2对应计数时钟CLK，数码管M3、M4对应东西 走向的时钟显示。LED灯l16、l15、l14对应东西走向的绿灯G1、黄灯Y1、红

灯R1。数码管M1、M2对应南北走向的时钟显示。LED灯l1、l2、l3对应南北

走向的绿灯G2、黄灯Y2、红灯R2，对应的硬件结构示意图如图3-6所示。

图3-6

调试结果如预期一样，主干道从30秒倒计时，支干道从25秒开始倒计时，主、

支干道的红黄绿灯一次点亮，当按下复位键是，交通灯系统回到初始状态，但有

一点延时。

图3-8

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第四章：课程设计总结

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程 。回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，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，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，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。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，但在老师的悉心指导下，终于迎刃而解。在此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！

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参考文献

1. 孙加存. 电子设计自动化. 西安电子科技大学出版社， 2008

2. 肖明耀. PLC原理与应用. 中国劳动社会保障出版社， 2006

3. 金西. VHDL与复杂数字系统设技. 2003西安电子科技大学出版社，2003

4. 王振红. VHDL数字电路设计与应用实践教程. 北京机械工业出版社，2004

5. 林明权. VHDL数字控制系统设计范例，北京电子工业出版社， 2005

6. 潘松. EDA技术实用教程. 北京科学出版社，2002

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