1、机电一体化实习指导书实验一 S7-200 的步进电机控制一、实验目的1、掌握步进电机控制原理2、掌握 PLC 的接线与安装3、掌握步进电机控制原理4、掌握 PLC 程序的梯形图编制方法二、实验内容1、控制系统电气原理图与的设计2、PLC 实现步进电机控制（手动进给，增量进给，正反转控制，指定距离进给）的程序设计3、控制系统电气控制系统的安装4、PLC 程序的下载与调试三、实验设备、仪器与工具1、设备S7200PLC 一台、步进电机及其驱动一套、电脑一台（含 PLC 编程软件） 、按钮盒 1 套2、工具扳手、螺丝刀、万用表四、实验原理S7200PLC 通过 PTO 指令在端口 Q0.0 或 Q0
2、.1 发出指定脉冲数目和频率的方波作为步进电机进给脉冲，通过改变脉冲数及脉冲频率实现步进电机的进给控制。可选其它输出端口如 Q0.2 作为步进电机的方向电平实现步进电机方向控制。S7200 的位控过程如下：1、通过工具位置控制向导生成 5 个位置控制子程序（详细过程见 S7200手册页面 273） 。2、创建 S7200 的执行程序，在执行程序中调用位控向导生成的子程序，实现步进电机的控制（子程序的详细说明见 S7200 手册页面 274） 。每个子程序的基本功能如下：1）要使能位控模块，请插入一个 POSx_CTRL 指令。用 SM0.0(始终接通)以确保这条指令在每一个循环周期中都得到执行
3、。2）要将电机移动到一个指定位置，使用一条 POSx_GOTO 指令或一条POSx_RUN 指令。POSx_GOTO 指令使电机运动到您在程序中输入的指定位置。POSx_RUN 指令则使电机按照您在位控向导中所组态的路线运动。3） 要使用绝对坐标进行运动，您必须为您的应用建立零位置。使用一条POSx_RSEEK 或一条 POSx_LDPOS 指令建立零位置。3、编译程序并将系统块、数据块和程序块下载到 S7200 中。电气控制原理图及 PLC 程序见附录 1 及附录 2。五、思考题：1、步进电机的控制原理是什么？2、如果指定的进给频率较低（如 50200Hz） ，会发生什么现象？为什么？实验二
4、 S7-200 的温度控制系统设计一、实验目的1、 掌握温度控制系统工作原理2、 掌握温度传感器 PT100 及温度变送器的接线及安装3、 掌握 PLC 读入温度变送器信号的标定4、 掌握 PID 温度控制及其调节的工作原理及过程5、 掌握 PLC 程序的梯形图编制方法6、 掌握 EM231 模拟量输入模块的设置及接线二、实验内容1、控制系统电气原理图的设计2、PLC 实现温度控制（开关控制、PWM 控制和 PID 调节及参数整定）的程序设计3、控制系统电气控制系统的安装4、PLC 程序的下载与调试三、实验设备、仪器与工具1、设备S7200PLC 一套（CPU 及 EM231 模块） 、PT1
5、00 及温度变送器、电脑一台（含PLC 编程软件） 、按钮盒 1 套、固态继电器 1 个、热水壶一个。2、工具扳手、螺丝刀、万用表四、实验原理1、开关控制的工作原理：EM231 模块将被控对象的实际温度采集下来与设置温度进行对比，当实际温度小于设置温度时，通过 PLC 的开关量端口将温度加热的主电路上的固态继电器打开，使热电阻加热；否则将固态继电器关闭，停止加热。从而使得实际温度在设置温度附近波动。其电路原理图及控制程序见附录 3 和附录 4。2、PID 控制的工作原理S7200PID 调节模块生成可调占空比的 PWM 波形输出， 利用占空比调节主电路上的平均电压，从而实现温度的控制。理论上，
6、PID 调节的控制精度及性能要高于开关控制。S7200PID 设置过程，详见附件 5。思考题：1)如何调整将测量值与实际温度值对应。1)在实验过程中，利用 VB 程序将温度值采集至上位机中，比较开关控制和 PID控制的动态性能和精度。2)利用 S7200PID 调节控制面板分析 PID 参数对动态特性的影响，3)小组成员相互比较 PID 参数整定的结果及控制性能。实验三 基于 S7-200 的同步控制试验台设计（ 指导老师 ）一、实验目的1、 熟悉机电一体化系统各个组成部分的功能，包括机械部件、传动机构、驱动执行单元、反馈检测单元、控制单元以及计算机上的人机接口单元等；2、 掌握接近开关、旋转
7、编码器等输入接口的工作原理；3、 了解三相交流异步电机的调速原理并掌握变频器的使用；4、 掌握脉冲信号的 PLC 高速计数输入方法；5、 掌握 PLC 程序的梯形图编制方法；6、 掌握 EM232 模拟量输出模块的设置及接线；7、 掌握随动控制系统的控制算法；8、 掌握 MCGS 监控组态软件的一般流程。二、实验内容1、 同步控制试验台电气原理图的设计；2、 PLC 实现从动轴与主动轴的位置同步控制程序设计；3、 控制系统的电气设备安装；4、 PLC 程序下载与调试；5、 MCGS 监控组态软件设计以及与 PLC 通信的联合调试。三、实验设备、仪器与工具1、同步控制试验台（含计算机一台、S72
8、00PLC 及 EM232 模拟量输出模块、接近开关 2 只、旋转编码器 2 只、交流异步电机 2 台，机械传动本体部分、变频器 2 台、交流接触器、继电器、万用表等工具若干） ；2、软件工具 Step7 Micro/Win 4.0 PLC 编程软件一套、MCGS 监控组态软件一套。四、实验原理及要求1、了解同步控制试验台的工业应用背景。相关工业应用背景介绍：例如电机 1 为制造单元的驱动电机，其以可控的生产节拍制造半成品，半成品需要放到传送带的特定位置进行后续的加工工艺处理，然后，在传送带的末端有一个按照可控节拍到固定位置装卸产成品的机械手，那么就要求相对于一个共同的基准位置，传送带的运行节
9、拍必须与制造单元的运行节拍完全一致，即随动电机带动传送带轴实现与主动轴的位置同步（当然，传动比可以是 1:1,也可以是根据生产需要设定的其它比值） 。2、了解同步控制试验台控制系统设计的总体方案。电机 1变频器 1电机 2变频器 2电机 3变频器 3现场控制器 1监控上位机R S 2 3 2 /4 8 5 串口通信P L C 或单片机现场控制器 2P L C 或单片机（ 注 ： 设计多现场控制器的目的是可以组成现场总线通信网络 ）编码器编码器编码器接近开关 1接近开关 2接近开关 3同步带同步带3、详细设计要求1) 进行过定位点检测，接近开关安装的位置假设就是初始基准点，要求在程序中处理第一次
10、过定位点信号，忽略其后的过定位点信号；2) 主动电机的速度控制，通过输出模拟电压给变频器，控制主动轴的转速；3) 主动轴运行状态的检测，通过旋转编码器检测主动轴的转角、转速，利用 PLC 的高速计数模块进行转角计数；4) 随动轴的驱动电机的速度控制，通过输出模拟电压给变频器，控制从动轴的转速；5) 从动轴运行状态的检测，通过旋转编码器检测从动轴的转角、转速，利用 PLC 的高速计数模块进行转角计数；6) 利用 PLC 的定时器产生定时中断，在定时中断里面进行（3）和（5）的定时检测，编写相应的控制算法决定（4）的控制输出量；7) 为实现上述控制设计目的，搭建试验台，连接电气电路；8) 为了可视
11、化地查看同步效果，定义同步位置误差主动轴位置从动轴位置，在上位机中利用 MCGS 软件进行工程组态，从 PLC 中读取相应的寄存器地址值，显示在监控界面上，同时也组态令一变量，控制主动电机的转速。五、实习（实验）成果形式1、电气控制接线图，包括使用的 PLC、输入输出模块、接触器、继电器、变频器之间的接线图；2、PLC 软件梯形图，要能够在 PLC 中可靠运行，实现较好的控制效果。六、参考资料1、S7200 系统手册：重点看定时中断的定义、中断的启动、中断的停止；高速计数的输入、输出；模拟量输出模块等部分。2、机电一体化技术：关于旋转编码器的原理等。3、实验室已经搭建的试验平台实物、编写的控制软件程序（实习设计开始指导老师可以先演示） 。
