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1、可编程控制器全方案设计实验 实验指导书Ver 1.0石庆升 臧义电气工程学院2013.06 目 录前言 .3第一部分 可编程控制器基础知识一、 X20系统特性、机械特性及电气配置二、 AS软件安装及用户界面三、 伺服控制器特性及原理四、 人机界面特性及原理第二部分 实验部分实验一 可编程控制器硬件配置与安装.6实验二 Automation Studio项目创建.9实验三 AS软件与硬件的在线连接.14实验四 基于梯形图的程序设计与调试. .18实验五 基于结构化文本的程序设计与调试.22实验六 伺服电机运动控制.23实验七 人机界面编程及调试.30实验八 交通信号灯控制.35实验九 自动咖啡机
2、系统控制.39 前言实验基本要求及操作实验是科学技术得以发展的重要保证，是研究自然科学的手段。可编程控制器全方案设计实验实验是一门自动化、电气工程及其自动化及其它相关类专业重要的开放性实验课，其教学任务是使学生掌握在工业控制领域应用日益广泛的可编程计算机控制器的工作原理、指令系统、编程技术、系统配置、通讯、人机界面等内容，培养学生掌握实际工程系统分析、设计的基本理论和基本方法，以及必要的基本实验技能，树立工程概念，提高动手能力，让学生能够接触并学习到最前沿的自动化控制技术，在工程环境中锻炼并提高动手操作能力与开拓创新的科研能力，使学生提早接触工业自动化的工程实践环境，为步入社会提升竞争力奠定基
3、础。一、实验设备及器材配置(1) 计算机(2) Automation Studio 3.09软件(3) PCC基础实验装置(4) 运动控制实验系统二、实验方法(1) 实验目的1.在可编程计算机控制器原理及应用理论课的知识基础上，进行实验基本技能的训练。2.巩固和加深所学的理论知识，培养运用理论分析和解决实际问题的能力。3.培养实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯。(2) 技能要求1.能正确使用实验仪器设备，掌握实验方法及数据分析方法。2.能正确连接实验线路，读取数据，观察曲线，能初步分析和排除故障。3.能正确利用实验手段验证一些理论和结论。4.能正确书写实验报告和绘制图表，对数据进行处
4、理，曲线进行分析，得出结论。(3) 实验要求课前预习教学实验受时间及条件限制。在规定的时间内能否很好完成实验任务，达到实验目的与要求，很大程度上取决于课前准备的是否充分。因此，要求学生课前进行预习。1.仔细阅读实验指导书及相关参考资料，明确实验目的及任务，了解实验的基本原理及实验线路、方法及步骤，具此编写实验报告。2.对实验中要观察哪些现象，记录哪些数据曲线，注意哪些注意事项做到心里有数。3.对实验指导书中提出的思考问题要有深刻印象，以便在实验中观察和注意。实验操作1.学生到指定的实验台，认真领会指导老师对实验的讲解、要求及注意。2.实验中所用仪器设备连线操作规范。3.实验线路连接好后，认真检
5、查后，一定要实验老师检查无误后，方可通电。4.实验过程中，认真调试观察，发现异常，及时查找原因处理。5.实验完毕，先切断电源，再根据实验要求核对实验数据，经指导教师审核通过后再拆线路，并将仪器、接线按要求安放整齐。实验报告实验报告是学生进行实验全过程的总结，是完成实验教学环节的凭证，要求文字简洁、工整、曲线图表清晰，结论要有科学根据。实验报告应包括以下内容：1.实验目的2.实验仪器：实验中使用的主要仪器名称、规格型号与参数。3.实验原理4.实验步骤：具体任务要求，绘实验电路图。5.实验记录：数据表格、曲线。6.实验分析7.实验结论：实验与理论相符，实验中发生的问题、现象及事故分析，对实验的建议
6、8.思考问题：对实验指导书中思考问题进行解答。第一部分 可编程控制器基础知识一、X20系统特性、机械特性及电气配置1.系统特性在X20系统的基础上, 贝加莱正在制订新的自动化标准。贝加莱企业文化的核心之一便是完美自动化，也就是Perfection in Automation。这是贝加莱在多年的实践中，在从全世界各个行业，各个领域客户的反馈中，在体会到自动化的真正内涵中形成的一种企业文化。X20系统便是在此基础上应运而生，它为机械、制造业等各个行业提供了更简单，更经济，更安全的新的解决方案。1.1 3 x 1结构X20系统由三部分组成：背板，电气模块，端子排。这种模块特性使其具有以下一些优点：（
7、1）不受固定底板的限制；现在很多厂家的PLC都必须带有固定模块数的底板，而X20系统的背板可以免工具的安装在导轨上，并无数量限制；（2）可以将端子排从模块上拔下来接线，接好后再插到模块上，避免了对模块的损坏，接线也是不需要工具的；（3）支持热插拔功能；1.2 分布式背板X20系统背板采用X2X总线传输，传输速率为12兆，不受固定底板数量限制，直接可将模块安装在导轨上所有的模块都连接在一个统一的背板（X2X Link）上，可以直接连X20模块，X67模块及阀岛。模块间最大的距离可以达到100米。1.3 基于PC的技术X20采用了CELERON处理器，任务周期可以达到200us，指令周期可以达到0
8、.01us，大容量的RAM使得用户不需要担心内存的不够用，程序存储采用CF卡，最大可扩展到8G.1.4 可选的风扇设计正常情况下，贝加莱PCC是无风扇运行的，但为了保证在一些恶劣环境下不影响CPU的运行，X20也增加了风扇设计，即在环境恶劣的情况下，用户也可以选择安装风扇。1.5 集成了阀岛控制随着XV系统的发展，使得可以对其进行直接的，独立于厂商的阀导控制。一个完整的数字输出模块类似于一个常用的DSUB连接器。XV允许客户选择任何厂商制造的阀岛来组成系统。1.6 接线方式简单，方便X20接线方式是简单的，免工具的快速安装方式，X20系统端子排使用了完全集成插入即连接系统，用户只需要将合适的线
9、缆插入接线孔，放开手即可接好线，不需其他任何工具，线缆直径可超过2 x 0.75 mm。用户可以把端子排从模块上取下来，将线连接好以后，再插入模块，这种方式使得接线更方便，更安全。1.7 灵活的机械机构设计贝加莱经过多年在各个行业的经验集累，完全从客户的需求出发，设计出了完美的X20系统，其内在的特点使得其不像其它PLC一样必须安装在相应的底板上，受底板槽数限制；X20可以安装在常用的导轨上，是完全的分布式I/O，引领了业界的标准。灵活的机械结构设计使X20不需要特定的安装方式，使你的解决方案多种多样，同时它可以很快很容易的从一个完整的系统中移出一个或一部分I/O。安全稳固的安装在导轨上从一个
10、完整的系统模块中移去一个模块垂直移走或插入可以容易的移走整个系统模块1.8 诊断方式(1) 可以通过模块上的LED指示灯判断模块或各个I/O点的状态，如总线状态，I/O状态，通道状态都可以通过指示灯来判断，一般来说绿色表示OK，红色表示有错误。（2）可以通过应用程序来判断，在程序里可以建立相应状态的镜像，各种状态数据会循环传送到你的程序镜像中，同时也不会增加通讯负担，通过对程序镜像点的盼断就可以知道当前模块的状态。（3）诊断数在程序执行时也可以通过非循环传输，当有问题发生时，详细的诊断数据会通过异步通道传送，数据详细记录在日志文件中。1.9 1线、2线、3线连接所有连接方式都不需要跳线。1.1
11、0 X20系统配置X20系统可以通过标准总线系统（总线控制器）和远程X2X背板（总线接收器）进行配置；从一个站到下一个站需要一个总线传送器，I/O模块安装在总线接收器（或总线控制器）和总线传输器之间。1、总线连接贝加莱提供多种总线控制器以供用户选择，如POWERLINK、DeviceNet、Profibus、 CANopen、Modbus等总线控制器都可以连接到X20系统，很好的支持了第三方设备在X20系统的集成。2、X2X背板连接使用总线接收器BR9300可以直接连接X20系统到远程X2X背板。1.11 贝加莱自动化编程软件（Automation Studio）贝加莱自动化编程软件，即Aut
12、omation Studio，支持对贝加莱所有硬件（2003系列，2005系列，X20系列，触摸屏，伺服驱动等）的编程，不仅支持IEC61131-3标准的编程语言，同时还支持高级编程语言（如C，Basic等），在一个项目中，还可以多种编程语言共同使用。PCC分时多任务的运行机制更体现了贝加莱在自动化领域强大的优势。2.机械特性和电气配置2.1 尺寸1、1个插槽的X20CPU2、2个插槽的X20CPU3、3个插槽的X20CPU4、紧凑型CPU和总线控制器5、总线型CPU6、I/O模块2.2 安装方式1、水平安装对于水平安装方式，考虑到冷却和空气流通等因素，上下至少得留够35mm的空间，左右至少留
13、够10mm的空间。2、垂直安装对于垂直安装方式，考虑到冷却和空气流通等因素，左右至少得留够35mm的空间，上下至少留够10mm的空间。2.3 屏蔽线连接原则上，所有的屏蔽线缆都必须接地，如模拟量模块，接口模块，计数模块，X2X线缆模块等1、直接屏蔽线连接屏蔽线应该带绞，并连接在总线模块的接地接线片(2.8 x 0.5 mm)上，同时，接地连接应尽可能的短，阻抗应尽可能的小。2、用接地终端进行屏蔽连接其他厂商（如GOGATEC）的接地终端可以在安装导轨上用于X20的屏蔽连接。（1） 贝加莱介议都用安装在导轨上的接地终端来连接X2X屏蔽线。（2） 所有线缆应扎带扎紧2.4 电源设计1、总线模块取代背板总线模块是X20系统的核心，主要包含总线电源（Bus supply）、总线数据（Bus data）、I/O电源（I/O supply）三部分。所有总线模块中，总线电源和总线数据都是双向传输，而只有I/O电源有双向和单向之分，BM11底座I/O电源是双向传输，BM01是单向传输。2、X20的系统结构由于X20集成了分布式I/O的概念，通过合适的安排总线模块，可以将X20系统分成若干个组，如下图所示的组0、组1、组2等。3、X20系统保护X
