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PLC实验与调试装置研究设计 　　摘要:介绍了西门子S7-200 PLC实验与调试装置的电气控制部分开发和设计。该装置采用S7-200 PLC和西门子触摸屏TP177A控制,能实现S7-200 PLC模拟实验和程序在线调试功能,可较为显著地缩短PLC程序开发周期和提高程序调试效率。 　　关键词:PLC实验装置PLC调试装置S7-200WinCC Flexible 2007 　　中图分类号:TM3文献标识码:A文章编号:1007-3973(2010) 08-091-02 　　 　　目前的S7-200 PLC设备存在以下缺点:I/O端口驱动能力较差,功能和用途较为单一,程序仿真和在线调试功能较差等。选用西门子S7-200作为主控单元,通过一个实验与调试装置可以实现S7-200 PLC的实验和调试功能;扩展PLC的I/O端口并提高其驱动能力;在触摸屏TP177A上可显示操作提示、实时监控工作状态以及实现对I/O端口的旁通功能。 　　1功能与控制要求 　　1.1功能要求 　　该装置具有多用途和多功能,不仅可实现对PLC输入输出功能扩展、也可作为教学???验和调试程序用。可让开发者在短时间内掌握PLC各模块和触摸屏,可较为显著地缩短PLC程序开发周期和提高程序调试效率。 　　1.2电气控制要求 　　将该装置中的相关端口按键切换到内部模式:此时该装置可以提供给学习者做模块CPU 224、CP243-2、EM277、EM223CN、EM231 CN、混合式两相四拍步进电机、简易编码盘和TP177A实验;另外在工程中不用在现场调试相关程序,在实验室中调试相关S7-200 PLC程序。将该装置中的相关端口按键切换到外部模式:该装置实验和调试功能被屏蔽,各模块端口与外部电路连接,为了克服PLC输出端口驱动能力较差,PLC输出端口连接到直流24V、3A电磁继电器。 　　2系统硬件设计 　　2.1系统结构 　　本系统核心控制器为CPU 224,扩展模块有数字量I/O模块EM223CN,模拟量模块为EM231CN,PROFIBUS-DP 从站模块EM277,通讯处理器CP243-2。采用CPU 224模块中的高速脉冲输出端口来控制混合式两相四拍步进电机,步进电机驱动器的型号为3ND583,采用简易编码盘来检测步进电机转角。触摸屏TP177A上可实时监测所有工作状态以及可设置人为电路旁通功能。控制电路系统上配有四块自制电路板,分别为端口外部输入电路板、端口外部输出电路板、端口功能扩展电路板和按键功能切换电路板。 图1为装置控制模块示意图。 　　 　　图1控制模块结构图 　　2.2 主控制模块与节点控制器介绍 　　单纯的PLC控制在工业现场中无法实现最佳的控制,如实时设备状态监控、旁通设置功能、工作进度提示以及设置各种设备运行参数等,触摸屏可以较好地解决,并有很好的人机交互效果。图2为主控模块模块结构示意图。控制电源均采用24V直流开关电源,步进电机和其控制器的电源要求单独提供,防止步进电机在运行时对PLC模块的电压产生较大影响。接下对主要几个模块进行简单介绍。 　　 　　图2电气控制模块结构图 　　(1)在主控模块中CPU224与TP177A通信连接线缆采用RS485总线,两者的地址和波特率设置相一致即可相互正常通信。CPU224和TP177A的RS485接口也用于下载程序,PLC的数据线是专用的PPI/USB线缆,既可用于PLC也可用于触摸屏。 　　(2)模拟量模块EM231CN为4模拟量输入,其中两路为电压输入,另两路为电流输入。由于测得的扭矩有正反两个方向,电压范围±10V,而EM231CN的电压量程为0~10V,因而需要专门配置一个电压转换模块,将±10V转换成0~10V电压量。 　　(3)模块EM277 是PROFIBUS-DP 从站模块,PROFIBUS-DP公开的标准协议,可将S7-200 CN CPU连接到PROFIBUS-DP网络。模块CP243-2用于S7-200(CPU 22X)与带总线连接器的AS-i接口的连接,支持扩展AS-i特性的所有特殊功能。 　　(4)应用对射式光耦和带圆孔的码盘组成简易编码盘,码盘随步进电机主轴一起转动,码盘上的圆孔依次通过对射式光耦中间的狭缝,为了PLC能准确的识别光耦输出的信号,在其输出端连接一个具有施密特触发特性的器件74LS14,用此可以检测步进电机的转速和转角。图3为简易编码盘电路示图。 　　 　　图3简易编码盘电路示图 　　(5)端口外部输入电路板是用于连接到外部输入信号,将外部输入信号送往PLC输入端口中。端口外部输出电路板是用于连接到外部输出信号,将外部输出信号送往PLC输入端口中。端口功能扩展电路板是连接到PLC输出端口,电路中的三极