工程实践报告

西安理工大学研究生课程论文/研究报告课程名称：电气工程实践任课教师：王建渊论文/研究报告题目：工程实践报告完成日期：2016年7月26日学科：电气工程学号：2160321190姓名：张嘉翔张嘉翔：电气工程实践报告I目录一、APV自动售货机..................................................................................................21自动售货机实验平台总体介绍...............................................................................21.1项目开发目的及意义.....................................................................................21.2系统结构及介绍.............................................................................................32触摸屏HMI的设计..................................................................................................42.1软件介绍及工程创建.....................................................................................42.2界面设计.........................................................................................................52.3工程编译及下载.............................................................................................83系统联合调试...........................................................................................................94遇到的问题.............................................................................................................10二、双脉冲实验........................................................................................................101硬件选型.................................................................................................................102测试装置.................................................................................................................123实验装置构造.........................................................................................................134电路设计及测试原理.............................................................................................145双脉冲实验结果分析.............................................................................................15张嘉翔：电气工程实践报告2一、APV自动售货机1自动售货机实验平台总体介绍1.1项目开发目的及意义当今社会，由于大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。自动售货机（VendingMachine）是能根据投入的钱币自动付货的机器。自动售货机是一种全新的商业零售形式，是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易；又被称为24小时营业的微型超市。自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。本项目目的是设计一个基于PLC的自动售货机控制系统，主要由：HMI触摸屏、PLC、伺服驱动器、永磁同步电机实现。假设永磁同步电机的转子轴与机械齿轮相结合实现一种直线推进式推杆，并且通过物品后的位置传感器来检测机械推杆的运动位置，编码器对电机转速和旋转的位置进行检测，位置传感器感应到推杆移动到指定位置之后便将信号发送给PLC来控制伺服驱动器对电机进行刹车，再控制电机旋转完成物品推送。模拟系统简图如图1所示。张嘉翔：电气工程实践报告3图1模拟系统简图本项目设计基于伺服驱动的永磁同步电机实现，拥有体积小、故障率低、动态响应好、控制精度高等优点，并且在额定转速内都能输出额定转矩，调速范围宽泛，系统整体性能优异。由于时间和能力有限，本项目设计只处于基本的简单设计，希望通过这次设计能够实现基本的自动售货功能。复杂系统可以根据相同的原理进行扩充，有需要的话可以增加更多功能，丰富整个系统功能，并制作成相关产品，用于学校，酒店，机场，火车站等人流量大的地方。自动化是未来的发展趋势，不论是制造业、服务业还是零售业。我们都将看到更多的设备取代人工。在这样一个大的趋势下，自动售货机行业的前景时光明的。1.2系统结构及介绍本系统硬件结构主要由HMI触摸屏、伺服驱动器、PLC、伺服电机和编码器等组成。外围电路还有：RS232/485通信模块、辅助电源模块等，装置构成如图2所示。触摸屏伺服驱动器伺服M编码器485220V/50Hz图2系统装置结构具体型号如下表1所示器件名称（品牌）数量型号及规格触摸屏HMI1VI10-043SPLC控制器1VE124-1BD23-0XB0伺服驱动器1SD600-S2-R20张嘉翔：电气工程实践报告4永磁同步电机1SME06-2TR20-U2NH通信转换器1RS232/RS485光电编码器线1ENCB-L05-PHL其他若干电机动力线，配套电源线及信号线等表1系统硬件实验平台清单本次项目的实施包括触摸屏人机界面的设计、PLC控制程序的设计、伺服驱动器的设计与系统联合调试等工作。我们组将这些内容按自己的兴趣及特长进行分工，我主要负责触摸屏界面设计及对PLC的地址分配。由于本次设计的主要目的在于相互学习，所以组员们在做好各自任务之余进行了广泛的交流与相互帮助，进而体现我们的团队协作精神。下面我就触摸屏的设计进行详细的介绍。2触摸屏HMI的设计2.1软件介绍及工程创建根据本系统需要，围绕项目说明书中各功能要求设计了触摸屏的人机界面。该人机界面是利用伟创的VI10触摸屏开发工具VI10Studio软件进行设计的。首先新建工程文件，并进行相应的工程配置（选择存储路径、HMI型号、PLC驱动、工程模板和通信设置等），本项目所选取的HMI型号为VI10-043S，所采用HMI触摸屏为伟创VI104.3寸通用人机界面480*272分辨率，亮度250流明，6万色，可支持市面上绝大多数PLC品牌的产品，支持U盘，与PLC设备通信的方式为RS485，PLC型号及CPU类型为四门子的S7-200系列，CPU为224，PPI接口类型。软件的设计及配置环境如图3所示。张嘉翔：电气工程实践报告5图3软件的设计环境及具体配置2.2界面设计接下来就是工程界面的设计，画面是工程的基本组成元素。首先利用Photoshop软件对所需画面的背景图片进行分辨率等的修改设计。然后在VI10Studio软件中新建相应的画面，并对其编号命名。下面利用软件已有的各功能部件，对各画面进行布局设计。通过编辑各部件的属性来完成本系统所需要的张嘉翔：电气工程实践报告6各项监控功能。下面就各个画面的功能组成进行具体描述。（1）欢迎界面第一张画面为欢迎界面，在实际设计中可以根据具体情况进行设计，比如广告赞助，或者公益广告等。具体设计如图4所示图4欢迎界面图中的“去选购”为功能开关，其功能是切换到下一个界面。（2）选购界面第二张画面为选购界面，可以选择自己喜欢的商品（这些商品可以经过大数据计算选出人们购买量最多的商品），其中有三种商品可以进行选择，喜欢哪个商品可以点其图标，再点下面的“选好了”确认，确认之后就可以点“去支付”进入支付界面。具体设计如图5所示。图5选购界面张嘉翔：电气工程实践报告7选购页面的三个以商品图片为背景的位开关按钮，选择其中一个便会闪烁使用户得到购买信息，其可以通过对三个开关分别进行写入地址配置（M0.0-0.2）并设置其置ON时交替闪烁，其基本属性设置如图6；中间的“选好了”按钮定义为M0.4，其主要功能为将PLC程序进行RUN配置，通过对PLC内部继电器的置位实现；“返回上页”与“去支付”为两个功能开关，分别是切换到上一页和下一页，其基本属性设置如图7。图6位开关基本属性设置图7功能开关基本属性设置（3）支付界面支付界面主要由两个二维码进行扫码支付与关注，实际中扫码支付完成将直接出货，但是由于这方面知识不在我们能力范围内，所以下面的“已支付完成”张嘉翔：电气工程实践报告8开关代表电机转，进行出货，这里用的是位开关。“返回上页”与“返回首页”使用两个功能开关实现。具体设计如图8所示。图8支付界面2.3工程编译及下载在对整个工程画面设计完成之后，下面就是对工程的编译和下载了。首先将HMI工程编译成HMT文件，如果编译无误，就可以在离线模拟环境下进行模拟测试。模拟测试按预期完成之后，就可以将工程编译生成的HMT文件下载到触摸屏中进行实际测试了。本次下载采用的是九针串口线，通过串口进行下载，具体下载环境如图9所示.张嘉翔：电气工程实践报告9图9工程下载界面工程下载完成后，对HMI上电进行了实际的测试，测试结果为所设计的各项功能均能正常实现。3系统联合调试按系统要求将HMI、PLC、伺服驱动器和电机连接起来进行系统联合调试。联合调试过程中，HMI将控制命令发送给PLC，PLC再根据所设计的程序进行处理，然后发相应的指令给伺服驱动器，进而控制电机实现本系统的各功能要求。其中我主要负责触摸屏HMI与PLC之间的连接调试，它们之间采用RS485进行通信，传输波特率为9600bps，保证其有相同的地址。调试过程中也出现了各种大大小小的问题，但大家都积极面对、找办法，最终在大家的齐心努力下解决了问题，完成了我们所需要的功能，达到了锻炼的目的。调试成功的系统实物图如图10所示。图10系统实物图张嘉翔：电气工程实践报告104遇到的问题（1）当下载触摸屏开发工具VI10Studio软件的时候，下载完成后不能用，最后查阅手册发现这个软件只支持WindowsXP和Windows7系统不支持Windows10系统，所以只能在这两个系统的电脑上进行重新下载。（2）设置触摸屏位开关时，开始寄存器地址类型选择的是I开头的，触摸屏和PLC可以通信，但是不能控制对应的接口；之后经过询问同学把寄存器地址的类型选择成M开头的，可以实现对应接口的控制。（3）通过扫描二维码付